Ví dụ và thực hành về Xác định hệ số Ma sát (cách tính hệ số ma sát trên Mặt phẳng nghiêng và mặt phẳng ngang)

Hệ số ma sát là tỷ số giữa lực ma sát giữa hai bề mặt và lực thẳng đứng tác dụng lên một trong các bề mặt. Nó liên quan đến độ nhám của bề mặt, và không liên quan gì đến kích thước của vùng tiếp xúc. Theo tính chất của chuyển động, có thể chia thành hệ số ma sát động và hệ số ma sát tĩnh. Ma sát trượt là do trượt tương đối của hai vật tiếp xúc với nhau.

Nếu hai bề mặt nằm yên với nhau, sự tiếp xúc giữa hai bề mặt sẽ hình thành lực liên kết mạnh – lực ma sát tĩnh. Trừ khi lực liên kết bị phá hủy, một bề mặt có thể chuyển động so với bề mặt kia, và lực liên kết-lực trước khi chuyển động-bị phá hủy.

Tỉ số của lực thẳng đứng trên bề mặt được gọi là hệ số ma sát tĩnh μs, được viết như sau: fs là ma sát tĩnh hay fs = μs * N; N là lực thẳng đứng. Và lực phá hoại này cũng là lực cực đại để khởi động vật, ta gọi lực này là lực ma sát tĩnh cực đại. Do đó, chúng ta nên viết lại công thức trên thành: fk là ma sát động.

Ví dụ, sau một thời gian sau khi ô tô khởi động, nó sẽ từ từ giảm tốc độ và cuối cùng là đứng yên. Điều này có nghĩa là khi một vật chuyển động, vẫn có ma sát giữa bề mặt của nó và bề mặt kia. hí nghiệm thấy rằng lực này nhỏ hơn lực ma sát nghỉ. Ta định nghĩa lực ma sát này và lực vuông góc với mặt đất là hệ số ma sát động μk, được viết như sau: fk = μk * N

Dưới góc độ của cơ chế ma sát, hệ số ma sát chủ yếu là đặc điểm của vật liệu tiếp xúc, vết bẩn trên bề mặt hoặc chất bôi trơn bề mặt.Theo lý thuyết ma sát hiện đại, ma sát là do sự kết dính giữa các nguyên tử trên bề mặt tiếp xúc. Khi hai vật tiếp xúc với nhau, vật đầu tiên là phần lồi của bề mặt.

Các nguyên tử ở khá gần nhau để tạo thành liên kết nguyên tử, độ bền của liên kết này có thể so sánh với độ bền của liên kết nguyên tử bên trong chất rắn tự tập hợp lại với nhau. Nếu bề mặt rất sạch và tiếp xúc rất gần, hai bề mặt tiếp xúc với nhau sẽ bám rất chắc, và “tăng trưởng tiếp xúc” sẽ xuất hiện trước khi xảy ra trượt rõ ràng, và diện tích tiếp xúc sẽ tiếp tục tăng cho đến khi toàn bộ diện tiếp xúc trở thành điểm tiếp xúc rất lớn, lúc này lực ma sát rất lớn, thậm chí vượt quá áp suất dương và hệ số ma sát có thể bằng hoặc lớn hơn 1, hoặc lớn hơn nữa.

Hệ số ma sát thường có thể được xác định bằng phương pháp góc ma sát. Phương pháp nói chung là đặt một trong hai vật cần đo là một mặt dốc, vật kia đặt trên mặt dốc và trượt xuống dọc theo nó, làm giảm dần góc dốc θ, Có thể thấy rằng khi θ đạt đến một giá trị θ0 nào đó, vật trượt xuống với vận tốc không đổi thì mgsinθ0 = μmgcosθ0,lấy: μ = tan θ0. Trong đó, θ0 là góc ma sát, khi đo θ0 thì ta biết được giá trị μ giữa hai vật, dễ dàng thấy được từ công thức:

Khi θ0 <45 °, μ <1,

Khi θ0 = 45 °, μ = 1,

Khi θ0> 45 °, μ> 1.

Vì phạm vi giá trị của hàm tiếp tuyến trong góc phần tư thứ nhất là (0, ∞) nên μ không nhất thiết phải nhỏ hơn 1. Còn μ là bao nhiêu thì phụ thuộc vào tính chất vật liệu và điều kiện giao diện.