เนื้อหาบทเรียนE-Book (1)

เนือ้ หาบทเรยี นแรงเสยี ดทาน

แรงเสยี ดทานคอื อะไร?แรงเสยี ดทาน ( friction ) หมายถงึ แรงท่ตี ่อตา้ นการเคลื่อนทข่ี องวัตถโุ ดยเกดิ ขน้ึ ระหวา่ งผวิ สมั ผสั ของวตั ถุกับผวิ ของพ้นื แรงเสียดทานมีทิศตรงข้ามกบั การเคล่อื นท่ีของวัตถุ

ประเภทของแรงเสยี ดทานจาแนกประเภทของแรงเสียดทานตามลกั ษณะการเคลอ่ื นท่ีของ วตั ถไุ ด้ 2 ประเภท คอื 1. แรงเสยี ดทานสถติ (Static Friction) คอื แรงเสียดทาน ทเี่ กิดขึ้นระหวา่ งผวิ สัมผสั ของวตั ถุยังไม่เคล่อื นท่ี( อย่นู ิ่ง) จนกระท่งั วัตถเุ ริม่ เคลื่อนท่ี เชน่ ออกแรงผลกั รถแล้วรถยงั อยู่ น่งิ เป็นตน้ แรงเสียดทานทีเ่ กิดขึน้ น้ีจะเท่ากบั แรงที่มากระทา และมคี า่ สูงสุดเมอ่ื วัตถเุ ร่ิมจะเคลอ่ื นที่ 2. แรงเสยี ดทานจลน์ (Kinetic Friction) คอื แรงเสยี ดทาน ท่ีเกิดขน้ึ ระหว่างผวิ สมั ผัสของวตั ถุขณะทวี่ ตั ถกุ าลังเคลอื่ นท่ี ด้วยความเรว็ คงตวั เชน่ การกลงิ้ ของวัตถุ การล่นื ไถลของ วัตถุและการไหลของวตั ถุ เป็นตน้

ปัจจยั ทมี่ ผี ลตอ่ แรงเสยี ด ทาน1. มวลของวตั ถุวตั ถทุ ่ีมมี วลมากจะกดทบั ลงบนพนื ้ ผิวมาก จะมีแรงเสียดทานมากกวา่ วตั ถทุ ่ีมมี วลน้อยซงึ่ จะกดทบั ลงบนพนื ้ ผิวน้อย เชน่ การว่ิงของนกั กีฬา คนท่ีมีมวลมากจะมีแรงเสยี ดทานมากกว่าคนที่มีมวลน้อย2. ลกั ษณะผิวสมั ผสัผิวสมั ผสั ท่ีเรียบจะเกิดแรงเสยี ดทานน้อยกว่าผิวสมั ผสั ที่ขรุขระ3. ชนิดของผิวสมั ผสั พนื ้ ผิวสมั ผสั แตล่ ะชนิดจะมีลกั ษณะผิวสมั ผสั ตา่ งกนั เช่น ยางมแี รงเสียดทานมากกวา่ ไม้

การลดแรงเสียดทาน ในกรณีทีแ่ รงเสียดทานทาให้เกิดผลเสยี ตอ่ การเคล่ือนที่ของวตั ถุ จะต้องมีการลดแรงเสียทาน ซง่ึ มีหลายวธิ ีดงั นี ้1. ลดพนื ้ ท่ผี ิวสมั ผสั โดยการออกแบบยานพาหนะให้เพรียวลมและสมั ผสั พนื ้ นา้ หรืออากาศให้น้อยท่สี ดุ2. เพมิ่ ความล่นื ของผิวสมั ผสั โดยใช้นา้ มนั หลอ่ ล่ืน หรือใช้ตลบัลกู ปืนชว่ ย3. ใช้ล้อ โดยวตั ถทุ น่ี ามาทาล้อควรมีผิวเรียบ กลมการเพ่ิมแรงเสียดทาน ในกรณีทแี่ รงเสียดทานมีประโยชน์ เขน่ ปอ้ งกนั การเกิดอบุ ตั เิ หตุ ทางรถยนต์ และปอ้ งกนั การหกล้มจากรองเท้า ทาได้ดงั นี ้1. เพม่ิ พนื ้ ท่ผี ิวสมั ผสั โดยออกแบบล้อรถยนต์ให้มีหน้ากว้างพอเหมาะจะทาให้เกาะถนนได้ดี ถ้าเพ่ิมพนื ้ ที่มากเกินไปก็อาจทาให้เกิดผลเสีย2. ลดความล่นื ของผิวสมั ผสั โดยทาให้บริเวณผิวสมั ผสั มีความฝืดขนึ ้ เช่น เพิ่มดอกของยางรถยนต์สาหรับพนื ้ รองเท้าควรใช้พนื ้ ยางหรือพนื ้ ที่ไมเ่ รียบจะเกิดความปลอดภยั สงู ขณะใช้เคล่ือนที่

