La friction est une force résistant au mouvement relatif et elle se produit à l’interface entre les corps, mais aussi à l’intérieur des corps, comme dans le cas des fluides. Le concept de coefficient de frottement a été formulé pour la première fois par Léonard de Vinci. L'ampleur du coefficient de frottement est déterminée par les propriétés des surfaces, l'environnement, les caractéristiques de la surface, la présence du lubrifiant, etc.

Lois du frottement

Il existe cinq lois de friction :

• Le frottement de l'objet en mouvement est proportionnel et perpendiculaire à la force normale.

• Le frottement subi par l'objet dépend de la nature de la surface avec laquelle il est en contact.

• La friction est indépendante de la zone de contact tant qu'il existe une zone de contact.

• Le frottement cinétique est indépendant de la vitesse.

• Le coefficient de frottement statique est supérieur au coefficient de frottement cinétique.

Lorsque nous voyons un objet, nous pouvons voir la surface lisse, mais lorsque le même objet est observé au microscope, on peut voir que même l'objet d'apparence lisse a des bords rugueux. De minuscules collines et rainures peuvent être vues au microscope et sont appelées irrégularités de la surface. Ainsi, lorsqu’un objet est déplacé sur un autre, ces irrégularités à la surface s’entremêlent, donnant lieu à une friction. Plus il y a de rugosité, plus il y a d'irrégularités et plus la force appliquée est grande.

Frottement statique

Il existe plusieurs théories concernant les causes du frottement statique et, comme la plupart des concepts liés au frottement, chacun s'avère valable dans certaines conditions, mais échoue dans d'autres circonstances. Pour les applications du monde réel (en particulier celles liées aux machines industrielles et au mouvement). Contrôler Les deux théories les plus largement acceptées derrière le frottement statique concernent la rugosité microscopique des surfaces.

Quelle que soit la perfection avec laquelle une surface est usinée, finie et nettoyée, elle présentera inévitablement des aspérités – essentiellement des aspérités, constituées de pics et de vallées, un peu comme une chaîne de montagnes. (Techniquement, les pics sont les aspérités.) Lorsque deux surfaces sont en contact, il peut sembler qu'elles ont une zone de contact large et bien définie, mais en réalité, le contact ne se produit qu'à certains endroits, c'est-à-dire là où les aspérités de les deux surfaces interfèrent.

La somme de ces petites zones de contact entre les aspérités est appelée zone de contact réelle ou effective. Étant donné que ces zones de contact individuelles sont très petites, la pression (pression = force ÷ surface) entre les surfaces en ces points est très élevée. Cette pression extrême permet l'adhésion entre les surfaces, via un processus appelé soudage à froid, qui se produit au niveau moléculaire. Avant que les surfaces puissent bouger les unes par rapport aux autres, les liaisons qui provoquent cette adhésion doivent être rompues.

De plus, la rugosité des surfaces fait qu’à certains endroits, les aspérités d’une surface vont se déposer dans les creux de l’autre surface – en d’autres termes, les surfaces vont s’emboîter.

Ces zones imbriquées doivent être brisées ou déformées plastiquement avant que les surfaces puissent bouger. En d’autres termes, une abrasion doit se produire. Ainsi, dans la plupart des applications, le frottement statique est provoqué à la fois par l’adhésion et l’abrasion des surfaces en contact.

Lois du frottement statique

Il existe deux lois de frottement statique :

1. Première loi : La force maximale de frottement statique ne dépend pas de la zone de contact.
2. Deuxième loi : La force maximale de frottement statique est comparée à la force normale, c'est-à-dire que si la force normale augmente, la force externe maximale que l'objet peut supporter sans bouger augmente également.

Dérivation de la formule du frottement statique

Considérons un bloc de poids mg posé sur une surface horizontale comme le montre la figure. Lorsqu’un corps appuie contre une surface, celle-ci se déforme même si elle semble rigide. La surface déformée pousse le corps avec une force normale R perpendiculaire à la surface. C’est ce qu’on appelle la force de réaction normale. Il équilibre le mg, c'est-à-dire

R = mg

Considérons maintenant qu'une force P est appliquée sur le bloc. De toute évidence, le corps reste au repos car une autre force F entre en jeu dans la direction horizontale et s'oppose à la force appliquée P, ce qui entraîne une force nette nulle sur le corps. Cette force F agissant le long de la surface du corps en contact avec la surface de la table est appelée force de frottement.

Donc tant que le corps ne bouge pas, F = P. Cela signifie que si l’on augmente P, la friction F augmente également, restant toujours égale à P.

Cette force de friction qui entre en jeu jusqu’au début du mouvement réel est connue sous le nom de friction statique.

