Tổng hợp các loại lực ma sát và ứng dụng của lực ma sát trong đời sống

Lực ma sát là gì? 

Trong Vật lý học, lực cản xuất hiện giữa các bề mặt tiếp xúc của vật chất, có khả năng chống lại xu hướng chuyển động hoặc thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt được gọi là lực ma sát. Nói cách khác, lực ma sát là lực làm cản trở chuyển động của các vật khi chúng tiếp xúc với một bề mặt hoặc một vật khác. 

Lực ma sát có tác dụng chuyển hóa động năng của các chuyển động tương đối giữa các bề mặt khác nhau thành các dạng năng lượng khác ban đầu. Việc chuyển hóa năng lượng thường xảy ra do có sự va chạm giữa phân tử của hai hoặc nhiều bề mặt. 

Lực ma sát trượt 

Lực ma sát trượt là gì? 

Lực ma sát xuất hiện khi một vật trượt trên bề mặt của một vật khác được gọi là lực ma sát trượt.

Ví dụ về lực ma sát trượt 

Một số ví dụ về lực ma sát trượt như:

• Trong đời sống: Lực ma sát xuất hiện khi chúng ta phanh xe đạp. Lúc đó, lực ma sát giữa vành xe và hai má phanh là lực ma sát trượt đồng thời cũng làm cho bánh xe trượt trên mặt đường.

• Ở bộ môn đàn Violin: Khi cọ xát vĩ cầm và dây đàn thì sẽ xuất hiện lực ma sát giữa chúng có tác dụng làm dây đàn dao động để phát ra âm thanh.

• Trong lĩnh vực kỹ thuật: Các chi tiết bên trong máy trượt lên nhau làm xuất hiện lực ma sát, có tác dụng vận hành máy móc

Đặc điểm của lực ma sát trượt 

Lực ma sát có các đặc điểm:

• Lực xuất hiện ở mặt tiếp xúc của các vật đang trượt trên nhau hoặc một bề mặt khác

• Lực ma sát ngược hướng với vận tốc

• Độ lớn của lực ma sát tỉ lệ với độ lớn của áp lực

Độ lớn của lực ma sát trượt phụ thuộc vào yếu tố nào 

Thông qua các thí nghiệm, người ta rút ra được kết luận: Độ lớn của lực ma sát trượt không phụ thuộc vào tốc độ và diện tích tiếp xúc của vật, mà nó phụ thuộc và tình trạng (nhám, khô, trơn,...) và vật liệu của 2 mặt tiếp xúc.

Hệ số ma sát trượt 

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

Theo chứng minh, hệ số ma sát phụ thuộc vào các yếu tố: tình trạng của hai mặt tiếp xúc và loại vật liệu. Hệ số ma sát trượt dùng để tính độ lớn của lực ma sát trượt.

Hệ thức: 

Công thức của lực ma sát trượt 

Trong đó: 

• F(mst): là độ lớn của lực ma sát

• t: là hệ số ma sát 

• N: là áp lực lên mặt tiếp xúc.

Lực ma sát động 

Lực ma sát động xuất hiện khi một vật chuyển động so với vật còn lại và xảy ra sự cọ xát giữa chúng. 

Hệ số của ma sát động nhỏ hơn hệ số ma sát nghỉ. Ma sát động cũng được phân thành 3 loại khác nhau:

• Ma sát trượt

• Ma sát nhớt

• Ma sát lăn

Lực ma sát trượt 

Ma sát trượt là lực xuất hiện khi hai vật thể trượt trên nhau, lực sẽ cản trở làm cho vật đó không trượt (chuyển động) được nữa. 

Lực ma sát nhớt 

Lực ma sát nhớt xuất hiện khi có sự tương tác giữa một chất lỏng (hoặc khi) và một vật thể rắn. Sự xuất hiện của lực ma sát nhớt không chỉ do có sự cọ sát mà còn có thể được tạo ra khi mà lực ma sát có phương trùng với tiếp tuyến của bề mặt tiếp xúc hoặc khi một lực có phương vuông góc với bề mặt tiếp xúc.

Ma sát lăn góp có vai trò đáng kể (là một cực kỳ phần quan trọng khi vận tốc của vật thể đủ lớn) trong việc tạo ra ma sát nhớt. Lưu ý rằng trong một số trường hợp, lực này sẽ có khả năng nâng vật thể lên cao.

Lực ma sát lăn 

Lực ma sát lăn là lực xuất hiện khi có một vật lăn trên bề mặt một vật khác. Ví dụ: bánh xe, các vật thể hình tròn, vật hình trụ,... Lực ma sát lăn có độ lớn rất nhỏ so với lực ma sát trượt. Giá trị của lực ma sát lăn thông thường là 0,001. 

Do đó, để giảm thiểu các tác hại của lực ma sát trượt, người ta có thể tìm cách làm xuất hiện ma sát lăn thay vì ma sát trượt. Ví dụ điển hình nhất cho lực ma sát lăn trong đời sống đó là sự di chuyển của các bánh xe trên đường.

Lực ma sát nghỉ 

Lực ma sát nghỉ là gì? 

Ma sát nghỉ (hay có tên gọi khác là ma sát tĩnh) là lực xuất hiện giữa hai hoặc nhiều vật tiếp xúc mà vật này sẽ có xu hướng chuyển động so với vật còn lại nhưng chưa thay đổi vị trí tương đối.

Khi ta tác dụng một lực vào vật mà lực này có phương song song với bề mặt tiếp xúc nhưng vật chưa chuyển động thì bề mặt tiếp xúc đã tiếp xúc lên vật một lực ma sát nghỉ cân bằng với ngoại lực.

