แรงเสียดทานแบบหมุน: คำจำกัดความ สัมประสิทธิ์ สูตร (w/ ตัวอย่าง)

แรงเสียดทานเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวัน ในขณะที่มีปัญหาทางฟิสิกส์ในอุดมคติ คุณมักจะเพิกเฉยต่อสิ่งต่างๆ เช่น แรงต้านของอากาศและแรงเสียดทาน หากคุณต้องการให้แม่นยำ คำนวณการเคลื่อนที่ของวัตถุข้ามพื้นผิว คุณต้องคำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ที่จุดสัมผัสระหว่างวัตถุกับ พื้นผิว

ซึ่งมักจะหมายถึงการทำงานกับแรงเสียดทานแบบเลื่อน แรงเสียดทานสถิต หรือแรงเสียดทานจากการหมุน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสถานการณ์เฉพาะ แม้ว่าวัตถุที่กลิ้งไปมาอย่างลูกบอลหรือล้อจะมีแรงเสียดทานน้อยกว่าวัตถุที่คุณต้องทำก็ตาม สไลด์ คุณยังต้องเรียนรู้การคำนวณแรงต้านการหมุนเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุ เช่น ยางรถยนต์บน ยางมะตอย.

แรงเสียดทานจากการกลิ้งเป็นประเภทของแรงเสียดทานจลนศาสตร์หรือที่เรียกว่าความต้านทานการหมุนซึ่งใช้กับการเคลื่อนที่แบบหมุน (ตรงข้ามกับการเคลื่อนที่แบบเลื่อน ซึ่งเป็นการเสียดสีจลนศาสตร์ประเภทอื่น) และต่อต้านการเคลื่อนที่แบบหมุนในลักษณะเดียวกับแรงเสียดทานรูปแบบอื่นๆ

โดยทั่วไปแล้ว การกลิ้งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการต้านทานมากเท่ากับการเลื่อน ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานกลิ้ง rollingบนพื้นผิวโดยทั่วไปจะน้อยกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับการเลื่อนหรือสถานการณ์คงที่บนพื้นผิวเดียวกัน

กระบวนการกลิ้ง (หรือการกลิ้งแบบบริสุทธิ์คือไม่มีการเลื่อนหลุด) ค่อนข้างแตกต่างจากการเลื่อน เพราะการกลิ้งนั้นรวมถึงการเสียดสีเพิ่มเติมเมื่อจุดใหม่แต่ละจุดบนวัตถุสัมผัสกับ พื้นผิว ด้วยเหตุนี้ จุดสัมผัสใหม่จะเกิดขึ้นในช่วงเวลาใดก็ตาม และสถานการณ์ก็คล้ายกับแรงเสียดทานสถิตในทันที

ยังมีปัจจัยอื่นๆ อีกมากที่นอกเหนือไปจากความขรุขระของพื้นผิวที่ส่งผลต่อแรงเสียดทานจากการกลิ้งด้วย ตัวอย่างเช่น ปริมาณของวัตถุและพื้นผิวของการเคลื่อนที่แบบหมุนจะเสียรูปเมื่อสัมผัสกันจะส่งผลต่อความแข็งแรงของแรง ตัวอย่างเช่น ยางรถยนต์หรือรถบรรทุกมีแรงต้านการหมุนตัวมากขึ้นเมื่อเติมลมจนถึงแรงดันที่ต่ำกว่า เช่นเดียวกับแรงโดยตรงที่ผลักยาง การสูญเสียพลังงานบางส่วนเกิดจากความร้อน เรียกว่าการสูญเสียฮิสเทรีซิส​.

สมการของความเสียดทานกลิ้งนั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับสมการของแรงเสียดทานเลื่อนและสถิต ความเสียดทาน ยกเว้นค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีแบบหมุนแทนค่าสัมประสิทธิ์ที่คล้ายกันสำหรับ .ประเภทอื่น แรงเสียดทาน

ใช้F​_{k, r} สำหรับแรงเสียดทานจากการกลิ้ง (เช่น จลนศาสตร์ การกลิ้ง)F​_น สำหรับแรงตั้งฉากและμ​_{k, r} สำหรับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากการกลิ้ง สมการคือ:

เนื่องจากแรงเสียดทานจากการกลิ้งเป็นแรง หน่วยของF​_{k, r} คือนิวตัน เมื่อคุณแก้ปัญหาเกี่ยวกับตัวลูกกลิ้ง คุณจะต้องค้นหาค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีการหมุนเฉพาะสำหรับวัสดุเฉพาะของคุณ Engineering Toolbox โดยทั่วไปนั้นยอดเยี่ยมมาก ทรัพยากร สำหรับสิ่งนี้ (ดูแหล่งข้อมูล)

เช่นเคย แรงตั้งฉาก (F​_น) มีน้ำหนักเท่ากัน (เช่นมก.ที่ไหนมคือมวลและg= 9.81 ม./วินาที²) ของวัตถุบนพื้นผิวแนวนอน (หากไม่มีแรงอื่นกระทำการในทิศทางนั้น) และตั้งฉากกับพื้นผิวที่จุดสัมผัสถ้าพื้นผิวเอียงเป็นมุมθ, ขนาดของแรงตั้งฉากถูกกำหนดโดยมก.คอส (θ​).

การคำนวณแรงเสียดทานจากการหมุนเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างตรงไปตรงมาในกรณีส่วนใหญ่ ลองนึกภาพรถที่มีมวลของม= 1,500 กก. ขับบนแอสฟัลต์และด้วยμ​_{k, r} = 0.02. ความต้านทานการหมุนในกรณีนี้คืออะไร?

โดยใช้สูตรควบคู่ไปกับF​_น = ​มก.(บนพื้นผิวแนวนอน):

คุณจะเห็นว่าแรงที่เกิดจากแรงเสียดทานจากการหมุนมีมากในกรณีนี้ อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาจากมวลของรถ และใช้กฎข้อที่ 2 ของนิวตัน จะมีอัตราลดลงเพียง 0.196 m/s². ผม

ฉ รถคันเดียวกันนั้นกำลังขับขึ้นไปบนถนนที่มีความลาดเอียงขึ้น 10 องศา ต้องใช้F​_น = ​มก.คอส (θ) และผลลัพธ์จะเปลี่ยนไป:

เนื่องจากแรงตั้งฉากลดลงเนื่องจากความลาดเอียง แรงเสียดทานจึงลดลงตามปัจจัยเดียวกัน

คุณยังสามารถคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากการกลิ้งได้ หากคุณทราบแรงเสียดทานของการหมุนและขนาดของแรงตั้งฉาก โดยใช้สูตรที่จัดเรียงใหม่ดังต่อไปนี้:

ลองนึกภาพยางรถจักรยานกลิ้งบนพื้นคอนกรีตแนวนอนด้วยF​_น = 762 N และF​_{k, r} = 1.52 นิวตัน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการหมุนคือ