แรงเสียดทานคงที่คืออะไร?

แรงเสียดทานแบบคงที่เป็นพลังที่ต่อต้านการเคลื่อนไหวของวัตถุสองชิ้นต่อกันเมื่อวัตถุอยู่ในขั้นต้นตัวอย่างง่ายๆคือบล็อกไม้นั่งอยู่บนทางลาด mdash;ต้องใช้แรงเพื่อทำให้บล็อกเลื่อนลงทางลาดอีกคำหนึ่งคือแรงเสียดทานจลน์จลน์ใช้กับแรงที่ต่อต้านวัตถุที่เคลื่อนไหวกันแล้วความแข็งแรงของแรงเหล่านี้สามารถคำนวณได้และเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานในสถานการณ์ในชีวิตจริงค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานคงที่มักพบว่ามากกว่านั้นสำหรับจลน์ แต่ในการทดลองที่ควบคุมอย่างระมัดระวังซึ่งพื้นผิวของวัตถุได้รับการทำความสะอาดอย่างละเอียดเมื่อแรงที่ใช้กับวัตถุบนพื้นผิวเพิ่มขึ้นแรงเสียดทานคงที่จะเพิ่มขึ้นในขั้นต้นเพื่อให้ตรงกับมันเพื่อให้วัตถุไม่ขยับอย่างไรก็ตามหลังจากจุดหนึ่งวัตถุจะเริ่มเคลื่อนที่และ ณ จุดนี้แรงเสียดทานจะลดลงเพื่อให้แรงที่น้อยลงจะต้องทำให้วัตถุเคลื่อนที่ตัวอย่างเช่นแรงเสียดทานอาจตรงกับแรงที่ใช้สูงถึง 50 นิวตัน mdash;แรงวัดจากนิวตัน (n) mdash;แต่หลังจากนั้นมันอาจลดลงเหลือ 40 N ดังนั้นแรงเพียง 50 นิวตันจะต้องมีการเคลื่อนที่ของวัตถุ แต่หลังจากนั้นเพียง 40 นิวตันจะพอเพียง

การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานคงที่ค่าสัมประสิทธิ์ค่าสัมประสิทธิ์สำหรับวัสดุที่เป็นของแข็งหรือวัสดุคู่ใด ๆค่าสัมประสิทธิ์อาจนำไปใช้กับไม้บนไม้เหล็กบนเหล็กหรือเหล็กบนไม้วิธีหนึ่งในการคำนวณค่าสำหรับวัสดุคู่หนึ่งคือการวางบล็อกของวัสดุหนึ่งบนทางลาดที่ทำจากอื่น ๆ mdash;สำหรับวัสดุเดียวบล็อกและทางลาดจะทำจากสารเดียวกันความลาดชันบนทางลาดจะค่อยๆเพิ่มขึ้นจนกระทั่งบล็อกเลื่อนลงมุมที่สิ่งนี้เกิดขึ้นจากนั้นสามารถใช้ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานคงที่

ค่าสัมประสิทธิ์เมื่อใช้ในสูตรและสมการจะได้รับสัญลักษณ์ #956; mdash;จดหมายภาษากรีกตัวห้อยมักใช้เพื่อแยกความแตกต่างทั้งสอง: #956;

s

หมายถึงแรงเสียดทานคงที่ในขณะที่ #956;

k

หมายถึงแรงเสียดทานจลน์ตัวอย่างเช่น #956;

s _{สำหรับเหล็กบนเหล็กคือ 0.74 ในขณะที่ #956;} k _{สำหรับวัสดุนี้คือ 0.57ค่าเหล่านี้มีไว้สำหรับสถานการณ์ในชีวิตจริงทั่วไปและอาจแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับสถานการณ์เนื่องจากค่า #956;} S _{ค่าสามารถได้รับผลกระทบจากความผิดปกติของพื้นผิวสิ่งสกปรกและร่องรอยของสารอื่น ๆ ค่า #956;} k _{ค่าถือเป็นความแม่นยำมากขึ้นและเป็นค่าที่ได้รับเมื่อค่าสัมประสิทธิ์ง่าย ๆจำเป็นต้องมีแรงเสียดทาน}ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทานปัจจัยหลายประการทำให้เกิดแรงเสียดทานคงที่ แต่โดยปกติแล้วสิ่งที่สำคัญที่สุดคือความขรุขระของพื้นผิวแม้จะเรียบเนียนวัสดุที่แตกต่างก็จะแตกต่างกันไปในแง่ของรายละเอียดที่ดีของพื้นผิวของพวกเขาในแง่ที่เป็นประโยชน์ไม่มีพื้นผิวที่ราบรื่นอย่างสมบูรณ์ แต่บางคนจะมีความผิดปกติมากกว่าคนอื่นความแตกต่างนั้นชัดเจนในบางกรณี: ตัวอย่างเช่นแผ่นผ้าไหมมีพื้นผิวที่ราบรื่นมากซึ่งสร้างแรงเสียดทานน้อยลงในขณะที่ถนนยางมะตอยแห้งหยาบทำให้เกิดความต้านทานต่อการเคลื่อนไหวมากขึ้นปัจจัยอื่น ๆ ได้แก่ การดึงดูดไฟฟ้าสถิตและประเภทของพันธะเคมีที่อ่อนแอซึ่งสามารถเกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวตัวอย่าง

