Bài 4 - Lực Ma Sát | Vật Lý Đại Cương

Trang chủ » Công Của Lực Ma Sát » Bài 4 - Lực Ma Sát | Vật Lý Đại Cương

Có thể bạn quan tâm

Thư Viện Bài Giảng Vật Lý Đại CươngCùng nhau phát triển Tương lai

2.4. Lực ma sát

Khi một vật tiếp xúc với một vật khác và chúng có chuyển động tương đối với nhau thì tại bề mặt tiếp xúc xuất hiện một lực có xu hướng chống lại chuyển động của vật. Lực đó gọi là lực ma sát.

Nếu vật rắn chuyển động trong chất lỏng, khí thì xuất hiện lực ma sát nhớt (ma sát ướt). Nếu vật rắn tiếp xúc với vật rắn khác thì ta có ma sát khô. Trong ma sát khô, nếu vật này trượt hoặc lăn trên mặt vật kia, thì ta có ma sát trượt hoặc ma sát lăn; còn nếu vật có xu hướng trượt (nhưng chưa trượt) thì ta có ma sát nghỉ. Dưới đây, ta khảo sát đặc điểm của các ma sát.

1) Lực ma sát trượt

Giả sử vật m trượt trên mặt sàn nằm ngang. Trong quá trình chuyển động, vật m sẽ tác dụng vào mặt sàn một lực  \( \overrightarrow{F} \). Theo định luật III Newton, mặt sàn sẽ tác dụng ngược trở lại vật m một phản lực liên kết  \( \overrightarrow{R} \). Do bề mặt tiếp xúc gồ ghề, nên phản lực  \( \overrightarrow{R} \) không vuông góc với mặt tiếp xúc. Nó được phân tích thành 2 thành phần:  \( \overrightarrow{R}=\overrightarrow{N}+{{\overrightarrow{f}}_{ms}} \)      (2.21)

Thành phần  \( \overrightarrow{N} \)vuông góc với mặt tiếp xúc, gọi là phản lực pháp tuyến (hay phản lực vuông góc); thành phần  \( {{\overrightarrow{f}}_{ms}} \) luôn ngược chiều chuyển động và có xu hướng chống lại chuyển động của vật, gọi là lực ma sát trượt.

Bảng 2.3 Hệ số ma sát trượt của vài vật liệu thông dụng

Đặc điểm của lực ma sát trượt:

+ Xuất hiện tại bề mặt tiếp xúc khi hai vật trượt tương đối với nhau.

+ Có phương tiếp tuyến với bề mặt tiếp xúc và hướng ngược chiều chuyển động.

+ Có độ lớn tỉ lệ với áp lực vuông góc với bề mặt tiếp xúc, không phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc:  \( {{f}_{ms}}=\mu Q=\mu N  \)       (2.22)

Với  \( \mu  \) là hệ số tỉ lệ, được gọi là hệ số ma sát trượt. Giá trị của \mu  phụ thuộc vào bản chất của hai vật tiếp xúc và tính chất của bề mặt tiếp xúc. Bảng 2.3 cho  biết hệ số ma sát trượt của vài vật liệu thông dụng.

Nhận Dạy Kèm Vật Lý Đại Cương Online qua ứng dụng Zoom, Google Meet,...

  • Dạy kèm tương tác 1 thầy 1 trò! Hỗ trợ trực tuyến 24/7
  • Dạy kèm Vật Lý Đại Cương (Cơ - Nhiệt - Điện Từ - Quang - VLNT-HN)
  • Sách Giải Bài Tập Vật Lý Đại Cương - Vật Lý Kỹ Thuật - Vật Lý Lý Thuyết
  • Lịch học sắp xếp linh động, sáng - chiều - tối đều học được!
  • Thời gian học từ 1,5h - 2h/1 buổi!
094.625.1920 - Thầy Nhân (Zalo)

