แรงเสียดทานจากการเลื่อนหรือที่เรียกกันทั่วไปว่าแรงเสียดทานจลน์คือแรงที่ต่อต้านการเคลื่อนที่แบบเลื่อนของพื้นผิวทั้งสองที่เคลื่อนที่ผ่านกันและกัน ในทางตรงกันข้าม แรงเสียดทานสถิตคือประเภทของแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวสองพื้นผิวที่ดันเข้าหากันแต่ไม่เลื่อนสัมพันธ์กัน (ลองนึกภาพการผลักเก้าอี้ก่อนที่มันจะเริ่มเลื่อนข้ามพื้น แรงที่คุณใช้ก่อนที่การเลื่อนจะเริ่มตรงกันข้ามกับแรงเสียดทานสถิต)
แรงเสียดทานจากการเลื่อนมักมีความต้านทานน้อยกว่าการเสียดสีสถิต ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมคุณจึงมักต้องดันให้หนักขึ้นเพื่อให้วัตถุเริ่มเลื่อนแทนที่จะปล่อยให้เลื่อนไปมา ขนาดของแรงเสียดทานเป็นสัดส่วนโดยตรงกับขนาดของแรงตั้งฉาก จำไว้ว่าแรงตั้งฉากคือแรงตั้งฉากกับพื้นผิวที่ต้านแรงอื่นๆ ที่กระทำในทิศทางนั้น
ค่าคงที่ของสัดส่วนคือปริมาณที่ไม่มีหน่วยเรียกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน และจะแปรผันตามพื้นผิวที่สัมผัส (ค่าสัมประสิทธิ์นี้มักจะค้นหาในตาราง) ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีมักจะแสดงด้วยตัวอักษรกรีกμพร้อมตัวห้อยkแสดงถึงแรงเสียดทานจลน์ สูตรแรงเสียดทานกำหนดโดย:
F_f=\mu_kF_N
ที่ไหนFนู๋คือ ขนาดของแรงตั้งฉาก หน่วยเป็นนิวตัน (N) และทิศทางของแรงนี้อยู่ตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่
นิยามแรงเสียดทานกลิ้ง Roll
ความต้านทานการหมุน บางครั้งเรียกว่าการเสียดสีจากการกลิ้ง แม้ว่าจะไม่ใช่แรงเสียดทานอย่างแน่นอนเพราะไม่ได้เกิดจากการที่พื้นผิวทั้งสองสัมผัสกันพยายามดันเข้าหากัน เป็นแรงต้านทานที่เกิดจากการสูญเสียพลังงานอันเนื่องมาจากการเสียรูปของวัตถุที่กลิ้งและพื้นผิว
เช่นเดียวกับแรงเสียดทาน ขนาดของแรงต้านทานการหมุนจะเป็นสัดส่วนโดยตรง กับขนาดของแรงตั้งฉาก โดยมีค่าคงตัวของสัดส่วนที่ขึ้นกับพื้นผิวใน ติดต่อ. ในขณะที่μrบางครั้งใช้แทนค่าสัมประสิทธิ์ จะเห็นได้บ่อยกว่าคrrทำให้สมการของขนาดความต้านทานการหมุนเป็นดังนี้:
F_r=C_{rr}F_N
แรงนี้กระทำตรงกันข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่
ตัวอย่างของแรงเสียดทานเลื่อนและความต้านทานการหมุน Roll
ลองพิจารณาตัวอย่างแรงเสียดทานที่เกี่ยวข้องกับรถเข็นไดนามิกที่พบในห้องเรียนฟิสิกส์ทั่วไปและเปรียบเทียบ ความเร่งที่มันเคลื่อนที่ไปตามรางโลหะที่เอียงที่ 20 องศาสำหรับสามที่แตกต่างกัน สถานการณ์:
สถานการณ์ที่ 1:ไม่มีแรงเสียดทานหรือแรงต้านที่กระทำต่อรถเข็นขณะหมุนได้อย่างอิสระโดยไม่ลื่นไถลไปตามราง
ก่อนอื่นเราวาดไดอะแกรมอิสระ แรงโน้มถ่วงชี้ตรงลงมา และแรงตั้งฉากที่ชี้ตั้งฉากกับพื้นผิวเป็นเพียงแรงกระทำเท่านั้น
