แรงเสียดทาน

รายงานเร่อื งแรงเสียดทานจดั ทําโดย นกั เรียนช้นั มัธยมศกึ ษาปท่ี 4/15นส.นันทป ภัทร ชวี าประภารชั ต เลขท่ี 39นส. วรพรรณ สุวรรณนอย เลขท่ี 40นส. วรี นัส สขุ ขงั เลขท่ี 41นายอทิ ธมิ นต พลขันธ เลขที่ 43นส. ศุภสิ รา พนาพิศาล เลขท่ี 44 เสนออาจารยเ ทวนิ ทร วนั เทวนิรายงานนี้เปน สว นหนง่ึ ในวชิ าฟส ิกส (ว31201)โรงเรยี นสตรวี ิทยา ๒

คาํ นาํ รายงานเลมน้ีเปน รายงานเร่อื งแรงเสียดทาน เปน สว นหนึ่งในวชิ าวทิ ยาศาสตรจัดทาํ ขน้ึ เพ่อื ใหความรูเก่ียวกับแรงเสียดทาน คณะผจู ัดทําไดร วบรวมขอมลู จากอนิ เตอรเน็ตและทาํ การทดลอง สดุ ทายนี้ คณะผูจดั ทําหวงั วารายงานเลมนจ้ี ะเปนประโยนชกบั ผทู ส่ี นใจไดและผูท ่ีนาํ ไปใชใหเกดิ ผลสัมฤทธิต์ ามความคาดหวัง ผูจดั ทํานส.นนั ทปภัทร ชวี าประภารัชต เลขที่ 39นส. วรพรรณ สวุ รรณนอ ย เลขที่ 40นส. วรี นสั สขุ ขัง เลขท่ี 41นายอทิ ธมิ นต พลขันธ เลขท่ี 43นส. ศุภสิ รา พนาพศิ าล เลขที่ 44

ทฤษฎีที่เกีย่ วขอ ง สารบญั 1-2การทดลองการหาแรงเสยี ดทาน 3-5คาํ ถามหลังการทดลอง 6

1 ทฤษฎีทเ่ี ก่ียวของแรงเสียดทาน (friction) เปน แรงท่เี กิดขึน้ เมื่อวัตถหุ น่งึ พยายามเคลือ่ นที่ หรือกําลงั เคล่อื นท่ไี ปบนผวิ ของอีกวัตถุเนือ่ งจากมีแรงมากระทํา มีลกั ษณะที่สําคญั ดังน้ี1. เกดิ ขน้ึ ระหวา งผวิ สมั ผสั ของวตั ถุ2.มีทศิ ทางตรงกันขามกับทิศทางทีว่ ัตถเุ คลือ่ นที่หรือตรงขามทศิ ทางของแรงทพี่ ยายามทาํ ใหว ตั ถเุ คลอื่ นที่ประเภทของแรงเสียดทานแรงเสยี ดทานมี 2 ประเภท คอื1. แรงเสียดทานสถติ (static friction) คอื แรงเสยี ดทานทีเ่ กิดขน้ึ ระหวางผิวสมั ผัสของวัตถุ ในสภาวะทว่ี ัตถุไดรบั แรงกระทําแลวอยนู ิง่2. แรงเสยี ดทานจลน (kinetic friction) คอื แรงเสียดทานท่เี กิดข้ึนระหวางผิวสัมผสั ของวัตถุ ในสภาวะทวี่ ัตถุไดรบั แรงกระทําแลวเกดิ การเคล่ือนท่ดี ว ยความเรว็ คงท่ีปจ จยั ที่มีผลตอ แรงเสียดทานแรงเสียดทานระหวา งผิวสัมผสั จะมีคา มากหรอื นอยข้ึนอยูกับ1. แรงกดตัง้ ฉากกบั ผวิ สัมผสั ถาแรงกดต้งั ฉากกบั ผิวสัมผสั มากจะเกิดแรงเสียดทานมาก ถา แรงกดตัง้ ฉากกับผิวสมั ผสั นอ ยจะเกิดแรงเสียดทานนอ ย2. ลกั ษณะของผิวสัมผัส ถาผวิ สัมผสั หยาบ ขรขุ ระจะเกดิ แรงเสียดทานมาก สวนผิวสมั ผสั เรียบลน่ื จะเกดิ แรงเสียดทานนอ ย3. ชนดิ ของผวิ สมั ผสั เชน คอนกรตี กบั เหล็ก เหล็กกบั ไม จะเหน็ วาผิวสัมผสั แตล ะคู มคี วามหยาบ ขรุขระ หรือเรียบล่นื เปน มนั แตกตา งกัน ทําใหเ กดิ แรงเสียดทานไมเทา กันการลดแรงเสยี ดทานการลดแรงเสียดทานสามารถทําไดหลายวธิ ีดังน้ี1. การใชน้ํามันหลอล่ืนหรอื จาระบี2. การใชระบบลกู ปน3. การใชอ ุปกรณต า งๆ เชน ตลับลกู ปน4. การออกแบบรูปรา งของยานพาหนะใหเพรยี วลมทําใหล ดแรงเสียดทาน

