แรงเสียดทาน คืออะไร จำแนกเป็นกี่ประเภท และเรานำแรงเสียดทานมาประยุกต์ใช้อย่างไร

แรงเสียดทาน (Friction)

แรงเสียดทาน (Friction) คือแรงต้านการเคลื่อนที่บนผิวสัมผัสที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุ หรือแรงที่ต้านทานการเคลื่อนที่ของวัตถุไปบนพื้นผิวสัมผัส ซึ่งส่งผลให้วัตถุดังกล่าวเคลื่อนที่ช้าลงหรือหยุดนิ่งไปในท้ายที่สุด ดังนั้น แรงเสียดทานจึงมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ และมีขนาดขึ้นอยู่กับ ลักษณะของพื้นผิวสัมผัส และ แรงหรือน้ำหนัก ที่กระทำในลักษณะตั้งฉากต่อพื้นผิวดังกล่าว หากแรงกดตั้งฉากกับผิวสัมผัสมีขนาดมากเท่าใดย่อมส่งผลให้เกิดแรงเสียดทานมากขึ้นเท่านั้น

แรงเสียดทาน, กฏของแรงเสียทาน, ชนิดของแรงเสียดทาน,

ประเภทของแรงเสียดทาน

แรงเสียดทานจำแนกออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่

แรงเสียดทานชนิดแห้ง (Dry Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจากการสัมผัสกันของวัตถุที่มีสถานะเป็นของแข็ง โดยแรงเสียดทานชนิดแห้งสามารถจำแนกออกเป็น 2 ชนิดย่อย คือ

  • แรงเสียดทานสถิต (Static Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วหยุดนิ่งอยู่กับที่
  • แรงเสียดทานจลน์ (Kinetic Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุ ในสภาวะที่วัตถุได้รับแรงกระทำแล้วเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่

แรงเสียดทาน, กฏของแรงเสียทาน, ชนิดของแรงเสียดทาน,

แรงเสียดทานในของไหล (Fluid Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของวัตถุในของไหล (Fluid) หรือการเคลื่อนที่ของวัตถุในสสารที่มีสถานะเป็นของเหลวและก๊าซ เช่น ความต้านทานของอากาศที่กระทำต่อเครื่องบินหรือการต้านทานของน้ำที่กระทำต่อเรือ เป็นต้น

แรงเสียดทานจากการหมุน (Rolling Friction) คือแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของวัตถุทรงกลมหรือมีพื้นผิวกลมมนบนพื้นผิวสัมผัส เช่น การเคลื่อนที่ของลูกบอลหรือล้อรถบนถนน

ประโยชน์ของแรงเสียดทาน

แรงเสียดทานมีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวันของมนุษย์มายาวนาน ตั้งแต่ยุคสมัยของการริเริ่มจุดไฟ การนำหินมากระทบกัน หรือการนำกิ่งไม้แห้งมาขัดสีเพื่อสร้างประกายไฟ ต่างเป็นผลมาจากการใช้ประโยชน์ของแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างวัตถุ ทำให้พลังงานการเคลื่อนที่บางส่วนถูกแปรเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน

แรงเสียดทาน, กฏของแรงเสียทาน, ชนิดของแรงเสียดทาน,

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


ข้อมูลอ้างอิง

Live Science – https://www.livescience.com/37161-what-is-friction.html

ทรูปลูกปัญญา – https://www.trueplookpanya.com/knowledge/content/65012/-sciphy-sci-

โรงเรียนบุรีรัมย์พิทยาคม – http://cms575.bps.in.th/group13/on-friction

Technological Solutions, Inc. – https://www.ducksters.com/science/friction.php


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ: แรงและการเคลื่อนที่

เรื่องแนะนำ

ดวงจันทร์ : ย้อนรอยภารกิจ 50 ปี มนุษย์คนแรกบนดวงจันทร์ 

ดวงจันทร์คือสนามประลองและจุดหมายปลายทางของการแข่งขันสู่ห่วงอวกาศในศตวรรษที่ 20 และในที่สุดเมื่อเดือนกรกฎาคม ปี 1969 หรือ 50 ปีก่อน มนุษย์คนแรกก็สามารถขึ้นไปเดินบนดวงจันทร์ได้ ความสำเร็จของภารกิจอะพอลโล 11 ที่เกิดขึ้นหลังการบินครั้งแรกของพี่น้องตระกูลไรต์เพียง 66 ปี เป็นการประกาศความเก่งกาจและฉลาดเฉลียวของมนุษยชาติ

