Lực ma sát là gì? Tổng hợp đầy đủ các kiến thức về ma sát

Lực ma sát là gì?

Lực ma sát trong vật lý là một lực cản xuất hiện giữa các bề mặt vật chất, nó có xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt. Hay nói một cách đơn giản hơn nó là lực cản trở chuyển động của một vật, được tạo ra bởi những vật tiếp xúc với nó.

Lực ma sát sẽ làm chuyển hóa động năng của chuyển động tương đối giữa các bề mặt thành năng lượng ở dạng khác. Quá trình này 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. Nó được tích lũy một phần thành điện năng hay quang năng.

Bản chất, lực ma sát xuất hiện giữa các vật thể trong cuộc sống là lực điện từ, một trong các lực cơ bản của tự nhiên giữa các phân tử, nguyên tử.

Các loại ma sát

Trong lực ma sát lại được chia thành 3 loại đó là ma sát trượt, ma sát nghỉ, ma sát lăn.

Lực ma sát trượt

Khái niệm và đặc điểm

Khái niệm: Lực ma sát trượt được hiểu là lực sinh ra khi một vật chuyển động trượt trên một bề mặt. Bề mặt này tác dụng lên vật tại chỗ tiếp xúc sẽ gây ra một lực ma sát trượt làm cản trở chuyển động của vật trên bề mặt đó.

Đặc điểm:

• 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 tính lực ma sát trượt

Để tính ma sát trượt ta sử dụng công thức sau đây:

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)

Đặc điểm độ lớn của ma sát trượt, chịu ảnh hưởng bởi những yếu tố nào?

• Độ lớn của lực ma sát trượt không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật.
• Tỉ lệ với độ lớn của áp lực.
• Phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của 2 mặt tiếp xúc.
• Hệ số của ma sát trượt
• Tỉ lệ giữa độ lớn của ma sát trượt và độ lớn của áp lực.
• Ký hiệu: μt, được đọc là “muy t”
• Phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.

Lợi ích và tác hại của lực ma sát trượt

Lợi ích của lực ma sát trượt

• Lực sinh ra giữa má phanh và bánh xe làm cho quay chậm, cản trở sự quay của bánh xe. Khi đó xuất hiện sự trơn trượt trên mặt đường, giúp dừng xe một cách an toàn.
• Ứng dụng để mài nhẵn các bề mặt cứng như kim loại hoặc gỗ
• Ở đàn vĩ cầm, khi cọ xát cần kéo trên dây đàn thì giữa chúng sẽ xuất hiện ma sát trượt làm cho dây đàn dao động từ đó phát ra âm thanh.

Tác hại của lực ma sát trượt

• Ma sát trượt làm cản trở chuyển động, làm mòn các chi tiết máy.
• Do đó trong các chi tiết máy bao giờ cũng được tra dầu mỡ công nghiệp để làm hạn chế tình trạng ma sát trượt khi vận hành máy.

Lực ma sát nghỉ

Khái niệm, đặc điểm lực ma sát nghỉ

Khái niệm: Lực ma sát nghỉ là lực xuất hiện khi một vật nằm yên trên bề mặt vật khác. Nó xuất hiện ở hai vật tiếp xúc với nhau do trên 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.

Ví dụ: Người và một số động vật có thể đi lại hoặc cầm nắm các vật nặng là do có sự xuất hiện của lực ma sát nghỉ.

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 theo xu hướng chuyển động của vật.
• Độ lớn:

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

Lưu ý: Trong trường hợp có nhiều lực tác dụng lên vật thì Ft là độ lớn hợp lực và thành phần của ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc.

Công thức tính ma sát nghỉ

Lực ma sát nghỉ được tính bằng công thức như sau:

Vai trò của lực ma sát nghỉ

• Là vực tác động giúp các vật chuyển động.
• Ứng dụng để tạo thành các hệ thống băng chuyền để đưa vật từ nơi này đến nơi khác. Bởi nếu không có ma sát nghỉ thì thành phần trọng lực nằm ngang sẽ kéo vật đi xuống chân mặt phẳng nằm nghiêng.
• Nhờ có ma sát nghỉ chúng ta mới có thể cầm nắm được các vật trên tay.
• Có vai trò truyền chuyển động quay của động cơ ra ngoài làm quay các công cụ.

Lực ma sát lăn

Khái niệm, đặc điểm của ma sát lăn

Khái niệm: Lực ma sát lăn là lựa ngăn cản sự lăn của các vật có hình tròn hay nói cách khác là cản trở chuyển động lăn nhỏ hơn các lực ma sát động khác.

=> Lực ma sát lăn xuất hiện khi một vật lăn trên bề mặt của vật khác. Khi một vật lăn trên một vật khác, xuất hiện nơi tiếp xúc và cản trở chuyển động lăn.

Đặc điểm:

• 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.
• Tuy nhiên hệ số ma sát lăn nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số ma sát trượt.

