วิธีการแสดงแรงเสียดทาน แรงเสียดทานคืออะไร สูตร

เป้า: เพื่อรวบรวมความรู้ที่ได้รับเกี่ยวกับความเสียดทานและประเภทของแรงเสียดทาน

ความคืบหน้า:

1. ศึกษาภาคทฤษฎี
2. จบตารางที่ 1
3. แก้ปัญหาตามตัวเลือกจากตารางที่ 2
4. ตอบคำถามเพื่อความปลอดภัย

ตารางที่ 1

ตารางที่ 2

	นักเล่นสเก็ตขับบนพื้นผิวน้ำแข็งแนวนอนเรียบที่มีความเฉื่อย 80 ม. กำหนดแรงเสียดทานและความเร็วเริ่มต้นหากมวลของนักเล่นสเก็ตเท่ากับ 60 กก. และสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเท่ากับ 0.015
	วัตถุมวล 4.9 กก. อยู่บนระนาบแนวนอน ต้องใช้แรงอะไรกับร่างกายในแนวนอนเพื่อให้มีความเร่ง 0.5 m / s 2 โดยมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน 0.1?
	บนโต๊ะแนวนอนมีบล็อกไม้มวล 500 ก. ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยน้ำหนัก 300 ก. แขวนไว้ที่ปลายด้ายแนวตั้งของด้ายที่โยนทับบล็อกที่ปลายโต๊ะ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างการเคลื่อนที่ของแท่งคือ 0.2 บล็อกจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าใด

แรงเสียดทานคือ แรงที่เกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวของวัตถุที่สัมผัสกัน หากไม่มีการหล่อลื่นระหว่างพื้นผิว แรงเสียดทานจะเรียกว่าแห้ง แรงเสียดทานแบบแห้งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่กดพื้นผิวเข้าหากัน และมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนไหวที่เป็นไปได้ ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนเรียกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน แรงกดตั้งฉากกับพื้นผิว เรียกว่าปฏิกิริยาสนับสนุนปกติ

กฎแรงเสียดทานในของเหลวและก๊าซแตกต่างจากกฎแรงเสียดทานแห้ง การเสียดสีในของเหลวและก๊าซขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่: ที่ความเร็วต่ำจะเป็นสัดส่วนกับสี่เหลี่ยมจัตุรัส และที่ความเร็วสูงจะเป็นสัดส่วนกับลูกบาศก์ของความเร็ว

สูตรการแก้ปัญหา:

โดยที่ "k" คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน "N" คือปฏิกิริยาปกติของแนวรับ

กฎข้อที่สองของนิวตันและสมการการเคลื่อนที่ในรูปเวกเตอร์ F=ma

ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน N = - mg

นิพจน์สำหรับความเร็ว

สมการการเคลื่อนที่สำหรับการเคลื่อนที่แบบจลนศาสตร์ที่เร่งความเร็วสม่ำเสมอ

; 0 - V = a t โดยที่ 0 คือความเร็วสุดท้าย V คือความเร็วเริ่มต้น

อัลกอริทึมสำหรับการแก้ปัญหาทั่วไป:

1. จดเงื่อนไขของปัญหาโดยสังเขป

2. เราพรรณนาสภาพเป็นภาพกราฟิกในกรอบอ้างอิงตามอำเภอใจ โดยระบุแรงที่กระทำต่อร่างกาย (จุด) รวมถึงปฏิกิริยาปกติของการรองรับและแรงเสียดทาน ความเร็ว และความเร่งของร่างกาย

3. เราแก้ไขและกำหนดระบบอ้างอิงในรูปโดยแนะนำที่มาของเวลาและระบุแกนพิกัดสำหรับแรงและความเร่ง เป็นการดีกว่าที่จะกำหนดแกนใดแกนหนึ่งตามปฏิกิริยาปกติของแนวรับและเริ่มนับเวลาในขณะที่ร่างกาย (จุด) อยู่ที่ศูนย์พิกัด

4. เราเขียนในรูปเวกเตอร์จากกฎข้อที่สองของนิวตันและสมการการเคลื่อนที่ สมการการเคลื่อนที่และความเร็วขึ้นอยู่กับการกระจัด (เส้นทาง) และความเร็วตรงเวลา

5. เราเขียนสมการเดียวกันในรูปแบบสเกลาร์: ในการฉายภาพบนแกนพิกัด เราเขียนนิพจน์ของแรงเสียดทาน

