แรงเคลื่อนไฟฟ้าหมายถึงอะไร? แรงเคลื่อนไฟฟ้า

« ฟิสิกส์ - ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10"

จำไว้ว่าแรงเสียดทานคืออะไร
เกิดจากปัจจัยอะไรคะ?
เหตุใดความเร็วในการเคลื่อนที่ของบล็อกบนโต๊ะจึงเปลี่ยนไปหลังจากการกด?

แรงอีกประเภทหนึ่งที่เกิดขึ้นในกลศาสตร์คือแรงเสียดทาน แรงเหล่านี้กระทำตามพื้นผิวของร่างกายเมื่อสัมผัสกันโดยตรง

แรงเสียดทานในทุกกรณีจะป้องกันการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของการสัมผัสกับวัตถุ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ แรงเสียดทานจะทำให้การเคลื่อนที่นี้เป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตาม ไม่เพียงแต่ทำให้การเคลื่อนไหวของร่างกายช้าลงเท่านั้น ในหลายกรณีที่สำคัญในทางปฏิบัติ การเคลื่อนไหวของร่างกายไม่สามารถเกิดขึ้นได้หากปราศจากการกระทำของแรงเสียดทาน

เรียกว่าแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของพื้นผิวสัมผัสของวัตถุที่เป็นของแข็ง แรงเสียดทานแห้ง.

แรงเสียดทานแบบแห้งมีสามประเภท: แรงเสียดทานสถิต แรงเสียดทานแบบเลื่อน และแรงเสียดทานแบบกลิ้ง

พักแรงเสียดทาน

ลองขยับหนังสือหนาๆ ที่วางอยู่บนโต๊ะด้วยนิ้วของคุณ คุณใช้แรงบางอย่างกับมัน ลากไปตามพื้นผิวโต๊ะ และหนังสือก็ยังคงอยู่นิ่ง ด้วยเหตุนี้ แรงจึงเกิดขึ้นระหว่างหนังสือกับพื้นผิวโต๊ะ ซึ่งตรงข้ามกับแรงที่คุณกระทำกับหนังสือ และมีขนาดเท่ากับแรงนั้นทุกประการ นี่คือแรงเสียดทาน tr คุณดันหนังสือแรงขึ้น แต่หนังสือก็ยังคงอยู่กับที่ ซึ่งหมายความว่าแรงเสียดทาน tr ​​เพิ่มขึ้นด้วยจำนวนที่เท่ากัน

แรงเสียดทานที่กระทำระหว่างวัตถุทั้งสองที่อยู่นิ่งซึ่งสัมพันธ์กันเรียกว่าแรง แรงเสียดทานสถิต.

ถ้าวัตถุถูกกระทำโดยแรงขนานกับพื้นผิวที่วัตถุนั้นตั้งอยู่ และวัตถุยังคงนิ่งอยู่ นั่นหมายความว่าวัตถุถูกกระทำโดยแรงเสียดทานสถิต tr ซึ่งมีขนาดเท่ากันและพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับ แรง (รูปที่ 3.22) ดังนั้น แรงเสียดทานสถิตจึงถูกกำหนดโดยแรงที่กระทำต่อแรงเสียดทานสถิต:

หากแรงที่กระทำต่อวัตถุที่อยู่นิ่งนั้นเกินแรงเสียดทานสถิตสูงสุดเล็กน้อย ร่างกายก็จะเริ่มเลื่อน

เรียกว่าค่าแรงเสียดทานที่ยิ่งใหญ่ที่สุดซึ่งยังไม่เกิดการเลื่อน แรงเสียดทานสถิตสูงสุด.

ในการหาแรงเสียดทานสถิตสูงสุด มีกฎเชิงปริมาณที่เรียบง่ายแต่ไม่แม่นยำมากนัก ให้มีบล็อกอยู่บนโต๊ะโดยมีไดนาโมมิเตอร์ติดอยู่ เรามาทำการทดลองครั้งแรกกัน ลองดึงวงแหวนไดนาโมมิเตอร์และหาแรงเสียดทานสถิตสูงสุด บล็อกถูกกระทำโดยแรงโน้มถ่วง m แรงปฏิกิริยาปกติของส่วนรองรับ 1 แรงดึง 1 สปริงไดนาโมมิเตอร์และแรงเสียดทานสถิตสูงสุด tr1 (รูปที่ 3.23)

ลองวางอีกบล็อกที่คล้ายกันบนบล็อก แรงกดของแท่งบนโต๊ะจะเพิ่มขึ้น 2 เท่า ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงปฏิกิริยาปกติของแนวรับ 2 จะเพิ่มขึ้น 2 เท่าเช่นกัน หากเราวัดแรงเสียดทานสถิตสูงสุดอีกครั้งเราจะเห็นว่ามันเพิ่มขึ้นหลายเท่าเมื่อแรง 2 เพิ่มขึ้นนั่นคือ 2 เท่า