Ví dụ về lực ma sát nghỉ 

Trong đời sống:

• Xe được đậu ở những đoạn đường dốc vẫn có thể đứng yên là nhờ có lực ma sát nghỉ. 

• Ma sát nghỉ giữa mặt đường và bàn chân giúp chúng ta đứng vững mà không bị ngã.

• Trong siêu thị, người ta có thể đứng trên thang máy cuốn lên dốc (xuống dốc) di chuyển là nhờ lực ma sát nghỉ.

Trong kỹ thuật: Người ta ứng dụng lực ma sát nghỉ trên các băng chuyền trong nhà máy. Nhờ đó mà các sản phẩm như xi măng, bao đường, hàng hóa… có thể di chuyển cùng với băng chuyền mà không hề bị trượt hoặc rơi rớt.

Đặc điểm của lực ma sát nghỉ 

Lực ma sát nghỉ có các đặc điểm:

• Điểm đặt của lực đặt tại vật (sát với bề mặt tiếp xúc).

• Phương của lực nằm song song so với bề mặt tiếp xúc.

• Lực ma sát nghỉ ngược chiều với lực tác dụng vào vật khi vật đang đứng yên.

• Lực ma sát nghỉ có độ lớn bằng độ lớn của lực tác dụng lên vật.

Lưu ý:

• Khi vật trượt, lực ma sát trượt nhỏ hơn so với lực ma sát nghỉ cực đại.

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

Độ lớn của lực ma sát nghỉ 

Lực ma sát nghỉ có độ lớn bằng độ lớn của lực tác dụng lên vật. Lực ma sát sẽ nghỉ có độ lớn cực đại ngay khi vật bắt đầu chuyển động. Giá trị tối đa của lực ma sát nghỉ được xác định bằng công thức: 

Xem thêm: Những điều bạn cần biết về lực hấp dẫn và định luật vạn vật hấp dẫn

Ứng dụng của lực ma sát trong đời sống 

Lực ma sát luôn xuất hiện trong tự nhiên, diễn ra xung quanh con người nhưng có lẽ chúng ta không hề để ý tới. Ứng dụng của lực ma sát rất rộng, phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

• Lực ma sát giúp cho các phương tiện đang di chuyển không bị trượt bánh tại những khúc cua hoặc các đoạn đường trơn.

• Lực ma sát có tác dụng giữ các vật thể và con người đứng yên trong không gian, trên mặt đất.

• Lực ma sát giúp chúng ta dễ dàng cầm nắm một vật trên tay. Việc đinh được giữ trên tường cũng là nhờ có lực ma sát…

• Lực ma sát có khả năng sinh ra nhiệt năng, do đó, nó được ứng dụng nhằm mục đích đánh lửa hay dùng trong đá lửa. Ngoài ra, theo một số giả thuyết thì trong thời tiền sử, nó còn được dùng để làm công cụ tạo ra lửa.

• Lực ma sát còn được xem là lực phát động giúp cho các vật chuyển động. Ví dụ: khi ô tô đang chuyển từ trạng thái đứng yên sang di chuyển, lực đẩy do động cơ sinh ra sẽ làm chuyển động các tuabin rồi truyền một lực tới các bánh xe.

• Lực ma sát được ứng dụng trong việc phanh xe, hãm tốc độ của các phương tiện giao thông di chuyển trên Trái Đất. 

• Lực ma sát còn được sử dụng để làm thay đổi hình dạng của các bề mặt trong một số lĩnh vực như sơn mài, đánh bóng, mài gương,...

Một số cách giảm lực ma sát 

Lực ma sát có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Tuy nhiên, nó cũng tồn tại các tác hại nhất định như làm mòn bề mặt, cản trở chuyển động, sinh ra nhiệt gây hiện tượng cháy nổ,... Do đó, người ta sẽ tìm cách giảm lực ma sát để hạn chế các tình huống xấu có thể xảy ra.

• Chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn: Ví dụ như ô bi xe - đó là một ví dụ cho việc chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn, giúp giảm ma sát đáng kể cũng như giảm khả năng trục xe bị bào mòn.

• Làm giảm ma sát tĩnh: Ví dụ khi đoàn tàu hỏa khởi động, đầu tàu thường sẽ bị giật lùi. Điều này sẽ giúp cho đầu tàu kéo từng toa và chỉ cần chống lại lực ma sát tĩnh ở từng toa chứ không phải là lực ma sát tĩnh của cả đoàn tàu.

• Thay đổi chất liệu/bề mặt tiếp xúc: thay đổi tính chất của bề mặt sẽ giúp giảm ma sát. Ví dụ: làm nhẵn bề mặt bằng các chất bôi trơn như dầu nhớt,  mỡ bôi trơn đối với các bề mặt rắn. Điều này có tác dụng làm giảm hệ số ma sát giảm khả năng bị bào mòn và giảm sinh nhiệt

• Làm giảm tải trọng: Vì lực ma sát tỷ lệ thuận với lực pháp tuyến tác dụng vào vật, đồng nghĩa với việc tỷ lệ thuận với trọng lượng của các vật thể. Vì vậy, giảm tải trọng bằng việc giảm trọng lượng hoặc áp lực với vật thể sẽ giúp làm giảm lực ma sát.

Lời kết:

Monkey đã cập nhật toàn bộ các kiến thức cần thiết, liên quan đến chủ đề Lực ma sát. Hy vọng thông qua bài viết, các em có thể học tập thật tốt và biết cách ứng dụng các kiến thức lý thuyết được học vào thực tế một cách hiệu quả.