هر تماس بین دو جسم منجر به نیروی اصطکاک می شود. در این صورت فرقی نمی‌کند که اجسام در چه حالتی از ماده هستند، خواه نسبت به یکدیگر حرکت کنند یا در حال استراحت باشند. در این مقاله، به طور خلاصه بررسی خواهیم کرد که چه نوع اصطکاک در طبیعت و فناوری وجود دارد.
اصطکاک استراحت
برای بسیاری، ممکن است تصور عجیبی باشد که اصطکاک اجسام حتی زمانی که نسبت به یکدیگر در حالت استراحت هستند وجود دارد. علاوه بر این، این نیروی اصطکاک بزرگترین نیرو در بین انواع دیگر است. زمانی خود را نشان می دهد که بخواهیم هر جسمی را جابجا کنیم. این می تواند یک قطعه چوب، یک سنگ یا حتی یک چرخ باشد.
دلیل وجود نیروی اصطکاک ایستا وجود بی نظمی در سطوح تماس است که به طور مکانیکی با یکدیگر بر اساس اصل پیک فرورفتگی در تعامل هستند.
نیروی اصطکاک استاتیک با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:
Ft1=μtN
در اینجا N واکنش تکیه گاه است که با آن سطح روی بدن در امتداد نرمال عمل می کند. پارامتر μt ضریب اصطکاک است. بستگی دارد بهمواد سطوح تماس، کیفیت پردازش این سطوح، دمای آنها و برخی عوامل دیگر.
فرمول نوشته شده نشان می دهد که نیروی اصطکاک ساکن به ناحیه تماس بستگی ندارد. عبارت Ft1 به شما این امکان را می دهد که به اصطلاح حداکثر نیرو را محاسبه کنید. در تعدادی از موارد عملی، Ft1 حداکثر نیست. مقدار آن همیشه با نیروی خارجی برابر است که بدن را از حالت سکون خارج می کند.
اصطکاک استراحت نقش مهمی در زندگی دارد. به لطف این، می توانیم روی زمین حرکت کنیم و با کف پا از آن خارج شویم، بدون اینکه لیز بخوریم. هر جسمی که در هواپیماهای مایل به افق قرار دارد، به دلیل نیروی Ft1 از آنها نمی لغزد.
اصطکاک در حین لغزش
نوع مهم دیگری از اصطکاک برای یک فرد زمانی خود را نشان می دهد که یک بدن روی سطح بدن دیگری بلغزد. این اصطکاک به همان دلیل فیزیکی به وجود می آید که اصطکاک استاتیکی. علاوه بر این، قدرت او با استفاده از یک فرمول مشابه محاسبه می شود.
Ft2=μkN
تنها تفاوت با فرمول قبلی استفاده از ضرایب مختلف برای اصطکاک لغزشی μk است. ضرایب μk همیشه کمتر از پارامترهای مشابه برای اصطکاک استاتیک برای یک جفت از سطوح مالشی است. در عمل، این واقعیت به صورت زیر آشکار می شود: افزایش تدریجی نیروی خارجی منجر به افزایش مقدار Ft1 می شود تا زمانی که به حداکثر مقدار خود برسد. پس از آن اوبه شدت چند ده درصد به مقدار Ft2 کاهش می یابد و در طول حرکت بدن ثابت می ماند.
ضریب μk به همان عواملی بستگی دارد که پارامتر μt برای اصطکاک استاتیکی. نیروی اصطکاک لغزشی Ft2 عملاً به سرعت حرکت اجسام بستگی ندارد. فقط در سرعت های بالا کاهش آن قابل توجه است.
اهمیت اصطکاک لغزشی در زندگی انسان را می توان در نمونه هایی مانند اسکی یا اسکیت مشاهده کرد. در این موارد، ضریب µk با اصلاح سطوح مالشی کاهش می یابد. در مقابل، پاشیدن نمک و ماسه در جاده ها با هدف افزایش مقادیر ضرایب μk و μt.
اصطکاک نورد
این یکی از انواع مهم اصطکاک برای عملکرد فناوری مدرن است. در هنگام چرخش یاتاقان ها و حرکت چرخ های وسایل نقلیه وجود دارد. بر خلاف اصطکاک لغزشی و استراحت، اصطکاک غلتشی به دلیل تغییر شکل چرخ در حین حرکت است. این تغییر شکل که در ناحیه ارتجاعی رخ می‌دهد، انرژی را در نتیجه پسماند هدر می‌دهد و خود را به صورت نیروی اصطکاک در حین حرکت نشان می‌دهد.
محاسبه حداکثر نیروی اصطکاک غلتشی طبق فرمول انجام می شود:
Ft3=d/RN
یعنی، نیروی Ft3، به عنوان نیروهای Ft1 و Ft2، است. به طور مستقیم با واکنش حمایت متناسب است. با این حال، به سختی مواد در تماس و شعاع چرخ R. مقدار نیز بستگی داردd ضریب مقاومت غلتشی نامیده می شود. برخلاف ضرایب µk و µt، d دارای بعد طول است.
به عنوان یک قاعده، نسبت بدون بعد d/R 1-2 مرتبه قدر کمتر از مقدار μk است. این بدان معنی است که حرکت اجسام به کمک غلتش از نظر انرژی بسیار مطلوب تر از حرکت لغزشی است. به همین دلیل است که از اصطکاک نورد در تمامی سطوح مالشی مکانیزم ها و ماشین ها استفاده می شود.
زاویه اصطکاک
هر سه نوع تظاهرات اصطکاک که در بالا توضیح داده شد با نیروی اصطکاک مشخص Ft مشخص می شوند که مستقیماً با N متناسب است. هر دو نیرو در زوایای قائم نسبت به یکدیگر جهت می گیرند.. زاویه ای که مجموع بردار آنها با نرمال به سطح تشکیل می دهد، زاویه اصطکاک نامیده می شود. برای درک اهمیت آن، بیایید از این تعریف استفاده کنیم و آن را به شکل ریاضی بنویسیم، دریافت می کنیم:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
بنابراین، مماس زاویه اصطکاک θ برابر با ضریب اصطکاک k برای یک نوع نیرو معین است. این بدان معناست که هر چه زاویه θ بزرگتر باشد، خود نیروی اصطکاک بیشتر است.
اصطکاک در مایعات و گازها
هنگامی که جسم جامد در یک محیط گازی یا مایع حرکت می کند، دائماً با ذرات این محیط برخورد می کند. این برخوردها که با کاهش سرعت جسم صلب همراه است، علت اصطکاک در مواد سیال است.
این نوع اصطکاک به شدت به سرعت وابسته است. بنابراین، در سرعت های نسبتا کم، نیروی اصطکاکمعلوم می شود که مستقیماً با سرعت حرکت v متناسب است، در حالی که در سرعت های بالا ما در مورد تناسب صحبت می کنیم v2.
نمونه های زیادی از این اصطکاک وجود دارد، از حرکت قایق ها و کشتی ها تا پرواز هواپیما.
