แรงเสียดทานแบบเลื่อนกับแรงเสียดทานแบบกลิ้ง: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

แรงเสียดทานแบบเลื่อนและแรงเสียดทานแบบหมุนเป็นแรงเสียดทานสองประเภทที่ทำงานกับการเคลื่อนที่ของวัตถุบนพื้นผิว แรงเสียดทานคือแรงที่ป้องกันไม่ให้วัตถุที่อยู่ติดกันเลื่อนเข้าหากัน

แรงเสียดทานจากการกลิ้งนั้นวิเคราะห์ได้ยากกว่าแรงเสียดทานจากการเลื่อน แรงเสียดทานจากการกลิ้งจะต่ำกว่าแรงเสียดทานจลน์ที่เกี่ยวข้องกับการเลื่อน

ประเด็นที่สำคัญ

1. แรงเสียดทานแบบเลื่อนและแบบกลิ้งเป็นแรงเสียดทานทั้งสองประเภทที่เกิดขึ้นเมื่อพื้นผิวทั้งสองสัมผัสกันและต้านทานการเคลื่อนไหว
2. แรงเสียดทานจากการเลื่อนเกิดขึ้นเมื่อพื้นผิวทั้งสองเลื่อนเข้าหากัน ทำให้เกิดความร้อนและการสึกหรอ ในขณะที่แรงเสียดทานจากการกลิ้งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุทรงกลมกลิ้งไปบนพื้นผิว ทำให้เกิดการเสียดสีและการสึกหรอน้อยลง
3. แรงเสียดทานจากการกลิ้งมีค่าต่ำกว่าแรงเสียดทานจากการเลื่อน และมีหน้าที่ทำให้วัตถุต่างๆ เช่น ล้อ แบริ่ง และเกียร์เคลื่อนที่ได้อย่างราบรื่น

แรงเสียดทานแบบเลื่อน vs แรงเสียดทานแบบกลิ้ง

ความแตกต่างระหว่างแรงเสียดทานแบบเลื่อนและแรงเสียดทานแบบกลิ้งก็คือ แรงเสียดทานแบบเลื่อนจะเกิดขึ้นทุกครั้งที่มีการสัมผัสกันเสียดสีกับอีกพื้นผิวหนึ่ง แต่แรงเสียดทานแบบกลิ้งจะเกิดขึ้นเมื่อเอนทิตีกลิ้งไปบนพื้นผิวอื่น แรงเสียดทานจากการเลื่อนสามารถจำแนกได้เป็นรูปแบบหนึ่งของแรงเสียดทาน แต่แรงเสียดทานจากการกลิ้งไม่ใช่รูปแบบหนึ่ง

แรงเสียดทานจากการเลื่อนเป็นแนวคิดที่เรียบง่ายพร้อมการใช้งานมากมาย เราไม่สามารถหาพื้นผิวเรียบได้ ชีวิตจริง. เนื่องจากความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างพื้นผิวทั้งสองที่อยู่ติดกัน เมื่อวัตถุเลื่อนบนพื้นผิวใดๆ วัตถุนั้นจะได้รับแรงถอยหลัง

แรงเสียดทานของการเลื่อนเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่เสมอ เมื่อใดก็ตามที่เราพยายามเลื่อนวัตถุบนพื้นเรียบ เช่น ตู้ เราจะพบกับแรงเสียดทานในการเลื่อน

การสร้างวงล้อวงกลมถือได้ว่าเป็น สันปันน้ำ ช่วงเวลาในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ ล้อแรกเกิดจากความจำเป็นในการหมุนวัตถุ แรงเสียดทานจากการกลิ้งคือแรงที่ต้านทานการเคลื่อนไหวเมื่อใดก็ตามที่วัตถุกลิ้งไปบนพื้นผิว

ตามหลักการแล้ว เมื่อสิ่งของกลิ้งไปมาอย่างราบรื่นบนพื้นผิว จะไม่มีแรงเสียดทานเลื่อนไปมาระหว่างพื้นผิวที่สัมผัสกัน อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ ทั้งตัวถังและพื้นผิวโค้งงอเนื่องจากคุณสมบัติยืดหยุ่น

