แรงเสียดทาน

          แรงเสียดทาน (friction; f) คือ แรงต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เกิดขึ้นระหว่างคู่ผิวสัมผัสของวัตถุที่สัมผัสกัน โดยมีทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ อาจส่งผลให้วัตถุเคลื่อนที่ช้าลงหรือหยุดนิ่ง ซึ่งแรงเสียดทานจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับน้ำหนักของวัตถุที่กดลงบนพื้นในแนวตั้งฉาก และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นกับลักษณะผิวสัมผัสของวัตถุทั้งสอง

ภาพจาก Pixabay          

          นักเรียนคิดว่าขณะที่เราเข็นกล่องนั้นมีแรงอะไรเกิดขึ้นบ้าง แน่นอนว่าต้องมีแรงที่เราผลักกล่องไปข้างหน้า และขนาดเดียวกันนักเรียนทราบหรือไม่ว่าขณะที่ผลักกล่องไปนั้นมีแรงระหว่างกล่องกับพื้นที่ต้านแรงผลักของเรา แรงที่ต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุนี้ เราเรียกว่า แรงเสียดทาน จะเกิดขึ้นเมื่อผิววัตถุสองผิวสัมผัสกัน ถ้าผิวหนึ่งเคลื่อนที่หรือพยายามเคลื่อนที่ อีกผิวหนึ่งจะออกแรงต้านในทิศทางตรงข้ามกับความพยายามในการเคลื่อนที่

ภาพจาก www.trueplookpanya.com

ประเภทของแรงเสียดทาน

1. แรงเสียดทานสถิต แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะที่วัตถุยังไม่ขึ้นที่ ขนาดของแรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นตามขนาดของแรงที่กระทำต่อวัตถุ จนมีค่ามากที่สุดขณะที่วัตถุเริ่มเคลื่อนที่ เรียกว่า แรงเสียดทานสถิตสูงสุด เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์

2. แรงเสียดทานจลน์ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะที่วัตถุกำลังเคลื่อนที่ทำให้วัตถุนั้นจะเคลื่อนที่ช้าลงหรือหยุดนิ่ง ในขณะที่วัตถุกำลังขึ้นที่บริเวณผิวสัมผัสระหว่างวัตถุกับพื้นจะน้อยกว่าขณะที่วัตถุยังไม่มีการเคลื่อนที่ แรงเสียดทานจลน์จึงมีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุดเล็กน้อย

การคำนวณหาแรงเสียดทาน

สามารถหาได้จากผลคูณระหว่างค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานกับแรงแนวฉาก (แรงที่พื้นกระทำโต้ตอบกับวัตถุ) ในกรณีที่วัตถุวางอยู่บนพื้นในแนวระดับ ขนาดของแรงแนวฉากจะเท่ากับน้ำหนักของวัตถุ สามารถคำนวณหาแรงเสียดทานได้ ดังสมการ

ปัจจัยที่ส่งผลต่อแรงเสียดทาน

1. มวลของวัตถุ ถ้ามวลของวัตถุที่กดพื้นมีมากแรงเสียดทานจะมากด้วย และแรงเสียดทานจะมากหรือน้อยไม่ขึ้นอยู่กับขนาดพื้นที่ผิวสัมผัส หากแรงกดที่กระทำต่อพื้นมีค่ามาก ส่งผลต่อแรงปฏิกิริยาตั้งฉากที่พื้นกระทำโต้ตอบกับวัตถุ ซึ่งเป็นแรงคู่กิริยา-ปฏิกิริยา ที่มีขนาดมากขึ้น ดังนั้นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุจะมีขนาดมากขึ้น
2. ลักษณะของผิวสัมผัส วัตถุแต่ละชนิดจะมีลักษณะพื้นผิวสัมผัสที่แตกต่างกัน ซึ่งพื้นผิวสัมผัสขรุขระจะเกิดแรงเสียดทานมาก พื้นผิวสัมผัสเรียบลื่นจะเกิดแรงเสียดทานน้อย

          นอกจากนี้การลดแรงเสียดทานยังมีวิธีอื่นอีก คือ การขัดถูวัตถุให้เรียบและลื่น การใช้สารหล่อลื่น เช่น น้ำมันสามารถแยกผิวสัมผัสไม่ให้ยึดติดกันหรือการแยกผิวสัมผัส 2 ผิวด้วยอากาศ เช่น การทำงานของเรือเร็วหรือฮูเวอร์คราฟ

          ถึงแม้ว่าแรงเสียดทานจะส่งผลกระทบทำให้วัตถุเคลื่อนที่ช้าลง เพราะแรงเสียดทานทำให้วัตถุเกิดการสูญเสียพลังงาน โดยพลังงานบางส่วนเปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานรูปอื่น เช่น พลังงานความร้อน พลังงานเสียง แต่ในบางสถานการณ์เพื่อความปลอดภัยต่อการเคลื่อนที่จำเป็นต้องมีการเพิ่มแรงเสียดทาน 

        ในชีวิตประจำวันจะพบว่า มีแรงเสียดทานเข้ามาเกี่ยวข้องเสมอ เช่น การเดิน เคลื่อนที่ของรถยนต์ การหมุนของเครื่องกล การลากวัตถุให้เคลื่อนที่ ซึ่งต้องอาศัยแรงเสียดทาน ดังนั้น การเพิ่มหรือลดแรงเสียดทานส่งผลให้วัตถุเคลื่อนที่ได้ตามต้องการ

ตัวอย่างประโยชน์ของการเพิ่มและลดแรงเสียดทานในชีวิตประจําวัน

• การผลิตยางรถยนต์ ให้มีลวดลายที่เรียกว่าดอกยาง เพื่อเพิ่มแรงเสียดทาน ทำให้ยางรถยนต์เกาะถนนได้ดีและไม่ลื่น

ภาพจาก www.directasia.co.th

• พื้นรองเท้า ผลิตมาให้มีลวดลายต่างๆ การสร้างลวดลายของพื้นรองเท้าเพื่อให้เราเดินได้สะดวก ไม่ลื่นล้ม

ภาพจาก thai-safetywiki.com

• ลายนิ้วมือ ช่วยให้เราหยิบจับสิ่งของได้ ลวดลายที่ฝ่าเท้าทำให้เราเดินบนพื้นด้วยเท้าเปล่าได้โดยไม่ล้ม

ภาพจาก review.thaiware.com

• การปูพื้นห้องน้ำ ควรเลือกกระเบื้องพื้นที่มีผิวหน้าขรุขระ เพิ่มแรงเสียดทาน และป้องกันอันตรายจากพื้นลื่น

ภาพจาก www.banidea.com

• การเล่นสเก็ตน้ำแข็ง ฮอกกี้น้ำแข็ง ต้องเล่นบนพื้นที่มีลักษณะเรียบและลื่น เพื่อลดแรงเสียดทาน ทำให้ผู้เล่นเคลื่อนที่ได้ดี

ภาพจาก ventrachain.com

• การใช้น้ำมันหล่อลื่น เพื่อลดแรงเสียดทานของกระบอกสูบเครื่องยนต์ ส่งผลให้เครื่องยนต์เกิดการสึกหรอน้อยลง

ภาพจาก www.mmthailand.com