Ví dụ: Khi đẩy hàng bằng xe đẩy thì bánh xe lăn trên mặt đường, xuất hiện ma sát lăn giữa các bánh xe và mặt đường.

Công thức tính ma sát lăn

Công thức tính của ma sát lăn như sau:

Vai trò của ma sát lăn

Do ma sát lăn nhỏ hơn rất nhiều so với ma sát trượt nên để người ta sẽ tìm cách thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn bằng các ổ bi, con lăn. Ma sát lăn sẽ giúp cho vật chuyển động một cách dễ dàng.

Ví dụ như:

• Sử dụng con lăn để di chuyển thùng hàng.
• Chế tạo ổ bi, ổ trục để làm giảm thiểu sự mài mòn của trục bánh xe.

Hệ số ma sát là gì?

Hệ số ma sát không được biểu diễn bằng đại lượng có đơn vị mà nó sẽ được biểu thị qua tỉ số của lực ma sát nằm giữa hai vật trên lực tác dụng đồng thời lên chúng. Chất liệu của vật sẽ làm ảnh hưởng đến lực này. Ví dụ như nước đá trên hệ số ma sát thấp, cao su trên mặt đường có hệ số ma sát lớn,…

Bên cạnh đó các hệ số ma sát có thể nằm trong khoảng từ 0 cho đến một giá trị lớn hơn 1. Ví dụ: trong điều kiện tốt, lốp xe trượt trên bê tông có thể tạo ra một hệ số ma sát với giá trị là 1,7.

Dưới đây là bảng giá trị hệ số ma sát của một số vật liệu phổ biến:

Hệ số ma sát Vật liệu tấm trên cùng Vật liệu đường ray hướng dẫn Không được bôi trơn Bôi trơn Thép không gỉ hoặc thép Thép không gỉ hoặc thép 0,35 0,20 Thép không gỉ hoặc thép UHMW 0,25 0,15 Nhựa kỹ thuật Thép không gỉ hoặc thép 0,25 0,15 Nhựa kỹ thuật UHMW 0,25 0,12 Nhựa kỹ thuật (ma sát thấp) Thép không gỉ hoặc thép 0,17 0,12 Nhựa kỹ thuật (ma sát cao) UHMW 0,18 0,12

Ứng dụng của lực ma sát

Trong cuộc sống thường ngày chúng ta dễ dàng bắt gặp lực ma sát, chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực với nhiều ứng dụng khác nhau như:

• Giúp giữ các vật thể đứng yên trong không gian, giúp chúng ta cầm nắm các vật trên tay hay giữ được đinh trên tường.
• Nó giúp cho xe đang di chuyển không bị trượt bánh khi đi vào những khúc cua.
• Có vai trò làm lực phát động làm cho vật chuyển động. Ví dụ như khi xe đang chuyển từ trạng thái đứng yên sang di chuyển, lực đẩy mà động cơ sinh ra sẽ làm quay các tuabin rồi truyền lực tới các bánh xe.
• Được dùng trong gia công các đồ thủ công mỹ nghệ để làm sáng bề mặt.
• Ứng dụng trong việc hãm tốc độ phương tiện giao thông di chuyển trên Trái Đất. Động năng của phương tiện chuyển thành nhiệt năng và 1 phần động năng của Địa cầu.
• Sinh ra nhiệt năng nên nó được sử dụng để đánh lửa dùng trong đá lửa. Đây được cho là công cụ giúp tạo ra lửa của người tiền sử.

Những cách thường dùng để giảm ma sát

• Tuy mang lại nhiều lợi ích trong cuộc sống, nhưng đôi khi ma sát cũng có những điểm hại như:
• Làm ngăn cản các chuyển động làm thất thoát năng lượng.
• Mài mòn hệ thống cơ học gây biến dạng, làm sai lệch trong thiết kế.
• Sinh ra nhiệt năng có thể làm nóng hoặc chảy vật liệu.

Đối với các trường hợp như trên, ta có thể áp dụng một số phương pháp để làm giảm ma sát như sau:

• Chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn, giúp giảm ma sát đáng kể trong các hệ thống cơ học.
• Giảm ma sát tĩnh, ví dụ như trước đây các đoàn tàu hỏa khi khởi động đầu tàu sẽ được đẩy giật lùi, tạo nên một khe hở giữa các toa tàu, trước khi tiến. Động tác này giúp đầu tàu kéo từng toa tàu một, chỉ phải chống lại ma sát tĩnh của mỗi toa một lúc.
• Thay đổi bề mặt, bên cạnh sử dụng các chất bôi trơn như dầu mỡ, bột than chì thì giữa các bề mặt rắn có tác dụng làm giảm hệ số ma sát.

Trên đây là những thông tin về lực ma sát mà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn. Mong rằng bài viết sẽ đem lại bạn những kiến thức bổ ích. Mọi thắc mắc hay những đóng góp ý kiến vui lòng liên hệ với AME Group để được hỗ trợ.