วัสดุแรงเสียดทาน: คำจำกัดความ ประเภท สูตร ตัวอย่าง
กำลังโหลด...
แรงเสียดทานเป็นประเภทของฟิสิกส์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวัน แรงสามารถตีความได้ว่าเป็นปฏิสัมพันธ์ที่เมื่อทำงานอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเงื่อนไขหรือการเคลื่อนไหวของวัตถุได้ แรงได้รับผลกระทบจากการผลักหรือดึง
แรงสัมพันธ์กับกฎของนิวตัน ดังนั้นหน่วย SI ที่ได้รับมาของแรงจึงถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์ N ปฏิสัมพันธ์ทุกประเภทสามารถทำให้วัตถุที่มีมวลเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ได้ แรงต้านแรงเสียดทานแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ สถิตและจลนศาสตร์
รายการเนื้อหา
คำจำกัดความของแรงเสียดทาน
แรงเสียดทานเป็นแรงประเภทหนึ่งที่มักพบในชีวิตประจำวัน แรงนี้จะเกิดขึ้นเนื่องจากการสัมผัสระหว่างระนาบกับวัตถุ การเสียดสีที่เกิดขึ้นจะทำให้วัตถุเคลื่อนที่ได้
ปริมาณแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นสามารถกำหนดได้จากพื้นผิวของทั้งสองพื้นผิวที่สัมผัสกัน หากพื้นผิวขรุขระแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นก็จะมากขึ้น ถ้าเรียบ ความฝืดก็จะน้อยลง
สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากพื้นผิวจะยับยั้งหรือทำให้แรงเสียดทานของระนาบสัมผัสสัมผัสเรียบขึ้น พื้นผิวที่ขรุขระอาจทำให้วัตถุถูกปิดกั้นและทำให้เคลื่อนย้ายได้ยาก
บนพื้นผิวที่ลื่น วัตถุจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นและแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจะน้อยลง ยิ่งวัตถุเคลื่อนที่ยาก แรงเสียดทานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แรงเสียดทานป้องกันไม่ให้วัตถุเคลื่อนที่
แรงเสียดทานมักจะมีทิศทางที่ตรงกันข้ามกับทิศทางของการเคลื่อนที่ หมายความว่ามันอยู่ตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ ถ้าลูกเคลื่อนที่ไปทางขวา ความฝืดจะไปทางซ้าย เช่น เวลาจอดรถ แรงขับไปทางขวา ความเสียดทานจะอยู่ทางซ้าย
หากกำหนดอย่างง่าย ๆ การเสียดสีจะเกิดขึ้นเนื่องจากวัตถุสองพื้นผิวมาบรรจบกัน แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นกับวัตถุที่สัมผัสนั้นมีค่าไม่เท่ากัน ขนาดของค่าความเสียดทานอาจเกิดจากปัจจัยบางประการ
อ่าน: กฎของนิวตัน 1, 2, 3
สูตรแรงเสียดทานสถิต
แรงเสียดทานประเภทนี้จะทำงานเมื่อพื้นผิวที่ชนกันไม่เลื่อนทับกัน สามารถตีความได้ว่าแรงนี้กระทำต่อวัตถุที่ได้รับแรงภายนอก (F) เช่น แรงดึงหรือแรงผลักไปยังวัตถุตั้งต้นที่อยู่นิ่งจนกว่าจะเคลื่อนที่
แรงเสียดทานสถิตประเภทนี้เกิดขึ้นระหว่างวัตถุสองชิ้นที่ไม่เคลื่อนที่สัมพันธ์กัน แรงนี้เกิดขึ้นเมื่อวัตถุเลื่อนลงมาในระนาบเอียง นี่คือสูตรการคำนวณ
fs = s x N
คำอธิบาย:
fs: ปริมาณแรงเสียดทานสถิต (N)
s: ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต (N)
N: แรงปกติ (N)
สูตรแรงเสียดทานจลน์
แรงเสียดทานจลน์เรียกอีกอย่างว่าไดนามิก แรงนี้จะเกิดขึ้นเมื่อวัตถุสองชิ้นที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กันถูกันเอง
ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีจลน์มักจะน้อยกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตเสมอแม้ว่าจะเกิดขึ้นในวัสดุเดียวกันก็ตาม แรงเสียดทานจลน์กระทำกับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ตรวจสอบสูตรการคำนวณต่อไปนี้
fk = k x N
คำอธิบาย:
fk: ขนาดของแรงเสียดทานจลนศาสตร์ (N)
k: สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลนศาสตร์ (N)
