Lực ma sát là gì?
Lực ma sát trong vật lý là lực cản trở hoạt động của vật chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa 2 bề mặt. Đơn giản hơn thì nó là lực cản trở chuyển động của vật, tạo ra bởi vật tiếp xúc với nó gọi là lực ma sát.
Lực ma sát làm chuyển hóa động năng của chuyển động tương đối giữa các bề mặt thành năng lượng ở các dạng khác nhau. Việc chuyển hóa năng lượng xảy ra khi phân tử 2 chuyển động nhiệt hoặc thế năng dự trữ năng lượng trong biến dạng bề mặt hay các chuyển động của electron. Trong một số trường hợp thực tế thì động năng của các bề mặt được chuyển hóa chủ yếu thành nhiệt năng. Về bản chất vật lý thì lực ma sát xuất hiện giữa các vật thể trong cuộc sống và lực điện từ. Một trong những lực cơ bản của tự nhiên được tìm thấy là các phân tử và nguyên tử.
Các loại ma sát
Lực ma sát trượt
Lực ma sát trượt sinh ra từ vật chuyển động trượt trên bề mặt, khi đó tại vị trí tiếp xúc, bề mặt tác dụng lên vật một lực ma sát, làm cản trở vật chuyển động lên bề mặt. Phụ thuộc vào tính chất vật liệu và tình trạng của 2 bề mặt tiếp xúc, độ lớn của áp lực không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật.
Ta có biểu thức tính lực ma sát trượt: Fmst = µ. N
Trong đó:
- Fmst : độ lớn của lực ma sát trượt (N)
- µ : hệ số ma sát trượt
- N: Độ lớn áp lực (N)
Lực ma sát nghỉ
Lực ma sát nghỉ còn gọi là ma sát tĩnh, khi con người tác dụng vào một vật một lực song song với bề mặt tiếp xúc mà vật chưa di chuyển. Thì mặt tiếp xúc đã tác động lên vật đó một lực ma sát nghỉ cân bằng với ngoại lực. Lực ma sát nghỉ chỉ xuất hiện khi vật nằm yên trên bề mặt của vật khác.
Công thức tính lực ma sát nghỉ
F = F0kt
Trong đó: F0 là lực của vật tác động lên mặt phẳng.
kt: là hệ số ma sát nghỉ
Lực ma sát lăn
Lực ma sát lăn là lực cản ngăn chặn sự lăn lại của 1 bánh xe hay một vật có dạng hình tròn trên mặt phẳng bởi sự biến dạng của vật thể lên bề mặt. Hoặc cũng có thể là một trong 2 lực cản được sản xuất ra ngăn chặn sự lăn đi lăn lại của bánh xe. Lực ma sát lăn nhỏ hơn lực ma sát động khác và có hệ số ma sát có giá trị 0.001.
Ma sát nhớt
Lực ma sát nhớ là sự tương tác giữa một vật thể rắn và một chất lỏng khí. Lực ma sát nhớt không chỉ do sự cọ sát mà còn có thể tạo ra khi lực ma sát có phương trùng với tiếp tuyến của bề mặt tiếp xúc giống như lực ma sát. Chúng có thể xuất hiện khi có lực vuông góc với bề mặt tiếp xúc.
Lực ma sát lăn được tính bằng công thức:
F = μR
Trong đó:
- F là lực ma sát lăn
- μ là hệ số ma sát lăn giữa hai bề mặt
- R là lực phản xạ của bề mặt (bằng khối lượng của vật nhân với gia tốc trọng trường)
Hệ số ma sát là gì?
Hệ số ma sát không có đơn vị và là một tỉ số giữa lực ma sát và lực nén. Ngoài ra, hệ số ma sát phụ thuộc vào chất liệu của hai vật tiếp xúc và có thể có giá trị trong khoảng từ 0 đến lớn hơn 1 tùy thuộc vào đặc tính của bề mặt. Ví dụ về hệ số ma sát giữa lốp xe và bề mặt đường bạn đưa ra cũng là một ví dụ rất thú vị và minh họa cho sự khác biệt về giá trị của hệ số ma sát trong các tình huống khác nhau.
