แรงเสียดทาน

1. แรงเสียดทาน โดย ครูเพ็ญประภา หร่ายเจริญ

2. แรงเสียดทาน หมายถึง แรงที่ต่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ แรงเสียดทานเกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุกับผิวของพื้น

3. ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทานปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทาน ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทานมีดังนี้ 1. น้ำหนักของวัตถุ วัตถุที่มีน้ำหนักกดทับลงบนพื้นผิวมักจะมี แรงเสียดทานมากกว่าวัตถุที่มีน้ำหนักกดทับลงบนพื้นผิวน้อย 2. พื้นผิวสัมผัส ผิวสัมผัสที่เรียบจะเกิดแรงเสียดทานน้อยกว่าผิวสัมผัสที่ขรุขระ

4. ประเภทของแรงเสียดทาน 1. แรงเสียดทานสถิต (Static friction) เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นตั้งแต่วัตถุอยู่นิ่งจนกระทั่งวัตถุเริ่มเคลื่อนที่ ใช้สัญลักษณ์ fs กรณีออกแรง F กระทำกับวัตถุแล้ววัตถุเคลื่อนที่ได้พอดี แรงเสียดทานสถิตพอดีเคลื่อนที่หรือแรงเสียดทานสถิต ณ ขีดจำกัด มีค่าเท่ากับแรงที่กระทำกับวัตถุในแนวราบซึ่งพอดีทำให้วัตถุเคลื่อนที่ดังรูป

5. 2. แรงเสียดทานจลน์ (Kinetic friction) เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นขณะวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ใช้สัญลักษณ์ fk

6. กิจกรรมตรวจสอบความเข้าใจกิจกรรมตรวจสอบความเข้าใจ จงตอบคำถามต่อไปนี้ให้ถูกต้อง 1. จากรูปและกราฟแสดงแรงดึงต่อน้ำหนักของวัตถุ เมื่อวัตถุเริ่มเคลื่อนที่กับเมื่อวัตถุเคลื่อนที่แล้วแตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร

7. 2. ในการลากแผ่นไม้ไปบนดินสอกลมเกลี้ยง 4 แท่ง กับลากแผ่นไม้ไปบนพื้นโต๊ะ นักเรียนคิดว่าการออกแรงลากแผ่นไม้ทั้ง 2 สถานการณ์แตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร 3. ถ้านักเรียนต้องการลดแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสควรทำอย่างไร

8. ค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน (µ) = แรงที่ดึงวัตถุให้เคลื่อนที่ แรงที่กดทับลงบนผิวสัมผัส สัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน ค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน (Coefficient of friction = µ) เป็นค่าตัวเลขที่แสดงว่าเกิดแรงเสียดทานขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ 2 สิ่ง มากน้อยเพียงใด ใช้สัญลักษณ์แทนด้วยตัวอักษร µ (มิว)

9. µ = สัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน F = แรงที่ดึงวัตถุ f = แรงเสียดทาน W = แรงที่กดทับหรือน้ำหนักของวัตถุ N = แรงปฏิกิริยาในแนวตั้งฉาก สูตร µ = หรือ µ =

10. ประโยชน์ของแรงเสียดทานประโยชน์ของแรงเสียดทาน

12. โทษของแรงเสียดทาน

13. กิจกรรมตรวจสอบความเข้าใจกิจกรรมตรวจสอบความเข้าใจ จงตอบคำถามต่อไปนี้ให้ถูกต้อง 1. หนังสือที่วางอยู่บนโต๊ะเกิดแรงเสียดทานหรือไม่ เพราะเหตุใด 2. การออกแรงผลักวัตถุหนัก 15 นิวตัน เกิดแรงเสียดทานหรือไม่ อย่างไร 3. ขณะที่รถยนต์เคลื่อนที่ไปข้างหน้าแต่ล้อรถยนต์จะหมุนไปข้างหลัง เป็นเพราะเหตุใด 4. จากข้อ 3 แสดงว่า ถ้าจะให้รถยนต์เคลื่อนที่ไปได้ด้วยดีและปลอดภัยนั้น ควรทำอย่างไร 5. จงยกตัวอย่างของกิจกรรมที่ไม่ต้องการใช้ประโยชน์ของแรงเสียดทาน และวิธีลดแรงเสียดทานมา 3 ตัวอย่าง

14. สัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน = แรงที่ดึงวัตถุให้เคลื่อนที่ 40 นิวตัน แรงที่กดทับลงบนผิวสัมผัส สัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน = 100 นิวตัน ตัวอย่าง จงหาค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุที่วางอยู่บนโต๊ะ มีน้ำหนักของวัตถุหรือแรงกดทับ 100 นิวตัน ออกแรงดึง 40 นิวตันในแนวราบ วิธีคิด จากสูตร แรงดึง = 40 นิวตัน แรงกดของวัตถุ = 100 นิวตัน แทนค่า ค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานเท่ากับ 0.4 หมายเหตุ ค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานไม่มีหน่วย

