Lực ma sát là một đại lượng quen thuộc trong môn Vật lý. Lực ma sát cũng được xuất hiện rất nhiều trong đời sống hằng ngày. Để hiểu thêm về lực ma sát là gì, lực ma sát có tác dụng gì và xuất hiện ra sao mời các bạn theo dõi bài viết này nhé.
Tóm tắt nội dung
Lực ma sát là gì?
Lực ma sát là một lực xuất hiện tại bề mặt tiếp xúc giữa hai vật chất gây hiện tượng làm cản trở chuyển động của vật. Lực ma sát luôn tồn tại khi có sự tiếp xúc bề mặt giữa các vật chất với nhau, tuy nhiên khi vật chưa chuyển động thì lực ma sát bằng 0.
Lực ma sát là lực có khả năng biến động năng của chuyển động tương đối giữa các bề mặt chuyển hóa thành một dạng năng lượng khác như nhiệt năng, cơ năng,… Quá trình chuyển hóa năng lượng như thế này thường xảy ra do sự cọ sát giữa các phân tử của 2 bề mặt đó.
Khi có sự cọ sát của hai bề mặt, ngoài việc sinh ra lực ma sát thì còn sinh ra chuyển động nhiệt hoặc tạo ra thế năng dự trữ trong các phần biến dạng của bề mặt đó hoặc cũng có thể là tạo ra chuyển động của các hạt e. Trên lý thuyết thì chúng có khả năng chuyển hóa thành điện năng, nhiệt năng và quang năng. Nhưng trong thực tế, lực ma sát được sinh ra trong các bề mặt thông thường được chuyển hóa thành nhiệt năng là chủ yếu.
Lực ma sát lớp 8 đã được học qua về định nghĩa và cách nhận biết lực ma sát. Tuy nhiên ở đầu cấp 3 chúng ta lại được gặp lại lực ma sát với nội dung kiến thức sâu rộng hơn. Theo đó xét về kiến thức vật lý, lực ma sát giữa các vật thể trong thực tế cuộc sống bản chất là lực điện từ bởi đây là lực cơ bản giữa các phân tử và nguyên tử trong tự nhiên.
Lực ma sát gần như là xuất hiện ở mọi nơi trong cuộc sống hằng ngày. Tuy nhiên đôi khi lực ma sát này rất nhỏ khiến chúng ta không thể nhận biết được là giữa những vật thể này có đang xảy ra sự ma sát hay không. Để biết được giữa các vật thể có sinh ra lực ma sát hay không thì bạn cần phải biết được lực ma sát xuất hiện khi nào.
Lực ma sát xuất hiện khi nào?
Lực ma sát xuất hiện ở giữa bề mặt của hai vật thể khi có sự tiếp xúc của hai vật đó. Độ lớn của lực ma sát phụ thuộc vào bề mặt tiếp xúc, độ lớn của áp lực tác dụng lên vật và không phụ thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc cũng như tốc độ di chuyển của vật.
Như vậy khi có sự tiếp xúc bề mặt của hai hay nhiều vật thể (bất kể là vật tròn hay vuông) thì đều sinh ra lực ma sát. Lực ma sát này có thể là lực ma sát trượt, ma sát nghỉ hoặc lực ma sát lăn.
Có mấy lực ma sát
Như đã nói ở trên thì hiện tại có 3 loại lực ma sát có thể được sinh ra khi có sự va chạm, tiếp xúc giữa hai vật thể. Chúng ta cùng tìm hiểu kỹ hơn đặc điểm của từng loại lực ma sát là gì nhé.
Lực ma sát trượt
Khi một vật có chuyển động trượt trên một bề mặt lực ma sát trượt sẽ được sinh ra. Lực ma sát trượt là lực có điểm đặt là tại vật thể có phương song song với bề mặt trượt và chiều ngược với chiều chuyển động của vật.
Vì chiếu của lực kéo hoặc lực đẩy vật ngược với chiều của lực ma sát trượt được sinh ra, do đó bề mặt tác dụng lên vật tại chỗ tiếp xúc có một lực ma sát trượt gây cản trở chuyển động của vật trên bề mặt đó.
Ví dụ thực tế về lực ma sát trượt:
- Khi đẩy một thùng gỗ trên sàn nhà sẽ sinh ra lực ma sát trượt.
- Khi kéo một chiếc hộp chữ nhật lên dốc cao sẽ phát sinh lực ma sát trượt gây cản trở vật di chuyển lên.
