เคยสงสัยไหมว่าทำไมมือของคุณถึงอุ่นเมื่อถูเข้าด้วยกันเร็ว ๆ หรือทำไมการถูไม้สองอันเข้าด้วยกันจึงสามารถจุดไฟได้ในที่สุด? คำตอบคือแรงเสียดทาน! เมื่อสองพื้นผิวถูกันพวกมันจะต้านทานการเคลื่อนไหวของกันและกันในระดับกล้องจุลทรรศน์ตามธรรมชาติ ความต้านทานนี้อาจทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานในรูปแบบของความร้อนทำให้มือของคุณร้อนขึ้นทำให้เกิดไฟไหม้และอื่น ๆ แรงเสียดทานยิ่งมากพลังงานก็ยิ่งถูกปล่อยออกมาดังนั้นการรู้วิธีเพิ่มแรงเสียดทานระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวในระบบกลไกอาจทำให้คุณสร้างความร้อนได้มาก!
ขั้นตอน
วิธี หนึ่ง จาก 2: การสร้างพื้นผิวที่มีแรงเสียดทานมากขึ้น
- หนึ่ง สร้างจุดสัมผัสที่ 'หยาบกว่า' หรือกาวมากขึ้น เมื่อวัสดุสองชิ้นเลื่อนหรือถูกันอาจมีสามสิ่งเกิดขึ้น: ซอกเล็ก ๆ ร่องและความผิดปกติบนพื้นผิวสามารถจับกันได้ พื้นผิวหนึ่งหรือทั้งสองสามารถทำให้เสียรูปได้เพื่อตอบสนองต่อการเคลื่อนไหว และในที่สุดอะตอมภายในแต่ละพื้นผิวสามารถมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติผลกระทบทั้งสามอย่างนี้ทำสิ่งเดียวกัน: สร้างแรงเสียดทาน การเลือกพื้นผิวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (เช่นกระดาษทราย) ทำให้เสียรูปเมื่อกด (เช่นยาง) หรือมีปฏิสัมพันธ์ของกาวกับพื้นผิวอื่น ๆ (เช่นกาวไม่มีรสนิยม ฯลฯ ) เป็นวิธีที่ตรงไปตรงมาในการเพิ่มแรงเสียดทาน
- ตำราวิศวกรรมและแหล่งข้อมูลที่คล้ายกันอาจเป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมในการเลือกวัสดุที่จะใช้เพื่อสร้างแรงเสียดทานสูง วัสดุก่อสร้างมาตรฐานส่วนใหญ่รู้จัก 'ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน' นั่นคือการวัดแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นกับพื้นผิวอื่น ๆ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนสำหรับวัสดุทั่วไปเพียงไม่กี่ชนิดแสดงอยู่ด้านล่าง (ค่าสัมประสิทธิ์ที่สูงขึ้นแสดงถึงแรงเสียดทานที่มากขึ้น):
- อลูมิเนียมบนอะลูมิเนียม: 0.34
- ไม้บนไม้: 0.129
- คอนกรีตแห้งบนยาง: 0.6-0.85
- คอนกรีตเปียกบนยาง: 0.45-0.75
- น้ำแข็งบนน้ำแข็ง: 0.01
- 2 กดสองพื้นผิวเข้าด้วยกันให้หนักขึ้น หลักการพื้นฐานอย่างหนึ่งของฟิสิกส์พื้นฐานคือแรงเสียดทานที่สัมผัสกับวัตถุนั้นเป็นสัดส่วนกับแรงปกติของมัน (สำหรับจุดประสงค์ของเรานี่คือแรงที่มันกดเข้าไปในวัตถุที่มันเลื่อนเข้าหา) ซึ่งหมายความว่าแรงเสียดทานระหว่างสองพื้นผิวสามารถเพิ่มขึ้นได้หากพื้นผิวถูกกดเข้าหากันด้วยแรงที่มากขึ้น