15. ตัวอย่าง ออกแรง 10 นิวตัน ดึงท่อนไม้มวล 2 กิโลกรัม ซึ่งวางอยู่บนพื้นโต๊ะ ปรากฏว่าท่อนไม้เริ่มเคลื่อนที่ สัมประสิทธิ์ของความเสียดทานของผิวสัมผัสระหว่างไม้และพื้นโต๊ะมีค่าเท่าใด วิธีคิด จากสูตร µ = F = 10 N W = mg = 2 x 10 = 20 N แทนค่า µ = = 0.5

16. ตัวอย่าง กล่องใบหนึ่งวางบนพื้นที่มีสัมประสิทธิ์ของความเสียดทานเท่ากับ 0.25 เมื่ออกแรงผลักกล่องนี้ 150 นิวตัน กล่องใบนี้จึงเริ่มเคลื่อนที่ กล่องใบนี้มีมวลกี่กิโลกรัม กำหนดให้ g = 10 m/s2 วิธีคิด จากสูตร µs ไม่มีหน่วย F = f s = 150 นิวตัน

17. แบบฝึกหัด 1. ท่อนไม้มวล 1 kg วางอยู่บนโต๊ะ เมื่อออกแรง 4 N ดึงไม้ท่อนนี้ไม้เริ่มเคลื่อนที่ได้พอดี สัมประสิทธิ์ของความเสียดทานของผิวสัมผัสคู่นี้ มีค่าเท่าใด 2. วัตถุเริ่มเคลื่อนที่ เมื่อได้รับแรงฉุด 15 N ในแนวราบกับพื้น ในกรณีที่วัตถุนี้ถูกฉุดด้วยแรง 9 N แรงเสียดทานสถิต มีค่าเท่าใด 3. วัตถุมวล 2 kg เคลื่อนที่ไปบนโต๊ะ มีแรงเสียดทานสถิตสูงสุด 4 จงหาว่าสัมประสิทธิ์ของความเสียดทานจลน์ มีค่าเท่าใด

18. แบบฝึกหัด 4. วางวัตถุมวล 120 กิโลกรัมบนผิวราบ จงหาน้ำหนักของวัตถุที่กดพื้นเอาไว้และแรงปฏิกิริยาของพื้นที่กระทำต่อวัตถุ 5. เมื่อออกแรงลากวัตถุมวล 100 กิโลกรัมที่วางบนพื้นราบ พบว่าเมื่อออกแรงดึงวัตถุขนาด 20 นิวตัน วัตถุเริ่มเคลื่อนที่พอดี จงหาแรงเสียดทานสถิตและสัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิต 6. จงหาแรงเสียดทานสถิตที่กระทำต่อมวล 80 กิโลกรัมของพื้นที่มีสัมประสิทธิ์ความเสียดทานสถิต 0.2 เมื่อไม่มีแรงใด ๆ กระทำต่อมวลดังกล่าว

19. ปัญหา 1. แรงเสียดทานมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับสิ่งใด 1.1 พื้นผิวสัมผัส (พื้นผิวขรุขระ , พื้นผิวเรียบ) 1.2 น้ำหนักที่กดลงบนผิวสัมผัส ( น้ำหนักมาก , น้ำหนักน้อย) 2. ขณะที่ถุงทรายเริ่มเคลื่อนที่กับเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว แรงดึงถุงทรายเท่ากันหรือไม่ ไม่เท่ากัน

20. ตั้งสมมติฐาน ข้อ 1.1 ถ้าพื้นผิวสัมผัสมีผลต่อแรงเสียดทานแล้ว ผิวขรุขระจะมีแรงเสียดทานมากกว่าผิวเรียบ ข้อ 1.2 ถ้าน้ำหนักที่กดลงบนผิวสัมผัสมีผลต่อแรงเสียดทานแล้วน้ำหนักมากจะมีแรงเสียดทานมากกว่าน้ำหนักน้อย ข้อ 2 ถ้าออกแรงดึงถุงทรายขณะที่ถุงทรายเริ่มเคลื่อนที่กับเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวไม่เท่ากันแล้ว ออกแรงดึงถุงทรายขณะเริ่มเคลื่อนที่มีค่ามากกว่าขณะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว

21. กิจกรรมที่ 4 เรื่อง แรงเสียดทาน วันที่ ......................................... จุดประสงค์การทดลอง เพื่อทดสอบสมมติฐาน 2 ข้อ เกี่ยวกับแรงเสียดทาน วิธีทำ ลอกในหนังสือหน้า 20

22. ตารางบันทึกผลการทดลองตารางบันทึกผลการทดลอง

23. เมื่อหุ้มถุงทรายที่อยู่ล่างสุดด้วยพลาสติกเมื่อหุ้มถุงทรายที่อยู่ล่างสุดด้วยพลาสติก