สมการกำลังสุทธิคือ:
F_{netx}=F_g\sin{\theta}=ma\\ F_{nety}=F_N-F_g\cos(\theta)=0
ทันทีที่เราสามารถแก้สมการแรกสำหรับการเร่งความเร็วและเสียบค่าเพื่อรับคำตอบ:
F_g\sin{\theta}=ma\\ \implies mg\sin(\theta)=ma\\ \implies a=g\sin(\theta)=9.8\sin (20)=\boxed{3.35\text{ เมตร/วินาที}^2}
สถานการณ์ที่ 2:แรงต้านการหมุนจะทำหน้าที่บนรถเข็นขณะหมุนได้อย่างอิสระโดยไม่ลื่นไถลไปตามราง
ในที่นี้เราจะสมมติค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุนเป็น 0.0065 ซึ่งอิงจากตัวอย่างที่พบใน a กระดาษ จากโรงเรียนนายเรือสหรัฐ
ตอนนี้ไดอะแกรมอิสระของเรารวมแรงต้านการหมุนที่กระทำบนแทร็ก สมการกำลังสุทธิของเรากลายเป็น:
F_{netx}=F_g\sin{\theta}-F_r=ma\\ F_{nety}=F_N-F_g\cos(\theta)=0
จากสมการที่สอง เราสามารถแก้หาFนู๋เสียบผลลัพธ์ลงในนิพจน์สำหรับความเสียดทานในสมการแรกแล้วแก้หา:
F_N-F_g\cos(\theta)=0\implies F_N=F_g\cos(\theta)\\ F_g\sin(\theta)-C_{rr}F_N=F_g\sin(\theta)-C_{rr} F_g\cos(\theta)=ma\\ \implies \cancel mg\sin(\theta)-C_{rr}\cancel mg\cos(\theta)=\cancel ma\\ \implies a=g(\sin(\theta)-C_{rr}\cos(\theta) )=9.8(\sin (20)-0.0065\cos (20))\\ =\boxed{3.29 \ข้อความ{ ม./วินาที}^2}
สถานการณ์ที่ 3:ล้อของเกวียนถูกล็อคเข้าที่ และเลื่อนไปตามราง ซึ่งถูกขัดขวางโดยแรงเสียดทานจลนศาสตร์
ในที่นี้ เราจะใช้สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลนศาสตร์ 0.2 ซึ่งอยู่ในช่วงกลางของค่าที่มักระบุไว้สำหรับพลาสติกบนโลหะ
ไดอะแกรมอิสระของเราดูคล้ายกับเคสต้านทานการหมุน ยกเว้นว่ามันเป็นแรงเสียดทานแบบเลื่อนที่กระทำขึ้นบนทางลาด สมการกำลังสุทธิของเรากลายเป็น:
F_{netx}=F_g\sin{\theta}-F_k=ma\\ F_{nety}=F_N-F_g\cos(\theta)=0
และอีกครั้งเราแก้ปัญหาสำหรับในลักษณะเดียวกัน:
F_N-F_g\cos(\theta)=0\implies F_N=F_g\cos(\theta)\\ F_g\sin(\theta)-\mu_kF_N=F_g\sin(\theta)-\mu_kF_g\cos(\theta )=ma\\ \นัย \ยกเลิก mg\sin(\theta)-\mu_k\cancel mg\cos(\theta)=\cancel ma\\ \implies a=g(\sin(\theta)-\mu_k\cos(\theta))=9.8( \sin (20)-0.2\cos (20))\\ =\boxed{1.51 \ข้อความ{ ม./วินาที}^2}
โปรดทราบว่าอัตราเร่งที่มีแรงต้านการหมุนนั้นใกล้เคียงกับเคสที่ไม่มีการเสียดทานมาก ในขณะที่เคสแรงเสียดทานแบบเลื่อนจะแตกต่างกันอย่างมาก นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมความต้านทานการหมุนจึงถูกละเลยในสถานการณ์ส่วนใหญ่ และทำไมล้อจึงเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ยอดเยี่ยม!