Ma sát là lực chống lại chuyển động của một vật. Để dừng một vật đang chuyển động, lực phải tác dụng ngược chiều với chiều chuyển động. Ví dụ, nếu bạn đẩy một quả bóng nằm trên sàn, nó sẽ di chuyển. Lực đẩy sẽ di chuyển nó đến một nơi khác. Dần dần quả cầu chuyển động chậm dần đều và ngừng chuyển động. Lực chống lại chuyển động của một vật được gọi là lực ma sát. Trong tự nhiên và công nghệ, có rất nhiều ví dụ về ứng dụng của lực này.
Các loại ma sát
Có nhiều loại ma sát khác nhau:
Một lưỡi trượt băng di chuyển trên băng là một ví dụ về trượt. Khi vận động viên trượt băng di chuyển quanh sân trượt, đáy của giày trượt băng chạm sàn. Nguồn gốc của ma sát là sự tiếp xúc giữa bề mặt lưỡi kiếm và băng. Trọng lượng của một đối tượng và loại bề mặt mà nó đang di chuyển quyết địnhđộ trượt (ma sát) giữa hai vật. Một vật nặng tạo thêm áp lực lên bề mặt mà nó đang trượt qua, do đó sẽ có nhiều ma sát trượt hơn. Vì ma sát là do lực hút giữa các bề mặt của các vật thể, lượng ma sát phụ thuộc vào vật liệu của hai vật thể tương tác. Hãy thử trượt băng trên mặt hồ phẳng lặng và bạn sẽ thấy nó dễ dàng hơn nhiều so với trượt băng trên con đường gồ ghề đầy sỏi đá
- Ma sát nghỉ (lực kết dính) - lực xuất hiện giữa 2 vật thể tiếp xúc và ngăn cản sự xuất hiện của chuyển động. Ví dụ, để di chuyển tủ quần áo, đóng một chiếc đinh hoặc buộc dây giày, bạn cần phải vượt qua lực kết dính. Có nhiều ví dụ tương tự về ma sát trong tự nhiên và công nghệ.
- Khi bạn đi xe đạp, sự tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường là một ví dụ về ma sát lăn. Khi một vật lăn trên một bề mặt, lực cần thiết để khắc phục ma sát lăn nhỏ hơn nhiều so với lực cần thiết để khắc phục sự trượt.
Ma sát động học
Khi bạn đẩy cuốn sách trên bàn và nó di chuyển được một quãng đường nhất định, nó sẽ chịu lực ma sát của các vật chuyển động. Lực này được gọi là lực ma sát động học. Nó tác động lên bề mặt này của bề mặt khác khi hai bề mặt cọ xát vào nhau do một hoặc cả hai bề mặt chuyển động. Nếu đặt thêm sách thứ nhất lên trên quyển thứ nhất để tăng lực pháp tuyến thì động năng ma sát sẽ làtăng.
Có công thức sau: Fma sát=ΜFn. Lực ma sát động bằng tích của hệ số ma sát động và lực pháp tuyến. Giữa hai lực này có mối quan hệ tuyến tính. Hệ số ma sát động học liên hệ giữa lực ma sát với lực pháp tuyến. Vì nó là một lực nên đơn vị đo nó là Newton.
Ma sát tĩnh
Hãy tưởng tượng bạn đang cố gắng đẩy một chiếc ghế sofa trên sàn nhà. Bạn ấn nó với một lực nhỏ, nhưng nó không di chuyển. Lực ma sát tĩnh hoạt động để phản ứng lại lực, nhằm gây ra chuyển động của một vật đứng yên. Nếu không có lực đó tác dụng lên vật thì lực ma sát tĩnh bằng không. Nếu có một lực cố gắng gây ra chuyển động, thì lực thứ hai sẽ tăng lên đến giá trị lớn nhất trước khi nó bị vượt qua và chuyển động sẽ bắt đầu.
Công thức cho quan điểm này: Fma sát=ΜsFn. Lực ma sát tĩnh nhỏ hơn hoặc bằng tích của hệ số ma sát tĩnh Μ (s) và lực pháp tuyến F (n). Trong ví dụ về ghế sofa, lực ma sát tĩnh tối đa cân bằng lực của người đẩy nó cho đến khi ghế sofa bắt đầu chuyển động.
Đo hệ số ma sát
Điều gì quyết định lực ma sát? Trong tự nhiên và công nghệ, các vật liệu tạo nên bề mặt đóng một vai trò nhất định. Ví dụ, hãy tưởng tượng bạn đang cố gắng chơi bóng rổ trong khi đi tất thay vì đi giày thể thao. Nó có thểlàm xấu đi đáng kể cơ hội chiến thắng của bạn. Giày giúp cung cấp lực cần thiết để phanh và đổi hướng nhanh chóng khi chạy trên bề mặt. Có nhiều ma sát giữa giày của bạn và sân bóng rổ hơn là giữa tất của bạn và sàn gỗ bóng.
Các hệ số khác nhau cho thấy một đối tượng có thể trượt qua đối tượng khác dễ dàng như thế nào. Các phép đo chính xác của chúng khá nhạy cảm với các điều kiện bề mặt và được xác định bằng thực nghiệm. Bề mặt ướt hoạt động rất khác so với bề mặt khô.
Vật lý: lực ma sát trong tự nhiên và công nghệ
Bạn luôn gặp phải xích mích và bạn nên mừng vì điều đó có thể xảy ra. Chính lực này giúp giữ cho vật đứng yên, người không bị ngã khi đi lại. Ma sát là gì? Trong tự nhiên và công nghệ, các ví dụ có thể được tìm thấy ở mọi bước. Có thể bạn không nhận ra, nhưng bạn đã rất quen thuộc với sức mạnh này. Nó xảy ra theo hướng ngược lại của chuyển động và do đó, nó là lực ảnh hưởng đến chuyển động của các vật thể.