Dù là một mặt phẳng nằm ngang hay là mặt phẳng nghiêng thì chỉ cần có tác dụng giữa hai bề mặt sẽ sinh ra lực ma sát trượt làm cản trở vật dịch chuyển.
Hệ số của lực ma sát trượt ký hiệu là , đọc là “muy t”. Hệ số ma sát của lực ma sát trượt là thương số giữa tỉ lệ độ lớn của lực ma sát trượt và độ lớn của áp lực. Hệ số ma sát trượt bị phụ thuộc vào chất liệu cấu tạo của vật thể và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.
Công thức tính lực ma sát trượt như sau: = x N
Trong đó:
là độ lớn của lực ma sát trượt (đơn vị tính là Niu tơn – N).
là hệ số ma sát trượt.
N là độ lớn của phản lực, ta có N = P = m.g (đơn vị tính là Niu tơn – N).
Lực ma sát lăn
Lực ma sát lăn được sinh ra khi một vật thể nào đó lăn trên bề mặt của một vật khác và có khả năng làm cản trở chuyển động lăn của vật. Thực tế là lực ma sát lăn có độ lớn rất nhỏ, nhỏ hơn những lực ma sát động khác khi có sự tiếp xúc bề mặt tương tự.
Hệ số ma sát μ của lực ma sát lăn có giá trị nhỏ hơn rất nhiều lần so với hệ số ma sát trượt . Do vậy trong thực tế đời sống hằng ngày con người ta thường tìm cách để thay thế lực ma sát trượt thành lực ma sát lăn để giảm sự ma sát gây cản trở vật di chuyển.
Ví dụ thực tiễn về lực ma sát lăn:
- Khi các phương tiện giao thông như ô tô, xe máy, xe đạp lưu thông trên đường sẽ sinh ra lực ma sát lăn giữa bánh xe và bề mặt đường.
- Lực ma sát lăn được sinh ra khi dùng cây lăn sơn để sơn tường.
- Sự tiếp xúc giữa các viên bi đệm giữa trục với ổ trục tạo ra lực ma sát lăn.
- Lực ma sát xuất hiện khi nào? Lực ma sát lăn xuất hiện khi ta lăn thùng phuy trên bề mặt sàn nhà.
Lực ma sát nghỉ
Lực ma sát nghỉ là một loại lực sinh ra tại điểm tiếp xúc giữa hai vật thể. Vậy lực ma sát nghỉ là gì? Đây là lực ma sát có phương song song với bề mặt tiếp xúc và chiều ngược với chiều của ngoại lực tác dụng lên vật.
Ví dụ về lực ma sát nghỉ trong cuộc sống:
- Một chiếc xe ô tô có thể đậu trên một con dốc mà không bị trượt xuống là do có lực ma sát nghỉ tác dụng lên.
- Lực ma sát nghỉ sinh ra ở điểm tiếp xúc của bàn chân người với mặt đường giúp chúng ta có thể đứng im mà không bị ngã.
- Các vật phẩm trên dây chuyền sản xuất có thể nằm nguyên trên dây chuyền mà không bị trượt đi.
Lực ma sát công thức – Công thức của lực ma sát nghỉ được biểu thị như sau:
= x = x N
Trong đó:
là độ lớn của lực ma sát nghỉ (đơn vị tính là Niu tơn – N).
là độ lớn của ngoại lực tác dụng lên vật (đơn vị tính là Niu tơn – N).
là lực ma sát cực đại (đơn vị tính là Niu tơn – N).
là hệ số ma sát nghỉ, > .
Lưu ý: Trong một bài toán về lực ma sát, các bạn có thể áp dụng định luật I, II, và định luật III Niu-tơn để tính toán một cách dễ dàng. Trong đó tổng các lực tác dụng lên một vật đứng yên luôn bằng không (vật đạt trạng thái cân bằng về lực); tổng các lực tác dụng lên một vật chuyển động đều bằng m.a (a là gia tốc).
Lực ma sát có tác dụng gì?
Bản chất của lực ma sát là gây cản trở sự chuyển động của vật, do vật trong thực tiễn lực ma sát đóng vai trò là lực giúp nhiều vật có thể nằm cố định trên một bề mặt phẳng (ngang hoặc nghiêng). Ví dụ như lực ma sát giúp con người đứng vững mà không bị ngã, lực ma sát giúp các phương tiện giao thông trên đường di chuyển mà không bị trượt.
