Mọi học sinh đều biết rằng khi có sự tiếp xúc giữa hai bề mặt rắn thì cái gọi là lực ma sát sẽ phát sinh. Trong bài viết này, chúng ta hãy xem xét nó là gì, tập trung vào điểm tác dụng của lực ma sát.
Có những loại lực ma sát nào?
Trước khi xem xét điểm tác dụng của lực ma sát, cần nhớ lại ngắn gọn những dạng ma sát tồn tại trong tự nhiên và công nghệ.
Hãy bắt đầu xem xét ma sát tĩnh. Loại này đặc trưng cho trạng thái của một vật rắn ở trạng thái nghỉ trên bề mặt nào đó. Lực ma sát khi nghỉ ngăn cản bất kỳ sự dịch chuyển nào của cơ thể khỏi trạng thái nghỉ. Ví dụ, do tác động của chính lực này, chúng tôi rất khó di chuyển tủ đứng trên sàn.
Ma sát trượt là một loại ma sát khác. Nó biểu hiện trong trường hợp tiếp xúc giữa hai bề mặt trượt trên nhau. Ma sát trượt ngược chiều chuyển động (hướng của lực ma sát ngược chiều với vận tốc của vật). Một ví dụ nổi bật về hành động của nó là một vận động viên trượt băng trượt băng trên tuyết.
Cuối cùng, loại ma sát thứ ba là lăn. Nó luôn tồn tại khi một vật thể này lăn trên bề mặt của vật thể khác. Ví dụ: sự lăn của một bánh xe hoặc vòng bi là những ví dụ điển hình mà ma sát lăn là quan trọng.
Hai loại đầu tiên trong số các loại được mô tả phát sinh do độ nhám trên bề mặt cọ xát. Loại thứ ba phát sinh do độ trễ biến dạng của thân lăn.
Điểm ứng dụng của lực ma sát trượt và lực ma sát nghỉ
Người ta đã nói ở trên rằng lực ma sát tĩnh ngăn cản lực tác động bên ngoài, có xu hướng di chuyển vật thể dọc theo bề mặt tiếp xúc. Điều này có nghĩa là phương của lực ma sát ngược với phương của ngoại lực song song với bề mặt. Điểm tác dụng của lực ma sát được coi là tại khu vực tiếp xúc giữa hai bề mặt.
Điều quan trọng cần hiểu là lực ma sát tĩnh không phải là một giá trị cố định. Nó có giá trị lớn nhất, được tính bằng công thức sau:
Ft=µt N.
Tuy nhiên, giá trị tối đa này chỉ xuất hiện khi cơ thể bắt đầu chuyển động. Trong mọi trường hợp khác, lực ma sát tĩnh có giá trị chính xác bằng giá trị tuyệt đối với bề mặt song song của ngoại lực.
Đối với điểm ứng dụng của lực ma sát trượt, nó không khác với điểm của lực ma sát tĩnh. Nói về sự khác biệt giữa lực ma sát tĩnh và lực ma sát trượt, cần lưu ý ý nghĩa tuyệt đối của các lực này. Do đó, lực ma sát trượt đối với một cặp vật liệu nhất định là một giá trị không đổi. Ngoài ra, nó luôn nhỏ hơn lực ma sát tĩnh tối đa.
Như bạn thấy, điểm tác dụng của lực ma sát không trùng với trọng tâm của cơ thể. Điều này có nghĩa là các lực đang xét tạo ra một mômen có xu hướng làm lật vật trượt về phía trước. Có thể quan sát thấy lỗi sau khi người đi xe đạp phanh gấp bằng bánh trước.
Ma sát lăn và điểm ứng dụng của nó
Vì nguyên nhân vật lý của lực ma sát lăn khác với nguyên nhân vật lý của các loại ma sát được thảo luận ở trên, điểm ứng dụng của lực ma sát lăn có đặc điểm hơi khác.
Giả sử rằng bánh xe ô tô nằm trên mặt đường. Rõ ràng là bánh xe này bị biến dạng. Diện tích phần tiếp xúc của nó với nhựa đường bằng 2dl, trong đó l là chiều rộng của bánh xe, 2d là chiều dài của phần tiếp xúc bên của bánh xe và nhựa đường. Lực ma sát lăn, về bản chất vật lý, biểu hiện dưới dạng mômen phản lực của gối tựa chống lại chuyển động quay của bánh xe. Thời điểm này được tính như sau:
M=Nd
Nếu chúng ta chia nó và nhân nó với bán kính của bánh xe R, thì chúng ta được:
M=Nd / RR=Ft R trong đó Ft=Nd / R
Như vậy, lực ma sát lăn Ftthực chất là phản lực của gối tựa, tạo ra mômen lực có xu hướng làm chậm chuyển động quay của bánh xe.
Điểm tác dụng của lực này hướng lên theo phương thẳng đứng so với bề mặt của máy bay và dịch chuyển sang bên phải từ khối tâm một lượng d (giả sử rằng bánh xe chuyển động từ trái sang phải).
Ví dụ về giải quyết vấn đề
Hành độngLực ma sát thuộc bất kỳ loại nào có xu hướng làm chậm chuyển động cơ học của các vật thể, đồng thời chuyển động năng của chúng thành nhiệt. Hãy giải quyết vấn đề sau:
thanh trượt trên bề mặt nghiêng. Cần tính gia tốc chuyển động của nó nếu biết hệ số trượt là 0,35 và góc nghiêng của bề mặt là 35o.
Chúng ta hãy xem xét những lực nào tác dụng lên thanh. Đầu tiên, thành phần trọng lực hướng xuống dọc theo mặt trượt. Nó bằng:
F=mgsin (α)
Thứ hai, một lực ma sát không đổi tác dụng lên dọc theo mặt phẳng, hướng ngược với vectơ gia tốc của vật. Nó có thể được xác định bằng công thức:
Ft=µt N=µt mgcos (α)
Khi đó định luật Newton cho một thanh chuyển động với gia tốc a sẽ có dạng:
ma=mgsin (α) - µt mgcos (α)=>
a=gsin (α) - µt gcos (α)
Thay dữ liệu thành đẳng thức, ta được a=2,81 m / s2. Lưu ý rằng gia tốc tìm được không phụ thuộc vào khối lượng của thanh.
