Wat is de wrijvingscoëfficiënt?

Wrijving is de warmte producerende weerstandskracht die wordt gegenereerd door de beweging van twee contactoppervlakken tegen elkaar. Het is indirect het product van een van de vier bekende fundamentele krachten. De wrijving van een systeem is onmogelijk strikt te bepalen op basis van theoretische eerste principes. Wiskundig omvat de uitdrukking voor wrijving een enkele constante die alle oorzakelijke factoren opneemt - een wrijvingscoëfficiënt (COF), gesymboliseerd door de Griekse letter, μ. De vergelijking is eenvoudigweg geschreven f _x = μ _x F, waarbij f _x de vorm en maat van wrijving definieert, terwijl F de loodrechte of "normale" kracht is die wordt uitgeoefend door beide oppervlakken, de een op de ander.

Alle wrijvingscoëfficiënten zijn dimensieloze, scalaire grootheden; individuele bijdragende factoren weerstaan ​​volledige uitleg of kwantificering. De fundamentele kracht die verantwoordelijk is voor de meeste wrijving is ook degene die de vorming van chemische bindingen mogelijk maakt - de elektrostatische kracht. Bij eerste beschouwing lijkt het erop dat zwaartekracht de bron van wrijving is, omdat de neerwaartse kracht als gevolg van zwaartekracht de bron is van de variabele F. Eigenlijk is de coëfficiënt echter een maat voor de "plakkerigheid" tussen de twee oppervlakken, en dat wordt op microscopisch niveau bepaald door de elektrische ladingen die de neiging hebben beweging te voorkomen door ze aan elkaar te "binden". Een dergelijke binding is een kenmerk van kleefstoffen die worden gebruikt om twee oppervlakken aan elkaar te cementeren.

Dat dit het geval is, wordt goed geïllustreerd door het moderne polymeer, polytetrafluorethyleen (PTFE). Het best bekend onder zijn merknaam DuPont ™, Teflon®, vertoont PTFE alleen de zeer zwak aantrekkelijke elektrostatische krachten in Londen. Dit geeft PTFE een wrijvingscoëfficiënt onder de bekende "top drie" - ongeveer 0,05-0,10. Als de wrijvingscoëfficiënt het product van de zwaartekracht zou zijn, zou de chemie van de oppervlakken er niet toe doen, en stoffen die niet zo economisch belangrijk zijn als ze zijn.

Er zijn manieren om wrijving te verlagen zonder in zekere zin de materialen te veranderen waarvan de oppervlakken zijn gemaakt. Wrijvingscoëfficiënt voor een systeem kan effectief worden verminderd door een dunne laag smeermiddel te verschaffen. Als alternatief is het vaak mogelijk om wrijving te verlagen door een gasdeken tussen de oppervlakken in te brengen, wat het schijnbare gewicht van het oppervlak aan de bovenkant vermindert en fabricagefouten, zoals oppervlakteruwheid, elimineert. De verandering in effectief gewicht verlaagt de normale kracht, terwijl het gebrek aan fouten de wrijvingscoëfficiënt verandert; beide verlagen wiskundig de resulterende wrijvingskracht. Ingenieurs hebben het gaslaagfenomeen gebruikt om hovercraft te ontwikkelen voor reizen over zowel land- als wateroppervlakken.