5.8 แรงเสียดทาน
เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ มันต้องสัมผัสกับพื้นผิวที่เคลื่อนที่ไป ขณะที่มันกำลังถู หรือเคลื่อนที่ผ่านผิวที่เคลื่อน มันจะมีตัวกลางระหว่างผิวที่สัมผัสซึ่งมีมากมาย อาทิเช่น เคลื่อนที่ที่มีตัวกลางเป็น หรือในน้ำ
และมันก็จะเกิดความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ อันเนื่องจากวัตถุมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อม เราเรียกความต้านทานดังกล่าวว่า แรงเสียดทาน (Force of friction)
รูปการเคลื่อนที่จะมีแรงเสียดทานเกิดขึ้นเสมอ
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
แรงเสียดทานมีความสำคัญมากในชีวิตประจำวันของเรา มันช่วยให้เราเดิน หรือวิ่งได้ และมีความจำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่ของยานพาหนะที่มีล้อ
รูปตัวอย่างการเข็นรถที่มีแรงเสียดทานในการเคลื่อนที่ จึงต้องออกแรงเข็นเพื่อเอาชนะแรงเสียดทาน
5.8.1 แรงเสียดทานสถิต
ลองจินตนาการว่าคุณกำลังทำงานอยู่ในสวน และพื้นหญ้ามีแต่เศษขยะในสนาม จากนั้นคุณลองลากถังขยะไปให้ทั่วพื้นผิวลานคอนกรีตของคุณ ดูที่รูป
รูป การลากดึงถังขยะ ทิศทางของแรงเสียดทาน f ระหว่างผิวขรุขระเป็นทิศทางตรงกันข้ามกับแรงที่ใช้ลากดึง F
c) กราฟแสดงแรงเสียดทานกับแรงกระทำ สังเกตว่า fs max > fk
พื้นผิวนี้เป็นของจริง ไม่ใช่พื้นผิวที่ไม่มีการเสียดทาน ถ้าเราใช้แรงผลัก F ไปที่ถังขยะกระทำไปทางด้านขวา ถังขยะจะยังคงอยู่เฉยหากว่าแรงที่ผลักมีไม่มากพอ แรงในตัวถังขยะสามารถต่อต้านแรงผลัก F ได้
และแรงที่ถังขยะต้านแรงผลักที่ทำให้ถังยังไม่เคลื่อนที่นั้น มันมีทิศทางไปทางซ้ายสวนทางกับแรงผลัก เราเรียกว่า แรงเสียดทานสถิต (Force of static friction: fs) ตราบใดที่ถังขยะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ แรงผลักกับแรงต้านจะเท่ากันดังสมการด้านล่าง
แรงที่ผลัก เท่ากับ แรงเสียดทานสถิต
F = fs
เพราะฉะนั้น หากเพิ่มแรง F เข้าไปที่ถัง แรง fs ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ทำนองเดียวกัน หากลดแรง F ลงไป แรง fs ก็ลดลงเช่นเดียวกัน (ถังขยะไม่เคลื่อนที่นะ)
การทดลองนี้ แสดงให้เห็นว่า แรงเสียดทานเกิดจากคุณลักษณะของสองพื้นผิว เพราะว่ามันมีความขรุขระของผิว การสัมผัสพื้นผิว จะโดนไม่กี่ยอดของพื้นผิวของวัสดุที่สัมผัส ที่ตำแหน่งเหล่านี้ แรงเสียดทานเกิดขึ้นในส่วนหนึ่ง
เพราะจุดสูงสุดของพื้นผิวของวัสดุ จะบล็อกหยุดการเคลื่อนที่ของจุดสูงสุดของผิวที่เป็นฝ่ายตรงข้าม และส่วนหนึ่งมาจากพันธะเคมี จุดเชื่อม (spot welds) ของยอดตรงข้ามที่พวกมันได้สัมผัส
รูปถ้าจะให้ลังไม้เคลื่อนที่จะต้องออกแรงในการดันกล่อง เพราะมันมีความฝืด จากผิวที่ขรุขระ
แม้ว่ารายละเอียดของแรงเสียดทานจะค่อนข้างซับซ้อนในระดับอะตอม และแรงนี้ก็เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ทางเคมีระหว่างอะตอม หรือโมเลกุลอีกด้วย
ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก
“ เวลา
อาจจะไม่มีปาก
แต่มันสามารถบอกอะไรได้ดีกว่า
คำพูด”
<หน้าที่แล้ว สารบัญ หน้าต่อไป>