การเพิ่มจำนวนแท่งอย่างต่อเนื่องและการวัดแรงดึงสูงสุดของแรงเสียดทานสถิตแต่ละครั้งเราจะมั่นใจได้ว่า

>ค่าสูงสุดของโมดูลัสของแรงเสียดทานสถิตเป็นสัดส่วนกับโมดูลัสของแรงปฏิกิริยาปกติของส่วนรองรับ

หากเราแสดงโมดูลของแรงเสียดทานสถิตสูงสุดด้วย F tr max จากนั้นเราสามารถเขียน:

เอฟ ตร. สูงสุด = μN (3.11)

โดยที่μคือสัมประสิทธิ์สัดส่วนที่เรียกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีเป็นลักษณะของพื้นผิวที่ถูทั้งสองและไม่เพียงขึ้นอยู่กับวัสดุของพื้นผิวเหล่านี้เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับคุณภาพของการประมวลผลด้วย ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานถูกกำหนดโดยการทดลอง

การพึ่งพาอาศัยกันนี้ก่อตั้งขึ้นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส C. Coulomb

หากคุณวางบล็อกบนใบหน้าที่เล็กกว่า ให้ F tr แม็กซ์จะไม่เปลี่ยนแปลง

แรงเสียดทานสถิตสูงสุดไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัสระหว่างวัตถุ

แรงเสียดทานสถิตแปรผันจากศูนย์ถึงค่าสูงสุดเท่ากับ μN อะไรทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงเสียดทาน?

ประเด็นก็คือสิ่งนี้ เมื่อออกแรงบางอย่างกับร่างกาย มันจะขยับเล็กน้อย (มองไม่เห็นด้วยตา) และการกระจัดนี้จะดำเนินต่อไปจนกระทั่งความหยาบระดับจุลภาคของพื้นผิวอยู่ในตำแหน่งที่สัมพันธ์กันในลักษณะที่เมื่อพวกมันเกี่ยวกัน นำไปสู่รูปลักษณ์ของพลังที่สมดุลของพลัง เมื่อแรงเพิ่มขึ้น ร่างกายจะขยับเล็กน้อยอีกครั้งเพื่อให้พื้นผิวที่ผิดปกติน้อยที่สุดเกาะติดกันแตกต่างกัน และแรงเสียดทานก็จะเพิ่มขึ้น

และเฉพาะที่ > F tr สูงสุดไม่ว่าตำแหน่งสัมพัทธ์ของความขรุขระของพื้นผิวจะเป็นอย่างไร แรงเสียดทานไม่สามารถรักษาสมดุลของแรงได้ และการเลื่อนจะเริ่มขึ้น

การพึ่งพาโมดูลัสแรงเสียดทานแบบเลื่อนกับโมดูลัสแรงกระทำแสดงในรูปที่ 3.24

เมื่อเดินและวิ่ง ฝ่าเท้าจะมีแรงเสียดทานสถิต เว้นแต่เท้าจะลื่น แรงแบบเดียวกันนี้กระทำกับล้อขับเคลื่อนของรถ ล้อที่ขับเคลื่อนยังถูกกระทำโดยแรงเสียดทานสถิต แต่คราวนี้เป็นการเบรกการเคลื่อนที่ และแรงนี้น้อยกว่าแรงที่กระทำต่อล้อขับเคลื่อนอย่างมีนัยสำคัญ (ไม่เช่นนั้นรถจะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้)

เป็นเวลานานที่สงสัยว่ารถจักรไอน้ำสามารถวิ่งบนรางเรียบได้ พวกเขาคิดว่าแรงเสียดทานที่เบรกล้อขับเคลื่อนจะเท่ากับแรงเสียดทานที่กระทำต่อล้อขับเคลื่อน มีการเสนอให้ทำล้อขับเคลื่อนด้วยเกียร์และวางรางเกียร์พิเศษสำหรับพวกเขา

แรงเสียดทานแบบเลื่อน

เมื่อเลื่อนแรงเสียดทานไม่เพียงขึ้นอยู่กับสถานะของพื้นผิวที่ถูเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับความเร็วสัมพัทธ์ของร่างกายด้วยและการพึ่งพาความเร็วนี้ค่อนข้างซับซ้อน ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าบ่อยครั้ง (แต่ไม่เสมอไป) ที่จุดเริ่มต้นของการเลื่อน เมื่อความเร็วสัมพัทธ์ยังต่ำ แรงเสียดทานจะน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุดเล็กน้อย เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น มันจะเติบโตและเริ่มเกิน F tr สูงสุด

คุณอาจสังเกตเห็นว่าของหนัก เช่น กล่อง นั้นเคลื่อนย้ายได้ยาก แต่การเคลื่อนย้ายก็จะง่ายขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้อย่างแม่นยำโดยแรงเสียดทานที่ลดลงเมื่อเลื่อนเกิดขึ้นที่ความเร็วต่ำ (ดูรูปที่ 3.24)