- หากคุณเคยใช้ชุดดิสก์เบรก (เช่นในรถยนต์หรือจักรยาน) คุณได้ปฏิบัติตามหลักการนี้แล้ว ในกรณีนี้การกดเบรกบนรถจะเป็นการดันชุดแผ่นที่สร้างแรงเสียดทานเข้าไปในแผ่นโลหะที่ติดกับล้อ ยิ่งดันเบรกหนักขึ้นแผ่นอิเล็กโทรดก็จะกดลงในดิสก์ได้ยากขึ้นและเกิดแรงเสียดทานมากขึ้น วิธีนี้สามารถหยุดรถได้อย่างรวดเร็ว แต่ยังสามารถปล่อยความร้อนจำนวนมากได้ด้วยซึ่งเป็นสาเหตุที่ชุดเบรกมักจะค่อนข้างร้อนหลังจากเบรกหนัก สำหรับจักรยานผ้าเบรกจะกดลงบนโครงโลหะของยางเพื่อหยุดไม่ให้หมุน
- 3 หยุดการเคลื่อนไหวที่สัมพันธ์กัน นั่นคือถ้าพื้นผิวหนึ่งเคลื่อนที่โดยเทียบกับอีกพื้นผิวหนึ่งให้หยุด จนถึงตอนนี้เราให้ความสำคัญกับ การเคลื่อนไหว (หรือ 'เลื่อน') แรงเสียดทาน - แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุหรือพื้นผิวสองชิ้นขณะที่พวกมันถูกัน ในความเป็นจริงแรงเสียดทานนี้แตกต่างจาก คงที่ แรงเสียดทาน - แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุหนึ่งเริ่มเคลื่อนที่ไปชนกัน โดยพื้นฐานแล้วแรงเสียดทานระหว่างวัตถุสองชิ้นเป็นสิทธิที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเมื่อพวกมันเริ่มเคลื่อนเข้าหากัน เมื่อเคลื่อนไหวแล้วแรงเสียดทานจะลดลง นี่เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้การเริ่มผลักของหนักทำได้ยากกว่าการขยับไปเรื่อย ๆ
- ลองใช้การทดลองง่ายๆนี้เพื่อสังเกตความแตกต่างระหว่างแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานจลน์: วางเก้าอี้หรือเฟอร์นิเจอร์ชิ้นอื่นบนพื้นเรียบในบ้านของคุณ (ไม่ใช่พรมหรือพรม) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเฟอร์นิเจอร์ไม่มี 'แผ่นรองเท้า' หรือวัสดุอื่น ๆ ที่ด้านล่างซึ่งอาจทำให้เลื่อนข้ามพื้นได้ง่าย พยายามดันเฟอร์นิเจอร์ แค่ ยากพอที่จะเริ่มเคลื่อนไหว คุณควรสังเกตว่าทันทีที่เฟอร์นิเจอร์เริ่มเคลื่อนที่การดันจะง่ายขึ้นทันที เนื่องจากแรงเสียดทานจลน์ระหว่างเฟอร์นิเจอร์และพื้นน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิต
- 4 ขจัดสารหล่อลื่นระหว่างสองพื้นผิว น้ำมันหล่อลื่นเช่นน้ำมันจาระบีปิโตรเลียมเจลลี่และอื่น ๆ สามารถลดแรงเสียดทานระหว่างวัตถุหรือพื้นผิวสองชิ้นได้มาก เนื่องจากแรงเสียดทานระหว่างของแข็งสองชนิดโดยทั่วไปสูงกว่าแรงเสียดทานระหว่างของแข็งเหล่านั้นกับของเหลวระหว่างกันมาก ในการเพิ่มแรงเสียดทานให้ลองถอดน้ำมันหล่อลื่นออกจากสมการโดยใช้เฉพาะส่วนที่ 'แห้ง' และไม่ได้หล่อลื่นเพื่อสร้างแรงเสียดทาน