24. คำถาม 1. ขณะถุงทรายวางนิ่งบนพื้นโต๊ะโดยที่ยังไม่ออกแรงดึงถุงทราย มีแรงใดกระทำต่อถุงทรายบ้าง จงเขียนแผนภาพประกอบ และแรงลัพธ์ที่กระทำต่อถุงทรายเป็นเท่าใด มีแรงโน้มถ่วงของโลก และแรงที่พื้นกระทำต่อถุงทราย

25. 2. ขณะออกแรงดึงถุงทราย แต่ถุงทรายไม่เคลื่อนที่ มีแรงใดกระทำต่อถุงทรายบ้าง จงเขียนแผนภาพประกอบ และแรงลัพธ์ที่กระทำต่อถุงทรายเป็นเท่าใด โดยมีแรงลัพธ์ที่กระทำต่อถุงทรายเป็นศูนย์

26. 3. ขณะออกแรงดึงถุงทรายให้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัว มีแรงใดกระทำต่อถุงทรายบ้าง จงเขียนแผนภาพประกอบ และแรงลัพธ์ที่กระทำต่อถุงทรายเป็นเท่าใด แรงลัพธ์ที่กระทำต่อถุงทรายเท่ากับศูนย์

27. 4. ขนาดของแรงที่ใช้ดึงถุงทรายมีค่าสูงสุดเท่าใด ขณะนั้นถุงทรายเคลื่อนที่หรือไม่ อย่างไร (ดูผลจากตารางการทดลอง) ขณะนั้นถุงทรายยังไม่เคลื่อนที่แต่กำลังจะเคลื่อนที่ แรงเสียดทานมีค่าสูงสุด 5. แรงเสียดทานเกิดขึ้นตรงส่วนใดของถุงทราย และมีทิศทางใด ระหว่างผิวถุงทรายกับพื้น และมีทิศทางตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของถุงทราย

28. 6. ในขณะที่ใช้แรงดึงถุงทรายมีค่าสูงสุด แรงเสียดทานที่กระทำต่อถุงทรายมีค่าเท่าใด ทราบได้อย่างไร ขณะที่ออกแรงดึงถุงทรายมีค่าสูงสุด แรงเสียดทานมีค่ามากที่สุด เช่น การดึงถึงทรายจำนวน 1 ถุง แรงดึงถุงทรายขณะที่ถุงทรายเริ่มจะเคลื่อนที่แรงดึงถุงทรายมีขนาดเท่ากับ 1.6 นิวตัน (ดูจากผลการทดลอง) 7. การเพิ่มจำนวนถุงทราย มีผลต่อแรงเสียดทานหรือไม่ อย่างไร การเพิ่มจำนวนถุงทรายมีผลทำให้แรงเสียดทานมีค่ามากขึ้น เนื่องจากเมื่อเพิ่มจำนวนถุงทราย จะทำให้แรงกดบนพื้นมากขึ้น ในขณะเดียวกันแรงที่พื้นกระทำต่อถุงทรายจะมีค่ามากขึ้น ดังนั้นขนาดของแรงเสียดทานจึงมีค่าเพิ่มขึ้น

29. 8. การหุ้มถุงทรายด้วยถุงพลาสติกมีผลต่อแรงเสียดทานหรือไม่ อย่างไร การหุ้มถุงทรายด้วยถุงพลาสติก จะทำให้ผิวสัมผัสเรียบและลื่นมากขึ้นจึงส่งผลให้แรงเสียดทานมีขนาดลดลง

30. สรุปผลการทดลอง 1. แรงเสียดทานเป็นแรงที่ต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุ เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัส มีทิศทางตรงข้ามกับทิศทางที่ผิวสัมผัสเคลื่อนที่ 2. แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะที่มีแรงกระทำแต่วัตถุยังไม่เคลื่อนที่เรียกว่า แรงเสียดทานสถิต ขนาดของแรงเสียดทานสถิตขึ้นกับขนาดของแรงภายนอกที่มากระทำ ลักษณะผิวสัมผัส และขนาดของแรงกระทำในแนวตั้งฉากกับผิวสัมผัส 3. แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะวัตถุกำลังเคลื่อนที่ เรียกว่าแรงเสียดทานจลน์ ขนาดของแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับลักษณะผิวสัมผัส และขนาดของแรงที่กระทำในแนวตั้งฉากกับผิวสัมผัส

31. ภาพ กระดูกข้อต่อ

32. ภาพ การเคลื่อนที่ของรถยนต์บนทางตรงและทางโค้ง Wคือ น้ำหนักของรถยนต์ (แรงที่โลกกระทำต่อรถยนต์) มีทิศลงในแนวดิ่ง Nคือ แรงที่พื้นถนนกระทำต่อรถยนต์ มีทิศขึ้นในแนวดิ่ง f1 คือ แรงเสียดทานระหว่างยางรถและพื้นถนน มีทิศทางเดียวกับทิศการ เคลื่อนที่