1. Diffiniad o rym ffrithiant
Mae ffrithiant yn llusgiad sy'n gweithio rhwng arwynebau gwrthrychau sy'n cyffwrdd â'i gilydd. Yn y pwnc hwn, mae'r grym ffrithiannol a astudir yn gysylltiedig â'r grym ffrithiannol sy'n gweithredu rhwng dau arwyneb corff solet sy'n cyffwrdd. Megis ffrithiant rhwng sylfaen y trawst ac arwyneb y llawr, ffrithiant rhwng sylfaen yr esgid ac arwyneb y llawr, ffrithiant rhwng olwynion y car ac arwyneb y ffordd.
Mae'r grym ffrithiant bob amser yn gweithio ar wyneb gwrthrychau solet sy'n cyffwrdd â'i gilydd, er bod y gwrthrychau'n llyfn iawn. Mae hyd yn oed arwynebau llyfn mewn gwirionedd yn arw iawn ar raddfa microsgopig. Pan fydd gwrthrych yn symud, mae'r cribau microsgopig hyn yn ymyrryd â'r symudiad. Ar y lefel atomig, mae ymwthiad ar yr wyneb yn achosi i atomau fod yn agos iawn at arwynebau eraill, fel y gall y grymoedd trydanol rhwng atomau ffurfio bondiau cemegol, fel undeb rhwng dau arwyneb gwrthrych symudol. Pan fydd gwrthrych yn symud, er enghraifft pan fyddwch chi'n gwthio llyfr ar wyneb y bwrdd, mae symudiad y llyfr yn profi rhwystrau ac yn y pen draw yn stopio. Mae hyn oherwydd ffurfio a rhyddhau'r bond.
Os yw wyneb gwrthrych yn rhwbio yn erbyn wyneb gwrthrych arall, mae pob un o'r gwrthrychau hyn yn gweithio ar ffrithiant rhyngddynt. Mae'r grym ffrithiant ar y gwrthrych symudol bob amser i'r cyfeiriad gyferbyn â chyfeiriad symudiad y gwrthrych. Yn ogystal ag atal symudiad gwrthrychau, gall ffrithiant achosi traul a difrod. Gallwn arsylwi hyn ar injan y cerbyd. Er enghraifft, pan fyddwn yn darparu olew iro i injan beic modur, rydym mewn gwirionedd eisiau lleihau'r grym ffrithiant sy'n digwydd y tu mewn i'r injan. Os na roddir yr olew iro iddi, mae injan ein cerbyd yn cael ei difrodi'n gyflym. Mae'r enghraifft hon yn un o'r colledion a achosir gan ffrithiant.
2. Mathau o grymoedd ffrithiant
Mae dau fath o rym ffrithiannol, sef grym ffrithiant statig (f s ) a grym ffrithiant cinetig (f k ). Mae'r grym ffrithiant statig yn gweithio pan nad yw'r gwrthrych wedi symud, tra bod y grym ffrithiant cinetig yn gweithio pan fydd y gwrthrych yn symud. Os gwthiwch fwrdd, ond nad yw'r bwrdd wedi symud, yna'r grym ffrithiant sy'n gweithredu ar y bwrdd sydd mewn gorffwys yw grym ffrithiant statig. I'r gwrthwyneb, pan fydd y bwrdd yn symud, y grym ffrithiant sy'n gweithredu ar y bwrdd yw ffrithiant cinetig. Os nad yw'r bwrdd symudol yn cael ei wthio bob amser, bydd y bwrdd yn stopio ar ôl symud am ychydig. Mae'r bwrdd yn stopio oherwydd y grym ffrithiant cinetig sy'n rhwystro symudiad y bwrdd.
Ydych chi erioed wedi llithro wrth gamu ar rywbeth llyfn? Pan fyddwch chi'n llithro, y grym ffrithiant sy'n gweithio rhwng gwaelod yr esgid neu waelod sandal gydag arwyneb llyfn yw ffrithiant cinetig. Mae'r broblem hon yn debyg i phan fydd beic modur neu gar yn symud dros arwyneb ffordd gwlyb a llyfn, gan frecio nes bod yr olwyn yn llithro. Pan fydd yr olwynion yn llithro, y grym ffrithiant sy'n gweithredu ar wyneb yr olwyn ac arwyneb y ffordd yw grym ffrithiant cinetig. I'r gwrthwyneb, pan fyddwch chi'n cerdded, y grym ffrithiant sy'n gweithio rhwng gwaelod yr esgid neu waelod y sandalau ag arwyneb y llawr yw grym ffrithiant statig. Yn yr un modd, pan nad yw'r olwynion yn llithro, y grym ffrithiant sy'n gweithredu ar wyneb yr olwyn a'r ffordd yw ffrithiant statig.
