دید کلی درباره اصطلاک

• اصطکاک پدیده‌ای است که در مرز بین جامدات ، مایعات و گازها ، همچنین در داخل آنها ، دیده می‌شود.
• در تحلیل اصطکاک در شاره‌ها (مایعات و گازها) ، به خاصیت چسبندگی آنها توجه می‌شود.
• آیا بدون اصطکاک امکان راه رفتن برای ما و اتومبیل یا دوچرخه امکان‌پذیر است؟
• کارکرد اصطکاک همیشه بگونه‌ای است که از لغزیدن سطوح مجاور نسبت به یکدیگر جلوگیری می‌کند. نیروی اصطکاک با سطوحی که نسبت به هم می‌لغزند، موازی است. جهت نیروی اصطکاک ممکن است در جهت حرکت یا در خلاف جهت حرکت باشد.
سیر تاریخی
گایلام آمونتون در سال ۱۶۹۹ اصطکاک را توصیف کرد و شارل آگوستین اطلاعات موجود تا زمان خودش را جمع آوری کرد و آنها را در سال ۱۷۷۹ در رساله‌ای منتشر کرد.

مدل ریاضی اصطکاک

با اندازه گیری نیروها می‌توان به مدل ریاضی ساده‌ای برای نیروی اصطکاک دست یافت. نخست ، همانگونه که انتظار می‌رود، اصطکاک بستگی به فشاری دارد که سطوح به یکدیگر وارد می‌کنند. نیروی اصطکاک به مساحت کل سطح تماس بستگی دارد، اما از آنجا که فشار از تقسیم نیروی عمودی بر مساحت سطح تماس بدست می‌آید، P=FN/A ، که در آن FN نیروی عمودی و A مساحت سطح تماس است، پس از ضرب این دو عامل بدست می‌آید:

PA=FN A ~ نیروی اصطکاک

از رابطه فوق معلوم است که نیروی اصطکاک مستقل از مساحت است.

برای سطوح در حال حرکت داریم: μkFN

=نیروی اصطکاک

که در آن μk ثابتی است که ضریب اصطکاک جنبشی نامیده می‌شود.

برای سطوحی که نسبت به هم ساکن هستند، بهتر است که این رابطه بصورت μsFN ≤نیروی اصطکاک نوشته شود که در آن μs ضریب اصطکاک ایستایی است و مقدار آن عموما از μk بیشتر است. نیروی اصطکاک ، برای سطوحی که نسبت به هم ساکن هستند، نمی‌تواند از μsFN تجاوز کند، اما از نیرویی که به موازات سطح اعمال می‌شود، نیز نمی‌تواند فراتر رود.

برای اجسامی‌ که تحت تاثیر نیرویی قرار ندارند، هیچ نیروی اصطکاکی وجود ندارد.

مقادیر ضریب اصطکاک

مقادیر نوعی ضریب اصطکاک بین ۰٫۲ و ۰٫۹ قرار دارند، اما مقادیری به کوچکی ۰٫۰۳ و بیش از ۱ نیز گزارش شده‌اند.
دیدگاههای حدی مربوط به اصطکاک
دو دیدگاه حدی مربوط به اصطکاک را می‌توان در مقیاس اتمی ، تقریبا بصورت مدلهای فیزیکی و شیمیایی در نظر گرفت. در مدل فیزیکی ، علت اصطکاک را نفوذ قله‌های یک سطح به داخل دره‌های سطح دیگر می‌دانند. دراین صورت ، حرکت تنها وقتی امکان‌پذیر است که سطحها تا حدی در راستای عمودی جابجا شوند، یا قله‌های یکی از سطوح یا هر دو سطح بریده شوند و یا اینکه سطوح در حال تماس بطور موم‌سان تغییر شکل بدهند.

دیدگاه حدی دیگر ، اصطکاک را برخاسته از چسبندگی یا پیوند میان قله‌های یک سطح و قله‌های سطح دیگر تعبیر می‌کند. مطالعات تفصیلی نشان می‌دهد که مدل شیمیایی پیوند و گسست تقریبا صحیح‌تر است. اما این مدل نمی‌تواند کل قضیه را توضیح دهد، زیرا نشان داده شده است که سطح سخت تمایل دارد که در سطح نرمتر شیارهایی را ایجاد کند.

مدل‌های میکروسکوپی توجیه اصطکاک

در مدل‌سازی میکروسکوپی غالبا بحث بر سر این است که سطح واقعی تماس از سطح ظاهری تماس خیلی کوچکتر است و مساحت سطح واقعی متناسب با نیروی عمودی اعمال شده، تغییر می‌کند. مقدار تماس به ماهیت ناخالصی‌های موجود در سطح و به مدت زمان تماس نیز بستگی شدیدی دارد.

کم کردن اثر اصطکاک

تاثیر اصطکاک را معمولا با استفاده از خاصیت اهرم نیز به حداقل می‌رسانند. در چرخ و محور متداول ، مثلا در یک واگن ، نیروی اصطکاک در سطح یاتاقانی کوچک عمل می‌کند. اثر این اصطکاک به علت استفاده از خاصیت اهرم ، به نسبت طول شعاعهای چرخ و یاتاقان از اصطکاک ناشی از کشیدن چرخ بدون چرخش بر سطح جاده کمتر است. حتی با جانشین کردن اصطکاک چرخشی به جای اصطکاک لغزشی و با استفاده از نگه‌دارنده‌های کاسه ، ساچمه‌ای می‌توان اصطکاک را باز هم کاهش داد.

مزیت ضریب اصطکاک

همان طور که در عمل ضریب اصطکاک ایستایی از ضریب اصطکاک جنبشی بیشتر است، مقاومت چرخ در حال غلتش در مقابل لغزش ، از مقاومت چرخ در حال لغزش بیشتر است. این نکته از اهمیت زیادی برای اتومبیل‌ها برخوردار است. به آسانی با استفاده از ماشینهای اسباب‌بازی می‌توان نشان داد که اگر چرخ‌های جلو قبل از چرخ‌های عقب قفل شوند، هدایت خودرو از کنترل خارج می‌شود ولی معمولا چرخش شدیدی ایجاد نمی‌شود.

اما اگر چرخهای عقب قفل شوند، چرخ های عقب فورا به طرف جلو سر می‌خورند و لغزش ابتدا در عقب متوقف می‌شود. ترمزهایی که قفل نمی‌شوند، با پمپ کردن سیستم ترمز از قفل‌شدگی محورهای جلو یا عقب جلوگیری می‌کنند و بدین‌سان با حفظ کنترل خودرو مانع از لغزیدن آن می‌شوند، شاید هم از مزیت ضریب اصطکاک ایستایی بیشتر در آنها استفاده می‌شود.