Lực ma sát lăn có độ lớn rất nhỏ nên thường được ứng dụng vào thực tế rất nhiều như là sơn tường, hoặc thiết kế bánh xe hình tròn, các con lăn hay bi trong các thiết bị động cơ. Hơn nữa, thiết kế các vật dụng có thể lăn được sẽ giúp bớt hao tổn sức người. Ứng dụng của ma sát lăn được xem là đã cứu cánh cho những vật thể thường xuyên sinh ra ma sát trượt.
Lực ma sát công thức – Công thức của lực ma sát nghỉ được biểu thị như sau:
= x = x N
Trong đó:
là độ lớn của lực ma sát nghỉ (đơn vị tính là Niu tơn – N).
là độ lớn của ngoại lực tác dụng lên vật (đơn vị tính là Niu tơn – N).
là lực ma sát cực đại (đơn vị tính là Niu tơn – N).
là hệ số ma sát nghỉ, > .
Lưu ý: Trong một bài toán về lực ma sát, các bạn có thể áp dụng định luật I, II, và định luật III Niu-tơn để tính toán một cách dễ dàng. Trong đó tổng các lực tác dụng lên một vật đứng yên luôn bằng không (vật đạt trạng thái cân bằng về lực); tổng các lực tác dụng lên một vật chuyển động đều bằng m.a (a là gia tốc).
Lực ma sát có tác dụng gì?
Bản chất của lực ma sát là gây cản trở sự chuyển động của vật, do vật trong thực tiễn lực ma sát đóng vai trò là lực giúp nhiều vật có thể nằm cố định trên một bề mặt phẳng (ngang hoặc nghiêng). Ví dụ như lực ma sát giúp con người đứng vững mà không bị ngã, lực ma sát giúp các phương tiện giao thông trên đường di chuyển mà không bị trượt.
Lực ma sát lăn có độ lớn rất nhỏ nên thường được ứng dụng vào thực tế rất nhiều như là sơn tường, hoặc thiết kế bánh xe hình tròn, các con lăn hay bi trong các thiết bị động cơ. Hơn nữa, thiết kế các vật dụng có thể lăn được sẽ giúp bớt hao tổn sức người. Ứng dụng của ma sát lăn được xem là đã cứu cánh cho những vật thể thường xuyên sinh ra ma sát trượt.
Lực ma sát được sử dụng với vai trò là để làm biến dạng các bề mặt trong một số lĩnh vực. Do vậy nó được ứng dụng trong kỹ thuật đánh bóng, sơn mài, mài gương,…
Tuy nhiên bởi vì có tính cản trở nên lực ma sát cũng thường xuyên gây ra sự hao tổn về nhiên liệu trong các máy móc và nhiều điểm bất lợi khác trong nhiều ngành nghề. Như các dây chuyền sản xuất, các máy móc thiết bị, các linh kiện trong xe cộ, máy kỹ thuật,… đều có lực ma sát khiến cho động cơ hoạt động bị kém về lâu dài.
Cách giảm lực ma sát
Lực ma sát là gì? Đây là những lực có cả ưu điểm và nhược điểm trong cuộc sống. Vì vậy con người luôn tìm cách để hạn chế tối đa cá nhược điểm mà lực ma sát gây nên.
Một trong những cách phổ biến nhất để giảm tác động tiêu cực của lực ma sát là chuyển hóa lực ma sát trượt thành lực ma sát lăn. Bởi thực tế hệ số ma sát trượt luôn lớn hơn hệ số ma sát lăn khiến F ma sát trượt luôn lớn hơn F ma sát lăn. Đó cũng là lý do mà con người lại thiết kế bánh xe hình tròn để lăn trên đường chứ không phải hình vuông hay hình tam giác.
Một cách nữa được thực hiện rất nhiều trong các thiết bị máy móc đó là thay đổi bề mặt vật liệu tiếp xúc. Vì thế chúng ta thường phải bôi trơn nhiều bề mặt tiếp xúc bằng dầu mỡ chuyên dụng đối với các bề mặt rắn để giảm ma sát khi có sự cọ sát các vật thể. Bên cạnh đó chúng ta có thể là làm giảm ma sát tĩnh để hạn chế sự cản trở của các lực ma sát.
Trên đây là những kiến thức bổ ích liên quan đến lực ma sát. Hy vọng qua bài viết này các bạn đã nắm được lý thuyết lực ma sát là gì, có mấy lực ma sát và ứng dụng của lực ma sát là gì trong thực tế. Nếu còn thắc mắc về lực ma sát bạn hãy để lại comment bên dưới để chúng tôi giải đáp nhé.
