Förstå friktion
Nyligen blev vi ombedda att undersöka ett problem med en installation som blev för varm på grund av kraftig friktion. Detta kan vara ett vanligt problem så det är bra att känna till de inblandade faktorerna. I den här bloggen förklarar vi hur friktion uppstår och hur den kan mätas.
Detta är friktion
Friktion är motstånd som upplevs när två material gnids emot varandra. Det är en fysisk egenskap som förekommer mellan vilka två olika material som helst där det skapas ett motstånd när de får kontakt med varandra. Friktion är inte alltid ett problem och den är ett viktigt element när rörelse skapas.Kraften som krävs för att ett objekt ska böra röra sig är något större än kraften som krävs för att hålla objektet stilla. Därför skiljer vi mellan statisk friktion och rörelsefriktion.
Här följer en kort lista med definierande faktorer som fastställer vilken typ av rörelse som genereras av friktion.
m = massa [kg] objektens vikt
Fn = Normalkraft [N]: kraften som materialets vikt utövar på kontaktytan.
Fa = Dragkraft [N]: kraften som förflyttar materialet mot kontaktytan (aktiv kraft).
Ff = Friktionskraft [N]: Kraften som kan generera motstånd när objektet förflyttas mot kontaktytan (reaktiv kraft)
g = 9,81 m/s2 (tyngdkraftsaccelerationen; används för att omvandla en massa i kilo till en kraft i Newton)
Orsaker till friktion
Mekanisk friktion orsakas huvudsakligen av ojämnheter i ytan hos objekten som får greppar in i varandra. Generellt kan man säga att ju grövre yta, desto större mekanisk friktion får man. Men när båda ytorna blir väldigt släta börjar friktion som orsakas av molekylär dragningskraft få betydelse, och den blir ofta mera kraftfull än mekanisk friktion. Detta händer oftast med mjuka material, som gummi och andra mjuka plaster. Mjuka material ändrar form under belastning och materialdeformering kan även öka friktionen.
Friktionskoefficient
Friktionskoefficienten (m) är kvoten mellan friktionskraften (FF) delat med normalkraften (FN):
Kvoten som nämns ovan kallas Coulombs lag om friktion (Coulomb var en fransk fysiker, 1726-1806). Lagen kan enkelt kontrolleras, även om friktionskoefficienten inte har en mätenhet (kraft delat med kraft). Dra ett objekt (t.ex. en bok) längs en ren yta med hjälp av en fjädervåg och avläs dragkraften (FA). Upprepa mätningen med dubbel belastning (t.ex. två böcker) och det kommer att behövas dubbel dragkraft.
Metod för att påvisa friktionskoefficienten
När en fjädervåg används (se ovan) kan den ungefärliga friktionskoefficienten mellan ett transportband och en specifik yta enkelt påvisas. Det finns en fysiskt korrekt metod (exempel a) liksom en något mindre korrekt men ändå användbar metod (exempel b).
a) Exempel på den fysiskt korrekta metoden
Objektets vikt m = 1 kg (massenhet är kg)
Uppmätt dragkraft FA = 4,9 N (kraftenhet är Newton)
b) Exempel på den något mindre korrekta men ändå användbara metoden
Objektets vikt m = 1 kg (massenhet är kg)
Uppmätt dragkraft FA = 0,5 N (kraftenhet är faktiskt Newton)
Allmänna regler
Här följer några allmänna regler om friktion och enkla tester som kan användas för att experimentera med motståndsnivåer.
Regel 1:
Friktionskoefficienten är alltid beroende av båda friktionsparterna (materialsammansättning, ytans ojämnhet).
Test: Gnid olika föremål, t.ex. ett radergummi, ett cigarettpaket, ett mynt, en bit av ett transportband, mot olika ytor med identiskt tryck, t.ex. mot ett bord, ett fönster, en bit kraftig textil – motståndet kommer att kännas väldigt olika!
Regel 2:
Friktionskoefficienten är mycket beroende av ytornas skick (renhet, fuktighet).
Test: Gnid två föremål med identiskt tryck, först med torra ytor och sedan med några droppar vatten mellan kontaktytorna – du kommer att känna skillnaden i motstånd!
Regel 3:
Friktionskoefficienten är inte relaterad till ytstorleken mellan de två objekten.
Test: Använd en fjädervåg och dra föremål av samma material och med samma vikt men med olika basytor tvärs över en identisk yta – dragkraften kommer att vara densamma!
Friktion kan bli ett rätt tekniskt ämne, som du ser, men jag hoppas att den här bloggen har hjälpt till att förenkla några av de grundläggande faktorerna. Om du har andra frågor om ämnet får du gärna kontakta oss.Vi hjälper gärna till med mer information.