6. เราแก้สมการในรูปแบบทั่วไป

7. แทนค่าในโซลูชันทั่วไป คำนวณ

8. เขียนคำตอบ

ส่วนทฤษฎี
แรงเสียดทานคือความต้านทานของร่างกายที่สัมผัสกับการเคลื่อนไหวที่สัมพันธ์กัน แรงเสียดทานมาพร้อมกับทุกการเคลื่อนไหวทางกลไก และเหตุการณ์นี้มีผลสำคัญต่อความก้าวหน้าทางเทคนิคสมัยใหม่
แรงเสียดทานคือแรงต้านทานต่อการเคลื่อนไหวของวัตถุที่สัมผัสกันซึ่งสัมพันธ์กัน แรงเสียดทานอธิบายได้จากสองสาเหตุ: ความหยาบของพื้นผิวที่ถูของร่างกายและปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลระหว่างวัตถุทั้งสอง หากเราก้าวข้ามขีดจำกัดของกลไก กล่าวได้ว่าแรงเสียดทานนั้นมาจากแหล่งกำเนิดแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นเดียวกับแรงยืดหยุ่น สาเหตุของการเสียดสีสองข้อข้างต้นในกรณีต่างๆ กันนั้นแสดงออกในระดับที่ต่างกันออกไป ตัวอย่างเช่น หากพื้นผิวสัมผัสของวัตถุถูพื้นมีความผิดปกติอย่างมีนัยสำคัญ ระยะหลักในแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นที่นี่จะเนื่องมาจากสถานการณ์นี้อย่างแม่นยำนั่นคือ ความไม่สม่ำเสมอ ความหยาบของพื้นผิวของวัตถุถู วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยแรงเสียดทานสัมพันธ์กันจะต้องสัมผัสพื้นผิวหรือเคลื่อนย้ายสิ่งหนึ่งในสภาพแวดล้อมของอีกสิ่งหนึ่ง การเคลื่อนที่ของวัตถุที่สัมพันธ์กันอาจไม่เกิดขึ้นเนื่องจากการเสียดสีหากแรงขับเคลื่อนน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุด หากพื้นผิวสัมผัสของวัตถุถูพื้นขัดมันและเรียบอย่างสมบูรณ์ ระยะหลักของแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในกรณีนี้จะถูกกำหนดโดยการยึดเกาะของโมเลกุลระหว่างพื้นผิวถูของวัตถุ

ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการของการเกิดขึ้นของแรงเสียดทานแบบเลื่อนและพักที่จุดเชื่อมต่อของวัตถุสัมผัสสองชิ้น หากคุณดูพื้นผิวของร่างกายภายใต้กล้องจุลทรรศน์คุณจะเห็นความหยาบซึ่งเราจะอธิบายในรูปแบบที่ขยายใหญ่ขึ้น (รูปที่ 1, a) ให้เราพิจารณาปฏิสัมพันธ์ของการสัมผัสร่างกายโดยใช้ตัวอย่างของความผิดปกติหนึ่งคู่ ( สันเขาและราง) (รูปที่ 3, b) ในกรณีที่ไม่มีแรงพยายามทำให้เกิดการเคลื่อนไหว ธรรมชาติของปฏิกิริยาบนเนินลาดระดับไมโครทั้งสองจะคล้ายคลึงกัน ด้วยธรรมชาติของการโต้ตอบนี้ ส่วนประกอบแนวนอนทั้งหมดของแรงปฏิสัมพันธ์จะสมดุลกัน และส่วนประกอบแนวตั้งทั้งหมดจะถูกรวมเข้าด้วยกันและประกอบเป็นแรง N (ปฏิกิริยาสนับสนุน) (รูปที่ 2, a)

ได้ภาพที่แตกต่างกันของปฏิสัมพันธ์ของร่างกายเมื่อแรงเริ่มกระทำกับร่างกายตัวใดตัวหนึ่ง ในกรณีนี้ จุดติดต่อส่วนใหญ่จะอยู่ที่ "ทางลาด" ที่เหลือในรูป ตัวแรกจะกดดันตัวที่สอง ความรุนแรงของความดันนี้ถูกกำหนดโดยแรง R" วัตถุที่สองตามกฎข้อที่สามของนิวตันจะกระทำต่อวัตถุที่ 1 ความเข้มของการกระทำนี้ถูกกำหนดโดยแรง R (ปฏิกิริยาสนับสนุน) แรง R

สามารถสลายตัวเป็นส่วนประกอบได้: แรง N ซึ่งตั้งฉากกับพื้นผิวสัมผัสของวัตถุ และแรง Fsc ที่พุ่งตรงข้ามกับการกระทำของแรง F (รูปที่ 2, b)

หลังจากพิจารณาปฏิสัมพันธ์ของร่างกายแล้ว ควรสังเกตสองประเด็น
1) ในการทำงานร่วมกันของวัตถุสองวัตถุตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงสองแรง R และ R" เกิดขึ้น เพื่อความสะดวกในการพิจารณาเมื่อแก้ปัญหา เราแยกแรง R ออกเป็นส่วนประกอบ N และ Fsc (Ftr ใน กรณีเคลื่อนไหว)
2) แรง N และ F Tp มีลักษณะเหมือนกัน (อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า) ไม่สามารถเป็นอย่างอื่นได้ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้เป็นส่วนประกอบของแรง R เดียวกัน
ในเทคโนโลยีสมัยใหม่ การแทนที่การเสียดสีแบบเลื่อนโดยการเสียดสีแบบหมุนมีความสำคัญอย่างยิ่ง เพื่อลดผลกระทบที่เป็นอันตรายของแรงเสียดทาน แรงเสียดทานกลิ้งถูกกำหนดให้เป็นแรงที่จำเป็นสำหรับการกลิ้งเป็นเส้นตรงสม่ำเสมอของร่างกายบนระนาบแนวนอน ได้รับการพิสูจน์โดยประสบการณ์ว่าแรงเสียดทานจากการกลิ้งคำนวณโดยสูตร:

โดยที่ F คือแรงเสียดทานจากการกลิ้ง k คือสัมประสิทธิ์การเสียดสีกลิ้ง P คือแรงกดของตัวกลิ้งบนส่วนรองรับและ R คือรัศมีของตัวหมุน

จากการปฏิบัติจะเห็นได้ชัดเจน จากสูตรจะเห็นได้ชัดว่ายิ่งรัศมีของตัวม้วนมีขนาดใหญ่เท่าใด ความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวค้ำยันก็จะยิ่งมีอุปสรรคน้อยลงเท่านั้น
โปรดทราบว่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีกลิ้ง ตรงกันข้ามกับสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากการเลื่อน เป็นค่าที่ระบุชื่อและแสดงเป็นหน่วยความยาว - เมตร
แรงเสียดทานแบบเลื่อนจะถูกแทนที่ด้วยแรงเสียดทานแบบหมุน ในกรณีที่จำเป็นและที่เป็นไปได้ โดยการเปลี่ยนตลับลูกปืนธรรมดาเป็นตลับลูกปืนแบบหมุน

