Vật lí - Các khái niệm và quan hệ (Phần 11) docx

Vật lí - Các khái niệm và quan hệ (Phần 11) 1.14 Lực ma sát và lực pháp tuyến Khi hai vật trượt lên nhau, sẽ phát sinh lực ma sát giữa chúng. Thỉnh thoảng những lực này có lợi cho chúng ta, và thỉnh thoảng chúng gây cản trở chúng ta. Không có ma sát, sẽ không thể nào làm cho một chiếc xe khởi động, dừng lại, hoặc rẽ cua. Tuy nhiên, nếu chúng ta có thể khử lực ma sát đi một khi xe của chúng ta đang chuyển động ở một vận tốc không đổi, thì chúng ta sẽ không cần động cơ nữa vì, theo định luật I Newton, chúng ta sẽ tiếp tục chuyển động ở tốc độ không đổi theo một đường thẳng. Những chi tiết vi mô của lực ma sát vẫn chưa được hiểu hết. Chúng ta tin rằng khi hai vật tiếp xúc nhau, chúng tạo ra những kết nối vi mô tại những điểm khác nhau trên bề mặt của chúng. Ngay cả những bề mặt tráng nhẵn bóng vẫn là gồ ghề và mấp mô khi nhìn dưới một kính hiển vi phân giải mạnh. Vì các điểm tiếp xúc ở quá gần nhau, nên các lực liên phân tử tạo ra những mối hàn vi mô phải bị phá vỡ để cho các vật tách ra khỏi nhau. Những mối hàn này tiếp tục tạo ra và phá vỡ khi các vật trượt qua nhau. + Phóng to hình Xét một cài đèn nằm trên bàn. Hình 1.52 là sơ đồ vật tự do của cái đèn cho thấy lực do trọng lực tác dụng (hướng xuống) và lực do cái bàn tác dụng (hướng lên). Giả sử cái đèn không gia tốc, thì hai lực này bằng nhau và ngược chiều nhau. Lực hướng lên của cái bàn tác dụng vuông góc với mặt bàn. Bất kì lực nào do một bề mặt tác dụng lên một vật thì luôn vuông góc với bề mặt đó (tức là pháp tuyến với bề mặt) và được gọi là lực pháp tuyến, F n . Lực ma sát luôn tác dụng để chống lại sự trượt của hai bề mặt lên nhau. Độ lớn của lực ma sát phụ thuộc trực tiếp vào lực pháp tuyến, F n , và được cho bởi F ms = μF n trong đó μ (phát âm là “mew”, giống như tiếng mèo kêu), là hệ số ma sát, phụ thuộc vào bản chất của bề mặt và được tim ra bằng thực nghiệm. Có hai loại ma sát trượt: ma sát tĩnh và ma sát động. Nói chung, lực ma sát tĩnh thì lớn hơn lực ma sát động. Nói cách khác, việc bắt đầu di chuyển một vật đang đứng yên thì khó hơn việc di chuyển một vật đang chuyển động. Ví dụ, khi một chiếc xe hơi bị mắc kẹt trong bùn lầy, ta khó đưa xe ra khỏi tình trạng mắc kẹt hơn là giữ cho nó chuyển động một khi đã không còn mắc kẹt nữa. Để phản ánh quan sát này, chúng ta sử dụng những hệ số ma sát khác nhau, phụ thuộc vào vật đang đứng yên hay đang chuyển động. Khi một vật đang đứng yên (tức là tĩnh), ta thay hệ số ma sát tĩnh, μ s , vào phương trình lực ma sát. Khi một vật đang chuyển động, ta sử dụng hệ số ma sát động, μ k . Hệ số ma sát là tỉ số của hai lực, lực ma sát và lực pháp tuyến, . Do đó, m không có đơn vị. Một tính chất của chất lỏng và chất khí, gọi là sự nhớt, xác định lực ma sát giữa hai vật trượt lên nhau khi có một lớp chất lỏng hoặc chất khí ở giữa chúng. Độ nhớt rất thấp của không khí làm cho lực ma sát giữa không khí và một bề mặt hầu như là bằng không . Vật lí - Các khái niệm và quan hệ (Phần 11) 1.14 Lực ma sát và lực pháp tuyến Khi hai vật trượt lên nhau, sẽ phát sinh lực ma sát giữa chúng các điểm tiếp xúc ở quá gần nhau, nên các lực liên phân tử tạo ra những mối hàn vi mô phải bị phá vỡ để cho các vật tách ra khỏi nhau. Những mối hàn này tiếp tục tạo ra và phá vỡ khi các vật. Để phản ánh quan sát này, chúng ta sử dụng những hệ số ma sát khác nhau, phụ thuộc vào vật đang đứng yên hay đang chuyển động. Khi một vật đang đứng yên (tức là tĩnh), ta thay hệ số ma sát