แรงเสียดทาน (friction force)
1.แรงเสียดทาน (friction force) เป็นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัส 2 ผิว พยายามต่อต้านไม่ให้ผิวทั้งสองเคลื่อนที่ผ่านกัน แรงเสียดทานมีผลต่อการเคลื่อนที่ คือ พยายามต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุค่าของแรงเสียดทานจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวสัมผัส แรงกดวัตถุลงบนพื้นสัมผัสและชนิดของวัตถุที่สัมผัส
2.ทิศทางของแรงเสียดทาน ทิศของแรงเสียดทานจะมีทิศสวนทางกับการเคลื่อนที่ เวลาจะดูทิศของแรงเสียดทาน ให้ดูที่จุดผิวสัมผัสว่าผิวสัมผัสเคลื่อนที่อย่างไร แรงเสียดทานจะสวนทิศการเคลื่อนที่นี้แรงเสียดทานขณะรถแล่นกับแรงเสียดทานขณะขับรถเบรกต่างกัน แรงเสียดทานขณะรถแล่น ผิวสัมผัสหมุนไปข้างหลัง แรงเสียดทานมีทิศไปข้างหน้า
ก. รถแล่นจากซ้ายไปขวา ยางรถหมุนเคลื่อนที่จากขวาไปซ้าย แรงเสียดทาน F มีทิศจากซ้ายไปขวา
ข. รถแล่นถอยหลังจากขวาไปซ้าย ยางรถหมุนเคลื่อนที่จากซ้ายไปขวา แรงเสียดทาย F มีทิศทางจากขวาไปซ้าย
ค. รถเบรกล้ออยู่นิ่งแต่รถจะแล่นไปต่อจากเดิม คือ จากขวาไปซ้าย แรงเสียดทานมีทิศจากซ้ายไปขวา
3.ประโยชน์และโทษของแรงเสียดทาน
รถยนต์จะแล่นไปได้ ต้องมีแรงเสียดทาน F ยันล้อไว้ ถ้าไม่มี F ล้อจะหมุนอยู่กับที่ รถแล่นไปไม่ได้ ตัวอย่างมีในบนถนนเมืองหนาว พื้นถนนเป็นน้ำแข็งรถแล่นไป ไม่ได้ ต้องเอาทรายโรยให้เกิดแรงเสียดทานรถจึงแล่นไปได้
คนจะเดินบนพื้นต้องมีแรงเสียดทาน ถ้าไม่มีคนจะเดินไม่ได้ จะลื่นหกล้ม รองเท้าจึงต้องมีลวดลายเพื่อให้เกิดแรงเสียดทาน ยางรถยนต์ก็ต้องมีลวดลายเพื่อให้เกิดแรงเสียดทาน
โทษของแรงเสียดทานก็มี ตัวอย่างเช่น แรงเสียดทานตามข้อต่อ หรือแกนหมุนของเครื่องยนต์ต้องมีตลับลูกปืน หรือหยอดน้ำมันหล่อลื่น ช่วยลดแรงเสียดทาน ไม่เช่นนั้นจะสูญเสียพลังงานมาก เกิดความร้อนมากด้วย รถยนต์มีแรงเสียดทานกับอากาศทำให้แล่นช้า เรือมีแรงเสียดทานกับน้ำ เครื่องบินมีแรงเสียดทานกับอากาศ
4. สัมประสิทธิ์ของความเสียดทาน เป็นค่าตัวเลขแสดงว่ามีแรงเสียดทานของวัตถุ 2 สิ่งมาก
น้อยเพียงใด ใช้อักษร m (มิว) เป็นสัญลักษณ์สากล
สัมประสิทธิ์ของความเสียดทาน
m = แรงที่ดึงวัตถุให้เคลื่อนที่
แรงกดลงบนผิวสัมผัส
หน่วยของแรงต้องเป็นหน่วยเดียวกันทั้งเศษและส่วน
ตัวอย่างการคำนวณ
จงหาสัมประสิทธิ์ของความเสียดทานระหว่างวัตถุที่วางงบนโต๊ะ วัตถุหนัก 5 กิโลกรัมออกแรง
ดึง 25 นิวตันในแนวราบวัตถุจึงเคลื่อนที่ช้าๆ ?
สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน = แรงที่ดึงวัตถุให้เคลื่อนที่
แรงกดลงบนผิวสัมผัส
แรงดึงวัตถุ 25 นิวตัน ; แรงกด = 5 X 9.8 = 49 นิวตัน
แทนค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน = = 0.51
เมื่อวัตถุวางบนพื้น แรงกดบนพื้นคือน้ำหนักวัตถุ N เมื่อเราออก แรงดึงวัตถุ F เพื่อให้วัตถุเคลื่อนที่ พอออกแรงดึงก็จะมีแรงเสียดทาน
ต่อต้านทันที เรียกว่า แรงเสียดทานสถิต ( static friction ) สัมประสิทธิ์
ความเสียดทานสถิตคือ ms ถ้าเราออกแรงมากขึ้นจนดึงให้วัตถุเคลื่อนที่
ได้ เมื่อ ออกแรง F1 ค่าของแรง F1 = msN
ตัวอย่าง เช่น สัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิต = 0.3 วัตถุหนัก 3 กิโลกรัมหรือ 3 X 9.8 = 29.4 นิวตัน เราต้องออกแรง F1 = 0.3 X 29.4 = 8.82 นิวตัน วัตถุจึงจะเริ่มขยับได้ แสดงว่าแรงเสียดทานสถิตมีตั้งแต่เริ่มดึง คือ = 0 จนมากสุด msN
ต่อจากนั้นวัตถุจะเคลื่อนที่ มีแรงเสียดทานจลน์ สัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ แรงเสียดทานจลน์จึงมีเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ แรงดึงวัตถุให้เคลื่อนที่จะคงที่ คือ F2 = mkN
Ex. แผ่นไม้วางบนโต๊ะในการจะลากแผ่นไม้หนัก 4 kg. ไปบนพื้นโต๊ะ เริ่มลากให้ขยับได้ใช้แรงถึง
10 นิวตัน (F1) เมื่อแผ่นไม้เคลื่อนที่ได้แล้วใช้แรงลากเพียง 6 N. (F2) สัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน
สถิตเป็นเท่าใด ถ้าลากในแนวขนานพื้นโต๊ะ ?
วิธีทำ จาก สมการ F1 =
F1 = 10 N.
N = 4 kg. ( 4 × 9.8 = 39.2 N .)
แทนค่า ms =
ms = N.
สปส.ของแรงเสียดทานสถิต = 0.25 Ans.
...................................................................................................................................................................................................................
ลิขิต ฉัตรสกุล และคณะ : แบบฝึกหัด วิทยาศาสตร์ ว 306 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 ภาคเรียนที่ 2 ลิขิต ฉัตรสกุล และคณะ ) :
Ex 6. จาก Ex.5 จงหาสัมประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ ?
วิธีทำ จากสมการ F2 = mkN
F2 = 6 N.
= ?
N = ( 4 kg. x 9.8 N. = 39.2 )
=
=
= 0.15
สัมประสิทธิ์ของแรเสียดทานจลน์มีค่า = 0.15 Ans.
……………………………………………………………………………………………………………………………………………….