- หากต้องการดูศักยภาพในการลดแรงเสียดทานของน้ำมันหล่อลื่นให้ลองใช้การทดลองง่ายๆนี้ถูมือเข้าหากันราวกับว่ามันเย็นและคุณต้องการอุ่นเครื่อง คุณควรสังเกตทันทีว่าพวกมันร้อนขึ้นจากการเสียดสี จากนั้นใส่โลชั่นลงในฝ่ามือของคุณในปริมาณที่พอเหมาะแล้วลองแบบเดียวกัน ไม่เพียง แต่จะง่ายกว่าที่จะถูมือเข้าหากันอย่างรวดเร็ว แต่คุณควรสังเกตเห็นความร้อนน้อยกว่ามากด้วย
- 5 ถอดล้อหรือแบริ่งเพื่อสร้างแรงเสียดทานในการเลื่อน ล้อแบริ่งและวัตถุ 'กลิ้ง' อื่น ๆ สัมผัสกับแรงเสียดทานชนิดพิเศษที่เรียกว่าแรงเสียดทานแบบกลิ้ง แรงเสียดทานนี้แทบจะน้อยกว่าแรงเสียดทานที่เกิดจากการเลื่อนวัตถุที่เท่ากันไปตามพื้น - นี่คือสาเหตุที่วัตถุเหล่านี้มักจะกลิ้งแทนที่จะไถลไปตามพื้น ในการเพิ่มแรงเสียดทานในระบบกลไกให้ลองถอดล้อแบริ่งและอื่น ๆ เพื่อให้ชิ้นส่วนเสียดสีกันแทนที่จะหมุนเข้าหากัน
- ตัวอย่างเช่นพิจารณาความแตกต่างระหว่างการดึงของที่มีน้ำหนักมากไปตามพื้นในเกวียนเทียบกับการลากเลื่อนที่มีน้ำหนักใกล้เคียงกัน เกวียนมีล้อดังนั้นจึงง่ายกว่าในการดึงมากกว่ารถลากเลื่อนซึ่งลากไปกับพื้นทำให้เกิดแรงเสียดทานในการเลื่อนเป็นจำนวนมาก
- 6 เพิ่มความหนืดของของเหลว วัตถุที่เป็นของแข็งไม่ใช่สิ่งเดียวที่สามารถสร้างแรงเสียดทานได้ ของเหลว (ของเหลวและก๊าซเช่นน้ำและอากาศตามลำดับ) สามารถสร้างแรงเสียดทานได้เช่นกัน ปริมาณของแรงเสียดทานของไหลที่เกิดขึ้นเมื่อผ่านของแข็งขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ หนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุดในการควบคุมคือความหนืดของของเหลวนั่นคือสิ่งที่เรียกกันทั่วไปว่า 'ความหนา' โดยทั่วไปของเหลวที่มีความหนืดสูง (ของเหลวที่ 'หนา' 'เหนียวเหนอะหนะ' ฯลฯ ) จะสร้างแรงเสียดทานมากกว่าของเหลวที่มีความหนืดน้อยกว่า (ของเหลวที่ 'เรียบ' และ 'ของเหลว')
- ตัวอย่างเช่นพิจารณาความแตกต่างของความพยายามที่คุณอาจประสบเมื่อเป่าน้ำผ่านฟางกับการเป่าน้ำผึ้งผ่านฟาง น้ำที่ไม่หนืดมากดูดเข้าไปและเป่าออกจากฟางได้ง่ายมาก ในทางกลับกันที่รักจะเคลื่อนผ่านฟางได้ยากกว่าเล็กน้อย เนื่องจากความหนืดสูงของน้ำผึ้งทำให้เกิดแรงเสียดทานต้านทานได้มากเนื่องจากถูกบังคับผ่านท่อแคบ ๆ เช่นฟาง
วิธี 2 จาก 2: การเพิ่ม Fluid Drag
