پدیده اصطکاک در زندگی انسان نقش مثبت و منفی دارد. از یک طرف بدون حضور آن، حرکت غیرممکن خواهد بود، از طرف دیگر، به دلیل اصطکاک، تلفات عظیم انرژی و مواد کاری رخ می دهد. در این مقاله از دیدگاه فیزیک، اصطکاک چیست و همچنین نحوه یافتن ضریب اصطکاک را بررسی خواهیم کرد.
پدیده اصطکاک
اصطکاک یک پدیده تماسی است که در ناحیه تماس بین اجسام مختلف رخ می دهد و هر حرکت متقابل آنها را خنثی می کند.
در مکانیک حرکت جامدات، سه نوع اصطکاک متمایز می شود:
- بازیگری در حالت استراحت؛
- عملکرد هنگام لغزش سطوح روی یکدیگر؛
- ناشی از چرخاندن اجسام.
اصطکاک در حال استراحت زمانی رخ می دهد که یک نیروی مماسی خارجی به سطحی روی جسم وارد کنیم تا آن را به حرکت درآوریم. نمونه بارز اصطکاک لغزشی، سر خوردن چوب اسکی روی برف است. در نهایت، اصطکاک در طول نوردزمانی که چرخ وسیله نقلیه در جاده می چرخد خود را نشان می دهد.
فرمول تعیین نیروی اصطکاک
در فیزیک، انواع اصطکاک فهرست شده با همان فرمول هنگام محاسبه نیروهای عامل توصیف می شوند. این فرمول شبیه این است:
Ft=μN.
نیروی اصطکاک Ft برابر است با حاصل ضرب ضریب اصطکاک µ و واکنش پشتیبانی N. هنگام در نظر گرفتن نوع اصطکاک مربوطه، فقط مقدار ضریب µ ، که یک کمیت بدون بعد است، تغییر می کند.
در مورد نیروهای اصطکاک ایستا و لغزشی، مقدار µ حدود دهم واحد است. μ به مواد در تماس، به زبری سطح آنها بستگی دارد و به سطح تماس یا سرعت لغزش بستگی ندارد.
برای اصطکاک نورد، ضریب µ (معمولاً CR نشان داده می شود) به ویژگی های کشسانی بدنه نورد، به سختی آن، به شعاع نورد و برخی دیگر بستگی دارد. عوامل. برای اکثر مواد، این ضریب نورد در صدم و هزارم واحد است.
از آنجایی که فاکتورهای زیادی بر مقدار μ تأثیر دارند، هیچ فرمول ریاضی مشخصی برای محاسبه آن وجود ندارد. در پاسخ به این سوال که چگونه ضریب اصطکاک را به دست آوریم، باید گفت که به صورت تجربی اندازه گیری می شود.
تعیین ضریب μ
در این پاراگراف، ما دو روش برای تعیین عملی مقدار µ با استفاده از مثال اصطکاک لغزشی و استراحت در نظر خواهیم گرفت.
اولین راه برای پاسخ به این سوال که چگونه ضریب اصطکاک را پیدا کنیم،شامل قرار دادن یک میله در یک صفحه افقی است که یک دینامومتر به آن متصل است. میله و هواپیما از جفت مواد مورد بررسی، به عنوان مثال، شیشه و چوب ساخته شده اند. با حرکت یکنواخت میله، با نگه داشتن دینامومتر، می توانید نیروی لغزش Ft را تعیین کنید. با دانستن جرم m میله، ضریب µ به صورت زیر محاسبه می شود:
µ=Ft / (mg).
روش دوم برای تعیین μ برای اصطکاک استاتیکی مناسب است. برای انجام این کار، باید یک نوار را در یک صفحه افقی قرار دهید. سپس، یک انتهای هواپیما باید به آرامی بلند شود و آن را در یک زاویه خاص نسبت به افق کج کند. در یک زاویه مشخص θ، میله شروع به لیز خوردن از سطح می کند. با اندازه‌گیری این زاویه، ضریب اصطکاک µ را می‌توان از معادله تعیین کرد:
µ=tg(θ).
اندازه‌گیری µ برای اصطکاک غلتشی شامل استفاده از یک تنظیم پیچیده‌تر به نام آونگ مایل است. محاسبه μ در این مورد با مطالعه معادلات دینامیک حرکت انجام می‌شود.
