friksjon

Friksjon er den motstanden som bremser to gjenstander eller flater fra å gli mot hverandre. For en gjenstand som beveger seg, og som er i berøring med en annen gjenstand eller en flate, er friksjonen en kraft som virker i motsatt retning av bevegelsen og som øker med hastigheten.

Når plane flater på to legemer berører hverandre, vil det være ganske få punkter i de to legemene hvor avstanden mellom punktene er av molekylær størrelse, selv om flatene er polerte. Hvis man prøver å forskyve flatene, vil det oppstå sterke krefter mellom de to legemenes molekyler i berøringspunktene. Det er disse kreftene, som er av elektrisk natur, som er årsak til friksjon.

Typer

Statisk friksjon

Statisk friksjon er betegnelsen på motstand mot glidning mellom to flater som berører hverandre, når det ikke foregår noen forflytning av de to flatene i forhold til hverandre.

Bruker man en vannrett skyvekraft på en kasse som står på gulvet, uten at kassen flytter seg, er friksjonen alltid lik kraften som skyver. Hvis man ikke skyver, er friksjonen null. Øker man skyvekraften, øker også den statiske friksjonen og når til slutt en maksimal verdi like før kassen begynner å gli.

Den statiske friksjonens maksimale verdi R_S angis som en viss brøkdel μ_S av normalkraften N som virker vinkelrett fra underlaget på kassen:

R_S = μ_SN

Tallet μ_S kalles friksjonsfaktor eller friksjonskoeffisient for største hvilefriksjon, og denne er karakteristisk for de to flatene som berører hverandre.

Glidende friksjon

Glidende friksjon er motstanden mot glidningen mellom to flater som sklir i forhold til hverandre, for eksempel skøyten mot isen eller låste bilhjul mot asfalten.

Den glidende friksjonen R angis som en viss brøkdel μ av normalkraften N:

R = μN.

Friksjonsfaktoren (eller friksjonskoeffisienten) μ for glidende friksjon er karakteristisk for de to flatene som glir mot hverandre, men den blir alltid mindre når farten øker. Den glidende friksjonen er mindre enn den statiske mellom de samme to flatene, ofte bare halvparten.

Når man skyver på en kasse som står på gulvet, vil statisk friksjon hindre at den flytter seg til å begynne med. Men med en gang kassen begynner å gli, får man glidende friksjon, og da synker friksjonen betydelig.

Rullemotstand

Rullemotstand er ikke friksjon i fysisk betydning, men mest kortvarige, elastiske deformasjoner av hjul og underlag i berøringsflatene.

En egen form for friksjon kan observeres hvis man legger en gummikloss (et viskelær) på et skråplan (en linjal). Klossen vil bevege seg uhyre langsomt nedover. Fenomenet beskrives som «stick-and-slip», og skyldes at en mengde små områder i klossens berøringsflate i tilfeldig rekkefølge ligger stille (statisk friksjon), glipper og ligger stille igjen osv. Det er også stick-and-slip når en fiolinbue stryker over en streng.

Viskositet

I væsker og gasser er det friksjon mellom stofflag som glir mot hverandre. Dette kalles viskositet eller seighet. Smøreolje reduserer den glidende friksjonen mellom to gjenstander, fordi det er liten friksjon mellom molekyllagene i oljen.

Luft- og væskemotstand

Når en gjenstand beveger seg gjennom luft eller væske, virker det luftmotstand eller væskemotstand. Det skyldes delvis friksjon mellom luft eller væskelag som glir langs gjenstandens sider. Den kan gjøres mindre med jevne og glatte overflater.

Den vesentligste delen av denne motstanden er ikke friksjon, men skyldes overtrykk på forsiden og undertrykk på baksiden av gjenstanden. Derfor øker denne motstanden sterkt med økende fart.

Spesiell betydning

Fotgjengere, biler, jernbanetog med mer bruker den statiske friksjonen til fremdriften. Fotgjengeren bruker skosålene til å skyve bakken bakover, slik at bakken skyver fotgjengeren forover. Det samme gjelder for alle drivhjul på kjøretøyer. Statisk friksjon gjør at muttere sitter fast, at fiber og tråd ikke løsner i tau og tekstiler, at knuter ikke glir osv.

For at denne friksjonen skal bli størst mulig, må det være størst mulig kraft mellom et kjøretøys drivhjul og underlaget, lokomotivet må være tungt. På glatt føre med nedsatt statisk friksjon mellom skosålene og bakken, eller mellom gummihjulene og kjørebanen, blir det dårlig skyv forover. De hjulene som ikke er drivhjul, blir drevet rundt av den statiske friksjonen mellom hjulet og underlaget, når farten øker eller minsker. Når farten er konstant, er det praktisk talt ingen friksjon mellom hjul og underlag, hvis hjulet løper lett på akselen.

Bilkjøring er helt avhengig av friksjon både under start, styring og stopp. Veigrep er uttrykk for statisk friksjon. Bråstart med slurende hjul har ikke veigrep, og da gir glidende friksjon mindre akselerasjon enn den maksimale statiske friksjonen kan gi. Når farten økes uten å gli, virker statisk friksjon forover på drivhjulene og bakover på frihjulene.

Ved konstant fart er det nesten ikke friksjon, men setter man styrehjulene på skrå, oppstår det friksjon i sideretningen så bilen svinger. Endres farten i svingen uten sluring, vil statisk friksjon virke i kjøreretningen, og det blir mindre friksjon til styring.

Ved bremsing med låste hjul virker glidende friksjon rett motsatt kjøreretningen. Det svarer til at når hjulene spinner, virker glidefriksjonen bare i rotasjonsretningen, så da kan bilen gli sideveis nesten uten motstand. Glidefriksjonen mellom gummi og asfalt avtar når farten øker. Ved farten 120 km/h er den halvparten av friksjonen ved 40 km/h. Det betyr at bremselengden med låste hjul øker kraftig med farten. Forsøk har også vist at med økende last blir bremselengden større.

Jernbanetog blir bremset med klosser som presses mot hjulene eller med skivebremser. Bremsingen kontrolleres med trykkluft og virker på alle hjul i hele toget. Nødbrems er klosser som presses mot skinnene med magnetisme.