ที่ความเร็วสัมพัทธ์ไม่สูงเกินไป แรงเสียดทานแบบเลื่อนจะแตกต่างเพียงเล็กน้อยจากแรงเสียดทานสถิตสูงสุด ดังนั้นจึงถือว่าคงที่โดยประมาณและเท่ากับแรงเสียดทานสถิตสูงสุด:

ฉ tr µ ฉ tr สูงสุด = μN

แรงเสียดทานจากการเลื่อนสามารถลดลงได้หลายครั้งโดยใช้สารหล่อลื่น ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นชั้นของเหลวบางๆ (โดยปกติจะเป็นน้ำมันแร่บางชนิด) ระหว่างพื้นผิวที่ถู

ไม่มีเครื่องจักรสมัยใหม่สักเครื่องเดียว เช่น รถยนต์หรือเครื่องยนต์รถแทรกเตอร์ ที่สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องหล่อลื่น มีระบบหล่อลื่นพิเศษในการออกแบบเครื่องจักรทั้งหมด

แรงเสียดทานระหว่างชั้นของของเหลวที่อยู่ติดกับพื้นผิวแข็งจะน้อยกว่าระหว่างพื้นผิวแห้งมาก

แรงเสียดทานแบบกลิ้ง

แรงเสียดทานจากการหมุนมีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานจากการเลื่อนอย่างมาก ดังนั้นจึงง่ายต่อการหมุนวัตถุที่มีน้ำหนักมากมากกว่าการเคลื่อนย้าย

แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับความเร็วสัมพัทธ์ของวัตถุ นี่คือความแตกต่างที่สำคัญจากแรงโน้มถ่วงและความยืดหยุ่นซึ่งขึ้นอยู่กับระยะทางเท่านั้น

แรงต้านทานระหว่างการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เป็นของแข็งในของเหลวและก๊าซ

เมื่อวัตถุแข็งเคลื่อนที่ในของเหลวหรือก๊าซ มันจะกระทำโดยแรงลากของตัวกลาง แรงนี้มุ่งตรงต่อความเร็วของร่างกายสัมพันธ์กับตัวกลางและทำให้การเคลื่อนไหวช้าลง

คุณสมบัติหลักของแรงลากคือปรากฏเฉพาะเมื่อมีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กันของร่างกายและสิ่งแวดล้อมเท่านั้น
แรงเสียดทานสถิตในของเหลวและก๊าซหายไปโดยสิ้นเชิง

สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าด้วยความพยายามของมือของคุณคุณสามารถเคลื่อนย้ายร่างที่หนักหน่วงเช่นเรือลอยน้ำในขณะที่เคลื่อนที่พูดว่ารถไฟด้วยมือของคุณเป็นไปไม่ได้เลย

โมดูลัสของแรงต้านทาน F c ขึ้นอยู่กับขนาด รูปร่าง และสถานะของพื้นผิวของร่างกาย คุณสมบัติของตัวกลาง (ของเหลวหรือก๊าซ) ที่ร่างกายเคลื่อนที่ และสุดท้ายคือความเร็วสัมพัทธ์ของการเคลื่อนที่ของ ร่างกายและสื่อ

ลักษณะโดยประมาณของการพึ่งพาโมดูลัสของแรงต้านทานต่อโมดูลัสของความเร็วสัมพัทธ์ของร่างกายแสดงในรูปที่ 3.25 ที่ความเร็วสัมพัทธ์เท่ากับศูนย์ แรงลากจะไม่กระทำต่อร่างกาย (F c = 0) เมื่อความเร็วสัมพัทธ์เพิ่มขึ้น แรงลากจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นในช่วงแรก จากนั้นจึงเร็วขึ้นเรื่อยๆ ที่ความเร็วต่ำของการเคลื่อนไหว แรงต้านทานสามารถพิจารณาเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วของการเคลื่อนที่ของร่างกายที่สัมพันธ์กับตัวกลาง:

F ค = k 1 υ, (3.12)

โดยที่ k 1 คือค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานขึ้นอยู่กับรูปร่างขนาดสถานะของพื้นผิวของร่างกายและคุณสมบัติของตัวกลาง - ความหนืด ไม่สามารถคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ k 1 ตามทฤษฎีสำหรับวัตถุที่มีรูปร่างซับซ้อนใด ๆ ได้ โดยพิจารณาจากการทดลอง

ที่การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ด้วยความเร็วสูง แรงลากจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็ว:

F ค = k 2 υ 2 , υ, (3.13)

โดยที่ k 2 คือค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานแตกต่างจาก k 1

สูตรใด - (3 12) หรือ (3.13) - ที่สามารถใช้ได้ในบางกรณีถูกกำหนดโดยการทดลอง ตัวอย่างเช่น สำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล แนะนำให้ใช้สูตรแรกที่ความเร็วประมาณ 60-80 กม./ชม. ที่ความเร็วสูงกว่า ควรใช้สูตรที่ 2

