Friksjon

Friksjon er den komponentvektoren av kontaktkraften mellom to legemer i kontakt med hverandre som motvirker den relative bevegelsen mellom dem. Den andre komponentvektoren, som står vinkelrett på friksjonen og den relative bevegelsen, kalles normalkraften. Det er elektriske krefter mellom atomene i kontaktflaten som er årsaken til kontaktkreftene. Av praktiske grunner blir friksjonen som regel sett på som en egen kraft.

Friksjon

Foto: C. Hill, 2007

Det er friksjon som gjør at vi i det hele tatt klarer å bevege oss fremover og at spikeren sitter fast i veggen.

Likningen

Den generelle likningen for friksjon, eller det vi gjerne kaller Coulomb-friksjon, er:

$R=\mu N\,$

Hvor $R$ er friksjonskraften, $\mu$ er friksjonstallet og $N$ er normalkraften.

Friksjonen virker alltid i motsatt retning av bevegelsen, eventuelt i motsatt retning av den potensielle bevegelsen hvis det er snakk om statisk friksjon.

Friksjonstallet

Friksjonstallet, eller friksjonskoeffisienten som den også kalles, er et forholdstall som sier noe om forholdet mellom friksjonskrafta og normalkrafta. Friksjonstallet avhenger av overflaten på de to legemene som er i kontakt. Arealet av kontaktflata har derimot ingenting å si for hvor stor friksjonen er.

Når det gjelder klebrige overflater kan man ikke bruke formelen for Coulomb-friksjon. Her kan arealet på kontaktflata spille en rolle og normalkrafta kan spille en mindre rolle.

Friksjonstallet er nødt til å finnes ved empiriske målinger og det er ikke mulig å komme frem til friksjonstallet kun ved hjelp av regning. Under er det listet opp en del eksempler på friksjonstall.

Noen friksjonstall (under gliding)

Stål mot stål (tørre flater)	0,6
Stål mot stål (smurte flater)	0,01-0,1
Aluminium mot stål	0,5
Kopper mot stål	0,4
glass mot glass	0,4
stål mot is	0,014
Tre mot tre (tørt)	0,2-0,5
Tre mot tre (vått)	0,2
Messing mot is	0,02
Gummi mot fast dekke (tørt)	0,4-1,0
Gummi mot fast dekke (vått)	0,05-0,9
Gummi mot is	0,02

Typer friksjon

Statisk friksjon

Statisk friksjon virker mellom legemer som er i kontakt med hverandre, men som ikke beveger seg i forhold til hverandre. Statisk friksjon er vanligvis noe større enn den kinetiske friksjon og er den man må "overvinne" for å få en gjenstand i bevegelse. Man må få gjenstanden til å "løsne" fra underlaget.

Rullefriksjon er også en type statisk friksjon. Det er fordi hjulene triller og det dermed ikke er noen flater som glir mot hverandre. Hvert punkt på hjulet som er i kontakt med underlaget er for et øyeblikk stasjonært. Imidlertid er rulling en annen type bevegelse en glidning, og det meste av den statiske friksjonen har betydning når et objekt akselererer. (Uten noe friksjon mellom hjul og bakken ville det for eksempel være umulig å få igang en bil, som kun ville begynne å spinne som om den var på svært glatt is.) Forskjellen mellom den statiske og glidningsfriksjonen ved rulling illustreres av situasjonen som oppstår når en bil bråbremser og hjulene «låses». Mens hjulene på bilen ruller vil det være statisk friksjon, men når bremsene trykkes så hardt på at hjulene låser og begynner å gli i stedet for å rulle, vil det være den lavere glidefriksjonen som overtar og bremselengden øker.

Kinetisk friksjon

Kinetisk friksjon oppstår når det allerede er oppstått bevegelse mellom to flater som glir mot hverandre. Glidefriksjonen er typisk noe mindre enn den statiske friksjonen og forskjellene kan være betydelige. For eksempel er det mellom to glassflater et statisk friksjonstall på rundt 0,9 mens den kinetiske friksjonstallet er på rundt 0,4.

Energi og friksjon

Loven om energibevaring gjelder alltid i fysikken også når det gjelder friksjon. Det arbeidet friksjonen gjør går stort sett over til varmeenergi til omgivelsene som er vanskelig å registrere. Generelt kan vi si at friksjonen gjør følgende arbeid:

$W=Rs=\mu N\cdot s\cdot \cos \alpha \,$

hvor $W$ er friksjonsarbeidet, $R$ er friksjonskrafta, $s$ er den strekningen krafta virker, $\mu$ er friksjonstallet og $N$ er normalkrafta på legemene. $\cos(\alpha )=1$ når kraften og veien virker i samme retning: $\cos(0)=1$. Derfor generaliserer vi likningen til:

$W=Rs=\mu N\cdot s\,$

Årsaken til friksjon

Friksjon finnes ikke på atomnivå. Større ting, som molekyler, har en ujevn overflate av atomer. Atomene støter mot hverandre i grenseland mellom to legemer, og slik formidles kontaktkreftene mellom legemene. Fordi overflatene ikke er helt jevne, har atomene mulighet til å støte skjevt i forhold til overflata. På samme måte kan den samlede kontaktkrafta også stå skjevt på overflata. På den måten får vi en komponentvektor av kontaktkrafta som er parallell med overflata, som vi kaller friksjon.

Se også

• Tribologi

Kilder

• Caplex
• Callin, Falch, Hetland m.f. 2002, Ergo 2FY, Oslo, H. Aschehoug & Co
• Tabeller og formler i fysikk, 1997, Gyldendal undervisning