Lực ma sát là gì ? ứng dụng của lực ma sát

Lực ma sát là lực cản trở chuyển động của một vật này so với vật khác. Nó không phải là một lực cơ bản, ví dụ như lực hấp dẫn hay lực điện từ. Thay vậy, các nhà khoa học tin rằng lực ma sát là kết quả của lực hút điện từ giữa các hạt tích điện có trong hai bề mặt tiếp xúc. Vậy để tìm hiểu rõ hơn về lực ma sát hãy cùng chúng tôi tìm hiểu qua bài viết dưới đây bạn nhé!

Định nghĩa lực ma sát

Ma sát là gì?

Trong vật lý học, ma sát là một loại lực cản xuất hiện giữa các bề mặt vật chất, chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt. (Nói đơn giản là các lực cản trở chuyển động của một vật, tạo ra bởi những vật tiếp xúc với nó, được gọi là lực ma sát.)

Định nghĩa về lực ma sát

Lực ma sát làm chuyển hóa động năng của chuyển động tương đối giữa các bề mặt thành năng lượng ở dạng khác. Việc chuyển hóa năng lượng thường là do va chạm giữa phân tử của hai bề mặt gây ra chuyển động nhiệt hoặc thế năng dự trữ trong biến dạng của bề mặt hay chuyển động của các electron, được tích lũy một phần thành điện năng hay quang năng. Trong đa số trường hợp trong thực tế, động năng của các bề mặt được chuyển hóa chủ yếu thành nhiệt năng.

Lực ma sát trượt

Lực ma sát trượt là lực ma sát sinh ra khi một vật chuyển động trượt trên một bề mặt, thì bề mặt tác dụng lên vật tại chỗ tiếp xúc một lực ma sát trượt, cản trở chuyển động của vật trên bề mặt đó.

Đặc điểm của lực ma sát trượt

• Điểm đặt lên vật sát bề mặt tiếp xúc.
• Phương song song với bề mặt tiếp xúc.
• Chiều ngược chiều với chiều chuyển động tương đối so với bề mặt tiếp xúc.

Công thức: Fmst = µt N

Trong đó:

Fmst: độ lớn của lực ma sát trượt (N)

µt: hệ số ma sát trượt

N: Độ lớn áp lực (phản lực) (N)

Ví dụ về cách tính lực ma sát trượt

Kéo vật trượt đều theo phương ngang bằng một lực Fk có phương như hình vẽ bên dưới

Áp lực N’ là lực nén của vật m lên bề mặt tiếp xúc đặt tại mặt tiếp xúc lực này sinh ra phản lực N cùng phương ngược chiều cùng độ lớn có điểm đặt tại vật m.

⇒ Fmst=µ.N’=µ.N=µ.m.g

Fmst=µ.N’=µ.N=µ(P – F1)=µ.mg – µ.Fksinα​

Nếu lực Fk có độ lớn tăng dần khi Fk chưa đủ lớn thì độ lớn của lực ma sát nghỉ Fmsn=Fk cho đến khi Fk đủ lớn vật bắt đầu trượt đều => Fmst=(Fmsn)max

Lực ma sát nghỉ

Xuất hiện ở hai vật tiếp xúc với nhau do bề mặt tiếp xúc tác dụng lên vật khi có ngoại lực giúp cho vật đứng yên tương đối trên bề mặt của vật khác hoặc thành phần của ngoại lực // bề mặt tiếp xúc tác dụng làm vật có xu hướng chuyển động.

Đặc điểm của lực ma sát nghỉ

• Điểm đặt lên vật sát bề mặt tiếp xúc.
• Phương: song song với bề mặt tiếp xúc.
• Chiều: ngược chiều với lực (hợp lực) của ngoại lực(các ngoại lực và thành phần của ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc   hoặc xu hướng chuyển động của vật.

Trong đó:

Ft: độ lớn của ngoại lực (thành phần ngoại lực) song song với bề mặt tiếp xúc.

Fmsn: Độ lớn lực ma sát nghỉ (N)

Lực ma sát nghỉ cực đại

Fmmsn Max: lực ma sát cực đại (N)

µn: hệ số ma sát nghỉ

µt: hệ số ma sát trượt

Chú ý: Trường hợp nhiều lực tác dụng lên vật thì Ft là độ lớn của hợp lực các ngoại lực và thành phần của ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc.

Lực ma sát lăn

Lực ma sát lăn là lực ngăn cản sự lăn của các vật có hình tròn hay nói cách khác là cản trở chuyển động lăn, độ lớn lực ma sát lăn nhỏ hơn các lực ma sát động khác.

Khi một vật lăn trên một vật khác, xuất hiện nơi tiếp xúc và cản trở chuyển động lăn. có đặc điểm như lực ma sát trượt.

Lực nội ma sát của chất lỏng

Lực nội ma sát của chất lỏng là lực cản trở giữa những lớp chuyển động của một chất lỏng, nó còn được gọi là lực nhớt.

Chất lỏng càng nhớt thì càng đặc. Vì thế mật ong có lực ma sát nhớt lớn hơn nước.

Công thức tính lực ma sát nhớt

Trong đó:

μ là hệ số ma sát nhớt hay độ nhớt của chất lỏng, phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng và nhiệt độ.

dv là vận tốc chuyển động của lớp chất lưu chuyển (m/s)

dz là quãng đường chuyển động của lớp chất lưu chuyển (m)

∇S là diện tích của hai lớp chất lỏng sát nhau (m^2)

Vai trò lực ma sát

Lực ma sát sẽ giữ cố định các vật thể trong không gian: ví dụ như giúp giữ đinh trên tường, khả năng giúp con người cầm nắm các vật thể.

Lực ma sát giúp cho những vật di chuyển khi vào cua mà không bị trượt. Trường hợp lực ma sát quá nhỏ (bề mặt trơn nhẵn) người di chuyển có thể bị trượt ngã

Ma sát có lợi tuy nhiên cũng có một số điểm bất lợi riêng. Ví dụ như phát sinh nhiệt và bào mòn bộ phận chuyển động khiến các bộ phận thiết bị bị hao mòn trong thời gian dài sử dụng.

Ứng dụng lực ma sát

Lực ma sát sử dụng trong một số lĩnh vực như kỹ thuật đánh bóng, sơn mài,…

Khi tìm hiểu lực ma sát xuất hiện khi nào? ta sẽ biết được hãm tốc độ phương tiện giao thông khi di chuyển.

Thời tiền sử, nhiệt năng của ma sát dùng làm công cụ đánh lửa.

Làm thế nào để giảm ma sát?

Lực ma sát tuy có ứng dụng nhiều trong cuộc sống nhưng có nhiều điểm bất lợi và con người luôn muốn giảm ma sát để giảm thiểu tác hại.

Chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn. Chẳng hạn như trong ổ bi đó là chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn, giảm ma sát đáng kể, giảm khả năng bị bào mòn.

Làm giảm ma sát tĩnh: đoàn tàu hỏa khi khởi động thông thường đầu tàu sẽ bị giật lùi, điều này sẽ giúp đầu tàu kéo từng toa và chỉ chống lực ma sát tĩnh từng toa chứ không phải là ma sát tĩnh của cả đoàn tàu.

Thay đổi bề mặt vật liệu/chất liệu: thay đổi bề mặt sẽ giúp giảm ma sát. Ví dụ dùng các chất bôi trơn như dầu mỡ đối với các bề mặt rắn. Điều này sẽ giúp giảm hệ số ma sát giảm khả năng bị bào mòn.