แรงเสียดทานในสภาวะภาคพื้นดินจะมาพร้อมกับการเคลื่อนไหวของร่างกาย มันเกิดขึ้นเมื่อวัตถุสองชิ้นสัมผัสกันหากวัตถุเหล่านี้เคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กัน แรงเสียดทานจะพุ่งไปตามพื้นผิวสัมผัสเสมอ ตรงกันข้ามกับแรงยืดหยุ่นซึ่งมีทิศทางตั้งฉาก (รูปที่ 1, รูปที่ 2)

ข้าว. 1. ความแตกต่างระหว่างทิศทางของแรงเสียดทานและแรงยืดหยุ่น

ข้าว. 2. พื้นผิวกระทำต่อบล็อก และบล็อกกระทำบนพื้นผิว

มีแรงเสียดทานแบบแห้งและไม่แห้ง แรงเสียดทานแบบแห้งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุที่เป็นของแข็งสัมผัสกัน

ลองพิจารณาบล็อกที่วางอยู่บนพื้นผิวแนวนอน (รูปที่ 3) มันถูกกระทำโดยแรงโน้มถ่วงและแรงปฏิกิริยาของพื้นดิน มากระทำต่อบล็อกด้วยแรงเล็กน้อย , กำกับไปตามพื้นผิว หากบล็อกไม่เคลื่อนที่ หมายความว่าแรงที่กระทำนั้นสมดุลด้วยแรงอื่น ซึ่งเรียกว่าแรงเสียดทานสถิต

ข้าว. 3. แรงเสียดทานสถิต

แรงเสียดทานนิ่ง () ตรงกันข้ามในทิศทางและมีขนาดเท่ากันกับแรงที่โน้มน้าวให้วัตถุเคลื่อนที่ขนานกับพื้นผิวที่วัตถุนั้นสัมผัสกับวัตถุอื่น

เมื่อแรง "ตัด" เพิ่มขึ้น บล็อกยังคงอยู่นิ่ง ดังนั้น แรงเสียดทานสถิตก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ด้วยแรงที่มากพอ บล็อกก็จะเริ่มเคลื่อนที่ ซึ่งหมายความว่าแรงเสียดทานสถิตไม่สามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างไม่มีกำหนด - มีขีดจำกัดบนเกินกว่าที่จะเป็นไม่ได้ ค่าของขีดจำกัดนี้คือแรงเสียดทานสถิตสูงสุด

ลองใช้แรงกดกับบล็อกโดยใช้ไดนาโมมิเตอร์

ข้าว. 4. การวัดแรงเสียดทานโดยใช้ไดนาโมมิเตอร์

หากไดนาโมมิเตอร์กระทำต่อมันด้วยแรง คุณจะเห็นว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุดจะมีมากขึ้นตามมวลของบล็อกที่เพิ่มขึ้น นั่นคือด้วยแรงโน้มถ่วงที่เพิ่มขึ้นและแรงปฏิกิริยารองรับ หากทำการวัดที่แม่นยำ จะแสดงให้เห็นว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงปฏิกิริยารองรับ:

โมดูลัสของแรงเสียดทานสถิตสูงสุดอยู่ที่ไหน เอ็น– แรงปฏิกิริยาพื้นดิน (ความดันปกติ) – ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต (สัดส่วน) ดังนั้นแรงเสียดทานสถิตสูงสุดจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันปกติ

หากคุณทำการทดลองกับไดนาโมมิเตอร์และบล็อกมวลคงที่ขณะหมุนบล็อกไปด้านต่างๆ (เปลี่ยนพื้นที่สัมผัสกับโต๊ะ) คุณจะเห็นว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุดไม่เปลี่ยนแปลง (รูปที่. 5). ดังนั้นแรงเสียดทานสถิตสูงสุดจึงไม่ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัส

ข้าว. 5. ค่าสูงสุดของแรงเสียดทานสถิตไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัส

การศึกษาที่แม่นยำยิ่งขึ้นแสดงให้เห็นว่าแรงเสียดทานสถิตถูกกำหนดโดยแรงที่กระทำต่อร่างกายและสูตร

แรงเสียดทานสถิตไม่ได้ป้องกันการเคลื่อนไหวของร่างกายเสมอไป ตัวอย่างเช่น แรงเสียดทานสถิตที่กระทำบนพื้นรองเท้า ทำให้เกิดการเร่งความเร็วและปล่อยให้เดินบนพื้นได้โดยไม่ลื่น (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. แรงเสียดทานสถิตที่กระทำต่อพื้นรองเท้า

อีกตัวอย่างหนึ่ง: แรงเสียดทานสถิตที่กระทำต่อล้อรถช่วยให้คุณเริ่มเคลื่อนที่ได้โดยไม่ลื่นไถล (รูปที่ 7)

ข้าว. 7. แรงเสียดทานสถิตที่กระทำต่อล้อรถ

ในตัวขับเคลื่อนสายพาน แรงเสียดทานสถิตก็ทำหน้าที่เช่นกัน (รูปที่ 8)