N: แรงปกติ (N)
อ่าน: สูตรพลัง
วิธีการกำหนดส่วนที่เหลือของการเคลื่อนที่ของวัตถุ
หลังจากเข้าใจสูตรของแรงเสียดทานจลนศาสตร์และสถิตแล้ว สิ่งแรกที่ต้องทำความเข้าใจก็คือการรู้ว่าวัตถุหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ ในการพิจารณาสิ่งนี้ คุณสามารถเปรียบเทียบแรงเสียดทานสถิตบนวัตถุกับแรงภายนอก (F) นี่คือข้อมูล
- หากแรงภายนอกเทียบกับแรงเสียดทานสถิตเท่ากัน แสดงว่าวัตถุจะเคลื่อนที่ (F = fs)
- หากแรงภายนอกเทียบกับแรงเสียดทานสถิตน้อยกว่า ก็สรุปได้ว่าวัตถุอยู่นิ่ง (F < fs)
- หากแรงภายนอกมากกว่าแรงเสียดทานสถิต แสดงว่าวัตถุนั้นกำลังเคลื่อนที่ (F > fs)
ตัวอย่างการใช้แรงเสียดทาน
การเสียดสีเป็นรูปแบบที่พบบ่อยที่สุดรูปแบบหนึ่ง แม้กระทั่งเกี่ยวข้องกับกิจกรรมประจำวันอย่างใกล้ชิด ดูตัวอย่างการใช้งานด้านล่าง
- เมื่อรถเคลื่อนที่ จะมีแรงเสียดทานระหว่างแอสฟัลต์กับล้อ
- เวลาลบหรือเขียนจะเกิดการเสียดสีระหว่างปากกาหรือยางลบกับกระดาษ
- เวลาถูฝ่ามือเพื่อให้ร่างกายอบอุ่นจะเกิดการเสียดสีระหว่างมือ
- เวลาวิ่งจะมีแรงเสียดทานระหว่างพื้นกับเท้า
- เวลาผลักเก้าอี้จะเกิดการเสียดสีระหว่างพื้นกับเก้าอี้
- เมื่อผลักโต๊ะลงบนพื้นผิวที่ขรุขระ แรงเสียดทานก็จะยิ่งมากขึ้น ในขณะที่บนพื้นผิวเรียบหรือโต๊ะที่มีล้อ ความเสียดทานที่เกิดขึ้นจะน้อยลง
- เวลาถูพื้นจะเกิดการเสียดสีระหว่างม็อบกับพื้น
อ่าน: แรงโน้มถ่วง
ตัวอย่างคำถามและการอภิปราย
เพื่อให้เข้าใจการอภิปรายเรื่องความเสียดทานได้ดีขึ้น จึงต้องใช้คำถามเพื่อฝึกฝนทักษะ ด้วยวิธีนี้ การคำนวณขนาดของแรงที่สร้างขึ้นสามารถคำนวณได้อย่างเหมาะสม ดูตัวอย่างคำถามด้านล่าง
ตัวอย่างที่ 1:
บนพื้นผิวที่ขรุขระมีบล็อกที่มีมวล 10 กก. ถ้าทราบว่าแรงเสียดทานสถิต s = 0.4 และสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลนศาสตร์ k = 0.3 ความเสียดทานของบล็อกหากดึงด้วยแรง 20 นิวตันจะเป็นเท่าใด
การอภิปราย:
เป็นที่รู้จัก:
ม. = 10 กก.
โฆษณา
s = 0.4
k = 0.3
F = 20 N
ถาม: ฉ
ตอบ:
วิธีแรกคือแรงตั้งฉากก่อน
ปีงบประมาณ = 0
N – w = 0
ยังไม่มีข้อความ = w
N = มก.
ไม่มี = (10) (10)
N = 100 N
หลังจากนั้นให้หาแรงเสียดทานสถิต
fs = s x N
fs = 0.4 x 100
fs = 40 N
สรุปได้ว่า F < fs หมายถึงบล็อกหยุดนิ่ง สามารถคำนวณได้จากกฎข้อที่หนึ่งของนิวตันดังนี้
F = 0
F – f = 0
F = ฉ
ฉ = 20 น
ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าปริมาณแรงเสียดทานที่กระทำต่อบล็อกคือ 20 นิวตัน
ตัวอย่าง 2
บล็อกที่มีน้ำหนัก 25 กก. อยู่บนพื้นขรุขระ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า s = 0.7 และ k = 0.3 บล็อกได้รับแรงดึง 160 N ในแนวนอน คำนวณปริมาณแรงเสียดทานที่บล็อกได้รับ
การอภิปราย:
เป็นที่รู้จัก:
ม. = 25 กก.
s = 0.7
k = 0.3
F = 160 N
ถาม: ฉ
ตอบ:
ขั้นตอนแรกคือการหาขนาดของแรงตั้งฉาก (N):
ปีงบประมาณ = 0
N – w = 0
ยังไม่มีข้อความ = w
N = มก.
ไม่มี = (25) (10)
ยังไม่มีข้อความ = 250 ยังไม่มีข้อความ
มองหาการปัดแบบคงที่ก่อน:
fs = s x N
fs = 0.7 x 250
fs = 175 N
เนื่องจาก F > fs บล็อกอยู่ในตำแหน่งเคลื่อนที่ หาค่าความเสียดทานจลน์ดังต่อไปนี้
fk = k x N
เอฟเค = (0.3) (250)
fk = 75 N
สรุปได้ว่าแรงเสียดทานที่เกิดจากบล็อกคือ 75 นิวตัน
แรงเสียดทานจลน์และสถิตมีเกณฑ์และการคำนวณที่แตกต่างกัน เมื่อเข้าใจวิธีการคำนวณแล้ว การทำงานกับคำถามเชิงปฏิบัติก็สามารถทำได้ง่ายและรวดเร็วยิ่งขึ้น สิ่งนี้สามารถปรับปรุงความเข้าใจในเนื้อหาได้อย่างแน่นอน
X ปิด
โฆษณา
โฆษณา
X ปิด