หลายคนคุ้นเคยกับแรงเสียดทานคงที่เนื่องจากพวกเขาพบมันเกือบทุกวันตัวอย่างเช่นมันเป็นที่ทำงานเมื่อมีคนเลื่อนหนังสือไปทั่วโต๊ะในขั้นต้นจำเป็นต้องใช้กำลังจำนวนเล็กน้อยเพื่อให้หนังสือย้าย แต่เมื่อมันกำลังเคลื่อนไหวความเสียดทานจลน์ก็เข้ามาเล่นและจะต้องใช้ความพยายามน้อยลงในการย้ายจำนวนแรงที่ต้องการอาจแตกต่างกันไปตามสถานการณ์ตัวอย่างเช่นหากหนังสือมีปกห้องสมุดอยู่และมันก็ชื้นหนังสือเปียกจะอีกครั้งมีแรงมากขึ้นในการเคลื่อนย้ายในขณะที่หนังสือปกอ่อนใหม่เอี่ยมอาจเลื่อนได้ง่ายมากในตารางไม้แห้งที่มีพื้นผิวเคลือบเงา

ตารางของค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบคงที่และจลน์มีให้สำหรับวัสดุทั่วไปและการรวมกันมากมายค่าที่สูงกว่าบ่งบอกถึงแรงเสียดทานที่มากขึ้นเพื่อให้ต้องใช้แรงมากขึ้นเพื่อทำให้เกิดการเคลื่อนไหวตัวอย่างเช่น #956; _s สำหรับอลูมิเนียมบนอลูมิเนียมคือ 1.05 - 1.35 ซึ่งสูงมากในขณะที่ค่าสำหรับ polytetrafluoroethylene (PTFE) บน PTFE คือ 0.04 ซึ่งต่ำมากเป็นการยากที่จะผลักดันรถหยุดให้เคลื่อนไหวเนื่องจากความเสียดทานโดยเจตนาระหว่างยางและพื้นดินสิ่งนี้ช่วยให้ผู้ขับขี่ควบคุมได้มากขึ้นและทำให้รถมีโอกาสน้อยที่จะลื่นไถล

การคำนวณระยะเบรก

ตัวอย่างหนึ่งของการใช้แรงเสียดทานคงที่คือการคำนวณระยะการแตกสำหรับรถยนต์ด้วยความเร็วที่กำหนดและเงื่อนไขเฉพาะในสถานการณ์ปกติเมื่อยางหมุนบนถนนคงที่แทนที่จะใช้จลน์, แรงเสียดทาน#956; _s สำหรับยางแห้งบนถนนแห้งอยู่ที่ประมาณ 1.00 ในขณะที่ค่าสำหรับยางเปียกบนถนนเปียกเพียง 0.2 mdash;ซึ่งหมายความว่าระยะการหยุดพักจะสูงขึ้นห้าเท่าในสภาพที่เปียกในสภาพที่แห้งรถเดินทางที่ 31 ไมล์ต่อชั่วโมง (50 kph) มีระยะเบรก 33 ฟุต (10 เมตร) ในขณะที่ในสภาพที่เปียกชื้นระยะเบรกจะอยู่ที่ 164 ฟุต (50 เมตร)เมื่อยางเลื่อนแทนที่จะกลิ้งไปตามพื้นผิว mdash;อาจเป็นกรณีในสภาพน้ำแข็ง mdash;มันเป็นแรงเสียดทานจลน์ที่สำคัญ