ข้าว. 8. แรงเสียดทานสถิตในสายพานขับเคลื่อน

หากวัตถุเคลื่อนไหว แรงเสียดทานประเภทนี้จะไม่หายไปจากพื้นผิว แรงเสียดทานแบบเลื่อน- การวัดแสดงให้เห็นว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อนมีขนาดเกือบเท่ากับแรงเสียดทานสถิตสูงสุด (รูปที่ 9)

ข้าว. 9. แรงเสียดทานแบบเลื่อน

แรงเสียดทานแบบเลื่อนจะพุ่งตรงต่อความเร็วของการเคลื่อนที่ของร่างกายเสมอ กล่าวคือ ขัดขวางการเคลื่อนไหว ดังนั้นเมื่อร่างกายเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงเสียดทานเท่านั้น มันจะให้ความเร่งเชิงลบแก่ร่างกาย กล่าวคือ ความเร็วของร่างกายลดลงอย่างต่อเนื่อง

ขนาดของแรงเสียดทานแบบเลื่อนก็แปรผันตามแรงกดปกติเช่นกัน

โมดูลัสของแรงเสียดทานแบบเลื่อนอยู่ที่ไหน เอ็น– แรงปฏิกิริยาพื้นดิน (ความดันปกติ) – ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อน (สัดส่วน)

รูปที่ 10 แสดงกราฟของแรงเสียดทานเทียบกับแรงที่ใช้ มันแสดงให้เห็นสองพื้นที่ที่แตกต่างกัน ส่วนแรกซึ่งแรงเสียดทานเพิ่มขึ้นตามแรงที่ใช้ที่เพิ่มขึ้น จะสอดคล้องกับแรงเสียดทานสถิต ส่วนที่สอง ซึ่งแรงเสียดทานไม่ได้ขึ้นอยู่กับแรงภายนอก จะสอดคล้องกับแรงเสียดทานแบบเลื่อน

ข้าว. 10. กราฟของแรงเสียดทานกับแรงที่ใช้

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนมีค่าประมาณเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต โดยปกติแล้ว ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนจะน้อยกว่าความสามัคคี ซึ่งหมายความว่าแรงเสียดทานของการเลื่อนจะน้อยกว่าแรงกดปกติ

ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีแบบเลื่อนเป็นลักษณะของวัตถุสองตัวที่เสียดสีกัน ขึ้นอยู่กับว่าตัววัสดุนั้นทำจากวัสดุอะไร และพื้นผิวได้รับการประมวลผลได้ดีเพียงใด (เรียบหรือหยาบ)

ต้นกำเนิดของแรงเสียดทานแบบสถิตและแบบเลื่อนนั้นพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าพื้นผิวใด ๆ ในระดับจุลภาคไม่เรียบ ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันด้วยกล้องจุลทรรศน์จะปรากฏบนพื้นผิวใด ๆ เสมอ (รูปที่ 11)

ข้าว. 11. พื้นผิวของร่างกายในระดับจุลภาค

เมื่อวัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกันพยายามเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กัน ความไม่ต่อเนื่องเหล่านี้จะมีส่วนร่วมและป้องกันการเคลื่อนไหวนี้ ด้วยแรงที่ใช้เพียงเล็กน้อย การมีส่วนร่วมนี้ก็เพียงพอแล้วที่จะป้องกันไม่ให้วัตถุเคลื่อนที่ แรงเสียดทานสถิตจึงเกิดขึ้น เมื่อแรงภายนอกเกินแรงเสียดทานสถิตสูงสุด การมีส่วนร่วมของความหยาบไม่เพียงพอที่จะยึดวัตถุ และพวกมันจะเริ่มเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน ในขณะที่แรงเสียดทานแบบเลื่อนทำหน้าที่ระหว่างวัตถุ

แรงเสียดทานประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อวัตถุกลิ้งทับกันหรือเมื่อวัตถุหนึ่งกลิ้งไปบนพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่ง แรงเสียดทานจากการกลิ้ง เช่น แรงเสียดทานจากการเลื่อน ส่งผลให้ร่างกายมีความเร่งเป็นลบ

การเกิดแรงเสียดทานจากการกลิ้งเกิดจากการเสียรูปของตัวกลิ้งและพื้นผิวรองรับ ดังนั้นล้อที่อยู่บนพื้นผิวแนวนอนจะทำให้ล้อหลังเสียรูป เมื่อล้อเคลื่อนที่การเปลี่ยนรูปไม่มีเวลาฟื้นตัวจึงทำให้ล้อต้องปีนขึ้นไปบนเนินเขาเล็ก ๆ อย่างต่อเนื่องซึ่งทำให้เกิดช่วงเวลาแห่งแรงที่ทำให้การหมุนช้าลง

ข้าว. 12. การเกิดขึ้นของแรงเสียดทานแบบกลิ้ง

ตามกฎแล้ว ขนาดของแรงเสียดทานการหมุนจะน้อยกว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อนหลายเท่า สิ่งอื่นๆ ทั้งหมดจะเท่ากัน ด้วยเหตุนี้การกลิ้งจึงเป็นการเคลื่อนไหวแบบทั่วไปในเทคโนโลยี