การใช้ประโยชน์จากการลดแรงเสียดทาน1.) ข้อตอ่ กระดกู ของคนเรา จะเสียดสกี นั ตลอดเวลาขณะเราทางาน การลดการเสยี ดสีของร่างกาย คอื มสี ารหลอ่ ลื่นได้แก่ นา้ หลอ่ สมองไขมนั สนัหลงั หรือนา้ หลอ่ ล่นื ระหวา่ งข้อตอ่ กระดกู2.) ลกู สบู ของกระบอกสบู ในเครื่องยนต์ จะเสียดสีกนั ตลอดเวลาจงึ ต้องใช้สารทท่ี าหน้าที่ช่วยลดการเสียดสี เชน่ นา้ มนั เคร่ือง แต่อยา่ งไรก็ตามถึงแม้จะไร้สารหลอ่ ลืน่ ก็ยงั มีการสญู เสียพลงั งานไปกบั แรงเสียดทานประมาณ25 %3.) การผลติ สารเคลอื บ หรือฉาบบนภาชนะเพื่อให้เกิดความล่ืนสารนี ้คือ PTFE ( Poly Tetrafluoro Ethylene ) มชี ่ือทางการค้าว่า เทฟลอนใช้กบั กระทะ ถาดอบ หม้อหงุ ข้าว ปัจจบุ นั มกี ารนาไปใช้กบั เครื่องยนต์ยานพาหนะที่ไมต่ ้องทาการอดั ฉีดด้วยสารหลอ่ ลืน่

การใช้ประโยชน์จากการเพ่มิ แรงเสยี ดทาน1.) การผลิตนอ็ ตหรือตะปเู กลยี ว เพื่อเพิ่มแรงเสียดทาน ทาให้มแี รงยดึเหนยี่ วได้ดี2.) ยางรถยนต์จะมลี วดลาย หรือเราเรียกวา่ ดอกยาง เป็นร่องแคบๆ หรือหยกั ไปมาคล้ายฟันปลา เพ่ือชว่ ยให้เกาะถนนได้ดีขนึ ้ ขณะรถแล่นไปบนพืน้ ถนนทีเ่ ปียก แตถ่ ้าเราต้องการให้รถว่ิงได้เร็วขนึ ้ ในถนนที่แห้งสนิท ยางรถยนต์ชนิดนกี ้ ็ไมต่ ้องมลี วดลายหรือดอกยาง เช่นรถแขง่ สตู ร1 ( Formula One )3.) การทาให้พืน้ มคี วามขรุขระ เพราะจะทาให้การเดินและการทรงตวัดกี วา่ พืน้ เรียบและขดั มนั ซงึ่ ถ้าพืน้ ไมม่ แี รงเสยี ดทานเลย เราจะเดินไมไ่ ด้4.) พืน้ รองเท้าผลิตโดยใช้วสั ดุ ท่ีเพ่ิมแรงเสยี ดทาน ระหวา่ งพืน้ กบั รองเท้าเพื่อการทรงตวั และเคล่ือนไหวได้สะดวกขนึ ้

สูตรการหาแรงเสยี ดทาน1. แรงเสียดทานสถติ (static friction) คือ แรงเสียดทานทเี่ กดิ ขน้ึ ระหวา่ งผวิ สมั ผสั ของวตั ถุ ในสภาวะท่ีวตั ถุได้รบั แรงกระทาแลว้ อยู่น่ิงFs = แรงเสยี ดทาน หนว่ ยเป็นนิวตนัms = สมั ประสิทธิแรงเสียดทานสถิตN = แรงตา้ นของพนื้ ในแนวต้ังฉาก หนว่ ยเปน็ นิวตัน2. แรงเสียดทานจลน์ (fk) เป็นแรงเสยี ดทานขณะวตั ถุกาลังเคลือ่ นทด่ี ว้ ยความเรว็ คงตัวซึ่งจะมคี ่าน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตFk = แรงเสยี ดทาน หน่วยเปน็ นวิ ตนัmk = สมั ประสิทธิแรงเสียดทานจลน์

ตวั อย่างการคานวณEX. แผ่นไม้วางบนโต๊ะในการจะลากแผ่นไมห้ นกั 4 kg. ไปบนพน้ื โตะ๊ แผ่นไม้เรม่ิ เคล่อื นที่เมือ่ ใช้แรงถงึ 10 นิวตนั (F1) และเคลอื่ นทเี่ ม่อื ใช้แรงลากเพียง6 N. (F2) สัมประสิทธข์ิ องแรงเสยี ดทานสถิตเป็นเทา่ ใด ถ้าลากในแนวขนานพ้ืนโต๊ะ ?วิธีทา จากสมการ F1 = msN 10 = ms . 40 ms = ¼ = 0.25จงหาสมั ประสิทธิ์ความเสียดทานจลน์ ?วิธีทา จากสมการ F2 = mkN 6 = mk . 40 mk = 6/40 = 0.15