Les surfaces exercent une force de friction qui résiste aux mouvements de glissement, et vous devez calculer la taille de cette force dans le cadre de nombreux problèmes de physique. La quantité de frottement dépend principalement de la «force normale» que les surfaces exercent sur les objets qui y sont assis, ainsi que des caractéristiques de la surface spécifique que vous envisagez. Dans la plupart des cas, vous pouvez utiliser la formule :
pour calculer le frottement, avecNpour la force "normale" et "μ” intégrant les caractéristiques de la surface.
Le frottement décrit la force entre deux surfaces lorsque vous essayez de vous déplacer l'une sur l'autre. La force résiste au mouvement et, dans la plupart des cas, la force agit dans la direction opposée au mouvement. Au niveau moléculaire, lorsque vous appuyez sur deux surfaces ensemble, des imperfections mineures dans chacune surface peut s'imbriquer, et il peut y avoir des forces d'attraction entre les molécules d'un matériau et L'autre. Ces facteurs rendent plus difficile leur rapprochement. Cependant, vous ne travaillez pas à ce niveau lorsque vous calculez la force de frottement. Pour les situations quotidiennes, les physiciens regroupent tous ces facteurs dans le « coefficient »
μ.La force «normale» décrit la force que la surface sur laquelle un objet repose (ou est pressée) exerce sur l'objet. Pour un objet immobile sur une surface plane, la force doit s'opposer exactement à la force due à la gravité, sinon l'objet se déplacerait, selon les lois du mouvement de Newton. La force « normale » (N) est le nom de la force qui fait cela.
Il agit toujours perpendiculairement à la surface. Cela signifie que sur une surface inclinée, la force normale pointerait toujours directement à l'opposé de la surface, tandis que la force de gravité pointerait directement vers le bas.
La force normale peut être décrite simplement dans la plupart des cas par :
N=mg
Ici,mreprésente la masse de l'objet, etgreprésente l'accélération due à la gravité, qui est de 9,8 mètres par seconde par seconde (m/s2), ou netwons par kilogramme (N/kg). Cela correspond simplement au "poids" de l'objet.
Pour les surfaces inclinées, la force de la force normale est réduite plus la surface est inclinée, donc la formule devient :
N=mg\cos{\thêta}
Avecθreprésentant l'angle auquel la surface est inclinée.
Pour un exemple de calcul simple, considérons une surface plane avec un bloc de bois de 2 kg posé dessus. La force normale pointerait directement vers le haut (pour supporter le poids du bloc), et vous calculeriez :
N=2\fois 9,8 = 19,6\texte{ N}
Le coefficient dépend de l'objet et de la situation spécifique avec laquelle vous travaillez. Si l'objet ne se déplace pas déjà sur la surface, vous utilisez le coefficient de friction statiqueμstatique, mais s'il est en mouvement, vous utilisez le coefficient de frottement de glissementμfaire glisser.
Généralement, le coefficient de frottement de glissement est inférieur au coefficient de frottement statique. En d'autres termes, il est plus facile de faire glisser quelque chose qui glisse déjà que de faire glisser quelque chose qui est immobile.
Les matériaux que vous envisagez affectent également le coefficient. Par exemple, si le bloc de bois d'avant était sur une surface en brique, le coefficient serait de 0,6, mais pour du bois propre, il peut aller de 0,25 à 0,5. Pour la glace sur glace, le coefficient statique est de 0,1. Encore une fois, le coefficient de glissement le réduit encore plus, à 0,03 pour la glace sur glace et 0,2 pour le bois sur bois. Recherchez-les pour votre surface à l'aide d'un tableau en ligne (voir Ressources).
La formule de la force de frottement indique :
F=\mu N
Pour l'exemple, considérons un bloc de bois d'une masse de 2 kg sur une table en bois, poussé depuis l'arrêt. Dans ce cas, vous utilisez le coefficient statique, avecμstatique = 0,25 à 0,5 pour le bois. Priseμstatique = 0,5 pour maximiser l'effet potentiel du frottement, et en se souvenant de laN = 19,6 N de plus tôt, la force est :
F=0,5\times19,6 = 9,8\texte{ N}
N'oubliez pas que la friction ne fournit que de la force pour résister au mouvement, donc si vous commencez à la pousser doucement et obtenez plus ferme, la force de frottement augmentera jusqu'à une valeur maximale, ce que vous venez de calculer. Les physiciens écrivent parfoisFmax pour clarifier ce point.
Une fois le bloc en mouvement, vous utilisezμfaire glisser = 0,2, dans ce cas :
F_{slide}=\mu_{slide} N=0.2\times 19.6 = 3.92\text{ N}