2) Lực ma sát lăn

Khi vật có chuyển động lăn thì xuất hiện lực ma sát lăn cản trở chuyển động của vật. Thực nghiệm chứng tỏ rằng, lực ma sát cũng tỉ lệ với áp lực vuông góc với mặt tiếp xúc và tỉ lệ nghịch với bán kính R của vật lăn hình trụ hoặc hình cầu:  \( {{f}_{msl}}={{\mu }_{L}}N={{{\mu }’}_{L}}\frac{N}{R} \)        (2.23)

với  \( {{\mu }_{L}} \) là hệ số ma sát lăn,  \( {{\mu }_{L}} \) nhỏ hơn  \( \mu  \) rất nhiều. Chính vì thế mà trong kĩ thuật, để giảm ma sát, tại chỗ tiếp xúc ta thay bằng các ổ bi, bánh xe.

3) Lực ma sát nghỉ

Trường hợp ngoại lực tác dụng không đủ mạnh, ta thấy vật vẫn đứng yên. Điều này có mâu thuẫn với định luật II Newton hay không? Thực ra khi vật có xu hướng trượt, tai bề mặt tiếp xúc sẽ xuất hiện lực ma sát nghỉ, cân bằng với thành phần tiếp tuyến  \( {{\overrightarrow{F}}_{t}} \) của ngoại lực, làm cho tổng các lực tác dụng lên vật vẫn triệt tiêu, kết quả vật không trượt. Nếu thành phần  \( {{F}_{t}} \) tăng lên thì lực ma sát nghỉ cũng tăng theo, cho đến khi  \( {{f}_{msn}}=\mu N  \) thì vật bắt đầu trượt.

Vậy ta có:  \( {{f}_{msn}}\le \mu N  \)      (2.24)

Một cách chính xác thì lực ma sát nghỉ cực đại luôn lớn hơn lực ma sát trượt. (Đẩy một vật nào đó thì ta phải nổ lực nhiều nhất lúc nó sắp dịch chuyển. Khi nó bắt đầu dịch chuyển, ta thấy dễ đẩy hơn).

Đồ thị hình (2.11) biểu diễn sự biến thiên của lực ma sát theo vận tốc tương đối v. Khi vật bắt đầu trượt, lực ma sát nghỉ cực đại lớn hơn lực ma sát trượt. Khi vận tốc v tăng thì lực ma sát tăng chậm. Nếu bỏ qua các chi tiết nhỏ này, đồ thị (2.11a) được thay bằng đồ thị (2.11b). Khi đó, ta có công thức (2.24)

4) Vai trò của ma sát

Ma sát sinh ra do các bề mặt tiếp xúc gồ ghề, cho dù có làm nhẵn, vẫn có những chỗ gồ ghề vi mô. Ma sát có thể làm cản trở chuyển động, mài mòn các chi tiết máy. Để giảm bớt tác hại này, người ta thay ma sát trượt bằng ma sát lăn, nghĩa là các trục máy đều gắn các vòng đỡ có ổ bi và phải được bôi trơn.

Tuy nhiên, trong một số trường hợp, ma sát lại rất cần thiết. Không có ma sát, con người và tất cả xe cộ đều không thể chuyển động được. Quan sát một chiếc ô tô đi trên đoạn đường bùn lầy, ta thấy có lúc bánh xe quay rất mà ô tô không tiến lên được. Đó là vì ma sát của đường không đủ lớn để giữ cho bánh xe khỏi trượt. Trong trường hợp này, lực ma sát nghỉ đóng vai trò là ngoại lực phát động làm vật chuyển động. Do đó, các lốp xe phải có rnah4, gờ để tăng ma sát phát động.

Ma sát vừa có ích lại vừa có hại. Tùy theo mục dích sử dụng mà trong từng trường hợp cụ thể, ta có thể làm tăng hoặc giảm ma sát.