2การเพม่ิ แรงเสยี ดทานการเพ่มิ แรงเสียดทานในดานความปลอดภัยของมนุษย เชน1. ยางรถยนตมีดอกยางเปน ลวดลาย มวี ัตถปุ ระสงคเพือ่ เพม่ิ แรงเสียดทานระหวางลอกบั ถนน2.การหยุดรถตองเพม่ิ แรงเสยี ดทานท่ีเบรก เพ่ือหยุดหรือทาํ ใหรถแลนชา ลง3. รองเทา บริเวณพ้ืนตองมีลวดลาย เพอื่ เพิ่มแรงเสยี ดทานทาํ ใหเ วลาเดนิ ไมล่นื หกลม ไดง าย4. การปูพื้นหอ งน้าํ ควรใชกระเบื้องทม่ี ีผิวขรุขระ เพื่อชว ยเพ่ิมแรงเสยี ดทาน เวลาเปยกนํา้ จะไดไมล ่นื ลมสมบัตขิ องแรงเสยี ดทาน1. แรงเสยี ดทานมคี าเปน ศูนย เมื่อวัตถไุ มมีแรงภายนอกมากระทํา2. ขณะทม่ี ีแรงภายนอกมากระทาํ ตอ วตั ถุ และวัตถุยังไมเ คลอื่ นท่ี แรงเสยี ดทานทีเ่ กิดขนึ้ มีขนาดตางๆกันตามขนาดของแรงทม่ี ากระทาํ และแรงเสียดทานท่มี ีคา มากทสี่ ุดคือ แรงเสยี ดทานสถิต เปน แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวตั ถเุ ร่มิ เคล่อื นท่ี3. แรงเสียดทานมีทศิ ทางตรงกนั ขามกบั การเคลอ่ื นที่ของวัตถุ4. แรงเสียดทานสถิตมคี าสงู กวาแรงเสยี ดทานจลนเลก็ นอย5. แรงเสยี ดทานจะมีคา มากหรือนอยขน้ึ อยกู ับลกั ษณะของผวิ สมั ผสั ผวิ สมั ผัสหยาบหรอื ขรขุ ระจะมแี รงเสียดทานมากกวาผวิ เรียบและล่นื6. แรงเสยี ดทานขนึ้ อยกู ับน้าํ หนกั หรอื แรงกดของวัตถทุ ีก่ ดลงบนพื้น ถานํา้ หนกั หรือแรงกดมากแรงเสยี ดทานก็จะมากขนึ้ ดวย7. แรงเสยี ดทานไมข ึ้นอยูกบั ขนาดหรือพน้ื ที่ของผิวสมั ผัสการคํานวณหาสัมประสทิ ธข์ิ องแรงเสียดทานสัมประสิทธ์ขิ องแรงเสียดทานระหวา งผวิ สมั ผัสคหู นง่ึ ๆ คอื อตั ราสวนระหวา งแรงเสียดทานตอแรงกดตั้งฉากกบัผิวสมั ผสัขอดีของแรงเสยี ดทานแมวาแรงเสียดทานจะทาใหสนิ้ เปลืองพลงั งานมากในการทําใหวตั ถุเคลอื่ นที่ แตใ นบางกรณีแรงเสียดทานก็มีประโยชนต อ การเคล่ือนที่ของยานพาหนะ เชน ขณะท่ีรถแลน จะตองมีแรงเสียดทานระหวางลอ กับถนน เพ่อื ทําใหรถเคลือ่ นที่ไปไดต ามทิศทางที่ตองการ ยางรถยนตทจ่ี ําเปนตองมดี อกยางเปน ลวดลาย เพือ่ เพม่ิ แรงเสียดทานระหวา งลอกับถนน ขณะหยุดรถหรือเบรกใหรถหยดุ หรอื แลนชา ลง จะตองเกิดแรงเสยี ดทาน เพ่ือทาํ ใหล อ หยุดหมุนหรือหมนุ ชาลงขอเสยี ของแรงเสียดทานแรงเสียดทานทาํ ใหวตั ถเุ คลอ่ื นทช่ี า จึงตอ งใชแ รงมากขึ้นเพ่ือเอาชนะแรงเสยี ดทานทําใหส นิ้ เปลอื งพลงั งานมาก