เมื่อวัตถุแข็งเคลื่อนที่ในของเหลวหรือก๊าซ แรงต้านทานจากตัวกลางจะกระทำต่อวัตถุนั้น แรงนี้มุ่งตรงต่อความเร็วของร่างกายและทำให้การเคลื่อนไหวช้าลง (รูปที่ 13)

คุณสมบัติหลักของแรงลากคือมันเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กันของร่างกายและสิ่งแวดล้อมเท่านั้น นั่นคือแรงเสียดทานสถิตไม่มีอยู่ในของเหลวและก๊าซ สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าบุคคลสามารถเคลื่อนย้ายได้แม้กระทั่งเรือบรรทุกหนักบนน้ำ

ข้าว. 13. แรงต้านทานที่กระทำต่อวัตถุเมื่อเคลื่อนที่ในของเหลวหรือก๊าซ

โมดูลัสของแรงต้านทานขึ้นอยู่กับ:

จากขนาดของร่างกายและรูปทรงเรขาคณิต (รูปที่ 14)

สภาพพื้นผิวของร่างกาย (รูปที่ 15)

คุณสมบัติของของเหลวหรือก๊าซ (รูปที่ 16)

ความเร็วสัมพัทธ์ของร่างกายและสภาพแวดล้อม (รูปที่ 17)

ข้าว. 14. การพึ่งพาโมดูลัสแรงต้านทานกับรูปทรงเรขาคณิต

ข้าว. 15. การขึ้นอยู่กับโมดูลัสแรงต้านทานต่อสถานะของพื้นผิวของร่างกาย

ข้าว. 16. การขึ้นอยู่กับโมดูลัสของแรงต้านทานต่อคุณสมบัติของของเหลวหรือก๊าซ

ข้าว. 17. การขึ้นอยู่กับโมดูลัสของแรงต้านทานต่อความเร็วสัมพัทธ์ของร่างกายและสภาพแวดล้อม

รูปที่ 18 แสดงกราฟของแรงต้านทานเทียบกับความเร็วของร่างกาย ที่ความเร็วสัมพัทธ์เท่ากับศูนย์ แรงลากจะไม่กระทำต่อร่างกาย เมื่อความเร็วสัมพัทธ์เพิ่มขึ้น แรงลากจะเติบโตอย่างช้าๆ ในตอนแรก จากนั้นอัตราการเติบโตจะเพิ่มขึ้น

ข้าว. 18. กราฟของแรงต้านเทียบกับความเร็วของร่างกาย

ที่ความเร็วสัมพัทธ์ต่ำ แรงลากจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับขนาดของความเร็วนี้:

ความเร็วสัมพัทธ์อยู่ที่ไหน – ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลางหนืด รูปร่าง และขนาดของร่างกาย

หากความเร็วสัมพัทธ์มีขนาดใหญ่เพียงพอ แรงลากจะกลายเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วนี้

ความเร็วสัมพัทธ์อยู่ที่ไหน – ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทาน

การเลือกสูตรสำหรับแต่ละกรณีจะพิจารณาจากประสบการณ์

วัตถุที่มีน้ำหนัก 600 กรัมจะเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอไปตามพื้นผิวแนวนอน (รูปที่ 19) ในเวลาเดียวกันจะมีการใช้แรงกับมันซึ่งมีขนาด 1.2 N กำหนดค่าของสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างร่างกายกับพื้นผิว

ร่างกายมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันในรูปแบบที่ต่างกัน ปฏิสัมพันธ์ประเภทหนึ่งคือการเสียดสี ก่อนที่เราจะเข้าใจความซับซ้อนของแรงเสียดทานแบบแห้งและแบบหนืด เราจะตอบคำถามสองข้อก่อน แรงเสียดทานคืออะไร และเกิดขึ้นเมื่อใด?

แรงเสียดทานคืออะไร?

แรงเสียดทานคือแรงที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุสัมผัสกันและขัดขวางการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของวัตถุ

แรงเสียดทานเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมและโมเลกุลของร่างกายเมื่อสัมผัสกัน

ลักษณะของแรงเสียดทานคือแม่เหล็กไฟฟ้า

เช่นเดียวกับปฏิกิริยาอื่นๆ กฎข้อที่สามของนิวตันใช้กับแรงเสียดทานได้ หากแรงเสียดทานกระทำต่อวัตถุใดวัตถุหนึ่งจากสองวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กัน แรงที่มีขนาดเท่ากันจะกระทำกับวัตถุอีกชิ้นในทิศทางตรงกันข้าม

มีแรงเสียดทานแบบแห้งและแบบหนืด แรงเสียดทานสถิตย์ แรงเสียดทานแบบเลื่อน แรงเสียดทานแบบกลิ้ง

แรงเสียดทานแบบแห้งคือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่เป็นของแข็งโดยไม่มีชั้นของเหลวหรือก๊าซอยู่ระหว่างวัตถุเหล่านั้น แรงเสียดทานจะถูกส่งไปยังพื้นผิวสัมผัสในแนวสัมผัส

