Lý thuyết Vật lí 10 Bài 18: Lực ma sát

1. Khái niệm và Đặc điểm của ma sát nghỉ

Khi ta đẩy một chiếc tủ gỗ nặng trên sàn nhà bằng một lực nhỏ, chiếc tủ vẫn đứng yên. Đó là do tại mặt tiếp xúc xuất hiện một lực cản trở xu hướng chuyển động của tủ, gọi là lực ma sát nghỉ.

• Điểm đặt: Đặt tại mặt tiếp xúc giữa hai vật.
• Phương: Song song với mặt tiếp xúc.
• Chiều: Ngược chiều với xu hướng chuyển động do ngoại lực gây ra.
• Độ lớn: Lực ma sát nghỉ có độ lớn luôn tự điều chỉnh cân bằng với thành phần ngoại lực song song với mặt tiếp xúc: $$F_{msn} = F_{\text{kéo}}$$

2. Lực ma sát nghỉ cực đại ($F_{msn,max}$)

Khi lực kéo tăng dần đến một giá trị tới hạn thì vật bắt đầu trượt. Giá trị tới hạn đó là lực ma sát nghỉ cực đại. Khi vật đã trượt, ma sát nghỉ chuyển hóa thành ma sát trượt.

Vai trò ma sát nghỉ: Nhờ ma sát nghỉ giữa đế giày và mặt đất, con người mới có thể bước đi được; dây curoa mới truyền được chuyển động quay giữa các bánh đà máy móc.

1. Khái niệm lực ma sát trượt

Lực ma sát trượt xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi một vật trượt trên bề mặt của một vật khác, có hướng ngược với hướng của vận tốc trượt tương đối.

2. Công thức tính độ lớn lực ma sát trượt

Trong đó:
- $F_{mst}$: Độ lớn lực ma sát trượt (đơn vị: Newton, $N$).
- $N$: Độ lớn áp lực vuông góc của vật lên mặt tiếp xúc (đơn vị: Newton, $N$).
- $\mu_t$: Hệ số ma sát trượt (là đại lượng không thứ nguyên, không có đơn vị).

3. Các đặc tính quan trọng của lực ma sát trượt

• Độ lớn $F_{mst}$ tỉ lệ thuận với độ lớn của áp lực $N$.
• Không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa hai bề mặt.
• Không phụ thuộc đáng kể vào tốc độ chuyển động trượt của vật.
• Hệ số $\mu_t$ phụ thuộc vào bản chất vật liệu (gỗ, thép, cao su, băng tuyết) và tình trạng bề mặt (nhẵn hay gồ ghề, khô ráo hay có dầu nhớt bôi trơn).

1. Lực ma sát lăn

Lực ma sát lăn xuất hiện khi một vật lăn trên bề mặt của vật khác (bánh xe lăn trên đường, viên bi lăn trên sàn). Ma sát lăn có độ lớn nhỏ hơn ma sát trượt từ 10 đến 100 lần với cùng một áp lực.

Ứng dụng: Việc thay ma sát trượt bằng ma sát lăn là một trong những bước tiến vĩ đại nhất của nhân loại (phát minh ra con lăn di chuyển tượng đá, bánh xe thời cổ đại và ổ bi cơ khí hiện đại).

2. Vai trò có lợi và có hại của lực ma sát

• Trường hợp ma sát có lợi (cần tăng ma sát):
  - Lốp xe và đế giày thể thao được khía rãnh sâu để tăng ma sát bám đường, chống trơn trượt.
  - Má phanh xe máy, ô tô dùng vật liệu ma sát cao để hãm dừng phương tiện khi cần phanh.
  - Vận động viên thể dục xoa bột magie cacbonat vào lòng bàn tay để hút ẩm mồ hôi và tăng ma sát bám xà.
• Trường hợp ma sát có hại (cần giảm ma sát):
  - Ma sát làm mài mòn các chi tiết máy móc động cơ và tiêu hao năng lượng thành nhiệt lượng vô ích.
  - Biện pháp khắc phục: Tra dầu mỡ bôi trơn định kì, đánh bóng bề mặt kim loại hoặc gắn các ổ bi vòng đệm.