Coefficient de friction statique

La friction statique est une friction ressentie lorsqu'un objet est placé sur une surface. Et le frottement cinétique est dû au mouvement d’un objet sur une surface. Le frottement est bien caractérisé par le coefficient de frottement et s'explique comme le rapport entre la force de frottement et la force normale. Cela aide l'objet à reposer sur une surface. Le coefficient de frottement statique est une quantité scalaire et noté μ_s.

La formule du coefficient de frottement statique est exprimée par

mu_{s} = frac{F}{N}

Où

m _s ​ = coefficient de frottement statique

F = force de frottement statique

N = force normale

Frottement cinétique

Le frottement cinétique est défini comme une force qui agit entre des surfaces en mouvement. Un corps se déplaçant à la surface subit une force dans la direction opposée à son mouvement. L'ampleur de la force dépendra du coefficient de frottement cinétique entre les deux matériaux.

La friction est facilement définie comme la force qui retient un objet glissant. Le frottement cinétique fait partie de tout et interfère avec le mouvement de deux objets ou plus. La force agit dans la direction opposée à la façon dont un objet veut glisser.

Si une voiture doit s’arrêter, nous freinons et c’est exactement là que la friction entre en jeu. En marchant, quand on veut s'arrêter brusquement, la friction est à nouveau à remercier. Mais lorsqu'il faut s'arrêter au milieu d'une flaque d'eau, les choses se compliquent car les frictions sont moindres et ne peuvent pas tellement aider.

Surmonter le frottement statique entre deux surfaces supprime essentiellement à la fois les obstacles moléculaires (soudage à froid entre les aspérités) et, dans une certaine mesure, les obstacles mécaniques (interférences entre les aspérités et les vallées des surfaces) au mouvement. Une fois le mouvement initié, une certaine abrasion continue de se produire, mais à un niveau beaucoup plus faible que lors d'un frottement statique, et la vitesse relative entre les surfaces ne laisse pas suffisamment de temps pour qu'un soudage à froid supplémentaire se produise (sauf dans le cas d'une vitesse extrêmement faible).

La majeure partie de l’adhérence et de l’abrasion étant surmontée pour induire un mouvement, la résistance au mouvement entre les surfaces est réduite et les surfaces se déplacent désormais sous l’influence d’un frottement cinétique, bien inférieur au frottement statique.

Lois du frottement cinétique

Il existe quatre lois de frottement cinétique :

1. Première loi : La force de frottement cinétique (F_k) est directement proportionnelle à la réaction normale (N) entre deux surfaces en contact. Où, m _k ​ = constante appelée coefficient de frottement cinétique.
2. Deuxième loi : La force de frottement cinétique est indépendante de la forme et de la surface apparente des surfaces en contact.
3. Troisième loi : Cela dépend de la nature et du matériau de la surface en contact.
4. Quatrième loi : Elle est indépendante de la vitesse de l'objet en contact à condition que la vitesse relative entre l'objet et la surface ne soit pas trop grande.

Formule de friction cinétique

Le coefficient de frottement cinétique est désigné par la lettre grecque mu ( m ), avec un indice k. La force de frottement cinétique est m _k fois la force normale exercée sur un corps. Elle est exprimée en Newton (N).

L’équation de frottement cinétique peut s’écrire :

Force de frottement cinétique = (coefficient de frottement cinétique)(force normale)

F _k = m _k h

Où,

F _k = force de frottement cinétique

m _k coefficient de frottement cinétique

h = force normale (lettre grecque eta)

Dérivation de la formule du frottement cinétique

Considérons un bloc de poids mg posé sur une surface horizontale comme indiqué sur la figure. Lorsqu’un corps appuie contre une surface, celle-ci se déforme même si elle semble rigide. La surface déformée pousse le corps avec une force normale R. qui est perpendiculaire à la surface. C’est ce qu’on appelle la force de réaction normale. Il équilibre les mg, c'est-à-dire R = mg .

exemple de données json

Considérons maintenant qu'une force P. est appliqué sur le bloc comme indiqué. Il est clair que le corps reste au repos parce qu'une autre force F entre en jeu dans le sens horizontal et s’oppose à la force appliquée P. ce qui entraîne une force nette nulle sur le corps. Cette force F agissant le long de la surface du corps en contact avec la surface de la table est appelée force de friction .

Donc tant que le corps ne bouge pas F = P . Cela signifie que si l’on augmente P, le frottement F augmente également, restant toujours égal à P.

À mesure que nous augmentons la force appliquée légèrement au-delà de la friction limite, le mouvement réel commence. Cela ne veut pas dire que les frictions ont disparu. Cela signifie simplement que la force a surmonté la friction limite. Cette force de friction à ce stade est connue sous le nom de friction cinétique ou friction dynamique.