ลองจินตนาการว่าวัตถุ เช่น บล็อกที่วางอยู่บนโต๊ะ ถูกกระทำโดยแรงภายนอก แรงนี้มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนบล็อกออกจากที่ของมัน ในขณะที่วัตถุอยู่นิ่ง แรงเสียดทานสถิตและแรงภายนอกจะกระทำต่อบล็อก แรงเสียดทานสถิตมีค่าเท่ากับแรงภายนอกและทำให้สมดุล

เมื่อแรงภายนอกเกินค่าจำกัด F t r m a x บล็อกจะเคลื่อนออกจากตำแหน่ง มันยังถูกกระทำโดยแรงเสียดทานด้วย แต่นี่ไม่ใช่แรงเสียดทานสถิตอีกต่อไป แต่เป็นแรงเสียดทานแบบเลื่อน แรงเสียดทานแบบเลื่อนมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่และขึ้นอยู่กับความเร็วของร่างกาย

เมื่อแก้ไขปัญหาทางกายภาพ แรงเสียดทานแบบเลื่อนมักจะเท่ากับแรงเสียดทานสถิตสูงสุด และการพึ่งพาแรงเสียดทานกับความเร็วสัมพัทธ์ของการเคลื่อนที่ของร่างกายจะถูกละเลย

รูปด้านบนแสดงคุณลักษณะที่แท้จริงและเป็นอุดมคติของแรงเสียดทานแบบแห้ง ดังที่เราเห็นในความเป็นจริงแล้ว แรงเสียดทานแบบเลื่อนเปลี่ยนแปลงไปตามความเร็ว แต่การเปลี่ยนแปลงไม่ได้มากจนไม่สามารถละเลยได้

แรงเสียดทานเป็นสัดส่วนกับแรงของปฏิกิริยาปกติของส่วนรองรับ

ฉ เสื้อ ร = ฉ เสื้อ ม x = μ N .

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนคืออะไร?

μ คือสัมประสิทธิ์สัดส่วน ซึ่งเรียกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน ขึ้นอยู่กับวัสดุของส่วนที่สัมผัสและคุณสมบัติของวัสดุ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนเป็นปริมาณไร้มิติไม่เกินเอกภาพ

แรงเสียดทานจากการกลิ้งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุกลิ้ง พวกเขามักจะถูกละเลยเมื่อแก้ไขปัญหา

แรงเสียดทานที่มีความหนืดในของเหลวและก๊าซ

แรงเสียดทานที่มีความหนืดเกิดขึ้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ในของเหลวและก๊าซ แรงเสียดทานที่มีความหนืดนั้นพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนไหวของร่างกาย แต่ขนาดของมันจะน้อยกว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อนมาก ไม่มีแรงเสียดทานสถิตในแรงเสียดทานที่มีความหนืด

การคำนวณแรงเสียดทานแบบหนืดนั้นซับซ้อนกว่าการคำนวณแรงเสียดทานแบบเลื่อน ที่ความเร็วต่ำของการเคลื่อนที่ของร่างกายในของเหลว แรงเสียดทานที่มีความหนืดจะแปรผันตามความเร็วของร่างกาย และที่ความเร็วสูง - ต่อกำลังสองของความเร็ว ในกรณีนี้ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนขึ้นอยู่กับรูปร่างของวัตถุนั้นจำเป็นต้องคำนึงถึงคุณสมบัติของตัวกลางที่เกิดการเคลื่อนไหวด้วย

ตัวอย่างเช่น แรงเสียดทานที่มีความหนืดในน้ำและน้ำมันจะแตกต่างกัน เนื่องจากของเหลวเหล่านี้มีความหนืดต่างกัน

หากคุณสังเกตเห็นข้อผิดพลาดในข้อความ โปรดไฮไลต์แล้วกด Ctrl+Enter

แรงเสียดทานคือการวัดความต้านทานต่อการเคลื่อนไหวที่พุ่งตรงไปยังพื้นผิวของวัตถุที่สัมผัส ขนาดของแรงเสียดทาน (ซึ่งเป็นส่วนประกอบของปฏิกิริยาของพื้นผิวพันธะ) ขึ้นอยู่กับอิทธิพลของวัตถุที่เคลื่อนที่หรือถูกแทนที่ พุ่งตรงต่อความเร็วหรือแรงเคลื่อนตัว และถูกใช้ที่จุดที่สัมผัสกัน

แรงเสียดทาน (ปฏิกิริยาสัมผัส) เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่สัมผัสระหว่างการเคลื่อนไหวที่สัมพันธ์กัน (รูปที่ 33)

ข้าว. 33. แรงเสียดทาน (T):

ไดนามิกแบบสลิป; ข- เลื่อนแบบคงที่ วี- โมเมนต์แรงเสียดทานของการกลิ้ง (ต้นฉบับ)