- หนึ่ง เพิ่มความหนืดของของเหลว ตัวกลางที่วัตถุเคลื่อนที่จะออกแรงบนพื้นผิวของวัตถุซึ่งโดยรวมแล้วจะรวมกันเป็นแรงเสียดทานที่กระทำต่อวัตถุ ยิ่งของเหลวที่มีความหนาแน่นมากขึ้น (มีความหนืดมากขึ้น) วัตถุที่อยู่ภายใต้ผลของแรงที่กำหนดจะเคลื่อนที่ผ่านของเหลวได้ช้าลง ตัวอย่างเช่นหินอ่อนจะตกลงไปในอากาศได้เร็วกว่าน้ำและผ่านน้ำได้เร็วกว่ากากน้ำตาล
- ความหนืดของของเหลวส่วนใหญ่สามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการลดอุณหภูมิของของเหลว ตัวอย่างเช่นหินอ่อนตกลงผ่านกากน้ำตาลเย็นช้ากว่ากากน้ำตาลที่อุณหภูมิห้อง
- 2 เพิ่มพื้นที่สัมผัสกับอากาศ ตามที่ระบุไว้ข้างต้นของเหลวเช่นน้ำและอากาศสามารถสร้างแรงเสียดทานได้เมื่อเคลื่อนที่ไปชนกับของแข็ง แรงเสียดทานที่วัตถุสัมผัสขณะเคลื่อนที่ผ่านของไหลเรียกว่าการลาก (บางครั้งเรียกว่า 'ความต้านทานอากาศ' 'ความต้านทานต่อน้ำ' ฯลฯ ) คุณสมบัติอย่างหนึ่งของการลากคือวัตถุที่มีโปรไฟล์ใหญ่กว่าหรือ พื้นที่ผิวของไหลเมื่อเคลื่อนที่ผ่าน - มีแรงลากมากขึ้น ของไหลมีพื้นที่รวมมากขึ้นในการผลักดันโดยจะเพิ่มแรงเสียดทานให้กับวัตถุเมื่อมันเคลื่อนผ่าน
- ตัวอย่างเช่นสมมติว่าทั้งก้อนกรวดและกระดาษมีน้ำหนัก 1 กรัม ถ้าเราทำทั้งสองอย่างหล่นลงพร้อมกันก้อนกรวดจะตกลงไปที่พื้นตรงๆในขณะที่กระดาษจะค่อยๆลอยลงสู่พื้น นี่คือหลักการสำคัญของการลาก - อากาศจะดันกระดาษที่มีขนาดใหญ่และกว้างทำให้เกิดแรงลากและส่งผ่านอากาศได้ช้ากว่าก้อนกรวดซึ่งมีพื้นที่หน้าตัดค่อนข้างเล็ก
- 3 ใช้รูปร่างที่มีค่าสัมประสิทธิ์การลากมากกว่า ในขณะที่พื้นที่หน้าตัดของวัตถุเป็นสิ่งที่ดี ทั่วไป การบ่งชี้ว่าการลากของมันจะยอดเยี่ยมเพียงใดในความเป็นจริงการคำนวณการลากนั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย รูปร่างที่แตกต่างกันมีปฏิสัมพันธ์กับของเหลวในรูปแบบที่แตกต่างกันซึ่งหมายความว่ารูปร่างบางอย่าง (เช่นแผ่นเรียบ) สามารถลากได้มากกว่ารูปทรงที่แตกต่างกัน (เช่นทรงกลม) ที่ทำจากวัสดุจำนวนเดียวกัน เนื่องจากปริมาณที่วัดปริมาณสัมพัทธ์ของการลากรูปร่างจึงเรียกว่า 'ค่าสัมประสิทธิ์การลาก' รูปร่างที่มีการลากสูงจึงมีค่าสัมประสิทธิ์การลากมาก
- ตัวอย่างเช่นพิจารณาปีกเครื่องบิน รูปร่างของปีกเครื่องบินทั่วไปเรียกว่า airfoil . รูปร่างที่เรียบแคบโค้งมนและเพรียวบางนี้ผ่านอากาศได้อย่างง่ายดาย มีค่าสัมประสิทธิ์การลากต่ำมาก - 0.45 ในทางกลับกันลองนึกภาพว่าเครื่องบินมีปีกรูปปริซึมขอบเหลี่ยมคม ปีกเหล่านี้จะสร้างแรงเสียดทานมากขึ้นเนื่องจากไม่สามารถผ่านได้หากไม่มีแรงต้าน ในความเป็นจริงปริซึมมีค่าสัมประสิทธิ์การลากสูงกว่า airfoils - ประมาณ 1.14
