Lực ma sát là gì? tổng quan về lực ma sát

Lực ma sát là gì? tổng quan về lực ma sát bao gồm những loại ma sát, cách tăng giảm ma sát và ứng dụng của ma sát trong đời sống hiện nay. Hãy cùng Thuận Nhật tìm hiểu về lực ma sát là gì? qua bài viết này nhé.

1. Lực ma sát là gì?

Ma sát trong vật lý được khái niệm là một loại lực cản xuất hiện giữa các bề mặt vật chất, chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt. Nói một cách đơn giản hơn thì khi các lực cản trở chuyển động của một vật, tạo ra bởi vật tiếp xúc với nó được gọi là lực ma sát.

Lực ma sát làm chuyển hóa động năng của chuyển động tương đối giữa các bề mặt thành năng lượng ở dạng khác. Việc chuyển hóa năng lượng xảy ra khi phân tử của hai bề mặt gây ra chuyển động nhiệt hoặc thế năng dự trữ trong biến dạng của bề mặt hay chuyển động của các electron, dần tích lũy một phần thành điện năng hoặc quang năng. Theo như các trường hợp thực tế, thì động năng của các bề mặt được chuyển hóa chủ yếu thành nhiệt năng.

Về bản chất vật lý thì lực ma sát xuất hiện giữa các vật thể trong cuộc sống là lực điện từ. Một trong các lực cơ bản của tự nhiên giữa các phân tử và nguyên tử.

2. Các loại lực ma sát

Ma sát nghỉ

Ma sát nghỉ còn được gọi với tên gọi khác là ma sát tĩnh. Khi ta tác dụng vào một vật một lực song song với bề mặt tiếp xúc mà vật chưa di chuyển, thì mặt tiếp xúc đã tác dụng lên vật đó một lực ma sát nghỉ cân bằng với ngoại lực. Lực ma sát nghỉ chỉ xuất hiện khi vật nằm yên trên bề mặt vật khác.

Đặc điểm của lực ma sát nghỉ:

• Điểm đặt: Tại vật (sát bề mặt tiếp xúc).
• Phương: Song song so với bề mặt mà vật tiếp xúc.
• Chiều: ngược chiều với lực tác dụng vào vật khi vật đang đứng yên.
• Độ lớn: Bằng với độ lớn của lực tác dụng lên vật.

Vật sẽ chuyển động khi lực tác dụng song song với mặt tiếp xúc lớn hơn một giá trị nào đó. Như vậy: F_msn max = F_mst. Lực ma sát nghỉ cực đại xấp xỉ bằng với lực của ma sát trượt.

Một ví dụ khác được đưa ra, lực ma sát nghỉ khi ngăn cản khiến cho bánh xe khi mới khởi động lăn không nhanh được như khi nó đang chạy. Mặc dù vậy khi bánh xe đang chuyển động, bánh xe vẫn chịu tác dụng của lực ma sát động, cho nên lực ma sát nghỉ > lực ma sát động.

Khi vật chịu tác động của lực ma sát nghỉ sẽ không bị ảnh hưởng bởi các lực khác.

Giá trị lớn nhất của lực ma sát nghỉ, khi vật bắt đầu chuyển động, hay ma sát nghỉ cực đại được tính bằng công thức:

F = F₀kt

với:

kt: là hệ số ma sát tĩnh.

F₀: là lực tác dụng mà vật tác dụng lên mặt phẳng

Ma sát động

Ma sát động là loại ma sát xuất hiện khi một vật chuyển động so với vật còn lại và có sự cọ xát giữa chúng. Hệ số của ma sát động < hệ số ma sát nghỉ. Ma sát động cũng được chia thành 3 loại khác nhau.

• Ma sát trượt: xuất hiện khi hai vật thể trượt trên nhau, lực sẽ cản trở làm cho vật đó không trượt được nữa.
• Ma sát nhớt: là sự tương tác giữa một vật thể rắn và một chất lỏng hoặc khí. Lực ma sát nhớt không chỉ xuất hiện do sự cọ sát mà còn có thể tạo ra khi lực ma sát có phương trùng với tiếp tuyến của bề mặt tiếp xúc giống như lực ma sát, mà chúng còn có thể xuất hiện khi có lực vuông góc với bề mặt tiếp xúc.
• Ma sát lăn: là lực cản ngăn lại sự lăn của một bánh xa hay một vật có dạng hình tròn trên một mặt phẳng bởi sự biến dạng của vật thể và bề mặt, hoặc cũng có thể là một trong hai. Lực ma sát lăn nhỏ hơn các lực ma sát động khác và có hệ số ma sát có giá trị là 0,001.