มีแรงเสียดทานภายนอกและภายใน (หรือที่เรียกว่าความหนืด) แรงเสียดทานประเภทนี้เรียกว่าภายนอกซึ่งแรงเกิดขึ้นที่จุดสัมผัสของวัตถุที่เป็นของแข็งซึ่งขัดขวางการเคลื่อนไหวร่วมกันของร่างกายและมุ่งตรงไปยังพื้นผิวของพวกเขา

แรงเสียดทานภายใน (ความหนืด) เป็นประเภทของแรงเสียดทานซึ่งประกอบด้วยการกระจัดร่วมกัน ชั้นของของเหลวหรือก๊าซระหว่างกันมีแรงสัมผัสที่ป้องกันการเคลื่อนไหวดังกล่าว

แรงเสียดทานภายนอกแบ่งออกเป็นแรงเสียดทานส่วนที่เหลือ (แรงเสียดทานสถิต) และแรงเสียดทานจลนศาสตร์ การเสียดสีของส่วนที่เหลือเกิดขึ้นระหว่างวัตถุแข็งคงที่เมื่อตัวใดตัวหนึ่งพยายามขยับ แรงเสียดทานจลนศาสตร์เกิดขึ้นระหว่างการสัมผัสกันวัตถุแข็งที่เคลื่อนที่ได้ ในทางกลับกัน แรงเสียดทานจลนศาสตร์จะแบ่งออกเป็นแรงเสียดทานแบบเลื่อนและแรงเสียดทานแบบหมุน

แรงเสียดทานมีบทบาทสำคัญในชีวิตมนุษย์ ในบางกรณีเขาใช้มัน และในบางกรณีเขาต่อสู้กับมัน แรงเสียดทานเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติ
ประเภทของแรงเสียดทาน
แรงเสียดทานเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติเช่น แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับแรงไฟฟ้าของปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุล ขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนไหวของร่างกายที่สัมพันธ์กัน
แรงเสียดทานมี 2 ประเภท: แห้งและของเหลว
1. แรงเสียดทานของเหลวเป็นแรงที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุแข็งเคลื่อนที่ในของเหลวหรือก๊าซ หรือเมื่อชั้นหนึ่งของของเหลว (แก๊ส) เคลื่อนที่สัมพันธ์กับอีกชั้นหนึ่งและทำให้การเคลื่อนไหวนี้ช้าลง

ในของเหลวและก๊าซ ไม่มีแรงเสียดทานสถิต
ที่ความเร็วต่ำในของเหลว (แก๊ส):
Ftr= k1v,
โดยที่ k1 คือสัมประสิทธิ์การลาก ขึ้นอยู่กับรูปร่าง ขนาดของร่างกาย และแสงในตัวกลาง กำหนดโดยประสบการณ์

ที่ความเร็วสูง:
Ftr= k2v,
โดยที่ k2 คือสัมประสิทธิ์การลาก
2. แรงเสียดทานแบบแห้งเป็นแรงที่เกิดจากการสัมผัสวัตถุโดยตรง และมักจะพุ่งไปตามพื้นผิวสัมผัสของวัตถุแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างแม่นยำโดยการทำลายพันธะโมเลกุล
แรงเสียดทานของส่วนที่เหลือ
พิจารณาปฏิกิริยาระหว่างแท่งกับพื้นผิวโต๊ะ พื้นผิวของวัตถุที่สัมผัสไม่เท่ากัน แรงดึงดูดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของสารที่อยู่ห่างกันน้อยที่สุด กล่าวคือ บน ส่วนที่ยื่นออกมาด้วยกล้องจุลทรรศน์ แรงดึงดูดทั้งหมดของอะตอมของวัตถุที่สัมผัสกันนั้นมีความสำคัญมากจนแม้ภายใต้การกระทำของแรงภายนอกที่นำไปใช้กับแท่งขนานกับพื้นผิวที่สัมผัสกับโต๊ะ แท่งก็ยังคงนิ่งอยู่ ซึ่งหมายความว่าแรงที่กระทำต่อแท่งแท่งนั้นมีค่าสัมบูรณ์เท่ากับแรงภายนอก แต่มีทิศทางตรงกันข้าม แรงนี้คือแรงเสียดทานสถิต เมื่อแรงที่ใช้ถึงค่าวิกฤตสูงสุดเพียงพอที่จะทำลายพันธะระหว่างส่วนที่ยื่นออกมา แท่งจะเริ่มเลื่อนบนโต๊ะ แรงเสียดทานสถิตสูงสุดไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัสพื้นผิว ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงกดปกติจะเท่ากับค่าสัมบูรณ์กับแรงปฏิกิริยาสนับสนุน N
แรงเสียดทานสถิตสูงสุดเป็นสัดส่วนกับแรงของแรงดันปกติ:

โดยที่ μ คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตขึ้นอยู่กับธรรมชาติของการรักษาพื้นผิวและการรวมกันของวัสดุที่ประกอบขึ้นเป็นวัตถุสัมผัส การประมวลผลพื้นผิวสัมผัสเรียบคุณภาพสูงทำให้จำนวนอะตอมดึงดูดเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตเพิ่มขึ้น

