Qu'est-ce que le frottement de roulement?
Le frottement de roulement est une force de résistance qui ralentit le mouvement d'une sphère, d'un cylindre ou d'une roue qui se déplace en ligne droite sur une surface plane. Cette force résulte en grande partie des propriétés matérielles de l'objet et de la surface avec laquelle il est en contact. Les déformations ou irrégularités de l’objet ou de la surface sont des facteurs importants qui affectent l’ampleur du frottement de roulement, tout comme la zone de contact entre les deux.
Il y a de minuscules irrégularités à la surface de la plupart des choses, peu importe leur apparence. Lorsqu'un objet au repos est en contact avec une surface, ces irrégularités se chevauchent, empêchant tout mouvement. C'est un frottement statique.
La quantité de force appliquée à un objet pour initier le mouvement doit être suffisante pour surmonter le frottement statique. Pour rester en mouvement, un objet en mouvement doit surmonter la résistance causée par les irrégularités. Cette résistance est un frottement cinétique.
Lorsque les matériaux composant l'objet et la surface sont tous deux relativement rigides, la forme de l'objet ou l'élasticité de la surface sont peu déformées. Dans ce cas, les principaux facteurs déterminant le frottement de roulement sont le frottement statique ou cinétique et le frottement moléculaire. Le frottement moléculaire n'est pas un produit d'irrégularités de surface mais de liaisons chimiques et d'interactions électriques.
Des matériaux moins rigides peuvent permettre à l’objet ou à la surface de se déformer ou d’être élastiques en raison de leur interaction. Un objet tel qu'un pneu ou un ballon de basket peut se déformer en roulant. Le changement de forme d'un objet mou se déplaçant sur une surface dure augmente la zone de contact de l'objet avec la surface. Le frottement cinétique est augmenté et la magnitude du frottement par roulement augmente également.
Si la surface sur laquelle un objet se déplace est douce ou élastique, il s'enfoncera dans la surface et devra forcer son chemin. Ceci est connu sous le nom d'effet de labour et constitue le composant principal du frottement de roulement dans cette circonstance. La force de résistance n'est pas répartie uniformément sur la zone de contact avec l'objet. La déformation de la surface est maximale dans la direction du mouvement de l'objet. Ceci augmente en effet le frottement statique et donc le frottement de roulement.
Si l'objet et la surface sont tous deux élastiques, l'interaction entre les deux est relative et peut être manipulée pour obtenir le résultat souhaité. Déformer la forme d’un objet peut rendre l’élasticité de la surface plus facile à gérer. Par exemple, il est souvent plus facile de conduire une voiture à travers une terre encrassée si les pneus de la voiture ne sont pas complètement gonflés.