Ðề: Câu hỏi về lực ma sát và hệ số ma sát
Cám ơn bạn, đó cũng là những gì mình đọc được trong sách... và thí nghiệm kéo gỗ hồi trước mình cũng được làm
Ý mình hỏi là trong thực tế có hoàn toàn như vậy không, nếu không ảnh hưởng trục tiếp thì có ảnh hưởng gián tiếp không. Tại sao khi bánh xe non hơi thì đi thấy nặng hơn. tại sao khi cân bằng động, người ta cho trục đĩa bị lệch tâm lăn tự do trên hai lưỡi dao mà không phải trên 2 mặt phẳng, có phải chỉ để dễ dàng căn chỉnh độ phẳng?
Mình cũng đã gặp trường hợp khi kẹp chi tiết gia công lên đồ gá bằng mối ghép ren (sử dụng ốc), khi bề mặt tiếp xúc của chi tiết và đồ gá nhỏ, chi tiết rất dễ bị xoay. Mong được mọi người cho ý kiến.
Những vấn đề về ma sát tưởng như đơn giản, hóa ra cũng có nhiều rắc rối ra phết!
Trước tiên, định lý về lực ma sát trong sách giáo khoa nói rằng F = k.P (với F là lực ma sát, k là hệ số ma sát của cặp vật liệu và P là áp lực tiếp xúc giữa chúng) thực ra chỉ đúng trong phạm vi hẹp và khi mà áp suất tiếp xúc (p=F/S) chưa vượt qua giới hạn bền của 1 trong 2 hoặc cả 2 vật liệu mà thôi. Tuy vậy, với trình độ phổ thông trung học thì định lý này cho các em học sinh có những khái niệm cơ bản về lực ma sát trong đa số trường hợp ta gặp trong thực tiễn.
Thực tế thì ta biết rằng khi gia tăng áp lực tiếp xúc giữa 2 vật thể thì chúng phải bị biến dạng, các mấp mô bề mặt cũng biến đổi làm thay đổi giá trị của k, dĩ nhiên là F cũng thay đổi theo và không tuyến tính với P nữa. Đây là lý do thứ nhất khiến cho công thức trên không hoàn toàn đúng.
Với giày trượt băng, ta thấy dưới đế có gắn 1 lưỡi dao khá sắc mảnh chứ không phải là to bè như bàn trượt tuyết. Lý do là khi đó, trọng lượng cơ thể dồn lên 1 diện tích rất nhỏ của lưỡi dao sẽ làm tăng áp suất p, khiến băng tan ra và lưỡi dao lướt trên mặt băng với điều kiện được bôi trơn ma sát ướt, hệ số k khi đó sẽ giảm hẳn xuống. Với tuyết thì ngược lại, diện tích bàn trượt lớn sẽ giúp ta không bị lún sâu trong tuyết và nhờ vậy mới trượt được trong điều kiện ma sát khô. Như vậy, nói rằng diện tích không ảnh hưởng đến lực ma sát là không hoàn toàn đúng. Ta cũng có thể thấy vai trò của diện tích ảnh hưởng thế nào đối với lực ma sát qua việc cắt bánh chưng: dùng sợi lạt tước nhỏ cắt sẽ nhẹ nhàng hơn dùng lưỡi dao to bản cắt rất nhiều.
Vấn đề lốp xe non chạy nặng hơn khi bơm căng lại liên quan đến vài hiện tượng khác nữa. Lốp và săm có cấu tạo như 1 kết cấu giữ khí với áp suất cao. Khi tiếp xúc với mặt đường thì lốp và săm tại khu vực đó bị lún so với những vị trí khác vẫn tròn đều, nếu lốp càng non hơi thì hiện tượng lún càng rõ rệt. Khi đi qua điểm tiếp xúc với mặt đường thì do áp suất khí nén và nhờ tính đàn hồi của lốp và săm mà tiết diện tại đó sẽ tròn trở lại. Thế nhưng dù được làm bằng vật liệu đàn hồi cao thì thực ra, lốp và săm không phải là những vật tuyệt đối đàn hồi, nghĩa là khi ta nén thì nó không bị biến dạng ngay và khi ta thôi nén thì nó cũng không phục hồi hình dạng ban đầu ngay, chúng có
độ trễ đàn hồi và tạo ra cái mà các nhà chuyên môn gọi là
trở kháng lăn. Chính độ trễ đàn hồi (hay trở kháng lăn) này đã tiêu hao năng lượng, làm cho xe bớt bon và lốp bị nóng lên. Vì thế mà nếu lốp non thì nó càng bị biến dạng nhiều và càng trễ nhiều, như thế, nó càng tiêu hao năng lượng nhiều và làm cho xe bị cản trở chuyển động nhiều hơn. Thêm vào đó, do mặt chạy của lốp thì cong theo cả 2 hướng, trong khi mặt đường nói chung là phẳng thì khi tiếp xúc với mặt đường, từng điểm trên mặt chạy của lốp sẽ có những xu hướng tốc độ khác nhau, độ lún càng lớn thì sự khác biệt càng lớn. Điều này làm cho khi đang chạy, các điểm trên mặt chạy có hiện tượng co kéo nội tại, làm tăng ma sát lăn trên đường và gây mòn lốp một cách vô ích. Do những vấn đề này, đã và đang có nhiều đề tài nghiên cứu về vật liệu, kết cấu lốp và hình dạng gai lốp sao cho chúng có trở kháng lăn nhỏ nhất nhưng lại bám đường tốt nhất, ít mòn nhất trong cùng điều kiện áp suất bơm, tốc độ chạy và tải trọng.
Cuối cùng là câu hỏi về thiết bị cân bằng tĩnh: Nếu ta đơn giản là chỉ để trục tự lăn trên 2 đường lăn phẳng thì trước tiên là ta khá khó tạo ra 2 đường lăn thật thẳng, độ bóng cao, nằm ngang và thực sự đồng phẳng. Thêm vào đó, cho dù có làm được như vậy thì ma sát lăn cũng vẫn khá lớn, ví dụ = 0.1% trong lượng. Bây giờ, nếu ta chế tạo máy như cậu đã thấy, các trục sẽ lăn trên các đĩa, mà các đĩa này có lắp bi với đường kính vòng bi = 10% đường kính đĩa thì rõ ràng là theo quy tắc đòn bẩy, trở lực lúc này chỉ còn 0.01% trọng lượng của vật mà thôi.