Lực ma sát được nhắc đến rất nhiều trong đời sống và khoa học. Vậy bạn đã nắm rõ những ứng dụng của lực ma sát chưa? Hãy cùng tìm hiểu nhé

Mọi người đều biết lực ma sát sinh ra để cản trở quá trình di chuyển của các bề mặt. Nhưng bạn đã hiểu rõ về các lực ma sát và ứng dụng của chúng chưa? Hãy cùng Vietchem tìm hiểu chi tiết về các loại lực ma sát nhé.

1. Lực ma sát là gì?

Lực ma sát trong vật lý là một lực cản xuất hiện giữa các bề mặt vật chất, nó có xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt. Hay nói một cách đơn giản hơn nó là lực cản trở chuyển động của một vật, được tạo ra bởi những vật tiếp xúc với nó.

Hình 1: Lực ma sát xuất hiện khi các bề mặt vật chất va chạm với nhau

Lực ma sát sẽ làm chuyển hóa động năng của chuyển động tương đối giữa các bề mặt thành năng lượng ở dạng khác. Quá trình này thường là do va chạm giữa phân tử của hai bề mặt gây ra chuyển động nhiệt hoặc thế năng dự trữ trong biến dạng của bề mặt hay chuyển động của các electron. Nó được tích lũy một phần thành điện năng hay quang năng.

Bản chất, lực ma sát xuất hiện giữa các vật thể trong cuộc sống là lực điện từ, một trong các lực cơ bản của tự nhiên giữa các phân tử, nguyên tử.

2. Có mấy loại lực ma sát

Có 3 loại lực ma sát chính là ma sát trượt, ma sát nghỉ và ma sát săn. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết về đặc điểm của từng loại nhé.

2.1. Lực ma sát trượt

Lực ma sát trượt được hiểu là lực sinh ra khi một vật chuyển động trượt trên một bề mặt. Bề mặt này tác dụng lên vật tại chỗ tiếp xúc sẽ gây ra một lực ma sát trượt làm cản trở chuyển động của vật trên bề mặt đó.

Công thức tính lực ma sát trượt là

Fmst = µt N

Trong đó:

               Fmst: là độ lớn của lực ma sát trượt (N)

               µt: là hệ số ma sát trượt

               N: là độ lớn áp lực (phản lực) (N)

Lợi ích của lực ma sát trượt

• Lực sinh ra giữa má phanh và bánh xe làm cho quay chậm, cản trở sự quay của bánh xe. Khi đó xuất hiện sự trơn trượt trên mặt đường, giúp dừng xe một cách an toàn.

• Ứng dụng để mài nhẵn các bề mặt cứng như kim loại hoặc gỗ
• Ở đàn vĩ cầm, khi cọ xát cần kéo trên dây đàn thì giữa chúng sẽ xuất hiện ma sát trượt làm cho dây đàn dao động từ đó phát ra âm thanh.

Hình 2: Lực ma sát trượt sinh ra giữa bánh xe và má phanh

Tác hại của lực ma sát trượt

• Ma sát trượt làm cản trở chuyển động, làm mòn các chi tiết máy.
• Do đó trong các chi tiết máy bao giờ cũng được tra dầu mỡ công nghiệp để làm hạn chế tình trạng ma sát trượt khi vận hành máy.

2.2. Lực ma sát nghỉ

Lực ma sát nghỉ là lực xuất hiện khi một vật nằm yên trên bề mặt vật khác. Nó xuất hiện ở hai vật tiếp xúc với nhau do trên bề mặt tiếp xúc tác dụng lên vật khi có ngoại lực giúp cho vật đứng yên tương đối trên bề mặt của vật khác hoặc thành phần của ngoại lực, bề mặt tiếp xúc tác dụng làm vật có xu hướng chuyển động.

Công thức tính lực ma sát nghỉ:

Trong đó:

+ μ_n là hệ số ma sát nghỉ

+ N là độ lớn phản lực (N)

Hình 3: Lực ma sát nghỉ xuất hiện khi một vật nằm trên vật khác

2.3. Lực ma sát lăn

Lực ma sát lăn là lựa ngăn cản sự lăn của các vật có hình tròn hay nói cách khác là cản trở chuyển động lăn nhỏ hơn các lực ma sát động khác.

