Friksjonskrafta

Når vi drar, eller prøver å dra, ein klosse langs ei flate (som feks eit bord), så møter den motstand. Det er ei kraft frå bordet på klossen som drar i motsatt retning av oss. Dette er friksjonskrafta. Den fins det to typer av: glidefriksjon og kvilefriksjon.

Glidefriksjon (Kinetisk friksjon)

Figuren under viser ein kloss som blir påvirka av to krefter i i horisontal retning. Vi drar mot høgre med ei kraft F, og får klossen til å gli til høgre. Då virkar det ei friksjonskraft R til venstre. Ei friksjonskraft virkar alltid mot bevegelsesretninga.

Friksjon er eit veldig samansett fenomen. I lærebøkene finn du som regel alltid formelen

Det betyr at friksjonskrafta R er proporsjonal med Normalkrafta N, dvs krafta på klossen frå bordet. Proporsjonalitetskonstanten µ kallast for friksjonskoeffisienten og er eit tal uten enhet. Denne "loven" kviler på noken antakelsar:

1. Friksjonskrafta er uavhengig av arealet til kontaktflata
2. Friksjonskrafta er uavhengig av farten til gjenstanden
3. Friksjonskrafta er proporsjonal med normalkrafta.

Ingen av disse stemmer heilt i verkeligheten. Spesielt vil friksjonskrafta auka med farten. Men i mange tilfeller stemmer dette godt nok til å vera ein brukbar modell, i alle fall i skulefysikken! Friksjonskoeffisienten er avhengig av både kva stoff objektet / klossen består av i kontaktflata, og kva stoff underlaget består av. Men som vi veit frå bilkjøring så vil også for eksempel vatn eller olje på veien ha stor betydning, og det same vil veret (temperatur og luftfuktighet). På tørr asfalt kan friksjonskoeffisienten mellom eit godt dekk og underlaget vera 0.9 og over, mens på våt is kan den vera så lav som 0.1 og under.

Eksempel: Hvis klossen vår har ein masse på 2kg, så vil tyngden av klossen vera lik G = mg = 2kg * 9.81 m/s² = 19.61 N. Når vi antar at vi drar klossen langs eit vannrett bord, så vil normalkrafta N vera lik tyngden G, dvs. N = 19.61 N. Hvis vi så antar at friksjonskoeffisienten µ = 0.3, så vil friksjonskrafta bli R = 0.3 * 19.61 N = 5.9 N (avrunda). Dette er då den minste verdien F kan ha for at vi skal kunna dra klossen.

Kvilefriksjon (Statisk friksjon)

Hvis vi drar i ein gjenstand men ikkje klarar å flytta den, så betyr det at friksjonskrafta er stor nok til å forhindra bevegelse. Newtons første lov gir då at friksjonskrafta må vera lik den anvendte krafta, dvs. R = F.  Men når vi drar med stadig aukande kraft F, vil gjenstanden til slutt begynna å skli. Det skjer når vi når den maksimale kvilefriksjonen R_max. Denne lyder samme lova som glidefriksjonen: R_max = µ_sN. Men som regel vil friksjonskoeffisienten µ_s for kvilefriksjon vera litt større enn for glidefriksjon.

Hvis vi gradvis aukar den anvendte krafta F på ein gjenstand, så vil grafen til friksjonskrafta R som funksjon av F, sjå omtrent slik ut:

Så lenge gjenstanden ligg i ro, er det kvilefriksjon som gjeld, og R vil vera lik F. Når F er over grenseverdien R_max vil gjenstanden begynna å gli. Deretter gjeld glidefriksjon og R vil vera konstant, i alle fall i teorien!

Eksempel: Hvis vi ser på same klossen som over, og antar at µ_s = 0.4, så får vi at R_max = 7.4 N (avrunda). Så for å få klossen til å begynna å gli, må F vera minst lik 7.4 N. Men straks vi har fått den til å gli, så treng vi bare at F er 5.9 N, som over.

Sjå også Rullemotstand og Luft- og væskemotstand.