Ma sát trượt

Lực ma sát trượt sinh ra khi vật chuyển động trượt trên một bề mặt. Khi đó, tại chỗ tiếp xúc, bề mặt tác dụng lên vật một lực ma sát trượt, làm cản trở vật chuyển động trên bề mặt. Phụ thuộc vào tính chất vật liệu và tình trạng của 2 bề mặt tiếp xúc, độ lớn của áp lực, không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật.

Đặc điểm của vec tơ lực ma sát trượt:

• Điểm đặt: Tại vật và sát hai mặt tiếp xúc.
• Phương: Song song so với bề mặt mà vật tiếp xúc.
• Chiều: Ngược chiều động tương đối so với bề mặt tiếp xúc.

Ta có biểu thức: F_mst = µ_. N

Trong đó:

• F_mst : độ lớn của lực ma sát trượt (N)
• µ : hệ số ma sát trượt
• N: Độ lớn áp lực (N)

Hệ số ma sát trượt: là hệ số tỉ lệ giữa độ lớn của lực ma sát và độ lớn của áp lực. Kí hiệu: μ

Biểu thức: μt=Fmst/N.

Hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.

3. Hệ số ma sát là gì? 

Hệ số ma sát không phải là một đại lượng có đơn vị, hệ số ma sát biểu thị tỉ số của lực ma sát nằm giữa hai vật trên lực tác dụng đồng thời lên chúng. Hệ số ma sát phụ thuộc vào chất liệu làm nên vật, ví dụ: nước đá trên thép có hệ số ma sát thấp, cao su trên mặt đường có hệ số ma sát lớn,…

Các hệ số ma sát có thể nằm trong khoảng từ 0 cho đến một giá trị lớn hơn 1. Ví dụ: trong điều kiện tốt, lốp xe trượt trên bê tông có thể tạo ra một hệ số ma sát với giá trị là 1,7.

Dưới đây là bảng giá trị hệ số ma sát của một số vật liệu phổ biến:

4. Ứng dụng của lực ma sát

Lực ma sát luôn diễn ra trong tự nhiên xung quanh chúng ta nhưng có thể chúng ta luôn không để ý tới. Ngày nay lực ma sát cũng được áp dụng cho nhiều lĩnh vực và ứng dụng khác nhau.

• Lực ma sát giữ các vật thể đứng yên trong không gian, giúp con người cầm nắm một vật trên tay, đinh được giữ trên tường,…
• Giúp cho xe đang di chuyển không bị trượt bánh trong những khúc cua.
• Lực ma sát còn giữ vai trò là lực phát động làm cho vật chuyển động. Ví dụ: khi xe đang chuyển từ trạng thái đứng yên sang di chuyển, lực đẩy mà động cơ sinh ra sẽ làm quay các tuabin rồi truyền lực tới các bánh xe.
• Lực ma sát còn được sử dụng để làm biến dạng các bề mặt trong một số lĩnh vực như đánh bóng, sơn mài, mài gương,…
• Lực ma sát được ứng dụng trong việc hãm tốc độ phương tiện giao thông di chuyển trên Trái Đất. Động năng của phương tiện chuyển thành nhiệt năng và 1 phần động năng của Địa cầu.
• Lực ma sát sinh ra nhiệt năng nên nó được ứng dụng để đánh lửa hay dùng trong đá lửa. Ngoài ra, theo một số giả thuyết thì nó còn được dùng để làm công cụ tạo lửa của người tiền sử

5. Những cách thường dùng để giảm lực ma sát

Bên cạnh những lợi ích mà lực ma sát mang lại, nhưng đôi khi chúng cũng mang lại những bất lợi trong thực tế:

• Ngăn cản các chuyển động làm thất thoát năng lượng.
• Mài mòn hệ thống cơ học khiến nó bị biến dạng vượt ngưỡng cho phép của thiết kế.
• Lực ma sát sinh ra nhiệt năng làm biến chất hoặc nóng chảy vật liệu.

Trong các trường hợp như vậy, có thể áp dụng các phương pháp làm giảm ma sát liệt kê dưới đây

• Chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn, giúp giảm ma sát đáng kể trong các hệ thống cơ học.
• Giảm ma sát tĩnh, lấy ví dụ đơn giản đối với các đoàn tàu hỏa trước đây, khi khởi động, đầu tàu được đẩy giật lùi, tạo khe hở giữa các toa tàu, trước khi tiến. Động tác này giúp đầu tàu kéo từng toa tàu một, chỉ phải chống lại lực ma sát tĩnh của mỗi toa một lúc.
• Thay đổi bề mặt, việc sử dụng các chất bôi trơn, như dầu mỡ hay bột than chì, giữa các bề mặt rắn có tác dụng giảm hệ số ma sát.

Hy vọng qua bài viết này sẽ giúp bạn hiểu hơn về Lực ma sát là gì? để vận dụng trong cuộc sống nhé.

>>> Xem thêm: Thanh ray là gì? Cấu tạo và ứng dụng