3 การทดลองเรือ่ ง การหาแรงเสียดทานวัตถุประสงคก ารทดลองเพื่อหาแรงเสยี ดทานอุปกรณก ารทดลอง 1. เครื่องชั่งสปริง 2. ถุงทราย 3. แผนไมเรียบ 4. ถงุ รอน 5. สารหลอ ลื่นโดยการทดลองจะแบงออกเปน สองตอนดว ยกนั ตอนที่ 1 เพ่ือหาแรงเสยี ดทานแตล ะประเภทและหาความสัมพนั ธร ะหวางขนาดของแรงเสยี ดทานกับแรง ปฏิกิรยิ าต้งั ฉากกับผวิ สมั ผสั ตอนท่ี 2 เพื่อหาความสัมพนั ธระหวา งแรงเสียดทานกบั ชนดิ ของผวิ คสู มั ผัสตอนที่ 1 เพื่อหาแรงเสยี ดทานแตละประเภทและหาความสัมพนั ธระหวา งขนาดของแรงเสยี ดทานกบั แรงปฏกิ ิริยาต้ังฉากกับผิวสมั ผสักาํ หนดตัวแปร มวลของถุงทราย ตวั แปรตน แรงทอ่ี านไดจ ากเครือ่ งชัง่ สปรงิ ตัวแปรตาม ลกั ษณะและชนดิ ของผวิ คสู ัมผสั ตวั แปรควบคมุวิธีการทดลอง 1. ชั่งมวลของถงุ ทรายแลวบนั ทกึ คาท่ีไดไว 2. นาํ ถุงทรายดังกลา วมาเกี่ยวกบั ปลายของเครือ่ งชั่งสปรงิ จากนน้ั คอยๆออกแรงดงึ จนถุงทรายเริ่มเคลือ่ นที่ บันทกึ คาแรง ณ ขณะนน้ั 3. เมือ่ ถงุ ทรายเริม่ เคลือ่ นทแี่ ลว ใหด งึ ตอไปดวยอตั ราเรว็ คงท่ีแลว บันทกึ คาที่ไดจากเครอื่ งช่งั สปรงิ ณ ขณะน้นั 4. สงั เกตความแตกตา งระหวางคาท่ีไดจ ากเคร่ืองช่งั สปริงในขอท่ี 2 และ 3 เพิ่มมวลของถงุ ทรายแลว ทําการ ทดลองซ้าํ สงั เกตความสมั พันธร ะหวางมวลของถุงทรายกบั แรงที่อา นไดจ ากเคร่อื งชั่งสปริง