ค่าสูงสุดของแรงเสียดทานสถิตเป็นสัดส่วนกับโมดูลัสของแรง F d ของความดันที่ร่างกายกระทำบนส่วนรองรับ
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตสามารถกำหนดได้ดังนี้ ปล่อยให้ร่างกาย (แถบแบน) นอนอยู่บนระนาบ AB (รูปที่ 3) แรงสามแรงกระทำต่อมัน: แรงโน้มถ่วง F แรงเสียดทานสถิต Fp และแรงปฏิกิริยาสนับสนุน N องค์ประกอบปกติ Fp ของแรงโน้มถ่วงคือแรงกด Fd ที่ร่างกายสร้างขึ้นบนส่วนรองรับ เช่น
FN=Fd. องค์ประกอบสัมผัส Ft ของแรงโน้มถ่วงคือแรงที่เคลื่อนตัวไปตามระนาบเอียง
ที่มุมเอียงเล็ก a แรง Ft จะสมดุลโดยแรงเสียดทานสถิต Fp และร่างกายหยุดนิ่งบนระนาบเอียง (แรงปฏิกิริยาสนับสนุน N ตามกฎข้อที่สามของนิวตันจะมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงข้ามกับแรง Fd คือมันทำให้สมดุล)
เราจะเพิ่มมุมเอียง a จนกว่าร่างกายจะเริ่มเลื่อนลงจากระนาบเอียง ในช่วงเวลานี้
Fт=Fпmaxจากรูปที่ 3 แสดงว่า Ft=Fsin = mgsin; Fn \u003d Fcos \u003d mgcos.
เราได้รับ
fн=sin/cos=tg.
เมื่อวัดมุมที่การเลื่อนของตัวกล้องเริ่มแล้ว ก็สามารถคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต fp ตามสูตรได้

ข้าว. 3. แรงเสียดทานของส่วนที่เหลือ
แรงเสียดทานแบบเลื่อน

แรงเสียดทานแบบเลื่อนเกิดขึ้นเมื่อการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของวัตถุสัมผัส
แรงเสียดทานแบบเลื่อนมักจะมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับความเร็วสัมพัทธ์ของวัตถุที่สัมผัส
เมื่อร่างหนึ่งเริ่มเลื่อนบนพื้นผิวของอีกร่างหนึ่ง พันธะระหว่างอะตอม (โมเลกุล) ของวัตถุที่ไม่เคลื่อนที่ในตอนแรกจะขาดและแรงเสียดทานลดลง ด้วยการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของร่างกายต่อไป พันธะใหม่จะเกิดขึ้นระหว่างอะตอมอย่างต่อเนื่อง ในกรณีนี้ แรงเสียดทานแบบเลื่อนจะคงที่ ซึ่งน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตเล็กน้อย เช่นเดียวกับแรงเสียดทานสถิตสูงสุด แรงเสียดทานแบบเลื่อนเป็นสัดส่วนกับแรงกดปกติ ดังนั้น แรงปฏิกิริยาสนับสนุน:
สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนอยู่ที่ไหน () ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของพื้นผิวสัมผัส

ข้าว. 3. แรงเสียดทานแบบเลื่อน

คำถามทดสอบ

1. แรงเสียดทานภายนอกและภายในคืออะไร?
2. แรงเสียดทานสถิตคืออะไร?
3. แรงเสียดทานแห้งและของเหลวคืออะไร?
4. แรงเสียดทานสถิตสูงสุดคืออะไร?
5. จะกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตได้อย่างไร?

คำจำกัดความ 1

แรงเสียดทานคือแรงที่ปรากฏขึ้นในขณะที่สัมผัสกันระหว่างวัตถุสองชิ้นและป้องกันการเคลื่อนที่สัมพัทธ์

สาเหตุหลักที่กระตุ้นให้เกิดการเสียดสีอยู่ในความขรุขระของพื้นผิวที่ถูและปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของพื้นผิวเหล่านี้ แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับวัสดุของพื้นผิวสัมผัสและแรงกดร่วมกัน

แนวความคิดของแรงเสียดทาน

ตามแบบจำลองการเสียดสีอย่างง่าย (ตามกฎของคูลอมบ์) แรงเสียดทานจะถูกพิจารณาเป็นสัดส่วนโดยตรงกับระดับของปฏิกิริยาปกติของพื้นผิวสัมผัสและถู หากพิจารณาโดยรวมแล้ว กระบวนการของแรงเสียดทานไม่สามารถอธิบายได้โดยแบบจำลองง่ายๆ ของกลไกแบบคลาสสิกเท่านั้น ซึ่งอธิบายได้จากความซับซ้อนของปฏิกิริยาในโซนปฏิสัมพันธ์ของวัตถุที่ถู

แรงเสียดทานเช่นแรงยืดหยุ่นมีลักษณะแม่เหล็กไฟฟ้า การเกิดขึ้นของพวกมันเกิดขึ้นได้เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลและอะตอมของร่างกายที่สัมผัสกัน

หมายเหตุ 1

แรงเสียดทานแตกต่างจากแรงยืดหยุ่นและแรงโน้มถ่วงโดยข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาไม่เพียงขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของร่างกาย (บนตำแหน่งสัมพัทธ์) แต่ยังขึ้นอยู่กับความเร็วสัมพัทธ์ของการปฏิสัมพันธ์ด้วย

ประเภทของแรงเสียดทาน

หากมีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของวัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกัน แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในกระบวนการดังกล่าวจะแบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้:

