Quel est le coefficient de friction?
Le frottement est la force de résistance génératrice de chaleur générée par le mouvement de deux surfaces en contact l'une contre l'autre. C'est indirectement le produit de l'une des quatre forces fondamentales connues. Il est impossible de prédéterminer strictement les frictions d’un système à partir de premiers principes théoriques. Mathématiquement, l'expression pour frottement inclut une seule constante qui intègre tous les facteurs causatifs - un coefficient de frottement (COF), symbolisé par la lettre grecque, μ. L'équation est simplement écrite f x = μ x F, où f x définit la forme et la mesure du frottement, tandis que F est la force perpendiculaire ou "normale" exercée par les deux surfaces, l'une sur l'autre.
Tous les coefficients de frottement sont des quantités scalaires sans dimension; Les facteurs contributifs individuels résistent à une explication ou une quantification complète. La force fondamentale responsable de la plupart des frottements est également celle qui permet la formation de liaisons chimiques - la force électrostatique. Lors de l'examen initial, il pourrait sembler que la gravité soit la source des frictions, puisque la force exercée vers le bas par la gravité est la source de la variable F. En réalité, le coefficient est cependant une mesure de la "rigidité" entre les deux surfaces, et qui est déterminé au niveau microscopique par les charges électriques tendant à empêcher le mouvement en les «liant» ensemble. Une telle liaison est une caractéristique des adhésifs utilisés pour cimenter deux surfaces ensemble.
Le polymère moderne, le polytétrafluoroéthylène (PTFE), illustre bien ce fait. Mieux connu sous son nom de marque DuPont ™, Teflon®, le PTFE ne présente que les forces électrostatiques en dispersion londoniennes très peu attrayantes. Cela donne au PTFE un coefficient de frottement parmi les "trois premiers" connus - environ 0,05-0,10. Si le coefficient de frottement était le produit de la gravité, la chimie des surfaces n’aurait pas d’importance et des substances aussi économiquement importantes qu’elles ne le seraient.
Il existe des moyens de réduire le frottement sans, en quelque sorte, modifier les matériaux à partir desquels les surfaces sont fabriquées. Le coefficient de frottement d'un système peut être efficacement réduit en fournissant une fine couche de lubrifiant. En variante, il est souvent possible de réduire le frottement en insérant une couche de gaz entre les surfaces, ce qui diminue le poids apparent de la surface et supprime les défauts de fabrication, tels que la rugosité de la surface. Le changement de poids effectif diminue la force normale, tandis que l'absence de défauts modifie le coefficient de frottement; les deux abaissent mathématiquement la force de frottement résultante. Les ingénieurs ont utilisé le phénomène de la couche de gaz pour développer un aéroglisseur permettant de voyager à la fois sur la surface du sol et sur la surface de l'eau.