4ตารางบันทกึ ผลการทดลอง µ มวลของถุงทราย (g.) แรงทีอ่ านไดข ณะเริ่มเคล่อื นที่ แรงที่อา นไดห ลงั จากเคล่อื นทไี่ ปแลวสรปุ ผลการทดลองตอนท่ี 1 บนผวิ คูส มั ผสั คเู ดยี วกัน เมื่อมวลของถุงทรายเพม่ิ ข้นึ พบวาแรงที่อา นไดจากเคร่อื งช่ังสปรงิ ก็จะเพ่ิมข้ึนตามไปดวย จึงสามารถสรุปผลการทดลองไดวา แรงเสยี ดทานขึ้นอยกู บั ขนาดของแรงปฏกิ ิรยิ าตง้ั ฉากกับผิวสมั ผสัตอนท่ี 2 เพอื่ หาความสัมพนั ธระหวางแรงเสยี ดทานกบั ชนิดของผิวคูส ัมผัสกาํ หนดตวั แปรตัวแปรตน ลักษณะผวิ คสู มั ผัสตวั แปรตาม แรงที่อานไดจากเครื่องชง่ั สปริงตวั แปรควบคมุ มวลของถงุ ทรายวธิ ีการทดลอง 1. นําถงุ ทรายมาชง่ั มวลแลวบันทึกคาไว 2. นําแผน ไมรองใตถงุ ทรายดงั กลา ว แลวเกี่ยวเขา กับปลายของเครื่องชั่งสปรงิ จากนน้ั คอยๆออกแรงดึงจนถุง ทรายเร่มิ เคล่ือนท่ี บันทกึ คา แรง ณ ขณะน้นั 3. เมือ่ ถงุ ทรายเร่มิ เคล่อื นท่ีแลว ใหด งึ ตอ ไปดว ยอัตราเร็วคงท่ีแลวบันทกึ คาที่ไดจากเครอ่ื งชั่งสปริง ณ ขณะนั้น 4. ทาํ การทดลองในขัน้ ตอนท่ี 2 และ 3 ซ้าํ แตใหเ ปล่ียนพื้นผวิ คสู มั ผัสแลวบนั ทึกผล จากนนั้ ชโลมสารหลอ ล่ืนบางๆบนพื้นโตะ ทําข้นั ตอนท่ี 2 และ 3 ซํ้าอีกคร้ังแลว บนั ทกึ ผล

5วสั ดุรองใตถุง ลักษณะของผิวโตะ กอนวตั ถุ แรงที่อานได µ ทราย มสี าร เคลือ่ นท่ี ปกติ มสี ารหลอล่นื ปกติ หลอ ลืน่ หลงั วตั ถุเคลอ่ื นท่ี หมายเหตุ µ หมายถงึ สมั ประสทิ ธคิ ์ วามเสยี ดทาน หาไดโ้ ดยการนําขนาดของแรงทใ่ี ชด้ งึ หารดว้ ย ขนาดของแรงโน้มถ่วงโลกทก่ี ระทาํ กบั ถุงทรายสรปุ ผลการทดลองตอนที่ 2 จากการทดลองเม่อื เปลีย่ นลักษณะของพน้ื ผวิ คสู ัมผสั คาทอี่ านไดจ ากเครื่องช่ังสปริงก็จะแตกตา งไปดว ยและเมื่อบบี สารหลอลืน่ ลงระหวางผวิ คสู มั ผสั พบวา คา ทอ่ี านไดจ ากเคร่ืองช่งั สปรงิ มีคานอ ยกวาตอนทีย่ ังไมไ ดบ ีบสารหลอลื่นลงไป จงึ สามารถสรปุ ไดวา แรงเสยี ดทานมีความสมั พนั ธกับลักษณะของผวิ คูสัมผสั และวิธหี นง่ึ ในการลดแรงเสยี ดทานคือ “การทาสารหลอ ลนื่ ระหวา งผวิ คสู ัมผสั ของวตั ถุน้ันๆ”

6คาํ ถามหลังการทดลอง 1. เหตใุ ดแรงท่อี านไดห ลงั จากวัตถุเคลอื่ นทีไ่ ปแลวจงึ มคี า ไมเ กินกวาแรงทใ่ี ชดึงกอนทวี่ ัตถุจะเคลอ่ื นที่ 2. ขนาดของแรงทอี่ านไดจากเครอ่ื งช่ังสปรงิ แตกตางกนั หรือไม เมอื่ เปล่ยี นชนิดของผวิ คูสมั ผสั 3. การฉาบสารหลอ ล่นื ระหวา งผวิ คสู ัมผสั มผี ลกบั แรงทอี่ า นไดจากเคร่อื งชั่งสปรงิ หรือไม อยา งไร