1. การเสียดสีจากการเลื่อน (แสดงถึงแรงที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่เชิงแปลของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กันตัวใดตัวหนึ่งที่สัมพันธ์กับวัตถุที่สองและกระทำต่อวัตถุนี้ในทิศทางที่จะตรงกันข้ามกับทิศทางของการเลื่อน)
2. แรงเสียดทานจากการกลิ้ง (แสดงถึงโมเมนต์ของแรงที่อาจเกิดขึ้นภายใต้สภาวะของกระบวนการกลิ้งของวัตถุหนึ่งในสองวัตถุที่สัมผัสกับอีกวัตถุหนึ่ง)
3. การเสียดสีกัน (ถือว่าเป็นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กันทั้งสองในขณะที่กลายเป็นอุปสรรคสำคัญต่อการเกิดขึ้นของการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์ แรงดังกล่าวจะถูกเอาชนะเพื่อให้วัตถุสัมผัสเหล่านี้เคลื่อนที่สัมพันธ์กัน ประเภทนี้ ของแรงเสียดทานปรากฏขึ้นระหว่างไมโครดิสเพลสเมนต์ (เช่น ในระหว่างการเปลี่ยนรูป ) ของวัตถุที่สัมผัส ด้วยความพยายามที่เพิ่มขึ้น แรงเสียดทานก็จะเริ่มเพิ่มขึ้นเช่นกัน
4. แรงเสียดทานจากการปั่น (คือโมเมนต์ของแรงที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่สัมผัสกันภายใต้สภาวะการหมุนของวัตถุหนึ่งที่สัมพันธ์กับอีกวัตถุหนึ่งและพุ่งตรงต่อการหมุน) ถูกกำหนดโดยสูตร: $M=pN$ โดยที่ $N$ คือความดันปกติ $p$ คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบหมุนซึ่งมีมิติของความยาว

จากการทดลองพบว่าแรงเสียดทานไม่ขึ้นกับพื้นที่ผิวที่วัตถุสัมผัสกัน และเป็นสัดส่วนกับแรงกดปกติที่วัตถุหนึ่งจะกระทำต่อวัตถุที่สอง

คำจำกัดความ 2

ค่าคงที่แสดงถึงค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน โดยขึ้นอยู่กับลักษณะและสภาพของพื้นผิวที่ถู

ในบางสถานการณ์ การเสียดสีจะมีประโยชน์ ตัวอย่างสามารถยกตัวอย่างได้เมื่อมนุษย์เดินไม่ได้ (ในกรณีที่ไม่มีแรงเสียดทาน) และการเคลื่อนที่ของยานพาหนะ ในขณะเดียวกัน การเสียดสีก็ส่งผลเสียได้เช่นกัน ดังนั้นจึงกระตุ้นการสึกหรอของชิ้นส่วนสัมผัสของกลไก การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเพิ่มเติมสำหรับรถยนต์ สารหล่อลื่นต่างๆ (เบาะลมหรือของเหลว) ทำหน้าที่แก้ปัญหานี้ อีกวิธีที่มีประสิทธิภาพคือการแทนที่การเลื่อนด้วยการกลิ้ง

สูตรการคำนวณพื้นฐานสำหรับกำหนดแรงเสียดทาน

สูตรการคำนวณแรงเสียดทานแบบเลื่อนจะมีลักษณะดังนี้:

• $m$-ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน (แรงเสียดทานเลื่อน),
• $P$ คือแรงดันแนวตั้ง (ปกติ)

แรงเสียดทานจากการเลื่อนเป็นหนึ่งในแรงที่ควบคุมการเคลื่อนไหว และสูตรของมันถูกเขียนโดยใช้แรงปฏิกิริยาของตัวรองรับ จากการทำงานของกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงกดปกติและปฏิกิริยาของแนวรับจะมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม:

ก่อนกำหนดแรงเสียดทาน สูตรจะถูกเขียนดังนี้: $F=mN$ แรงปฏิกิริยาจะถูกกำหนด

หมายเหตุ2

ค่าสัมประสิทธิ์การลากระหว่างกระบวนการเลื่อนถูกนำมาใช้ในการทดลองสำหรับพื้นผิวการขัดถู โดยจะขึ้นอยู่กับวัสดุและคุณภาพของการแปรรูป

แรงสูงสุดของแรงเสียดทานสถิตถูกกำหนดในทำนองเดียวกันกับแรงเสียดทานแบบเลื่อน นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการแก้ปัญหาการกำหนดความแข็งแรงของความต้านทานการขับขี่ ตัวอย่างสามารถให้ด้วยหนังสือที่ขยับด้วยมือที่กดทับ ดังนั้น การเลื่อนหนังสือเล่มนี้จะดำเนินการภายใต้อิทธิพลของแรงต้านทานที่เหลือระหว่างหนังสือกับมือ ในกรณีนี้ ปริมาณความต้านทานจะขึ้นอยู่กับตัวบ่งชี้แรงกดแนวตั้งบนหนังสือ

ข้อเท็จจริงที่ว่าแรงเสียดทานเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วที่สอดคล้องกันจะเป็นเรื่องที่น่าสนใจ และสูตรของมันจะเริ่มเปลี่ยน ขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ แรงนี้สามารถนำมาประกอบกับแรงต้านทานความหนืดในของเหลว

แรงต้านจะกำหนดความเร็วของการเคลื่อนไหว รูปร่างของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ หรือความหนืดของของเหลวทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ การเคลื่อนที่ในน้ำมันและน้ำของวัตถุเดียวกันนั้นมาพร้อมกับความต้านทานที่มีขนาดต่างกัน สำหรับความเร็วต่ำจะมีลักษณะดังนี้:

