แรงเสียดทาน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

แรงเสียดทาน หรือ ความเสียดทาน (อังกฤษ: friction) เป็นแรงที่ต้านการเคลื่อนที่เชิงสัมพัทธ์ของพื้นผิวที่เป็นแข็ง ชั้นของเหลว และองค์ประกอบของวัตถุที่ไถลในทิศทางตรงกันข้ามซึ่งกันและกัน[1] แรงเสียดทานแบ่งได้หลายประเภท ได้แก่

  • แรงเสียดทานชนิดแห้ง ต้านการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของพื้นผิวของของแข็งที่สัมผัสกัน แรงเสียดทานชนิดแห้งแบ่งออกเป็น แรงเสียดทานสถิต ระหว่างพื้นผิวที่ไม่มีการเคลื่อนที่ และ แรงเสียดทานจลน์ ระหว่างพื้นผิวที่กำลังเคลื่อนที่
  • แรงเสียดทานในของไหล อธิบายแรงเสียดทานระหว่างชั้นของของไหลที่มีความหนืด ซึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์ซึ่งกันและกัน[2][3]
  • แรงเสียดทานหล่อลื่น เป็นกรณีของแรงเสียดทานในของไหล ที่มีสารหล่อลื่นแทรกระหว่างสองพื้นผิวที่เป็นของแข็ง[4][5][6]
  • แรงเสียดทานที่ผิว เป็นองค์ประกอบของแรงต้าน แรงต่อต้านการเคลื่อนที่โดยของไหลเข้าไปขวางบนทั่วทั้งพื้นผิวของวัตถุ
  • แรงเสียดทานภายใน เป็นแรงที่ต้านการเคลื่อนที่ระหว่างส่วนประกอบต่าง ๆ ภายในที่ทำขึ้นเป็นวัตถุที่เป็นของแข็ง ขณะที่วัตถุนั้นเกิดการเปลี่ยนรูป[3]

ภาพรวม[แก้]

แรงเสียดทาน (friction) มีทิศตรงข้ามกับแรงที่กระทำกับวัตถุเสมอ

แรงเสียดทาน คือแรงที่ต้านการเคลื่อนที่เชิงสัมพัทธ์ หรือแนวโน้มของการเคลื่อนที่ดังกล่าว ของพื้นผิวสองอย่างที่สัมผัสกัน มักจะเกิดตรงข้ามกับแรงที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่เสมอ ผิวหน้าสัมผัส จึงช่วยลดแรงเสียดทานได้

โดยขนาดของแรงเสียดทานจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับ

  • แรงหรือน้ำหนักที่กดลงไปบนพื้นผิวสัมผัส ซึ่งแรงนี้จะตั้งฉากกับผิวสัมผัส ถ้าแรงกดทับนี้มาก แรงเสียดทานก็จะมีค่ามากด้วย
  • ลักษณะของผิวสัมผัสนั้น ๆ ถ้าผิวสัมผัสนั้นเรียบลื่น แรงเสียดทานก็จะมีค่าน้อย ถ้าผิวสัมผัสหยาบหรือขรุขระ แรงเสียดทานก็จะมีค่ามาก

ลักษณะของแรงเสียดทาน[แก้]

1.แรงเสียดทานนั้นไม่ขึ้นกับจำนวนพื้นที่ผิวสัมผัส

2.แรงเสียดทานนั้นไม่ขึ้นกับความเร็วที่วัตถุเคลื่อนที่ และยังมีทิศตรงข้ามการเคลื่อนที่ของวัตถุ

3.แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับแรงที่วัตถุกดพื้นในแนวที่ตั้งฉากหรือแรงปฏิกิริยาของพื้นในแนวที่ตั้งฉาก

4.แรงเสียดทานขึ้นกับพื้นผิวสัมผัส เช่น เรียบหรือขรุขระ

ชนิดของแรงเสียดทาน[แก้]

แรงเสียดทานแบ่งได้ 2 ชนิด คือ

  • แรงเสียดทานสถิต (static friction) คือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะที่มีแรงมากระทำต่อวัตถุแล้ววัตถุยังอยู่นิ่งกับที่ ซึ่งจะมีค่าตั้งแต่ศูนย์จนถึงค่ามากที่สุด ซึ่งค่าที่มากที่สุดจะเกิดขณะที่วัตถุเริ่มจะเคลื่อนที่
  • แรงเสียดทานจลน์ (kinetic friction) คือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะที่มีแรงมากระทำต่อวัตถุแล้ววัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ โดยแรงเสียดทานจลน์จะมีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิต

การลดแรงเสียดทาน[แก้]

  • การใช้อุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ล้อ บุช และตลับลูกปืน
    • ล้อ เป็นสิ่งจำเป็นมากสำหรับยานพาหนะทางบก เพราะสามารถลดแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัส
    • บุช เป็นโลหะทรงกระบอกกลวง ผิวเรียบ ลื่นทั้งสองด้าน
    • ตลับลูกปืน ลักษณะเป็นลูกเหล็กกลมอยู่ในเบ้าที่รองรับ ผวเรียบลื่นและกลิ้งได้ ทำให้วงแหวนทั้งสองหมุนได้รอบตัว เครื่องจักรแทบทุกชนิดจะต้องมีตลับลูกปืนใส่ในแกนหมุนของเครื่องยนต์
  • การใช้น้ำมันหล่อลื่นบริเวณข้อต่อ จุดหมุน และผิวหน้าสัมผัสต่าง ๆ
  • การลดแรงกดระหว่างผิวสัมผัส เช่น ลดจำนวนสิ่งของที่บรรทุกให้น้อยลง ทาให้การลากวัตถุให้เคลื่อนที่ด้วยแรงดึงน้อยลง

สมบัติของแรงเสียดทาน[แก้]

1. แรงเสียดทานมีค่าเป็นศูนย์ เมื่อวัตถุไม่มีแรงภายนอกมากระทำ

2. ขณะที่มีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ และวัตถุยังไม่เคลื่อนที่ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นมีขนาดต่างๆ กัน ตามขนาดของแรงที่มากระทำ และแรงเสียดทานที่มีค่ามากที่สุดคือ แรงเสียดทานสถิต เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุเริ่มเคลื่อนที่

3. แรงเสียดทานมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ

4. แรงเสียดทานสถิตมีค่าสูงกว่าแรงเสียดทานจลน์เล็กน้อย

5. แรงเสียดทานจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวสัมผัส ผิวสัมผัสหยาบหรือขรุขระจะมีแรงเสียดทานมากกว่าผิวเรียบและลื่น

6. แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับน้ำหนักหรือแรงกดของวัตถุที่กดลงบนพื้น ถ้าน้ำหนักหรือแรงกดมากแรงเสียดทานก็จะมากขึ้นด้วย

7. แรงเสียดทานไม่ขึ้นอยู่กับขนาดหรือพื้นที่ของผิวสัมผัส

ข้อดีของแรงเสียดทาน[แก้]

แม้ว่าแรงเสียดทานจะทาให้สิ้นเปลืองพลังงานมากในการทำให้วัตถุเคลื่อนที่ แต่ในบางกรณีแรงเสียดทานก็มีประโยชน์ต่อการเคลื่อนที่ของยานพาหนะ เช่น

  • ขณะที่รถแล่น จะต้องมีแรงเสียดทานระหว่างล้อกับถนน เพื่อทำให้รถเคลื่อนที่ไปได้ตามทิศทางที่ต้องการ
  • ยางรถยนต์จำเป็นต้องมีดอกยางเป็นลวดลาย เพื่อเพิ่มแรงเสียดทานระหว่างล้อกับถนน
  • ขณะหยุดรถหรือเบรกให้รถหยุดหรือแล่นช้าลง จะต้องเกิดแรงเสียดทาน เพื่อทำให้ล้อหยุดหมุนหรือหมุนช้าลง

ข้อเสียของแรงเสียดทาน[แก้]

แรงเสียดทานทำให้วัตถุเคลื่อนที่ช้า จึงต้องใช้แรงมากขึ้นเพื่อเอาชนะแรงเสียดทานทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมาก

อ้างอิง[แก้]

  1. http://www.merriam-webster.com/dictionary/friction
  2. Beer, Ferdinand P.; E. Russel Johnston, Jr. (1996). Vector Mechanics for Engineers (Sixth ed.). McGraw-Hill. p. 397. ISBN 0-07-297688-8. 
  3. 3.0 3.1 Meriam, J. L.; L. G. Kraige (2002). Engineering Mechanics (fifth ed.). John Wiley & Sons. p. 328. ISBN 0-471-60293-0. 
  4. Ruina, Andy; Rudra Pratap (2002). Introduction to Statics and Dynamics. Oxford University Press. p. 713. 
  5. Hibbeler, R. C. (2007). Engineering Mechanics (Eleventh ed.). Pearson, Prentice Hall. p. 393. ISBN 0-13-127146-6. 
  6. Soutas-Little, Robert W.; Inman, Balint (2008). Engineering Mechanics. Thomson. p. 329. ISBN 0-495-29610-4.