ลิขิต ฉัตรสกุล และคณะ ) : ( แบบฝึกหัด วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมปีที่ 3 ว 306
การลดแรงเสียดทาน
ในกรณีที่แรงเสียดทานทำให้เกิดผลเสียต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุ จะต้องมีการลดแรงเสียทาน ซึ่งมีหลายวิธีดังนี้
1. ลดพื้นที่ผิวสัมผัส โดยการออกแบบยานพาหนะให้เพรียวลม และสัมผัสพื้นน้ำหรืออากาศให้น้อยที่สุด
2. เพิ่มความลื่นของผิวสัมผัส โดยใช้น้ำมันหล่อลื่น หรือใช้ตลับลูกปืนช่วย
3. ใช้ล้อ โดยวัตถุที่นำมาทำล้อควรมีผิวเรียบ กลม
การเพิ่มแรงเสียดทาน
ในกรณีที่แรงเสียดทานมีประโยชน์ เข่น ป้องกันการเกิดอุบัติเหตุ ทางรถยนต์ และป้องกันการหกล้มจากรองเท้า ทำได้ดังนี้
1. เพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัส โดยออกแบบล้อรถยนต์ให้มีหน้ากว้างพอเหมาะจะทำให้เกาะถนนได้ดี ถ้าเพิ่มพื้นที่มากเกินไปก็อาจทำให้เกิดผลเสีย
2. ลดความลื่นของผิวสัมผัส โดยทำให้บริเวณผิวสัมผัสมีความฝืดขึ้น เช่น เพิ่มดอกของยางรถยนต์สำหรับพื้นรองเท้าควรใช้พื้นยาง หรือพื้นที่ไม่เรียบจะเกิดความปลอดภัยสูงขณะใช้เคลื่อนที่
การใช้ประโยชน์จากการลดแรงเสียดทาน ( เพิ่มเติม )
1.) ข้อต่อกระดูกของคนเรา จะเสียดสีกันตลอดเวลาขณะเราทำงาน การลดการเสียดสีของร่างกาย คือ มีสารหล่อลื่นได้แก่ น้ำหล่อสมองไขมันสันหลัง หรือน้ำหล่อลื่นระหว่างข้อต่อกระดูก
2.) ลูกสูบของกระบอกสูบในเครื่องยนต์ จะเสียดสีกันตลอดเวลาจึงต้องใช้สารที่ทำหน้าที่ช่วยลดการเสียดสี เช่นน้ำมันเครื่อง แต่อย่างไรก็ตามถึงแม้จะไร้สารหล่อลื่นก็ยังมีการสูญเสียพลังงานไปกับแรงเสียดทานประมาณ 25 %
3.) การผลิตสารเคลือบ หรือฉาบบนภาชนะเพื่อให้เกิดความลื่นสารนี้คือ PTFE ( Poly Tetrafluoro Ethylene ) มีชื่อทางการค้าว่า เทฟลอน ใช้กับกระทะ ถาดอบ หม้อหุงข้าว ปัจจุบันมีการนำไปใช้กับเครื่องยนต์ ยานพาหนะที่ไม่ต้องทำการอัดฉีดด้วยสารหล่อลื่น
การใช้ประโยชน์จากการเพิ่มแรงเสียดทาน
1.) การผลิตน๊อตหรือตะปูเกลียว เพื่อเพิ่มแรงเสียดทาน ทำให้มีแรงยึดเหนี่ยวได้ดี
2.) ยางรถยนต์จะมีลวดลาย หรือเราเรียกว่า ดอกยาง เป็นร่องแคบๆ หรือหยักไปมาคล้ายฟันปลา เพื่อช่วยให้เกาะถนนได้ดีขึ้น ขณะรถแล่นไปบนพื้นถนนที่เปียก แต่ถ้าเราต้องการให้รถวิ่งได้เร็วขึ้นในถนนที่แห้งสนิท ยางรถยนต์ชนิดนี้ก็ไม่ต้องมีลวดลายหรือดอกยาง เช่นรถแข่งสูตร 1 ( Formula One )
3.) การทำให้พื้นมีความขรุขระ เพราะจะทำให้การเดินและการทรงตัวดีกว่าพื้นเรียบและขัดมัน ซึ่งถ้าพื้นไม่มีแรงเสียดทานเลย เราจะเดินไม่ได้
4.) พื้นรองเท้าผลิตโดยใช้วัสดุ ที่เพิ่มแรงเสียดทาน ระหว่างพื้นกับรองเท้า เพื่อการทรงตัวและเคลื่อนไหวได้สะดวกขึ้น
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น