Khi bạn di chuyển hộp qua sàn, lực ma sát tác dụng vào hộp theo hướng ngược lại của hộp. Khi bạn đi bộ xuống núi, lực ma sát sẽ chống lại chuyển động đi xuống của bạn. Khi bạn đạp phanh trên ô tô và tiếp tục di chuyển trong một thời gian, lực ma sát sẽ tác động ngược trở lại hướng trượt của bạn, giúp dừng hoàn toàn việc trượt.
Khi hai vật "cọ xát" vào nhau, lực được thiết lậplực hút giữa các phân tử của vật, gây ra ma sát. Trong tự nhiên và công nghệ, nó có thể xảy ra giữa hầu hết các giai đoạn của vật chất - chất rắn, chất lỏng và chất khí. Ma sát xảy ra giữa hai vật thể, chẳng hạn như hộp và sàn nhà, nhưng cũng có thể xảy ra giữa cá và nước mà chúng bơi, và các vật thể rơi trong không khí. Ma sát do không khí có một tên gọi đặc biệt: lực cản không khí.
Vai trò của ma sát trong tự nhiên, công nghệ và đời sống
Ma sát là một phần không thể thiếu trong trải nghiệm của con người. Chúng ta cần sức kéo để đi, đứng, làm việc và đi xe. Đồng thời, chúng ta cần năng lượng để vượt qua lực cản của chuyển động, do đó, ma sát quá nhiều sẽ đòi hỏi năng lượng dư thừa để thực hiện công việc, dẫn đến kém hiệu quả. Trong thế kỷ 21, nhân loại đang phải đối mặt với thách thức kép là thiếu hụt năng lượng và sự nóng lên toàn cầu do đốt nhiên liệu hóa thạch. Do đó, khả năng kiểm soát ma sát đã trở thành ưu tiên hàng đầu trong thế giới ngày nay. Tuy nhiên, nhiều người vẫn thiếu hiểu biết về bản chất cơ bản của ma sát.
Ma sát trong tự nhiên và công nghệ (vật lý) luôn là chủ đề gây tò mò. Nghiên cứu chuyên sâu về nguồn gốc của lực lượng này bắt đầu vào thế kỷ 16, sau công trình tiên phong của Leonardo da Vinci. Tuy nhiên, sự tiến bộ trong việc hiểu bản chất của nó rất chậm, bị cản trở do thiếu một công cụ để đo lường chính xác. Các thí nghiệm tài tình do nhà khoa học Coulomb và những người khác thực hiện đã cung cấp thông tin quan trọng để đặt nền tảng cho sự hiểu biết. Bắt đầu từ cuối những năm 1800 và đầuĐộng cơ hơi nước, đầu máy xe lửa và sau đó là máy bay xuất hiện vào những năm 1900. Ngoài ra, khám phá không gian đòi hỏi sự hiểu biết rõ ràng về lực ma sát và khả năng kiểm soát nó.
Tiến bộ đáng kể trong cách áp dụng và kiểm soát ma sát trong công nghệ tự nhiên, trong cuộc sống hàng ngày, đã được thực hiện thông qua thử nghiệm và sai lầm. Vào đầu thế kỷ 21, một kích thước ma sát quy mô nano mới đã xuất hiện do việc sử dụng các công nghệ nano. Sự hiểu biết của con người về ma sát nguyên tử và phân tử đang mở rộng nhanh chóng. Ngày nay, hiệu quả năng lượng và sản xuất năng lượng tái tạo đòi hỏi phải được quan tâm ngay lập tức khi khoa học đang nỗ lực để giảm lượng khí thải carbon. Khả năng kiểm soát ma sát trở thành một bước quan trọng trong việc tìm kiếm các công nghệ bền vững. Đó là chỉ số về hiệu quả sử dụng năng lượng. Nếu có thể giảm thất thoát năng lượng không cần thiết và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng hiện tại, điều này sẽ cho thời gian để phát triển các nguồn năng lượng thay thế.
Ví dụ về xích mích trong cuộc sống
Ma sát là một lực có điện trở. Nó cản trở chuyển động của một vật khác bằng cách tác dụng một số lực. Nhưng sức mạnh này đến từ đâu? Đầu tiên, cần bắt đầu xem xét nó từ cấp độ phân tử. Ma sát mà chúng ta thấy trong cuộc sống hàng ngày có thể được gây ra bởi độ nhám bề mặt. Đây là điều mà các nhà khoa học tin rằng trong một thời gian dài là lý do chính cho sự xuất hiện của nó.
Những ví dụ đơn giản nhất về ma sát trong tự nhiên và công nghệ là:
- Khi đi bộ, lực ma sát đóảnh hưởng đến đế, cho chúng tôi cơ hội để tiến lên phía trước.
- Thang dựa vào tường không bị rơi xuống sàn.
- Mọi người đang buộc dây giày của họ.
- Nếu không có lực ma sát, ô tô không những không thể lên dốc mà còn trên đường bằng phẳng.
- Trong tự nhiên, nó giúp động vật leo cây.
Có nhiều điểm như vậy, cũng có trường hợp lực lượng này ngược lại có thể can thiệp. Ví dụ, để giảm ma sát, cá được cung cấp một loại chất bôi trơn đặc biệt, nhờ đó, cũng như hình dạng cơ thể thuôn gọn, chúng có thể di chuyển trơn tru trong nước.