ตารางเปรียบเทียบ

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	แรงเสียดทานเลื่อน	แรงเสียดทานกลิ้ง
เกิดขึ้นเมื่อวันที่	สิ่งนี้เกิดขึ้นจากความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของการกระแทกเล็กน้อยบนพื้นผิว	สิ่งนี้เกิดขึ้นจากการบิดเบี้ยวของพื้นผิว
ประเภทของแรงเสียดทาน	แรงเสียดทานแบบเลื่อนเป็นแรงเสียดทานประเภทหนึ่งที่สามารถรับได้	แรงเสียดทานจากการหมุนเป็นรูปแบบหนึ่งของแรงเสียดทาน ไม่ใช่แรงต้านทาน สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าแรงต้านทั้งหมดไม่ใช่แรงเสียดทาน
การพึ่งพาค่าสัมประสิทธิ์	ปริมาณความร้อนที่เข้าถึงได้เพียงเล็กน้อยและโครงสร้างของพื้นผิวมีผลกระทบต่อค่าสัมประสิทธิ์ ซึ่งไม่ได้เกิดจากผลกระทบภายนอกเพียงอย่างเดียว	รัศมีของวัตถุที่กลิ้ง ความลึกที่วัตถุลดระดับลง โครงสร้างของชั้นผิว และองค์ประกอบอื่น ๆ ล้วนมีอิทธิพลต่อค่าสัมประสิทธิ์
ประเภทของการต่อต้าน	เพื่อหยุดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ แรงเสียดทานในการเลื่อนทำงานเป็นปัจจัยภายนอกที่คงที่ตลอดพื้นที่สัมผัส	แรงเสียดทานจากการหมุนเป็นแรงที่สร้างแรงบิดย้อนกลับเพื่อพยายามป้องกันการเคลื่อนที่ของการหมุน
ขนาดของความต้านทาน	แรงเสียดทานแบบเลื่อนระหว่างทั้งเพลาและล้อถูกแทนที่ด้วยแรงเสียดทานแบบหมุนสำหรับพื้นที่การใช้งานส่วนใหญ่โดยใช้ตลับลูกปืน	เมื่อเทียบกับแรงเสียดทานแบบเลื่อน แรงเสียดทานแบบกลิ้งจะต่ำกว่ามาก

แรงเสียดทานแบบเลื่อนคืออะไร?

แรงเสียดทานระหว่างวัตถุทั้งสองที่เสียดสีกันเรียกว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อน การปรากฏตัวของนูนเล็ก ๆ บนพื้นผิวทำให้เกิดแรงเสียดทานในการเลื่อน

ส่วนที่ยื่นออกมาจะเกิดขึ้นเมื่อพื้นผิวทั้งสองเคลื่อนที่ชนกัน และต้องใช้แรงงานคนในการทำให้วัตถุเคลื่อนที่ เราไม่ได้ทำงานต้านแรงโน้มถ่วงที่นี่ ดังนั้นความต้านทานที่เรารับรู้นั้นเกิดจากการเสียดสีแบบเลื่อน

นอกจากนี้ ในสภาวะคงที่ แรงที่ใช้เพื่อพยายามเลื่อนสิ่งของจะเท่ากับแรงเสียดทานที่กระทำกับวัตถุนั้นเสมอ เมื่อเราเพิ่มแรงที่ใช้ไปเรื่อย ๆ วัตถุจะเริ่มเคลื่อนไปในทิศทางของปัจจัยภายนอกในบางจุด

การเลื่อนสามารถเกิดขึ้นระหว่างสิ่งของสองชิ้นที่มีรูปร่างใดก็ได้ แต่แรงเสียดทานจากการกลิ้งคือแรงเสียดทานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่แบบหมุน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากการหมุนจะต่ำกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากการเลื่อนมาก มันผลิตผลพลอยได้ทางเสียงและความร้อนมากขึ้น

มีข้อยกเว้นบางประการ เช่น โลหะที่มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบสถิตและแบบเลื่อนต่างกัน และพื้นผิวขนาดเล็กที่แรงดึงดูดของโมเลกุลมีความสำคัญเหนือกว่า

ถูกกำหนดโดยปัจจัยสองประการ ปัจจัยหนึ่งคือสสารของวัตถุ และอีกปัจจัยหนึ่งคือน้ำหนักของวัตถุ การเพิ่มพื้นที่สัมผัสจะไม่ส่งผลต่อแรงเสียดทานแบบเลื่อน

แรงเสียดทานกลิ้งคืออะไร?