ฮีตสโตรก : อาการและวิธีการดูแลรักษาเบื้องต้น

อาการ ฮีตสโตรก ความเจ็บป่วยที่มาพร้อมกับอากาศร้อน โดยบางครั้งเราไม่อาจทันตั้งตัว   ฮีตสโตรก (Heat stroke) หรือโรคลมแดด เป็นหนึ่งในภาวะฉุกเฉินทางการแพทย์ อันเป็นผลมาจากร่างกายได้รับความร้อนสูง ฮีตสโตรกอาจสร้างความเสียหายแก่สมองรวมถึงอวัยวะภายในอื่นๆ และอาจส่งผลถึงชีวิตได้ แม้ว่าส่วนใหญ่ผู้สูงอายุมีความเสี่ยงต่อการเกิดฮีตสโตรกมากกว่าวัยอื่น แต่ฮีตสโตรกยังสามารถเกิดกับคนอายุน้อยที่สุขภาพแข็งแรงได้ อาการฮีตโสตรกมักเกิดขึ้นร่วมกับอาการอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสอากาศร้อน เช่น การเกิดตะคริวจากอากาศร้อน หรือเป็นลมจากการอยู่กลางแจ้งเป็นเวลานาน เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ร่างกายอาจเกิดอาการฮีตสโตรกได้ แม้ว่าไม่มีสัญญาณทางร่างกายใดๆ บ่งบอกล่วงหน้า อาการฮีตสโตรกเกิดจากการใช้เวลาท่ามกลางอากาศร้อนเป็นเวลานาน โดยทั่วไปมักมีภาวะร่างกายเสียน้ำร่วมด้วย ซึ่งส่งผลให้ศูนย์การควบคุมอุณหภูมิของร่างกายล้มเหลว ในทางการแพทย์จำกัดความอาการฮีตสโตรกไว้ว่า ภาวะที่อุณหภูมิแกนกลางของร่างกายมีค่าสูงเกิน 40 องศาเซลเซียส ซึ่งเกี่ยวข้องกับระบบประสาทส่วนกลาง มักเกิดขึ้นหลังจากร่างกายได้รับอุณหภูมิสูง อาการที่ปรากฏส่วนใหญ่คือ รู้สึกคลื่นไส้ ชักเกร็ง เวียนหัว ตาพร่า และบางรายอาจหมดสติและโคมา การดูแลรักษาเบื้องต้นสำหรับผู้มีอาการฮีตสโตรก หากคุณอยู่ในเหตุการณ์ที่ผู้ป่วยมีอาการฮีตสโตรก ควรโทรแจ้งโรงพยาบาล หรือหน่วยกู้ชีพทันที ในระหว่างรอเจ้าหน้าที่มาถึง ให้เคลื่อนย้ายผู้ป่วยไปยังบริเวณที่มีอากาศถ่ายเท หรือมีอากาศเย็น และอยู่ภายใต้ร่มเงา วิธีที่ช่วยลดอุณภูมิร่างกายผู้ป่วย – เช็ดตัวหรือทำให้ตัวผู้ป่วยเปียกด้วยน้ำ และเปิดพัดลมเพื่อช่วยระบายความร้อนออกทางผิวหนัง – ประคบด้วยน้ำแข็งในบริเวณข้อต่อหรือข้อพับต่างๆ และบริเวณลำคอ […]

การควบแน่น (Condensation)

การควบแน่น (Condensation) คือกระบวนการหนึ่งในการเปลี่ยนแปลงสถานะทางกายภาพของสสาร เป็นกระบวนการที่สสารเปลี่ยนจากสถานะก๊าซเป็นของเหลว การควบแน่นยังเป็นกระบวนการที่สำคัญยิ่งในวัฏจักรน้ำ (Water Cycle) ซึ่งก่อให้เกิดเมฆและฝนในชั้นบรรยากาศโลก รวมถึงเป็นจุดเริ่มต้นของการนำน้ำกลับลงสู่พื้นดินอีกครั้ง ในวัฏจักรน้ำ การควบแน่นหมายถึงการเปลี่ยนแปลงสถานะจากไอน้ำ (Vapor) เป็นน้ำในสถานะของเหลวเนื่องจากการเย็นตัวลงหรือสูญเสียพลังงานความร้อนส่งผลให้อนุภาคในองค์ประกอบของไอน้ำหรือสสารในสถานะของก๊าซเคลื่อนที่ได้ช้าลงเกิดแรงดึงดูดหรือแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมากขึ้นจนเกิดเป็นหยดน้ำ การควบแน่นจึงถือเป็นกระบวนการตรงกันข้ามกับ “การระเหย” (Vaporization) หรือกระบวนการการเปลี่ยนสถานะของสสารจากของเหลวไปเป็นก๊าซ การควบแน่นสามารถเกิดขึ้นได้จากอากาศเย็นลงจนถึงจุดน้ำค้าง(Dew Point) และเมื่ออากาศอิ่มตัว(Saturated) จากการสะสมไอน้ำในปริมาณมากจนไม่สามารถกักไอน้ำไว้ได้อีกการควบแน่นจึงก่อให้เกิดการก่อตัวของเมฆและฝนในชั้นบรรยากาศโลก รวมถึงหมอกบนพื้นดินอีกด้วย จุดน้ำค้าง (Dew Point) จุดน้ำค้างหมายถึงจุดของอุณหภูมิที่ก่อให้เกิดการกลั่นตัวของไอน้ำ เนื่องจากในอากาศมีไอน้ำปริมาณมากและอุณหภูมิของอากาศลดต่ำลง จึงก่อให้เกิดการกลั่นตัวของหยดน้ำหรือน้ำค้างตามธรรมชาติ การก่อตัวของหยดน้ำจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของอากาศสามารถพบเห็นได้ทั่วไปในชีวิตประจำวัน เช่น ละอองน้ำที่เกาะตามหน้าต่างรถยนต์ และสนามหญ้าในช่วงเช้ามืด นอกจากนี้ จุดน้ำค้างยังเป็นตัวตรวจวัดความชื้นหรือ “ความชื้นสัมพัทธ์” (Relative Humidity) ในอากาศที่มีประสิทธิภาพ เมื่อจุดน้ำค้างมีค่าสูงแสดงว่าในอากาศมีไอน้ำปริมาณมาก แต่เมื่ออุณหภูมิ ณ จุดน้ำค้างมีค่าเท่ากันกับอุณหภูมิของอากาศ แสดงให้เห็นว่าในขณะนั้น อากาศอิ่มตัวจากไอน้ำในปริมาณมาก ส่งผลให้ความชื้นสัมพัทธ์มีค่าสูงสุด (100 เปอร์เซ็นต์) การอิ่มตัว (Saturation) และการเกิดเมฆ เมฆ (Cloud) เป็นการรวมตัวกันของหยดน้ำปริมาณมากในชั้นบรรยากาศโลกจากโมเลกุลของไอน้ำที่กระจัดกระจายอยู่ทั่วไปในอากาศ เมื่อเกิดการรวมตัวกันของไอน้ำปริมาณมาก จะสะสมจนเกิดเป็นก้อนเมฆ […]

ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูอื่นเพราะเหตุใด

เรามักจะรู้สึกว่า ช่วงวันเวลาของ ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูอื่นๆ เหตุการณ์นี้สังเกตเห็นได้อย่างชัดเจนในประเทศแถบซีกโลกเหนือ ส่วนประเทศในเขตร้อนที่อยู่ใกล้แนวเส้นศูนย์สูตร อาจจะไม่เห็นความแตกต่างมากนัก สำหรับเหตุการณ์ ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูกาลอื่นนั้นมีคำตอบอยู่ที่ มุมเอียงของแกนโลก และการโคจรรอบดวงอาทิตย์ เพราะแกนโลกเอียง เมื่อเรามองโลกจากห้วงอวกาศ เราจะเห็นว่าโลกมีลักษณะเป็นทรงเกือบกลม อย่างไรก็ตาม โลกของเราไม่ได้ตั้งเป็นแนวตรงเสียทีเดียว แต่มีมุมเอียงประมาณ 23.5 องศา เนื่องจากการเอียงของแกนโลก ประกอบกับการโคจรรอบดวงอาาทิตย์ จึงทำให้ซีกหนึ่งของโลกเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ และอีกซีกหนึ่งเอียงออกห่างดวงอาทิตย์ เหตุเพราะแกนโลกเอียง จึงทำให้แสงอาทิตย์ส่องกระทบแตกต่างกันในแต่ละฤดูกาล ในช่วงฤดูร้อน ซีกโลกเหนือจะเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ ซึ่งส่งผลให้มีช่วงกลาววันที่ยาวนาน แต่ในฤดูหนาว ซีกโลกเหนือเอียงออกห่างจากดวงอาทิตย์ จึงเป็นผลให้มีช่วงกลางวันที่สั้นกว่าฤดูร้อน รวมไปถึงอุณหภูมิก็จะลดต่ำลงในช่วงฤดูหนาวด้วย เนื่องจากรังสีจากดวงอาทิตย์ตกกระทบยังซีกโลกเหนือน้อยลง แล้วเป็นเช่นนี้เหมือนกันทั้งโลกเลยหรือ ในขณะที่เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นที่ซีกโลกเหนือ แต่ไม่ใช่จะเกิดขึ้นกับพื้นที่อื่นๆ ของโลก ในซีกโลกใต้จะให้ผลในทางตรงกันข้าม หรือประเทศที่อยู่แถบเส้นศูนย์สูตร ช่วงเวลากลางวันและกลางคืนแทบไม่แตกต่างกัน เรื่องที่น่าสนใจคือ ในระหว่างช่วงฤดูหนาวที่หลายประเทศต้องเผชิญกับช่วงกลางคืนที่ยาวนาน แต่บางพื้นที่ต้องพบกับความมืดมิดตลอดทั้งวันและคืน เช่น เมืองทรอมโซ ประเทศนอร์เวย์ เนื่องจากพื้นที่ดังกล่าวเอียงออกห่างจากดวงอาทิตย์จนแสงอาทิตย์เดินทางไปไม่ถึง สำหรับประเทศไทยที่อยู่ตั้งอยู่ใกล้กับแนวเส้นศูนย์สูตร ช่วงเวลากลางวันและกลางคืนในฤดูอาจไม่แตกต่างกันมากอย่างประเทศในเขตอบอุ่น เนื่องจากได้รับแสงแดดตลอดทั้งปี แม้จะรู้สึกได้บ้างในช่วงฤดูหนาวในประเทศไทย ที่คนส่วนใหญ่จะรู้สึกว่ามืดเร็วกกว่าฤดูอื่นๆ แต่ก็ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการดำรงชีวิตประจำวัน แตกต่างกับประเทศในซีกโลกเหนือ […]