Qu'est-ce que la friction statique?
La friction statique est une force qui résiste au mouvement de deux objets les uns contre les autres lorsque les objets sont initialement au repos. Un exemple simple est un bloc en bois assis sur une rampe - une force doit être appliquée pour faire glisser le bloc sur la rampe. Un autre terme, la friction cinétique, s'applique à la force qui s'oppose aux objets qui se déplacent déjà les uns contre les autres. La force de ces forces peut être calculée et est connue sous le nom de coefficient de frottement. Dans les situations réelles, le coefficient de frottement statique se révèle presque toujours supérieur à celui de la cinétique, mais dans des expériences soigneusement contrôlées, où les surfaces des objets ont été soigneusement nettoyées, les deux sont généralement les mêmes.
En règle générale, car la force appliquée à un objet sur une augmentation de surface, la force de frottement statique augmentera initialement pour la correspondre, afin que l'objet ne se déplace pas. Après un certain point, cependant, l'objet commencera à bouger, et à ce stade, la force de friction WJe vais tomber, de sorte que moins de force est nécessaire pour faire bouger l'objet. Par exemple, la force de frottement peut correspondre à la force appliquée jusqu'à 50 newtons - la force est mesurée en newtons (N) - mais par la suite, il peut chuter à 40 N. Par conséquent, une force d'un peu plus de 50 N est nécessaire pour faire bouger l'objet, mais par la suite, un peu plus de 40 N suffire.
Calcul du coefficient
Les coefficients de frottement statiquespeuvent être calculés pour tout matériau solide ou paire de matériaux. Une valeur de coefficient peut donc s'appliquer sur du bois sur du bois, de l'acier sur l'acier ou de l'acier sur le bois. Une façon de calculer la valeur d'une paire de matériaux est de placer un bloc d'un matériau sur une rampe composée de l'autre - pour un seul matériau, le bloc et la rampe seraient faits de la même substance. La pente sur la rampe augmente progressivement, jusqu'à ce que le bloc glisse vers le bas. L'angle auquel cela se produit peut alors être noused pour calculer le coefficient de frottement statique.
Le coefficient, lorsqu'il est utilisé dans les formules et les équations, reçoit le symbole μ - la lettre grecque MU. Un indice est généralement utilisé pour distinguer les deux: μ s indique un frottement statique, tandis que μ k signifie la friction cinétique. Par exemple, le μ s pour l'acier sur l'acier est de 0,74, tandis que le μ k pour ce matériau est de 0,57. Ces valeurs sont pour des situations réelles typiques et peuvent varier un peu, selon les circonstances. Étant donné que la valeur μ s peut être affectée par les irrégularités de surface, la saleté et les traces d'autres substances, la valeur μ k est considérée comme plus précise et est celle généralement donnée lorsqu'un simple coefficient de frottement est nécessaire.
Facteurs affectant le frottement
Un certain nombre de facteurs contribuent au frottement statique, mais le plus important est généralement la rugosité des surfaces. Même lorsqu'il est lissé, différentLes matériaux varieront en termes de détails fins de leurs surfaces. En termes pratiques, aucune surface n'est complètement lisse, mais certaines auront des irrégularités plus importantes que d'autres. La différence est évidente, dans certains cas: par exemple, une feuille de soie a une texture très fluide qui crée moins de frottement, tandis qu'une route asphalte sèche est grossière, générant plus de résistance au mouvement. D'autres facteurs incluent l'attraction électrostatique et les types de liaisons chimiques faibles qui peuvent se former entre les surfaces.
Exemples
Beaucoup de gens connaissent la friction statique, car elles le rencontrent presque quotidiennement; Par exemple, c'est au travail quand quelqu'un glisse un livre sur une table. Initialement, une petite force doit être exercée pour faire bouger le livre, mais une fois qu'il se déplace, la friction cinétique entre en jeu, et moins d'efforts seront nécessaires pour le déplacer. La quantité de force requise peut varier selon les circonstances. Par exemple, si un livre a une couverture de bibliothèque dessus et qu'il est devenu humide, leLe livre humide nécessitera plus de force pour se déplacer, tandis qu'un tout nouveau livre de poche pourrait glisser très facilement sur une table en bois sec avec une surface verni.
Des tableaux de coefficients de frottement statiques et cinétiques sont disponibles pour de nombreux matériaux et combinaisons communs. Une valeur plus élevée indique un frottement plus important, de sorte que plus de force doit être appliquée pour provoquer un mouvement. Par exemple, le μ s pour l'aluminium sur l'aluminium est de 1,05 à 1,35, ce qui est très élevé, tandis que la valeur du polytétrafluoroéthylène (PTFE) sur PTFE est de 0,04, ce qui est extrêmement faible et le rend très glissant. Il est difficile de pousser une voiture arrêtée en mouvement en raison de la friction intentionnelle entre les pneus et le sol; Cela permet au conducteur plus de contrôle et rend la voiture moins susceptible de déraper.
Calcul de la distance de freinage
Un exemple de l'application de la friction statique est de calculer la distance de rupture pour une voiture à une vitesse donnée et dans des conditions particulières. Dans des circonstances normalesLes nces, lorsque les pneus tournent sur la route, statiques plutôt que cinétiques, s'appliquent. Le μ s pour un pneu sec sur une route sèche est d'environ 1,00, tandis que la valeur d'un pneu humide sur une route humide n'est que de 0,2 - cela signifie que la distance de rupture sera cinq fois plus élevée dans des conditions humides. Dans des conditions sèches, une voiture voyageant à 31 miles par heure (50 km / h) a une distance de freinage de 33 pieds (10 mètres), tandis que dans des conditions humides, la distance de freinage serait de 164 pieds (50 mètres). Lorsque les pneus glissent, plutôt que de rouler, le long de la surface - comme cela pourrait être le cas dans des conditions glaciales - c'est une friction cinétique qui est importante.