2.1 Grym ffrithiant statig
Y grym ffrithiant statig yw'r grym ffrithiannol sy'n gweithredu ar wyneb gwrthrychau sy'n cyffwrdd â'i gilydd pan nad yw gwrthrychau wedi symud eto.
Mae Ffigur 1 yn dangos gwrthrych sy'n dal i fod ar wyneb plân gwastad. Os nad yw'r gwrthrych wedi symud eto, yna mae'r grym ffrithiant statig (fs) yn llai na'r grym tynnu (F). Os yw'n parhau i gael ei dynnu, yna bydd y gwrthrych yn symud. Pan fydd y gwrthrych dde yn symud, maint y grym ffrithiant statig (fs) yn hafal i faint y grym tynnu (F).
Mae Deddf Gyntaf Newton yn nodi bod gwrthrychau yn llonydd os yw'r cyfanswm grym (y grym canlyniadol) yn sero.
ΣF y = 0 (Mae'r gwrthrych yn gorffwys ac nid yw'n symud i gyfeiriad fertigol)
N – w = 0
N = w (1.2)
Disodli N yn hafaliad 1.1 gydag N yn hafaliad 1.2
f s = μ s w
f s = μ s mg (1.3)
fs = ffrithiant statig (N), μs = cyfernod ffrithiant statig, N = grym normal (N), w = disgyrchiant (N), m = màs (kg), g = cyflymiad disgyrchiant (m/ s² )
Os ydych chi eisiau pennu cyfernod ffrithiant statig, yna defnyddiwch hafaliad 1.1 b
Σf x = 0 (Mae'r gwrthrych yn gorffwys ac nid yw'n symud i'r cyfeiriad llorweddol)
F – fs = 0
F = f s (1.4)
Pan fydd y gwrthrych yn dechrau symud, mae'r grym ffrithiant statig mwyaf yn hafal i faint y grym gwthio neu'r grym tynnu.
2.2 Grym ffrithiant cinetig
Y grym ffrithiant cinetig yw'r grym ffrithiant sy'n gweithredu ar wyneb gwrthrychau sy'n cyffwrdd â'i gilydd pan fydd gwrthrych yn symud.
Os ydych chi eisiau pennu cyfernod ffrithiant cinetig (μ k ), defnyddiwch hafaliad 1.5 b
Mae Ffigur 2 yn dangos gwrthrych yn cael ei dynnu'n rheolaidd fel bod y gwrthrych yn symud ar gyflymder cyson. Wrth symud ar gyflymder cyson, mae maint y grym ffrithiant cinetig (fk) yn hafal i faint y grym tynnu (F).
Mae Deddf Gyntaf Newton yn nodi bod gwrthrych yn symud ar gyflymder cyson os yw'r cyfanswm grym (y grym canlyniadol) yn sero.
ΣF x = 0 (mae gwrthrychau'n symud ar gyflymder cyson i'r cyfeiriad llorweddol)
F – fk = 0
F = fk ( 1.6)
Problem enghreifftiol 1:
Mae myfyriwr yn tynnu trawst gyda màs o 1 kg sydd wedi'i leoli ar wyneb y bwrdd gan ddefnyddio dynamomedr (dyfais mesur grym). Pan fydd y trawst yn symud, mae'r dynamomedr yn dangos y rhif 2 N. Os yw cyflymiad disgyrchiant = 10 m/s² , pennwch (a) maint y grym ffrithiant statig (b) cyfernod y ffrithiant statig
Ateb:
Hysbys : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(a) f s
Pan fydd y trawst yn symud, maint y grym ffrithiant statig = maint y grym tynnu (cymharer hafaliad 1.4). Felly, f s = F = 2 N.
(b) μ s
f s = μ s w
2 N = (μ s )(10 N)
μ s = 2 N / 10 N = 0.2
Problem enghreifftiol 2:
Mae trawst gyda màs o 1 kg wedi'i leoli uwchben wyneb y bwrdd yn cael ei dynnu'n rheolaidd fel bod y trawst yn symud ar gyflymder cyson. Pan fydd y trawst yn symud ar gyflymder cyson, mae'r dynamomedr yn dangos y rhif 1 N. Os yw cyflymiad disgyrchiant = 10 m/s² , pennwch (a) maint y grym ffrithiant cinetig (b) cyfernod y ffrithiant cinetig
Ateb:
Hysbys: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) f k
Pan fydd y trawst yn symud yn rheolaidd neu'n symud ar gyflymder cyson, maint y grym ffrithiant cinetig = maint y grym tynnu (cymharer hafaliad 1.6).
Felly fk = F = 1 N
(b) μ k
fk = μkw
1 N = (μ k )(10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