Độ lớn của lực ma sát lăn:

Fmsl = μl.N  

Trong đó:

+ μl là hệ số ma sát lăn

+ N là độ lớn phản lực (N)

Hình 4: Lực ma sát lăn

3. Tác dụng của lực ma sát

Trong cuộc sống thường ngày chúng ta dễ dàng bắt gặp lực ma sát. Loại lực này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, cụ thể như:

• Giúp giữ các vật thể đứng yên trong không gian, giúp chúng ta cầm nắm các vật trên tay hay giữ được đinh trên tường.
• Nó giúp cho xe đang di chuyển không bị trượt bánh khi đi vào những khúc cua.
• Có vai trò làm lực phát động làm cho vật chuyển động. Ví dụ như khi xe đang chuyển từ trạng thái đứng yên sang di chuyển, lực đẩy mà động cơ sinh ra sẽ làm quay các tuabin rồi truyền lực tới các bánh xe.
• Được dùng trong gia công các đồ thủ công mỹ nghệ để làm sáng bề mặt.
• Ứng dụng trong việc hãm tốc độ phương tiện giao thông di chuyển trên Trái Đất. Động năng của phương tiện chuyển thành nhiệt năng và 1 phần động năng của Địa cầu.
• Sinh ra nhiệt năng nên nó được sử dụng để đánh lửa dùng trong đá lửa. Đây được cho là công cụ giúp tạo ra lửa của người tiền sử.

4. Cách tăng giảm lực ma sát

4.1. Cách làm tăng lực ma sát

Ma sát xuất hiện trong nhiều tình huống như lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường, giữa đế giày và mặt đất, và khi chúng ta cầm một vật. Lực ma sát có thể có ích trong nhiều trường hợp. Để tăng lực ma sát, chúng ta có thể tăng áp lực giữa các bề mặt tiếp xúc, tăng độ nhám của bề mặt (ví dụ: bằng cách tạo nhiều khía cắt trên vỏ xe hoặc đế giày), hoặc thậm chí rải cát lên mặt đường trơn.

4.2. Cách làm giảm lực ma sát

• Chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn, giúp giảm ma sát đáng kể trong các hệ thống cơ học.
• Giảm ma sát tĩnh, ví dụ như trước đây các đoàn tàu hỏa khi khởi động đầu tàu sẽ được đẩy giật lùi, tạo nên một khe hở giữa các toa tàu, trước khi tiến. Động tác này giúp đầu tàu kéo từng toa tàu một, chỉ phải chống lại ma sát tĩnh của mỗi toa một lúc.
• Thay đổi bề mặt, bên cạnh sử dụng các chất bôi trơn như dầu mỡ, bột than chì thì giữa các bề mặt rắn có tác dụng làm giảm hệ số ma sát.

5. Bài tập liên quan đến lực ma sát

Bài 1: Lực ma sát nghỉ xuất hiện khi:

A. có ngoại lực tác dụng lên vật. Ngoại lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động và đủ để thắng lực ma sát.

B. có nội lực tác dụng lên vật. Nội lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động nhưng chưa đủ để thắng lực ma sát.

C. có ngoại lực tác dụng lên vật. Ngoại lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động nhưng chưa đủ để thắng lực ma sát.

D. có nội lực tác dụng lên vật. Nội lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động và đủ để thắng lực ma sát.

Lời giải

Lực ma sát nghỉ  chỉ xuất hiện khi có ngoại lực tác dụng lên vật. Ngoại lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động nhưng chưa đủ để thắng lực ma sát.

Đáp án: C

Bài 2: Người ta đẩy một cái thùng có khối lượng 50kg theo phương ngang bằng một lực 150N. Hệ số ma sát giữa thùng và mặt sàn là 0,35. Lấy g = 10m/s². Hỏi thùng có chuyển động không? Lực ma sát tác dụng lên thùng là bao nhiêu?

A. thùng chuyển động. Lực ma sát tác dụng vào thùng là 175N.

B. thùng chuyển động. Lực ma sát tác dụng vào thùng là 170N.

C. thùng không chuyển động. Lực ma sát nghỉ tác dụng vào thùng là 175N.

D. thùng không chuyển động. Lực ma sát nghỉ tác dụng vào thùng là 150N.

Lời giải

Lực ma sát tác dụng vào thùng là:

→ F_ms = μN = μmg = 0,35.50.10 = 175N 

Nhận thấy Lực ma sát tác dụng vào thùng lớn hơn lực đẩy của người đẩy thùng nên thùng không chuyển động.

Đáp án: C

Như vậy là bạn vừa tìm hiểu xong về lực ma sát cũng như biết được những ứng dụng của chúng. Chúc bạn có kỳ thi thật tốt và hiểu rõ bản chất của lực ma sát nhé.