Tác hại của lực ma sát
Mặc dù lực ma sát là một đặc tính vật lý cần thiết để đảm bảo ổn định và kiểm soát chuyển động của vật thể, nhưng nó cũng có thể gây ra một số tác hại nhất định, bao gồm:
- Gây mòn: Lực ma sát có thể làm mòn bề mặt của vật liệu bằng cách tạo ra những lực va chạm và xói mòn. Điều này có thể gây ra tổn hại cho các bề mặt tiếp xúc và làm giảm tuổi thọ của chúng.
- Gây nhiệt: Khi hai bề mặt tiếp xúc trượt qua nhau, lực ma sát tạo ra nhiệt, có thể gây nóng chảy, biến dạng hay làm mất tính chất của các vật liệu. Điều này có thể dẫn đến cháy nổ hoặc hỏng hóc thiết bị.
- Gây tốn năng lượng: Lực ma sát tạo ra một lực đối kháng với chuyển động của vật thể và làm tốn năng lượng cho hệ thống. Điều này có thể dẫn đến sự tiêu hao năng lượng và giảm hiệu suất của các thiết bị.
- Hạn chế tốc độ chuyển động: Lực ma sát cũng có thể làm giảm tốc độ chuyển động của các vật thể, đặc biệt là khi chúng trượt qua nhau. Điều này có thể làm giảm hiệu suất của các thiết bị và gây ra sự chậm trễ trong các quy trình sản xuất.
Ứng dụng của lực ma sát
Lực ma sát luôn diễn ra trong tự nhiên và các công việc của con người mà chúng ta không để ý đến. Ngày nay lực ma sát cũng được áp dụng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như:
- Lực ma sát giúp ngăn chặn sự trượt của vật trên một bề mặt, làm cho nó dễ dàng di chuyển và duy trì vị trí của nó.
- Lực ma sát cũng có thể tạo ra lực kéo, như trong trường hợp của các dây kéo hoặc các tay nắm.
- Lực ma sát được sử dụng trong hệ thống phanh xe và động cơ để giảm tốc độ hoặc dừng chuyển động.
- Trong các hệ thống máy móc, lực ma sát được sử dụng để giữ cho các bề mặt tiếp xúc được bảo vệ khỏi sự mài mòn và hao mòn.
- Lực ma sát có thể giảm rung và tiếng ồn trong các hệ thống máy móc bằng cách tạo ra một lực phản kháng giữa hai bề mặt tiếp xúc.
- Lực ma sát có thể giữ một vật thể đứng yên ở một vị trí, chính vì thế con người có thể cầm nắm vật trên tay khi di chuyển.
Những cách thường dùng để giảm lực ma sát
Có nhiều cách để giảm lực ma sát trong các hệ thống cơ khí, điện tử và khí động học. Dưới đây là một số cách thường dùng:
- Sử dụng chất bôi trơn để giảm lực ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc. Các loại chất bôi trơn phổ biến như dầu, mỡ và chất lỏng có độ nhớt cao.
- Sử dụng vật liệu có độ ma sát thấp để giảm lực ma sát, ví dụ như sử dụng bánh xe cao su hoặc sử dụng vật liệu có khả năng trượt tốt như đồng.
- Sử dụng hệ thống làm mát để giảm nhiệt độ của các bề mặt tiếp xúc. Khi nhiệt độ giảm, độ ma sát giữa hai bề mặt cũng giảm theo.
- Sử dụng khí hoặc chân không để tạo ra không gian giữa hai bề mặt tiếp xúc để giảm lực ma sát. Ví dụ, trong bơm chân không, không khí được bơm ra để tạo ra áp suất âm, giảm lực ma sát giữa bề mặt của bơm và dòng chảy.
- Sử dụng kỹ thuật điện từ để giảm lực ma sát bằng cách sử dụng từ trường để điều khiển chuyển động của các bề mặt tiếp xúc.
Hiện nay lực ma sát xuất hiện quanh cuộc sống của chúng ta, bên cạnh những lợi ích thì lực ma sát cũng gây ra nhiều phiền toái cho công việc của con người. Vì thế mong rằng những thông tin trong bài viết này sẽ giúp mọi người hiểu hơn về lực ma sát và những cách giảm ảnh hưởng của lực ma sát hiệu quả nhất.
