แรงเสียดทาน ยังคงเป็นตัวแปรสำคัญในการประดิษฐ์และสร้างสรรค์สิ่งของมากมายโดยเฉพาะในอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์ หรือยานพาหนะต่างๆ ในอดีต
แรงเสียดทาน (Friction) คือแรงต้านการเคลื่อนที่บนผิวสัมผัสที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุ หรือแรงที่ต้านทานการเคลื่อนที่ของวัตถุไปบนพื้นผิวสัมผัส ซึ่งส่งผลให้วัตถุดังกล่าวเคลื่อนที่ช้าลงหรือหยุดนิ่งไปในท้ายที่สุด
ดังนั้น แรงเสียดทานจึงมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ และมีขนาดขึ้นอยู่กับ ลักษณะของพื้นผิวสัมผัส และ แรงหรือน้ำหนัก ที่กระทำในลักษณะตั้งฉากต่อพื้นผิวดังกล่าว หากแรงกดตั้งฉากกับผิวสัมผัสมีขนาดมากเท่าใดย่อมส่งผลให้เกิดแรงเสียดทานมากขึ้นเท่านั้น
ประเภทของ แรงเสียดทาน
แรงเสียดทานจำแนกออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่
แรงเสียดทานชนิดแห้ง (Dry Friction)
คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจากการสัมผัสกันของวัตถุที่มีสถานะเป็นของแข็ง โดยแรงเสียดทานชนิดแห้งสามารถจำแนกออกเป็น 2 ชนิดย่อย คือ
- แรงเสียดทานสถิต (Static Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วหยุดนิ่งอยู่กับที่
- แรงเสียดทานจลน์ (Kinetic Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่
แรงเสียดทานในของไหล (Fluid Friction)
คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของวัตถุในของไหล (Fluid) หรือการเคลื่อนที่ของวัตถุในสสารที่มีสถานะเป็นของเหลวและก๊าซ เช่น ความต้านทานของอากาศที่กระทำต่อเครื่องบินหรือการต้านทานของน้ำที่กระทำต่อเรือ เป็นต้น
แรงเสียดทานจากการหมุน (Rolling Friction)
คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของวัตถุทรงกลมหรือมีพื้นผิวกลมมนบนพื้นผิวสัมผัส เช่น การเคลื่อนที่ของลูกบอลหรือล้อรถบนถนน
ประโยชน์ของ แรงเสียดทาน
แรงเสียดทานมีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวันของมนุษย์มายาวนาน ตั้งแต่ยุคสมัยของการริเริ่มจุดไฟ การนำหินมากระทบกัน หรือการนำกิ่งไม้แห้งมาขัดสีเพื่อสร้างประกายไฟ ต่างเป็นผลมาจากการใช้ประโยชน์ของแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุ ทำให้พลังงานการเคลื่อนที่บางส่วนถูกแปรเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน
ปัจจุบัน แรงเสียดทานยังคงเป็นตัวแปรสำคัญในการประดิษฐ์และสร้างสรรค์สิ่งของมากมายโดยเฉพาะในอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์หรือยานพาหนะต่างๆ ในอดีต มนุษย์มีการนำท่อนไม้ทรงกลมมาใช้แทนล้อหรือการนำท่อนไม้มาประดิษฐ์เป็นล้อเกวียน จนกระทั่งสามารถประดิษฐ์ล้อรถยนต์ในท้ายที่สุด วัตถุทรงกลมเหล่านี้ถูกนำมาใช้เพื่อลดแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวและยังใช้แรงเสียดทานให้เป็นประโยชน์ในการหมุนวงล้อไปข้างหน้า เช่นเดียวกับความสามารถในการยึดเกาะบนพื้นผิวสัมผัสที่ทำให้เราบังคับทั้งทิศทางและการเคลื่อนที่ของวัตถุได้ตามต้องการ ดังนั้น หากโลกของเราปราศจากแรงเสียดทาน สสารและวัตถุต่างๆ รวมไปถึงสิ่งมีชีวิต จะไม่สามารถเคลื่อนที่หรือหยุดนิ่งลงตามที่ต้องการได้เลย
สมบัติของแรงเสียดทาน
1. แรงเสียดทานมีค่าเป็นศูนย์ เมื่อวัตถุไม่มีแรงภายนอกมากระทำ
2. ขณะที่มีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ และวัตถุยังไม่เคลื่อนที่ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นมีขนาดต่างๆ กัน ตามขนาดของแรงที่มากระทำ และแรงเสียดทานที่มีค่ามากที่สุดคือ แรงเสียดทานสถิต เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุเริ่มเคลื่อนที่
3. แรงเสียดทานมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ
4. แรงเสียดทานสถิตมีค่าสูงกว่าแรงเสียดทานจลน์เล็กน้อย
5. แรงเสียดทานจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวสัมผัส ผิวสัมผัสหยาบหรือขรุขระจะมีแรงเสียดทานมากกว่าผิวเรียบและลื่น
6. แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับน้ำหนักหรือแรงกดของวัตถุที่กดลงบนพื้น ถ้าน้ำหนักหรือแรงกดมากแรงเสียดทานก็จะมากขึ้นด้วย
7. แรงเสียดทานไม่ขึ้นอยู่กับขนาดหรือพื้นที่ของผิวสัมผัส
การลดแรงเสียดทาน
การลดแรงเสียดทานสามารถทำได้หลายวิธีดังนี้
1. การใช้น้ำมันหล่อลื่นหรือจาระบี
2. การใช้ระบบลูกปืน
3. การใช้อุปกรณ์ต่างๆ เช่น ตลับลูกปืน
4. การออกแบบรูปร่างของยานพาหนะให้เพรียวลมทำให้ลดแรงเสียดทาน
การเพิ่มแรงเสียดทาน
การเพิ่มแรงเสียดทานในด้านความปลอดภัยของมนุษย์ เช่น
1. ยางรถยนต์มีดอกยางเป็นลวดลาย มีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มแรงเสียดทานระหว่างล้อกับถนน ดังรูป
2. การหยุดรถต้องเพิ่มแรงเสียดทานที่เบรก เพื่อหยุดหรือทำให้รถแล่นช้าลง
3. รองเท้าบริเวณพื้นต้องมีลวดลาย เพื่อเพิ่มแรงเสียดทานทำให้เวลาเดินไม่ลื่นหกล้มได้ง่าย
4. การปูพื้นห้องน้ำควรใช้กระเบื้องที่มีผิวขรุขระ เพื่อช่วยเพิ่มแรงเสียดทาน เวลาเปียกน้ำจะได้ไม่ลื่นล้ม
สืบค้นและเรียบเรียง คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ และณภัทรดนัย
ข้อมูลอ้างอิง
https://www.livescience.com/37161-what-is-friction.html
https://www.trueplookpanya.com/knowledge/content/65012/-sciphy-sci-
http://cms575.bps.in.th/group13/on-friction
https://www.ducksters.com/science/friction.php
เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ: แรงและการเคลื่อนที่
