แรงเสียดทานสถิตคือแรงที่ต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุสองวัตถุต่อกันเมื่อวัตถุนั้นหยุดนิ่ง ตัวอย่างง่ายๆคือบล็อกไม้นั่งอยู่บนทางลาดจำเป็นต้องใช้แรงเพื่อทำให้บล็อกเลื่อนลงบนทางลาด อีกคำหนึ่งคือแรงเสียดทานจลศาสตร์ใช้กับแรงที่ต่อต้านวัตถุที่เคลื่อนที่ต่อกันแล้ว ความแข็งแรงของแรงเหล่านี้สามารถคำนวณได้และเรียกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ในสถานการณ์ในชีวิตจริงค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตนั้นมักจะมากกว่าค่าจลน์ศาสตร์ แต่ในการทดลองที่มีการควบคุมอย่างระมัดระวังซึ่งพื้นผิวของวัตถุได้รับการทำความสะอาดอย่างละเอียดโดยทั่วไปแล้วทั้งสองจะเหมือนกัน
โดยทั่วไปเมื่อแรงที่ใช้กับวัตถุบนพื้นผิวเพิ่มขึ้นแรงเสียดทานสถิตจะเพิ่มขึ้นในขั้นต้นเพื่อให้เข้ากับวัตถุนั้นเพื่อไม่ให้วัตถุเคลื่อนที่ อย่างไรก็ตามหลังจากจุดหนึ่งวัตถุจะเริ่มเคลื่อนที่และ ณ จุดนี้แรงเสียดทานจะลดลงดังนั้นแรงที่น้อยลงจึงจำเป็นต้องทำให้วัตถุเคลื่อนที่ ตัวอย่างเช่นแรงเสียดทานอาจตรงกับแรงที่ใช้มากถึง 50 นิวตัน - แรงถูกวัดเป็นนิวตัน (N) - แต่หลังจากนั้นมันอาจลดลงถึง 40 นิวตันดังนั้นแรงที่มากกว่า 50 นิวตันจึงจำเป็น เคลื่อนไหว แต่หลังจากนั้นเพียง 40 N จะพอเพียง
การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตสามารถคำนวณได้สำหรับวัสดุที่เป็นของแข็งใด ๆ หรือคู่ของวัสดุ ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์อาจนำไปใช้กับไม้บนไม้เหล็กบนเหล็กหรือเหล็กบนไม้ วิธีหนึ่งในการคำนวณค่าสำหรับวัสดุหนึ่งคู่คือการวางบล็อกของวัสดุหนึ่งบนทางลาดที่ทำจากวัสดุอื่น - สำหรับวัสดุเดียวบล็อกและทางลาดจะทำจากวัสดุชนิดเดียวกัน ความลาดชันของทางลาดเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งบล็อกเลื่อนลง มุมที่เกิดเหตุการณ์นี้สามารถใช้ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต
สัมประสิทธิ์เมื่อใช้ในสูตรและสมการจะได้รับสัญลักษณ์μ - ตัวอักษรกรีก mu ตัวห้อยมักใช้เพื่อแยกความแตกต่างของทั้งสอง: μ s หมายถึงแรงเสียดทานสถิตขณะที่μ k หมายถึงแรงเสียดทานจลน์ ตัวอย่างเช่นμ s สำหรับเหล็กบนเหล็กคือ 0.74 ในขณะที่μ k สำหรับวัสดุนี้คือ 0.57 ค่าเหล่านี้สำหรับสถานการณ์ในชีวิตจริงทั่วไปและอาจแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับสถานการณ์ เนื่องจากค่าμ s สามารถได้รับผลกระทบจากความผิดปกติของพื้นผิวดินและร่องรอยของสารอื่น ๆ ค่าμ k จึงถือได้ว่ามีความแม่นยำมากขึ้นและเป็นสิ่งที่มักจะได้รับเมื่อต้องการค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบง่าย
ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทาน
มีหลายปัจจัยที่ทำให้เกิดแรงเสียดทานสถิต แต่โดยทั่วไปสิ่งที่สำคัญที่สุดคือความขรุขระของพื้นผิว แม้เมื่อปรับให้เรียบวัสดุที่แตกต่างกันก็จะแตกต่างกันไปตามรายละเอียดของพื้นผิว ในแง่การปฏิบัติไม่มีพื้นผิวเรียบอย่างสมบูรณ์ แต่บางคนจะมีความผิดปกติใหญ่กว่าคนอื่น ๆ ความแตกต่างที่เห็นได้ชัดคือในบางกรณีตัวอย่างเช่นแผ่นผ้าไหมมีพื้นผิวที่เรียบมากที่สร้างแรงเสียดทานน้อยกว่าในขณะที่ถนนยางมะตอยแห้งหยาบทำให้เกิดความต้านทานต่อการเคลื่อนไหวมากขึ้น ปัจจัยอื่น ๆ ได้แก่ แรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตและประเภทของพันธะเคมีที่อ่อนแอที่สามารถเกิดขึ้นระหว่างพื้นผิว
ตัวอย่าง
หลายคนคุ้นเคยกับแรงเสียดทานแบบคงที่เนื่องจากพวกเขาพบมันเกือบทุกวัน ตัวอย่างเช่นมันเป็นที่ทำงานเมื่อมีคนเลื่อนหนังสือข้ามโต๊ะ เริ่มแรกต้องใช้แรงเล็กน้อยเพื่อให้หนังสือเคลื่อนที่ แต่เมื่อเคลื่อนที่แล้วจะเกิดแรงเสียดทานจลน์ลงมาและจะต้องใช้ความพยายามน้อยลงในการเคลื่อนย้าย ปริมาณของแรงที่ต้องการอาจแตกต่างกันไปตามสถานการณ์ ตัวอย่างเช่นหากหนังสือมีห้องสมุดปิดทับและหนังสือชื้นหนังสือเปียกจะต้องใช้แรงมากขึ้นในขณะที่หนังสือปกอ่อนเล่มใหม่อาจเลื่อนไปมาได้อย่างง่ายดายบนโต๊ะไม้แห้งที่มีพื้นผิวมันปลาบ
ตารางค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตและจลน์สามารถใช้ได้สำหรับวัสดุทั่วไปและการรวมกันของมัน ค่าที่สูงกว่าหมายถึงความเสียดทานที่มากขึ้นดังนั้นจำเป็นต้องใช้แรงมากขึ้นในการทำให้เกิดการเคลื่อนไหว ยกตัวอย่างเช่นμ s สำหรับอะลูมิเนียมบนอะลูมิเนียมคือ 1.05 - 1.35 ซึ่งสูงมากในขณะที่ค่าของ polytetrafluoroethylene (PTFE) บน PTFE คือ 0.04 ซึ่งต่ำมากและทำให้ลื่นมาก เป็นการยากที่จะผลักดันรถที่หยุดจอดให้เคลื่อนที่เนื่องจากแรงเสียดทานระหว่างยางกับพื้นโดยเจตนา สิ่งนี้จะช่วยให้ผู้ขับขี่ควบคุมได้มากขึ้นและทำให้รถมีโอกาสลื่นไถลน้อยลง
การคำนวณระยะเบรก
ตัวอย่างหนึ่งของการประยุกต์ใช้แรงเสียดทานสถิตคือการคำนวณระยะห่างของรถด้วยความเร็วที่กำหนดและในเงื่อนไขเฉพาะ ในสถานการณ์ปกติเมื่อยางรถยนต์หันไปทางถนนจะใช้การเคลื่อนที่แบบสถิตแทนที่จะใช้แรงเสียดทานจลนศาสตร์ μ s สำหรับยางแห้งบนถนนแห้งมีค่าประมาณ 1.00 ในขณะที่ค่าของยางเปียกบนถนนเปียกนั้นมีค่าเพียง 0.2 - นี่หมายความว่าระยะทางแตกจะยิ่งใหญ่ขึ้นห้าเท่าในสภาพที่เปียกชื้น ในสภาพอากาศแห้งรถที่เดินทางด้วยความเร็ว 31 ไมล์ต่อชั่วโมง (50 กม.) มีระยะเบรก 33 ฟุต (10 เมตร) ในขณะที่สภาพเปียกชื้นระยะเบรกเท่ากับ 164 ฟุต (50 เมตร) เมื่อยางเลื่อนมากกว่าจะกลิ้งไปตามพื้นผิว - อย่างในกรณีที่เป็นน้ำแข็ง - มันเป็นแรงเสียดทานจลน์ที่มีความสำคัญ