Le frottement cinétique ou frottement dynamique est la force opposée qui entre en jeu lorsqu'un corps se déplace réellement sur la surface d'un autre corps.

Application du frottement statique et cinétique

Applications du frottement statique

Quelques exemples concrets de frottement statique sont donnés dans les points ci-dessous :

• Papiers sur une table
• Une serviette accrochée à un support
• Un marque-page dans un livre
• Une voiture garée sur une colline

Applications du frottement cinétique

Quelques exemples concrets de frottement cinétique sont donnés dans les points ci-dessous.

• La friction joue également un rôle important dans les événements quotidiens, comme lors du frottement de deux objets. Le mouvement qui en résulte se transforme en chaleur et provoque ainsi un incendie dans certains cas.
• Elle est également responsable de l’usure et c’est pourquoi nous avons besoin d’huile pour lubrifier les pièces des machines, car elle réduit la friction.
• Lorsque deux objets sont frottés l'un contre l'autre, la force de friction est convertie en énergie thermique, provoquant dans de rares cas un incendie.
• Le frottement cinétique est responsable de l’usure des pièces de la machine, il est donc important de lubrifier les pièces de la machine avec de l’huile.

Différence entre friction statique et cinétique

Exemples de problèmes basés sur le frottement statique et cinétique

Question 1 : Un homme pousse un grand carton d'une masse de 75,0 kg sur le sol.

Solution:

Le coefficient de frottement cinétique est μ_k= 0,520​

Le travailleur exerce une force de 400,0 N vers l’avant.

Quelle est la grandeur de la force de friction ?

Réponse : Sur une surface plane, la force normale d'un objet peut être trouvée par la formule

h = mg

En substituant la valeur de η dans l'équation F_k= m_k​ η , on obtient

F_k= (0,520) (75,0 kg) (9,80 m/s²) = 382,2N

Question 2 : Dans la question ci-dessus, calculez la force nette déplaçant la boîte ?

Solution:

La force nette agissant sur un corps est la somme de toutes les forces agissant sur ce corps.

Dans ce cas, les forces agissant sur le corps sont la force exercée par l’homme et le frottement cinétique agissant en sens inverse.

Si le mouvement vers l’avant est considéré comme positif, alors la force nette est calculée comme suit :

F_filet=F_ouvrier- F_k

En remplaçant les valeurs dans l'équation ci-dessus, nous obtenons

F_filet= 400 N – 382,2 N = 17,8 N

Question 3 : Pourquoi le mouvement de roulement subit-il une friction ?

Répondre:

En théorie, une balle entre en contact ponctuel avec la surface.

Mais en réalité, la balle (et/ou la surface) se déforme sous l'effet de la charge, et la zone de contact devient elliptique.

En théorie, les surfaces de roulement, telles que celles que l'on trouve dans la plupart des roulements rotatifs et linéaires (à l'exception des roulements lisses), ne devraient pas subir de forces de frottement.

Mais dans les applications réelles, trois facteurs provoquent du frottement sur les surfaces de roulement :

1. Micro-glissement entre les surfaces (les surfaces glissent les unes par rapport aux autres)

2. Propriétés inélastiques (c'est-à-dire déformation) des matériaux

3. Rugosité des surfaces

Question 4 : Un objet ayant une masse de 10 kg est posé sur une surface lisse. Le frottement statique entre ces deux surfaces est donné par 15 N. Trouvez le coefficient de frottement statique ?

Solution:

Donné

m = 10 kg

F = 15N

m_s= ?

Nous savons que,

Force normale, N = mg

Donc, N = 10 × 9,81 = 98,1 N

La formule du coefficient de frottement statique est la suivante :

m_s= 15/N

souligner en utilisant CSS

m_s= 15/98,1

m _s = 0,153

Question 5 : La force normale et la force de frottement statique d'un objet sont respectivement de 50 N et 80 N. Trouver le coefficient de frottement statique ?

Solution:

Donné

N = 50 N

F = 80 N et µ_s= ?

La formule du coefficient de frottement statique est

m_s= F/N

m_s= 80/50

m_s= 1,6

Question 6 : Quelle est la relation entre le frottement statique et cinétique ?

Répondre:

La force de friction statique maintient un objet immobile au repos. Une fois la force de friction statique surmontée, la force de friction cinétique est ce qui ralentit un objet en mouvement.

Question 7 : Un réfrigérateur pèse 1619 N et le coefficient de frottement statique est de 0,50. Quelle est la moindre force utilisée pour déplacer le réfrigérateur ?

Solution:

Données données :

Poids du réfrigérateur, W=1619 N

W=1619N

Coefficient de frottement statique, μ_s= 0,50

La force minimale nécessaire pour déplacer le réfrigérateur peut être donnée comme suit :

F = m_sDANS

F = 0,50 × 1619

F = 809,50 N.