• $k$ – ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน ขึ้นอยู่กับขนาดเชิงเส้นของวัตถุและคุณสมบัติของตัวกลาง
• $v$ คือความเร็วของร่างกาย

ทุกคนรู้ดีว่าการเคลื่อนย้ายของหนักบนพื้นผิวใดๆ นั้นยากเพียงใด เนื่องจากพื้นผิวของตัวเครื่องไม่เรียบอย่างสมบูรณ์และมีรอยบากจำนวนมาก (มีขนาดต่างกันซึ่งจะลดลงในระหว่างการเจียร) เมื่อร่างทั้งสองสัมผัสกัน รอยหยักจะประสานกัน ปล่อยให้แรงเล็กน้อย (F) ถูกนำไปใช้กับวัตถุตัวใดตัวหนึ่งโดยพุ่งตรงไปยังพื้นผิวสัมผัส ภายใต้อิทธิพลของแรงนี้ รอยหยักจะทำให้เสียรูป (โค้งงอ) ดังนั้นจะมีแรงยืดหยุ่นพุ่งไปตามพื้นผิวสัมผัส แรงยืดหยุ่นที่กระทำต่อร่างกายซึ่งใช้แรง F จะชดเชยมันและร่างกายจะยังคงอยู่นิ่ง

แรงเสียดทานสถิต – แรงที่เกิดขึ้นที่ขอบเขตของวัตถุที่อยู่ติดกันโดยไม่มีการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์.

แรงเสียดทานสถิตมุ่งตรงไปยังพื้นผิวของวัตถุที่สัมผัส (รูปที่ 10) ในทิศทางตรงข้ามกับแรง F และมีขนาดเท่ากับ: Ftr = - F.

ด้วยโมดูลัสแรง F ที่เพิ่มขึ้น การงอของรอยหยักของตะขอจะเพิ่มขึ้น และในท้ายที่สุด พวกมันจะเริ่มแตกและร่างกายจะเริ่มเคลื่อนไหว

แรงเสียดทานแบบเลื่อน – คือแรงที่เกิดขึ้นที่ขอบของวัตถุสัมผัสระหว่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์.

เวกเตอร์แรงเสียดทานแบบเลื่อนมีทิศทางตรงข้ามกับเวกเตอร์ความเร็วของวัตถุที่สัมพันธ์กับพื้นผิวที่เลื่อน

วัตถุที่เลื่อนบนพื้นผิวที่เป็นของแข็งถูกกดทับด้วยแรงโน้มถ่วง P ที่พุ่งไปตามเส้นปกติ เป็นผลให้พื้นผิวหย่อนคล้อยและแรงยืดหยุ่น N ปรากฏขึ้น (แรงกดปกติหรือปฏิกิริยารองรับ) ซึ่งชดเชยแรงกด P (N = - P)

ยิ่งแรง N มากเท่าใด รอยหยักก็จะยิ่งลึกมากขึ้นเท่านั้น และยิ่งยากที่จะทำลาย ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าโมดูลัสของแรงเสียดทานแบบเลื่อนนั้นแปรผันตามแรงของแรงดันปกติ:

ค่าสัมประสิทธิ์ไร้มิติ μ เรียกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากการเลื่อน ขึ้นอยู่กับวัสดุของพื้นผิวสัมผัสและระดับของการเจียร ตัวอย่างเช่น เมื่อเล่นสกี ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีจะขึ้นอยู่กับคุณภาพของน้ำมันหล่อลื่น (น้ำมันหล่อลื่นราคาแพงที่ทันสมัย) พื้นผิวของลู่สกี (นุ่ม หลวม อัดแน่น เป็นน้ำแข็ง) สถานะของหิมะหนึ่งหรืออื่นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและอากาศ ความชื้น ฯลฯ ปัจจัยตัวแปรจำนวนมากทำให้ค่าสัมประสิทธิ์ตัวเองไม่คงที่ ถ้าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานอยู่ระหว่าง 0.045 - 0.055 ถือว่าสลิปนั้นดี

ตารางแสดงค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนสำหรับวัตถุสัมผัสต่างๆ

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานการเลื่อนในกรณีต่างๆ

บทบาทของแรงเสียดทานในหลายกรณีเป็นไปในเชิงบวก ต้องขอบคุณพลังนี้ที่ทำให้มนุษย์ สัตว์ และการขนส่งทางบกเป็นไปได้ ดังนั้นเมื่อเดินคนที่เกร็งกล้ามเนื้อของขารองรับผลักพื้นพยายามขยับพื้นรองเท้ากลับ สิ่งนี้ถูกป้องกันโดยแรงเสียดทานสถิตในทิศทางตรงกันข้าม - ไปข้างหน้า (รูปที่ 11)

เมื่อ 300 กว่าปีที่แล้ว คำถามไม่ได้ยากที่สุด แต่จะต้องใช้ความสนใจและความอดทนเล็กน้อยเพื่อทำความเข้าใจ

กลศาสตร์ส่วนพิเศษมีไว้สำหรับการศึกษาแรงเสียดทาน - กลไกที่เรียกว่าปฏิสัมพันธ์แรงเสียดทาน (หรือ - ไตรโบโลยี)

แรงเสียดทานคือแรงที่วัตถุสัมผัสและเคลื่อนที่สัมพันธ์กันมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน เป็นแรงเสียดทานที่ป้องกันการเคลื่อนที่ของวัตถุที่สัมผัสอย่างอิสระ

ประเภทของแรงเสียดทานและแรงเสียดทาน

แรงเสียดทานสถิตมาจากไหน?