- โดยทั่วไปแล้ววัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่า 'การไหลของร่างกาย' จะสร้างแรงลากมากกว่าวัตถุอื่น ๆ ในทางกลับกันวัตถุที่มีลำตัวคล่องตัวจะแคบมีขอบมนและมักจะเรียวออกไปทางด้านหลังของวัตถุเช่นเดียวกับตัวของปลา
- 4 ใช้วัสดุที่ซึมผ่านได้น้อย วัสดุบางประเภทสามารถซึมผ่านของเหลวได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือพวกมันมีรูที่ของเหลวอาจไหลผ่านได้ สิ่งนี้จะช่วยลดพื้นที่ของวัตถุที่ของเหลวสามารถผลักดันได้อย่างมีประสิทธิภาพลดแรงลาก คุณสมบัตินี้ถือเป็นจริงแม้ว่ารูจะมีขนาดเล็ก - ตราบใดที่รูมีขนาดใหญ่พอที่จะปล่อยให้ของเหลวไหลผ่านวัตถุได้การลากจะลดลง นี่คือเหตุผลที่ร่มชูชีพซึ่งออกแบบมาเพื่อสร้างแรงลากจำนวนมากเพื่อชะลอความเร็วในการตกของผู้ใช้นั้นทำจากผ้าไหมหรือไนลอนที่แข็งแรงน้ำหนักเบาและไม่ใช่ผ้ากรองผ้าหรือกาแฟ
- สำหรับตัวอย่างของคุณสมบัตินี้ในการดำเนินการให้พิจารณาข้อเท็จจริงที่ว่าไม้ปิงปองสามารถหมุนได้เร็วขึ้นหากมีการเจาะรูเพียงไม่กี่รู รูปล่อยให้อากาศผ่านขณะที่ไม้พายเหวี่ยงช่วยลดแรงลากได้มากและช่วยให้ไม้พายเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น
- 5 เพิ่มความเร็วของวัตถุ สุดท้ายไม่ว่าวัตถุจะมีรูปร่างแบบใดหรือวัสดุที่ทำมาจากการซึมผ่านได้อย่างไรการลากที่สร้างขึ้นจะเพิ่มขึ้นเสมอเมื่อมันเร็วขึ้น ยิ่งวัตถุเคลื่อนที่เร็วเท่าไหร่วัตถุก็ยิ่งเคลื่อนที่ผ่านได้อย่างลื่นไหลมากขึ้นและทำให้เกิดการลากมากขึ้น วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมากอาจมีแรงเสียดทานสูงมากเนื่องจากการลากดังนั้นโดยปกติแล้ววัตถุเหล่านี้จะต้องมีความคล่องตัวมากไม่เช่นนั้นจะหลุดออกจากกันภายใต้แรงลาก
- ตัวอย่างเช่นลองพิจารณา Lockheed SR-71 'Blackbird' ซึ่งเป็นเครื่องบินสอดแนมทดลองที่สร้างขึ้นในช่วงสงครามเย็น Blackbird ซึ่งบินได้ด้วยความเร็วสูงกว่า Mach 3.2 มีประสบการณ์แรงลากที่รุนแรงด้วยความเร็วสูงเหล่านี้แม้จะมีการออกแบบที่คล่องตัว แต่ในความเป็นจริงมากพอที่โลหะของเครื่องบินจะขยายตัวจากความร้อนที่เกิดจาก แรงเสียดทานของอากาศในระหว่างการบิน
ถาม - ตอบชุมชน
ค้นหา เพิ่มคำถามใหม่- คำถามมีวัสดุใดบ้างที่มีแรงเสียดทานมากกว่าวัสดุอื่น ๆ ?Bess Ruff, MA