แรงเสียดทานมีสามประเภท: แรงเสียดทาน เลื่อน กลิ้ง และหมุน. เมื่อเลื่อน ร่างกายที่เคลื่อนไหวจะสัมผัสกับร่างกายที่อยู่นิ่งซึ่งมีพื้นผิวส่วนเดียวกัน (สไลเดอร์สกีบนหิมะ) เมื่อกลิ้ง จุดของวัตถุที่กำลังเคลื่อนไหวจะสัมผัสกับอีกวัตถุหนึ่งทีละจุด (ล้อจักรยานจะหมุนไปตามราง) การหมุนมีลักษณะเป็นการเคลื่อนที่รอบแกน (ลูกข่าง)

แรงเสียดทานการเลื่อนแบบไดนามิก (การเคลื่อนไหว) ปรากฏออกมาในระหว่างการเคลื่อนไหวของวัตถุ ถูกนำไปใช้กับร่างกายที่เลื่อนและมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับความเร็วสัมพัทธ์ของการเคลื่อนที่ แรงเสียดทานของการเลื่อนแบบไดนามิกไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของ แรงผลักดันและเป็นสัดส่วนโดยประมาณกับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานการเลื่อนแบบไดนามิก (k din) และแรงกดปกติบนส่วนรองรับ (ญ): ทีดิน =k ดิน N

เมื่อพื้นผิวถูกแยกออกจากกันอย่างสมบูรณ์ด้วยชั้นของสารหล่อลื่น มันจะปรากฏขึ้น ของเหลว แรงเสียดทาน 1 มันอยู่ระหว่างชั้นของของเหลว เช่นเดียวกับระหว่างของเหลวกับของแข็ง ในทางตรงกันข้าม แรงเสียดทานแห้ง (ระหว่างวัตถุแข็งที่ไม่มีการหล่อลื่น) แรงเสียดทานของของไหลจะเกิดขึ้นเมื่อมีความเร็วเท่านั้น. เมื่อวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่หยุด แรงเสียดทานของของไหลจะหายไปดังนั้นแม้แต่แรงที่น้อยที่สุดก็สามารถให้ความเร็วแก่ชั้นของตัวกลางที่เป็นของเหลวได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อวัตถุที่เป็นของแข็งเคลื่อนที่ในน้ำ

ภาพจะแตกต่างสำหรับการเสียดสีแบบแห้ง หากใช้แรงผลักดันกับร่างกายที่อยู่นิ่ง ร่างกายจะสามารถเคลื่อนไหวได้ก็ต่อเมื่อแรงเสียดทานสถิตซึ่งขัดขวางการเคลื่อนไหวมีมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น แรงเสียดทานแบบแห้งและแรงเสียดทานของของเหลวมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐาน.

แรงเสียดทานจากการเลื่อนแบบสถิต (พัก) จะแสดงออกมาเมื่ออยู่นิ่ง และถูกนำไปใช้กับตัวถังที่กำลังเคลื่อนตัว และมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงเฉือน แรงเสียดทานแบบเลื่อนแบบสถิตมีค่าเท่ากับแรงเฉือน แต่ต้องไม่เกินแรงจำกัด2 ส่วนหลังเป็นสัดส่วนกับค่าสัมประสิทธิ์สถิตของแรงเสียดทานแบบเลื่อน (kst) และแรงกดปกติ (ญ):ที เซนต์ = k เซนต์ เอ็น

ดังนั้น, แรงเสียดทานสถิตย์สามารถมีค่าได้ตั้งแต่ศูนย์ถึงสูงสุด (ไม่สมบูรณ์และ เต็ม). แรงเฉือนขั้นต่ำที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่มีค่ามากกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุด.

ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของปฏิกิริยารองรับปกติ (เท่ากับแรงกดปกติ) และแรงเสียดทานสถิตสุดท้ายจะเท่ากับแทนเจนต์ของมุม (a) ซึ่งเรียกว่า มุมเสียดสี (หรือมุมการยึดเกาะ) (ดูรูปที่ 33, b)

ค่าแทนเจนต์ของมุมการยึดเกาะเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตมุมแรงกดที่เกิดขึ้นจริงบนส่วนรองรับที่อยู่นิ่งต้องไม่มากกว่ามุมแรงเสียดทาน ซึ่งหมายความว่าตราบใดที่แนวการออกแรงที่กระทำต่อวัตถุผ่านภายในมุมเสียดสี วัตถุจะไม่สามารถเคลื่อนออกจากตำแหน่งได้ เฉพาะเมื่อแนวการออกแรงอยู่นอกมุมแรงเสียดทานเท่านั้นที่ร่างกายจะขยับ

บนพื้นผิวแนวนอน แรงกดปกติมักจะแสดงด้วยน้ำหนักคงที่หรือไดนามิก (บุคคลนั้นอยู่กับที่หรือถูกผลักออกจากที่รองรับ) แต่อาจมีแหล่งที่มาของแรงกดดันปกติอื่นๆ เช่น แรงกดดันที่กระทำโดยขาของนักปีนเขาและด้านหลังบนผนังปล่องไฟ (รอยแยกแนวตั้งในหิน)