เมื่อใดก็ตามที่พื้นผิวของวัตถุชิ้นหนึ่งถูกับพื้นผิวของอีกชิ้นหนึ่ง แรงเสียดทานแบบหมุนจะเกิดขึ้น การโก่งตัวที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวเมื่อเกิดการหมุนเป็นที่มาของแรงนี้

ฮิสทีเรียเป็นปัจจัยสำคัญ: พลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อพื้นผิวกลับคืนสู่รูปร่างเดิมหลังจากการเสียรูปจะน้อยกว่าพลังงานที่ใช้เพื่อทำให้เกิดการเสียรูปในตอนแรก

เมื่อเทียบกับแรงเสียดทานแบบเลื่อน จะพบว่าแรงเสียดทานแบบหมุนต่ำกว่ามาก ตัวอย่างเช่น ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนระหว่างยางมะตอยแห้งกับยางคือ 0.68 ในขณะที่ค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านการหมุนของยางสำหรับถนนคือ 0.01-0.035 อย่างไรก็ตาม สมการเวอร์ชันนี้ทำให้เข้าใจผิด

ในความเป็นจริง "ค่าสัมประสิทธิ์" ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ มากมาย พิจารณาก รถจักรยาน ล้อบนแอสฟัลต์ แทนที่จะเป็นจุดติดต่อ เรามีพื้นที่ติดต่อดังกล่าว ล้อยืดออกตรงจุดที่สัมผัสกับพรม เกิดเป็นร่องตื้นบนพื้นผิว

แรงดังกล่าวจึงกระจายไปทั่วบริเวณที่สัมผัส และในที่สุดเวกเตอร์ปฏิกิริยาจะรวมตัวกันที่ร่องลึกซึ่งตรงข้ามกับการเคลื่อนที่

แนวคิดนี้สามารถนำไปใช้กับยางฝึกซ้อมบนรางได้ เหล็กมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนรูปน้อยกว่ายาง เป็นผลให้แรงเสียดทานในการหมุนของล้อรถไฟต่ำกว่าล้อจักรยาน

ความแตกต่างหลักระหว่างแรงเสียดทานแบบเลื่อนและแรงเสียดทานแบบกลิ้ง

1. แรงเสียดทานแบบเลื่อนเกิดจากความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของการกระแทกเล็กๆ บนพื้นผิว อันเป็นผลมาจากการเสียรูปของพื้นผิว แรงเสียดทานจากการกลิ้งจึงเกิดขึ้น
2. แรงเสียดทานแบบเลื่อนที่ยอมรับได้คือแรงเสียดทานแบบหนึ่ง แรงเสียดทานจากการหมุนไม่ใช่แรงต้านทาน แต่เป็นแรงเสียดทานประเภทหนึ่ง สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าแรงเสียดทานไม่ใช่แรงต้านทานประเภทเดียว
3. ค่าสัมประสิทธิ์ได้รับอิทธิพลจากปริมาณความร้อนที่มีอยู่เพียงเล็กน้อยและโครงสร้างของพื้นผิว ซึ่งไม่ได้เกิดจากปัจจัยภายนอกเพียงอย่างเดียว ค่าสัมประสิทธิ์ได้รับอิทธิพลจากรัศมีของวัตถุที่กลิ้ง ความลึกที่วัตถุลดระดับลง โครงสร้างของชั้นผิว และปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการ
4. แรงเสียดทานแบบเลื่อนทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบภายนอกที่ต่อเนื่องตลอดพื้นที่สัมผัสเพื่อหยุดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ แรงเสียดทานจากการหมุนเป็นแรงที่สร้างแรงบิดย้อนกลับเพื่อพยายามหยุดล้อไม่ให้หมุน
5. ตลับลูกปืนถูกนำมาใช้เพื่อแทนที่แรงเสียดทานแบบเลื่อนระหว่างเพลาและล้อในการใช้งานสมัยใหม่ส่วนใหญ่ แรงเสียดทานของการกลิ้งต่ำกว่าการเลื่อนอย่างมาก

อ้างอิง

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022489817300721
2. https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1735043

อัพเดตล่าสุด : 23 กรกฎาคม 2023