หากเรามองดูพื้นผิวของพื้นและขาตู้ใต้กล้องจุลทรรศน์ เราจะพบการกระแทกด้วยกล้องจุลทรรศน์หลายรูปทรงที่จินตนาการไม่ถึง

เมื่อร่างกายพักซึ่งกันและกัน tubercles จะมีส่วนร่วมเนื่องจากร่างกายยังคงอยู่ในสภาพที่ไม่สามารถเคลื่อนไหวได้

ผลกระทบต่อวัตถุหนึ่งชิ้นหรือทั้งสองวัตถุในคราวเดียวเพื่อให้สัมพันธ์กันจะนำไปสู่การเสียรูปของตุ่ม ซึ่งจะทำให้เกิดการผลักแม่เหล็กไฟฟ้าของโมเลกุล ซึ่งรองรับแรงเสียดทานสถิต

หากใช้ความพยายามทางกายภาพอย่างราบรื่นจนถึงช่วงเวลาสำคัญ แรงเสียดทานสถิตจะเท่ากับค่าสัมบูรณ์กับแรงที่เราพยายามเคลื่อนย้ายตู้

แรงเสียดทานแบบเลื่อน

ในขณะที่ตู้ยังคงเคลื่อนที่จากตำแหน่ง แรงเสียดทานที่พักจะถึงค่าสูงสุด

ในขณะนี้ tubercles ถูกทำลายและเป็นผลให้คณะรัฐมนตรีเริ่ม สไลด์.

ภาพที่ 1 ล้อและอุปกรณ์อื่น ๆ ใช้เพื่อลดแรงเสียดทานจากการเลื่อน

แรงเสียดทานรูปแบบใหม่เกิดขึ้น - แรงเสียดทานแบบเลื่อน. แรงนี้เกิดจากปฏิสัมพันธ์ของพื้นผิวที่เลื่อนเข้าหากัน

แรงนี้แสดงออกมาในช่วงเวลาของการเคลื่อนไหวทางกายภาพ (เลื่อน) ของขาตู้บนพื้นหรือเมื่อสเก็ตของผู้เล่นฮ็อกกี้หรือนักเล่นสเก็ตเลื่อนบนพื้นผิว

หากเราแปลสิ่งที่เกิดขึ้นกับ "เนินเขา" เมื่อเลื่อน จะเกิดการแตกในพันธะระหว่างโมเลกุลที่กระจุกตัวอยู่ในเนินต่างๆ

เมื่อวัตถุอยู่นิ่ง - นั่นคือ เมื่อแรงเสียดทานสถิตทำงาน - ความไม่ต่อเนื่องดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้น

"แบบจำลองของเนินเขา" มีเงื่อนไข ออกแบบมาเพื่อนำเสนอสิ่งที่ซับซ้อนในภาษาที่เรียบง่าย

กระบวนการเดียวกันนี้สามารถอธิบายได้ด้วยคำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์ที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ความเข้าใจซึ่งจะต้องได้รับการฝึกอบรมพิเศษจากผู้อ่าน

กฎทางกายภาพที่ง่ายที่สุดที่เกี่ยวข้องกับแรงเสียดทาน

คำตอบสำหรับคำถาม แรงเสียดทานคืออะไร ไม่เพียงแต่จะได้มาจากการศึกษาตำแหน่งทางทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติด้วย

ในการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณค่าแรงเสียดทาน เราจำเป็นต้องมีข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์ที่อธิบายลักษณะแรงเสียดทาน

ตัวอย่างเช่น เวกเตอร์ของแรงเสียดทานแบบเลื่อนที่ใช้กับวัตถุจากด้านข้างของพื้นผิวเลื่อนนั้นมักจะถูกชี้นำในทิศทางตรงกันข้ามจากทิศทางของเวกเตอร์ความเร็วของวัตถุเสมอ

หากทิศทางของความเร็วเปลี่ยนไป ทิศทางของแรงเสียดทานจากการเลื่อนก็จะเปลี่ยนไปด้วย การพึ่งพาแรงเสียดทานกับความเร็วเป็นลักษณะเด่นที่สำคัญซึ่งมีอยู่ในแรงนี้ (ซึ่ง ตัวอย่างเช่น ไม่มีอยู่ในแรงโน้มถ่วงหรือแรงยืดหยุ่น)

แบบจำลองแรงเสียดทานแบบแห้งที่ง่ายที่สุดมีลักษณะโดยการกระทำของกฎหมายต่อไปนี้:

. แรงเสียดทานแบบเลื่อนมีค่าเท่ากับค่าสูงสุดของแรงเสียดทานสถิต

. ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของพื้นผิวที่มีปฏิสัมพันธ์หรือความเร็วของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งสัมพันธ์กัน

. มีความสัมพันธ์แบบสัดส่วนโดยตรงระหว่างแรงปฏิกิริยาของตัวรองรับและค่าสัมบูรณ์ของแรงเสียดทานแบบเลื่อน ซึ่งคำนวณโดยสูตร: f = µN

สัมประสิทธิ์ของสัดส่วน µ เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน.

