| 2-11-1 การเคลื่อนที่ของวัตถุบนผิวไม่เรียบ (Motion on a Rough Surface) |
 |
เมื่อวัตถุมีการเคลื่อนที่ผ่านน้ำ อากาศ หรือบนพื้นผิว โดยธรรมชาติแล้ว ย่อมเกิดความต้านทานการเคลื่อนที่ต่อวัตถุดังกล่าวขึ้น เนื่องจาก อันตรกิริยาระหว่างผิววัตถุกับตัวกลางนั้นๆ ซึ่งในทางฟิสิกส์ มีปริมาณที่บ่งบอกถึงสภาพความต้านทานดังกล่าวเรียกว่า แรงเสียดทาน (frictional force) ถ้ามีการออกแรงกระทำต่อก้อนวัตถุที่วางอยู่บนพื้นด้วยแรง 
ในแนวระดับแล้วก้อนวัตถุยังคงอยู่นิ่ง แสดงว่ามีแรงในทิศทางตรงข้ามกับแรง กระทำต่อวัตถุก้อนนั้น แรงดังกล่าวคือ แรงเสียดทาน, 
, นั่นเอง แรงเสียดทานนี้มีสาเหตุมาจากความไม่เรียบของหน้าสัมผัสของก้อนวัตถุและพื้น ซึ่งจากกฎข้อที่หนึ่งของนิวตันพบว่าตราบใดที่ก้อนวัตถุยังอยู่นิ่งหรืออยู่ในสภาพสมดุล จะได้ว่า 
โดยแรงเสียดทานที่ต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุในกรณีนี้เรียกว่า แรงเสียดทานสถิต (static friction, 
) (รูปที่ 2-10)
ถ้าออกแรงเพิ่มมากขึ้น แต่ก้อนวัตถุยังไม่เคลื่อนที่ แสดงว่าแรงเสียดทานสถิต ที่ต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุก็มีค่าเพิ่มขึ้นด้วยเช่นกัน อย่างไรก็ตาม เมื่อมีการออกแรงมากขึ้นถึงค่าๆ หนึ่ง วัตถุจะเริ่มเคลื่อนที่ ณ จุดนั้นแรงที่กระต่อวัตถุจะมีขนาดเท่ากับแรงเสียดทานสถิตสูงสุด 
จากนั้นวัตถุเริ่มเคลื่อนที่ แต่ยังคงมีแรงเสียดทานต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุอยู่ แรงเสียดทานที่ต้านทานการเคลื่อนที่ของวัตถุในกรณี นี้เรียกว่า แรงเสียดทานจลน์ (kinetic friction, 
) ดังแสดงในรูปที่ 2-10 (ข) ถ้าแรงกระทำต่อก้อนวัตถุ มีค่ามากกว่าแรงเสียดทานจลน์ 
ก้อนวัตถุดังกล่าวจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง (ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน) แต่ถ้าแรงกระทำดังกล่าวมีขนาดเท่ากับแรงเสียดทานจลน์ 
วัตถุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ตามกฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน จากการทดลองพบว่า และ แปรผันตรงกับแรงในแนวตั้งฉาก, 
, ที่ผิวสัมผัสกระทำต่อก้อนวัตถุ โดยสามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้  |
(2-15)
|
 |
โดยที่ 
และ 
คือ สัมประสิทธิ์ของความเสียดทานสถิตและจลน์ตามลำดับ เครื่องหมาย “≤” ในกรณีของ 
มีความหมายว่า แรงเสียดทานสถิตมีค่าได้ตั้งแต่ศูนย์ (เมื่อไม่มีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ) จนกระทั่งเท่ากับ 
ซึ่งก็คือแรงเสียดทานสถิตสูงสุดนั่นเอง โดยเป็นแรงต้านก่อนที่วัตถุจะเริ่มเคลื่อนที่ การใช้สูตรของ จึงต้องระวังด้วยว่าเป็น สูงสุดหรือไม่ ถ้าไม่เป็นกรณีที่มีค่าสูงสุดก็ไม่สามารถแทนค่า ด้วย ได้ เครื่องหมาย “=” สำหรับในกรณีของ มีความหมายว่า 
แรงเสียดทานจลน์มีค่าคงที่ตลอดเวลา  ตัวอย่างที่ 2-4 | |
| |
จากรูปแสดงให้เห็นถึงรถยนต์กำลังวิ่งเป็นวงกลมในแนวระดับด้วยความเร็วคงที่ 20 m/s โดยที่รัศมีของ วงกลมเท่ากับ 190 m จงหาว่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน ควรมีค่าอย่างน้อยที่สุดเท่าใดจึงจะยังคงทำให้รถวิ่งเข้าทางโค้งโดยไม่ไถล และบอกด้วยว่า สัมประสิทธิ์ความเสียดทานที่เป็นคำตอบนั้นเป็น หรือ วิธีทำ รถยนต์ไม่ได้ไถลออกด้านนอก แสดงว่าไม่มีการเคลื่อนที่ออกด้านนอก จึงต้องใช้แรงเสียดทานสถิต ไม่ใช่แรงเสียดทานจลน์ แรงเสียดทานสถิตนี้จะทำหน้าที่เป็นแรงสู่ศูนย์กลาง ทำให้ได้ว่า
|
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น