Tout contact entre deux corps produit une force de frottement. Dans ce cas, peu importe dans quel état global de la matière se trouvent les corps, qu'ils se déplacent les uns par rapport aux autres ou qu'ils soient au repos. Dans cet article, nous examinerons brièvement quels types de friction existent dans la nature et la technologie.
Frottement au repos
Pour beaucoup, cela peut être une idée étrange que le frottement des corps existe même lorsqu'ils sont au repos les uns par rapport aux autres. De plus, cette force de frottement est la plus grande force parmi les autres types. Il se manifeste lorsque nous essayons de déplacer un objet. Il peut s'agir d'un bloc de bois, d'une pierre ou même d'une roue.
La raison de l'existence de la force de frottement statique est la présence d'irrégularités sur les surfaces de contact, qui interagissent mécaniquement les unes avec les autres selon le principe pic-creux.
La force de frottement statique est calculée à l'aide de la formule suivante:
Ft1=µtN
Ici N est la réaction du support avec lequel la surface agit sur le corps le long de la normale. Le paramètre µt est le coefficient de frottement. Ça dépend dele matériau des surfaces en contact, la qualité du traitement de ces surfaces, leur température et certains autres facteurs.
La formule écrite montre que la force de frottement statique ne dépend pas de la surface de contact. L'expression pour Ft1 vous permet de calculer la force dite maximale. Dans un certain nombre de cas pratiques, Ft1 n'est pas le maximum. Elle est toujours égale en amplitude à la force externe qui cherche à sortir le corps du repos.
La friction au repos joue un rôle important dans la vie. Grâce à cela, nous pouvons nous déplacer sur le sol en le repoussant avec la plante des pieds, sans glisser. Tous les corps qui se trouvent sur des plans inclinés vers l'horizon ne glissent pas en raison de la force Ft1.
Frottement lors du glissement
Un autre type de friction important pour une personne se manifeste lorsqu'un corps glisse sur la surface d'un autre. Ce frottement survient pour la même raison physique que le frottement statique. De plus, sa force est calculée à l'aide d'une formule similaire.
Ft2=µkN
La seule différence avec la formule précédente est l'utilisation de coefficients différents pour le frottement de glissement µk. Les coefficients µk sont toujours inférieurs à des paramètres similaires pour le frottement statique pour la même paire de surfaces frottantes. En pratique, ce fait se manifeste comme suit: une augmentation progressive de la force externe entraîne une augmentation de la valeur de Ft1 jusqu'à ce qu'elle atteigne sa valeur maximale. Après cela, ellechute brusquement de plusieurs dizaines de pour cent jusqu'à la valeur Ft2 et est maintenue constante pendant le mouvement du corps.
Coefficient µk dépend des mêmes facteurs que le paramètre µt pour le frottement statique. La force de frottement de glissement Ft2 ne dépend pratiquement pas de la vitesse de déplacement des corps. Ce n'est qu'à grande vitesse qu'il devient perceptible de diminuer.
L'importance du frottement de glissement pour la vie humaine peut être vue dans des exemples tels que le ski ou le patinage. Dans ces cas, le coefficient µk est réduit en modifiant les surfaces frottantes. Au contraire, l'aspersion des routes avec du sel et du sable vise à augmenter les valeurs des coefficients µk et µt.
Frottement de roulement
C'est l'un des types de friction importants pour le fonctionnement de la technologie moderne. Il est présent lors de la rotation des roulements et du mouvement des roues des véhicules. Contrairement au frottement de glissement et de repos, le frottement de roulement est dû à la déformation de la roue lors du mouvement. Cette déformation, qui se produit dans la région élastique, dissipe de l'énergie en raison de l'hystérésis, se manifestant par une force de frottement lors du mouvement.
Le calcul de la force de frottement de roulement maximale est effectué selon la formule:
Ft3=d/RN
C'est-à-dire que la force Ft3, comme les forces Ft1 et Ft2, est directement proportionnel à la réaction du support. Cependant, il dépend également de la dureté des matériaux en contact et du rayon de roue R. La valeurd est appelé coefficient de résistance au roulement. Contrairement aux coefficients µk et µt, d a pour dimension la longueur.
En règle générale, le rapport sans dimension d/R s'avère être inférieur de 1 à 2 ordres de grandeur à la valeur µk. Cela signifie que le mouvement des corps à l'aide du roulement est beaucoup plus énergétiquement favorable qu'à l'aide du glissement. C'est pourquoi le frottement par roulement est utilisé sur toutes les surfaces frottantes des mécanismes et des machines.
Angle de frottement
Les trois types de manifestations de frottement décrites ci-dessus sont caractérisées par une certaine force de frottement Ft, qui est directement proportionnelle à N. Les deux forces sont dirigées à angle droit l'une par rapport à l'autre. L'angle que leur somme vectorielle forme avec la normale à la surface s'appelle l'angle de frottement. Pour comprendre son importance, utilisons cette définition et écrivons-la sous forme mathématique, nous obtenons:
Ft=kN;
tg(θ)=Ft/N=k
Ainsi, la tangente de l'angle de frottement θ est égale au coefficient de frottement k pour un type de force donné. Cela signifie que plus l'angle θ est grand, plus la force de frottement elle-même est grande.
Frottement dans les liquides et les gaz
Lorsqu'un corps solide se déplace dans un milieu gazeux ou liquide, il entre constamment en collision avec des particules de ce milieu. Ces collisions, accompagnées d'une perte de vitesse du corps rigide, sont la cause du frottement dans les substances fluides.
Ce type de frottement dépend fortement de la vitesse. Ainsi, à des vitesses relativement faibles, la force de frottements'avère être directement proportionnel à la vitesse de déplacement v, alors qu'à grande vitesse on parle de proportionnalité v2.
Il existe de nombreux exemples de ces frictions, du mouvement des bateaux et des navires au vol des avions.
