แรงเสียดทานสถิตเป็นแรงที่ต้องมีเอาชนะสำหรับบางสิ่งบางอย่างที่จะไป ตัวอย่างเช่น บางคนสามารถดันสิ่งของที่อยู่กับที่ เช่น โซฟาหนักๆ โดยที่มันไม่ได้ขยับ แต่ถ้าพวกเขาดันหนักขึ้นหรือขอความช่วยเหลือจากเพื่อนที่แข็งแกร่ง มันจะเอาชนะแรงเสียดทานและเคลื่อนไหว
ขณะที่โซฟายังคงนิ่งแรงเสียดสีสถิตเป็นการปรับสมดุลแรงที่ใช้ของการผลัก of. ดังนั้น,แรงเสียดทานสถิตเพิ่มขึ้นในลักษณะเชิงเส้นโดยแรงกระทำในทิศทางตรงกันข้ามจนกว่าจะถึงค่าสูงสุดและวัตถุเพิ่งเริ่มเคลื่อนที่ หลังจากนั้น วัตถุจะไม่มีแรงต้านทานจากแรงเสียดทานสถิตอีกต่อไป แต่มาจากแรงเสียดทานจลน์
แรงเสียดทานสถิตมักจะเป็นแรงเสียดทานที่ใหญ่กว่าแรงเสียดทานจลนศาสตร์ – ยากที่จะเริ่มผลักโซฟาไปตามพื้นมากกว่าที่จะไปต่อ
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต
แรงเสียดทานสถิตเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลระหว่างวัตถุกับพื้นผิวที่วัตถุนั้นอยู่ ดังนั้นพื้นผิวที่แตกต่างกันจึงให้แรงเสียดทานสถิตในปริมาณที่แตกต่างกัน
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่อธิบายความแตกต่างของแรงเสียดทานสถิตสำหรับพื้นผิวต่างๆ คือμส.สามารถพบได้ในตาราง เช่นเดียวกับที่เชื่อมโยงกับบทความนี้ หรือคำนวณจากการทดลอง
สมการแรงเสียดทานสถิต
ที่ไหน:
- Fส= แรงเสียดทานสถิตเป็นนิวตัน (N)
- μส = ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต (ไม่มีหน่วย)
- Fนู๋ = แรงตั้งฉากระหว่างพื้นผิวเป็นนิวตัน (N)
แรงเสียดทานสถิตสูงสุดจะเกิดขึ้นเมื่อความไม่เท่าเทียมกันกลายเป็นความเท่าเทียมกัน จากนั้นแรงเสียดทานที่ต่างกันจะเข้ามาแทนที่เมื่อวัตถุเริ่มเคลื่อนที่ (แรงของจลนศาสตร์หรือแรงเสียดทานแบบเลื่อนมีค่าสัมประสิทธิ์สัมพันธ์กันต่างกันเรียกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์และเขียนแทนμk .)
ตัวอย่างการคำนวณด้วยแรงเสียดทานสถิต
เด็กพยายามดันกล่องยางขนาด 10 กก. ตามแนวนอนไปตามพื้นยาง ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตคือ 1.16 พลังสูงสุดที่เด็กสามารถใช้ได้คือเท่าไหร่ไม่มีกล่องเคลื่อนที่เลยเหรอ?
[ใส่แผนภาพร่างกายอิสระที่แสดงแรงที่ใช้ แรงเสียดทาน แรงโน้มถ่วง และแรงตั้งฉากบนกล่องภาพนิ่ง]
อันดับแรก ให้สังเกตว่าแรงสุทธิเป็น 0 และหาแรงตั้งฉากของพื้นผิวบนกล่อง เนื่องจากกล่องไม่เคลื่อนที่ แรงนี้จึงต้องมีขนาดเท่ากับแรงโน้มถ่วงที่กระทำในทิศทางตรงกันข้าม จำได้ว่าFก = มก.ที่ไหนFกคือแรงโน้มถ่วงมคือมวลของวัตถุและกคือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก
ดังนั้น:
F_N=F_g=10\times 9.8 = 98\text{ N}
จากนั้นแก้หา Fส ด้วยสมการข้างต้น:
F_s=\mu_s\times F_N=1.16\times 98 = 113.68\text{ N}
นี่คือแรงเสียดทานสถิตสูงสุดที่จะต่อต้านการเคลื่อนไหวของกล่อง ดังนั้นจึงเป็นจำนวนแรงสูงสุดที่เด็กสามารถใช้ได้โดยไม่ต้องย้ายกล่อง
สังเกตว่าตราบใดที่เด็กยังใช้กำลังใดๆ อยู่น้อยกว่าค่าสูงสุดของแรงเสียดทานสถิต, กล่องยังไม่ขยับ!
แรงเสียดทานสถิตบนระนาบเอียง
แรงเสียดทานสถิตไม่เพียงแต่ต่อต้านแรงกระทำเท่านั้น กันวัตถุไม่ให้ไถลลงเนินหรือพื้นผิวเอียงอื่น ๆ ต้านทานแรงดึงของแรงโน้มถ่วง
ในมุมหนึ่ง ใช้สมการเดียวกัน แต่ตรีโกณมิติจำเป็นในการแก้เวกเตอร์แรงเป็นองค์ประกอบแนวนอนและแนวตั้ง
พิจารณาหนังสือขนาด 2 กิโลกรัมที่วางอยู่บนระนาบเอียงที่ 20 องศา เพื่อให้หนังสือยังคงอยู่แรงที่ขนานกับระนาบเอียงต้องสมดุล. ตามแผนภาพ แรงเสียดทานสถิตขนานกับระนาบในทิศทางขึ้น แรงเคลื่อนลงตรงข้ามมาจากแรงโน้มถ่วง - ในกรณีนี้เฉพาะองค์ประกอบแนวนอนของแรงโน้มถ่วงเท่านั้นคือการรักษาสมดุลของแรงเสียดทานสถิต
โดยการดึงสามเหลี่ยมมุมฉากออกจากแรงโน้มถ่วงเพื่อแก้ส่วนประกอบและทำ a เรขาคณิตเล็ก ๆ ที่จะพบว่ามุมในสามเหลี่ยมนี้เท่ากับมุมเอียงของระนาบองค์ประกอบแนวนอนของแรงโน้มถ่วง(องค์ประกอบที่ขนานกับระนาบ) คือ:
F_{g, x}=mg\sin{\theta}=2\times 9.8\times\sin{20}=6.7\text{ N}
ต้องเท่ากับแรงเสียดทานสถิตที่ยึดหนังสือไว้กับที่
ค่าอื่นที่สามารถหาได้ในการวิเคราะห์นี้คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต แรงตั้งฉากคือตั้งฉากบนพื้นผิวที่หนังสือวางอยู่ แรงนี้จึงต้องเป็นสมดุลกับองค์ประกอบแนวตั้งของแรงโน้มถ่วง:
F_{g, y}=mg\cos{\theta}=2\times 9.8\times\cos{20}=18.4\text{ N}
จากนั้น จัดเรียงสมการสำหรับแรงเสียดทานสถิตใหม่:
\mu_s=\frac{F_s}{F_N}=\frac{6.7}{18.4}=0.364