นักฟิสิกส์ได้คำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับวัสดุหลายหมื่นคู่

ตัวอย่างเช่น, ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตสำหรับคู่ "ยาง-ยางมะตอยแห้ง" คือ 0.95 และ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเลื่อนสำหรับคู่เดียวกันจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0.5 ถึง 0.8

การเปลี่ยนคุณสมบัติของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กัน ทำให้สามารถมีอิทธิพลต่อขนาดของแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิสัมพันธ์ได้

ตัวอย่างเช่น การปรับปรุงรูปร่างภายนอกของรถแข่งหรือรูปแบบดอกยางของยางที่ใช้ ช่วยให้คุณเพิ่มความเร็วได้โดยการลดแรงเสียดทานจากการเลื่อน

การเสียดสีเกิดขึ้นเมื่อร่างกายสัมผัสกันโดยตรง ทำให้ไม่สามารถเคลื่อนที่สัมพัทธ์ได้ และมักจะพุ่งไปตามพื้นผิวสัมผัสเสมอ

แรงเสียดทานเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติ เช่นเดียวกับแรงยืดหยุ่น แรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวของวัตถุแข็งสองก้อนเรียกว่าแรงเสียดทานแห้ง การเสียดสีระหว่างวัตถุที่เป็นของแข็งกับตัวกลางที่เป็นของเหลวหรือก๊าซเรียกว่าแรงเสียดทานหนืด

แยกแยะ แรงเสียดทานสถิต, แรงเสียดทานแบบเลื่อนและ แรงเสียดทานกลิ้ง.

แรงเสียดทานของส่วนที่เหลือ- เกิดขึ้นไม่เพียงแต่เมื่อเลื่อนพื้นผิวหนึ่งไปอีกพื้นผิวหนึ่งเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นเมื่อพยายามทำให้เกิดการเลื่อนนี้ด้วย แรงเสียดทานสถิตช่วยป้องกันไม่ให้โหลดบนสายพานลำเลียงเคลื่อนที่ลื่นไถล ตอกตะปูเข้าไปในบอร์ด ฯลฯ

แรงเสียดทานสถิตคือแรงที่ป้องกันไม่ให้การเคลื่อนไหวของวัตถุหนึ่งสัมพันธ์กับอีกวัตถุหนึ่ง โดยมุ่งตรงไปยังแรงที่กระทำจากภายนอกขนานไปกับพื้นผิวสัมผัส พยายามเคลื่อนย้ายวัตถุออกจากที่ของมัน

ยิ่งแรงเคลื่อนตัวมากเท่าใด แรงเสียดทานสถิตก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม สำหรับสองร่างใด ๆ ที่สัมผัสกัน มันมีค่าสูงสุดอยู่บ้าง (F tr.p.) maxมากกว่าที่เป็นไปไม่ได้และไม่ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัสของพื้นผิว:

(F tr.p.) สูงสุด = μ p N,

ที่ไหน μ p- ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต นู๋- รองรับแรงปฏิกิริยา

แรงเสียดทานสถิตสูงสุดขึ้นอยู่กับวัสดุของตัวเครื่องและคุณภาพของการประมวลผลของพื้นผิวสัมผัส

แรงเสียดทานแบบเลื่อน. หากเราใช้แรงกับวัตถุที่เกินแรงเสียดทานสถิตสูงสุด ร่างกายจะเคลื่อนไหวและเริ่มเคลื่อนไหว แรงเสียดทานที่เหลือจะถูกแทนที่ด้วยการเสียดสีแบบเลื่อน

แรงเสียดทานจากการเลื่อนยังเป็นสัดส่วนกับแรงกดปกติและแรงปฏิกิริยาสนับสนุน:

F tr \u003d μN

แรงเสียดทานกลิ้ง. หากร่างกายไม่เลื่อนบนพื้นผิวของวัตถุอื่น แต่เหมือนล้อหมุน แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นที่จุดสัมผัสจะเรียกว่าแรงเสียดทานจากการกลิ้ง เมื่อล้อหมุนไปตามพื้นถนน จะถูกกดเข้าไปอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นจึงต้องมีการกระแทกอยู่ข้างหน้าเสมอ ซึ่งจะต้องเอาชนะให้ได้ นี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดแรงเสียดทานจากการกลิ้ง แรงเสียดทานน้อยลงถนนยิ่งหนัก

แรงเสียดทานกลิ้งยังเป็นสัดส่วนกับแรงปฏิกิริยาสนับสนุน:

F tr.qual = μ qual N,

ที่ไหน μคุณภาพ- ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการหมุน

เพราะว่า μคุณภาพ<< μ ที่โหลดเดียวกัน แรงเสียดทานแบบกลิ้งจะน้อยกว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อนมาก

สาเหตุของแรงเสียดทานคือความขรุขระของพื้นผิวของวัตถุสัมผัสและความดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่จุดสัมผัสของวัตถุถู ในกรณีแรก พื้นผิวที่เรียบดูเหมือนมีความผิดปกติในระดับจุลภาค ซึ่งเมื่อเลื่อนจะเกาะติดกันและขัดขวางการเคลื่อนไหว ในกรณีที่สอง แรงดึงดูดจะปรากฏแม้กับพื้นผิวที่ขัดมันอย่างดี

ของแข็งที่เคลื่อนที่ในของเหลวหรือก๊าซได้รับผลกระทบจาก แรงต้านปานกลางพุ่งตรงต่อความเร็วของร่างกายสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมและทำให้การเคลื่อนไหวช้าลง

แรงต้านทานของตัวกลางจะปรากฏเฉพาะระหว่างการเคลื่อนไหวของร่างกายในตัวกลางนี้ ไม่มีอะไรที่เหมือนกับแรงเสียดทานสถิตที่นี่ ในทางตรงกันข้าม วัตถุในน้ำเคลื่อนที่ได้ง่ายกว่าบนพื้นผิวที่แข็งมาก