นักวิทยาศาสตร์ด้านสิ่งแวดล้อม Bess Ruff เป็นนักศึกษาปริญญาเอกด้านภูมิศาสตร์ที่ Florida State University เธอได้รับปริญญาโทสาขาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมและการจัดการจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาบาร์บาราในปี 2559 เธอได้ทำงานสำรวจโครงการวางแผนเชิงพื้นที่ทางทะเลในทะเลแคริบเบียนและให้การสนับสนุนด้านการวิจัยในฐานะบัณฑิตของกลุ่มการประมงอย่างยั่งยืนBess Ruff, MAคำตอบจากผู้เชี่ยวชาญด้านสิ่งแวดล้อมนักวิทยาศาสตร์วิธีที่ดีในการทำความเข้าใจว่าวัสดุใดมีแรงเสียดทานมากกว่าวัสดุอื่น ๆ คือการศึกษาตารางที่มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับวัสดุทั่วไป หรือคุณสามารถนึกถึงวัสดุสองอย่างและค้นหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานบนอินเทอร์เน็ตเพื่อดูว่าอันไหนมีศักยภาพในการเสียดสีมากกว่า - คำถามความเร็วเพิ่มแรงเสียดทานอย่างไร? ยิ่งวัตถุเคลื่อนที่เร็วเท่าไหร่สสาร (ก๊าซหรือของเหลว) ก็ยิ่งต้องเคลื่อนที่ผ่านมากขึ้นเท่านั้นดังนั้นการลากวัตถุก็จะยิ่งมากขึ้น
- คำถามอะไรคือสามวิธีในการเพิ่มแรงเสียดทาน? วิธีการเพิ่มแรงเสียดทานสามวิธีคือ 1. ) โดยใช้แรงมากขึ้นกับวัตถุ 2. ) โดยการเพิ่มมวลของวัตถุที่ทำให้เกิดแรงเสียดทานและ 3. ) โดยการสร้างจุดสัมผัสที่หยาบขึ้น
- คำถามอะไรเพิ่มแรงเสียดทาน? พื้นผิวที่มีเมล็ดมากขึ้นมักจะเพิ่มแรงเสียดทาน ด้วยเหตุนี้ผู้คนจึงแน่ใจว่าเรือและเครื่องบินราบรื่นที่สุด
- คำถามฉันจะลดแรงเสียดทานได้อย่างไร? โดยขัดและ / หรือใช้น้ำมันหล่อลื่น /
- คำถามอะไรคือสองพื้นผิวที่จะเพิ่มแรงเสียดทาน? กระดาษทรายและหินหยาบจะเพิ่มแรงเสียดทาน โดยทั่วไปจะมีแรงเสียดทานมากขึ้นเมื่อพื้นผิวขรุขระแทนที่จะเรียบ
- คำถามฉันจะเพิ่มจำนวนแรงที่ใช้งานได้อย่างไร? โจนาธานโอกูตู หากต้องการเพิ่มจำนวนแรงที่ใช้เพียงแค่เพิ่มปริมาณแรงกดที่คุณใช้เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับร่างกาย
- คำถาม 'ขวากหนาม' คืออะไร? มันไม่ได้อยู่ในพจนานุกรม ไมเคิลวัง แรงเสียดทานตามวิกิพจนานุกรมหมายถึง 'ของเกี่ยวกับหรือเกิดจากแรงเสียดทาน'
- คำถามพื้นเรียบขัดมันเพิ่มแรงเสียดทานหรือไม่? ไม่มันไม่ได้ แต่จะช่วยลดแรงเสียดทานเพื่อให้พื้นผิวขรุขระเรียบ พื้นผิวขรุขระจะเพิ่มแรงเสียดทานในขณะที่พื้นผิวเรียบจะลดลง
- คำถามวิธีลดแรงเสียดทานคืออะไร? เพื่อลดแรงเสียดทานคุณสามารถทำให้พื้นผิวเรียบขึ้นทำให้วัตถุมีความคล่องตัวมากขึ้นหรือลดแรงที่กระทำกับพื้นผิว