5) Lực cản của môi trường

Xét một vật rắn ở trong môi trường lỏng hoặc khí. Nếu nó đứng yên thì chỉ cần một lực rất nhỏ cũng làm cho nó chuyển động (thí dụ một người không thể làm nhúc nhích chiếc tàu mắc cạn, nhưng nếu tàu đậu trên bến thì người ấy có thể đẩy nó chuyển động dễ dàng). Có thể nói rằng, chất lỏng và chất khí không có ma sát nghỉ.

Khi vật rắn chuyển động trong môi trường chất lỏng, hay khí thì nó chịu lực cản đáng kể, ta gọi là lực cản của môi trường. Nguyên nhân của lực cản này, một phần nhỏ là do ma sát, phần lớn là do sự chênh lệch về áp suất ở áp suất ở mặt trước và sau vật rắn.

Đặc điểm của lực cản môi trường:

+ Tỉ lệ với tiết diện cản S – là tiết diện ngang lớn nhất của vật vuông góc với phương chuyển động.

+ Tỉ lệ với bậc nhất của vận tốc v – nếu v nhỏ (vài m/s); và tỉ lệ với bình phương vận tốc – nếu v lớn.

 \( F={{k}_{1}}vS  \)    (khi v nhỏ)          (2.25)

 \( F={{k}_{2}}{{v}^{2}}S  \)  (khi v lớn)           (2.26)

Các hệ số k1, k2 phụ thuộc vào bản chất môi trường, tính chất bề mặt của vật và nhất là hình dáng của vật.

Hình (2.12) ghi lại kết quả thực nghiệm về lực cản của những vật có cùng tiết diện cản S, chuyển động trong không khí với cùng vận tốc v, nhưng có hình dạng khác nhau. Nếu lực cản đối với vật hình trụ là lớn nhất bằng 1 thì lực cản của vật có dạng (d) là nhỏ nhất, chỉ bằng  \( \frac{1}{25} \). Ta gọi dạng (d) là dạng khí động học. Thân các loài chim, cá đều có dạng này. Người ta cũng chế tạo thân máy bay, ô tô theo dạng này để giảm tối đa lực cản môi trường.

Các bài viết cùng chủ đề!

Bài 1 – Các định luật Newton

Xem Chi Tiết

Bài 2 – Lực hấp dẫn – Trọng lực

Xem Chi Tiết

Bài 3 – Lực đàn hồi

Xem Chi Tiết

Bài 4 – Lực ma sát

Xem Chi Tiết

Bài 5 – Phương pháp Động lực học

Xem Chi Tiết

Động lượng – Xung lượng

Xem Chi Tiết

Momen động lượng – Momen lực

Xem Chi Tiết

Nguyên lý tương đối Galilée – Lực quán tính

Xem Chi Tiết

Hotline: 094.625.1920 - Thầy Nhân (Zalo)

Các Sách Giải Bài Tập - Đề Thi do Trung tâm phát hành!

Sách Giải Bài Tập Vật Lý Đại Cương 1

Xem Chi Tiết!

Sách Giải Bài Tập Vật Lý Đại Cương 2

Xem Chi Tiết!

Sách Giải Bài Tập Vật Lý Đại Cương 3

Xem Chi Tiết!

Sách Giải Bài Tập Cơ Học Kỹ Thuật

Xem Chi Tiết!

Sách Giải Bài Tập Sức Bền Vật Liệu

Xem Chi Tiết!

University Physics – Mechanics Part 1

Xem Chi Tiết!

University Physics – Mechanics Part 2

Xem Chi Tiết!

University Physics – Electricity and Magnetism

Xem Chi Tiết!

University Physics – Waves and Thermodynamics

Xem Chi Tiết!

University Physics – Optics and Modern Physics

Xem Chi Tiết!

Thư Viện Bài Giảng Vật Lý Đại Cương được xây dựng trên WordPress

error: Content is protected !! MENUTrang Chủ
  • p>

Từ khóa » Công Của Lực Ma Sát