แรงเสียดทาน

แรงเสียดทาน หรือ ความเสียดทาน () เป็นแรงที่ต้านการเคลื่อนที่เชิงสัมพัทธ์ของพื้นผิวที่เป็นแข็ง ชั้นของเหลว และองค์ประกอบของวัตถุที่ไถลในทิศทางตรงกันข้ามซึ่งกันและกัน แรงเสียดทานแบ่งได้หลายประเภท ได้แก่

แรงเสียดทานชนิดแห้ง ต้านการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของพื้นผิวของของแข็งที่สัมผัสกัน แรงเสียดทานชนิดแห้งแบ่งออกเป็น แรงเสียดทานสถิต ระหว่างพื้นผิวที่ไม่มีการเคลื่อนที่ และ แรงเสียดทานจลน์ ระหว่างพื้นผิวที่กำลังเคลื่อนที่

แรงเสียดทานในของไหล อธิบายแรงเสียดทานระหว่างชั้นของของไหลที่มีความหนืด ซึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

แรงเสียดทานหล่อลื่น เป็นกรณีของแรงเสียดทานในของไหล ที่มีสารหล่อลื่นแทรกระหว่างสองพื้นผิวที่เป็นของแข็ง

แรงเสียดทานที่ผิว เป็นองค์ประกอบของแรงต้าน แรงต่อต้านการเคลื่อนที่โดยของไหลเข้าไปขวางบนทั่วทั้งพื้นผิวของวัตถุ

แรงเสียดทานภายใน เป็นแรงที่ต้านการเคลื่อนที่ระหว่างส่วนประกอบต่าง ๆ ภายในที่ทำขึ้นเป็นวัตถุที่เป็นของแข็ง ขณะที่วัตถุนั้นเกิดการเปลี่ยนรูป

ภาพรวม 
แรงเสียดทาน คือแรงที่ต้านการเคลื่อนที่เชิงสัมพัทธ์ หรือแนวโน้มของการเคลื่อนที่ดังกล่าว ของพื้นผิวสองอย่างที่สัมผัสกัน มักจะเกิดตรงข้ามกับแรงที่ทำให้วัตถุเคลื่อนที่เสมอ ผิวหน้าสัมผัส  จึงช่วยลดแรงเสียดทานได้

โดยขนาดของแรงเสียดทานจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับ
 แรงหรือน้ำหนักที่กดลงไปบนพื้นผิวสัมผัส ซึ่งแรงนี้จะตั้งฉากกับผิวสัมผัส ถ้าแรงกดทับนี้มาก แรงเสียดทานก็จะมีค่ามากด้วย
 ลักษณะของผิวสัมผัสนั้น ๆ ถ้าผิวสัมผัสนั้นเรียบลื่น แรงเสียดทานก็จะมีค่าน้อย ถ้าผิวสัมผัสหยาบหรือขรุขระ แรงเสียดทานก็จะมีค่ามาก

ลักษณะของแรงเสียดทาน 

1.แรงเสียดทานนั้นไม่ขึ้นกับจำนวนพื้นที่ผิวสัมผัส

2.แรงเสียดทานนั้นไม่ขึ้นกับความเร็วที่วัตถุเคลื่อนที่ และยังมีทิศตรงข้ามการเคลื่อนที่ของวัตถุ

3.แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับแรงที่วัตถุกดพื้นในแนวที่ตั้งฉากหรือแรงปฏิกิริยาของพื้นในแนวที่ตั้งฉาก

4.แรงเสียดทานขึ้นกับพื้นผิวสัมผัส เช่น เรียบหรือขรุขระ

ชนิดของแรงเสียดทาน 
แรงเสียดทานแบ่งได้  2 ชนิด คือ
 แรงเสียดทานสถิต (static friction) คือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะที่มีแรงมากระทำต่อวัตถุแล้ววัตถุยังอยู่นิ่งกับที่  ซึ่งจะมีค่าตั้งแต่ศูนย์จนถึงค่ามากที่สุด  ซึ่งค่าที่มากที่สุดจะเกิดขณะที่วัตถุเริ่มจะเคลื่อนที่
 แรงเสียดทานจลน์ (kinetic friction) คือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในขณะที่มีแรงมากระทำต่อวัตถุแล้ววัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ โดยแรงเสียดทานจลน์จะมีค่าน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิต

การลดแรงเสียดทาน 
 การใช้อุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ล้อ บุช และตลับลูกปืน
 ล้อ เป็นสิ่งจำเป็นมากสำหรับยานพาหนะทางบก เพราะสามารถลดแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัส
 บุช เป็นโลหะทรงกระบอกกลวง ผิวเรียบ ลื่นทั้งสองด้าน
 ตลับลูกปืน ลักษณะเป็นลูกเหล็กกลมอยู่ในเบ้าที่รองรับ ผวเรียบลื่นและกลิ้งได้ ทำให้วงแหวนทั้งสองหมุนได้รอบตัว เครื่องจักรแทบทุกชนิดจะต้องมีตลับลูกปืนใส่ในแกนหมุนของเครื่องยนต์
 การใช้น้ำมันหล่อลื่นบริเวณข้อต่อ จุดหมุน และผิวหน้าสัมผัสต่าง ๆ
 การลดแรงกดระหว่างผิวสัมผัส เช่น ลดจำนวนสิ่งของที่บรรทุกให้น้อยลง ทำให้การลากวัตถุให้เคลื่อนที่ด้วยแรงดึงน้อยลง

สมบัติของแรงเสียดทาน 
1. แรงเสียดทานมีค่าเป็นศูนย์ เมื่อวัตถุไม่มีแรงภายนอกมากระทำ

2. ขณะที่มีแรงภายนอกมากระทำต่อวัตถุ และวัตถุยังไม่เคลื่อนที่ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นมีขนาดต่างๆ กัน ตามขนาดของแรงที่มากระทำ และแรงเสียดทานที่มีค่ามากที่สุดคือ แรงเสียดทานสถิต เป็นแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุเริ่มเคลื่อนที่

3. แรงเสียดทานมีทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ

4. แรงเสียดทานสถิตมีค่าสูงกว่าแรงเสียดทานจลน์เล็กน้อย

5. แรงเสียดทานจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวสัมผัส ผิวสัมผัสหยาบหรือขรุขระจะมีแรงเสียดทานมากกว่าผิวเรียบและลื่น

6. แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับน้ำหนักหรือแรงกดของวัตถุที่กดลงบนพื้น ถ้าน้ำหนักหรือแรงกดมากแรงเสียดทานก็จะมากขึ้นด้วย

7. แรงเสียดทานไม่ขึ้นอยู่กับขนาดหรือพื้นที่ของผิวสัมผัส

ข้อดีของแรงเสียดทาน 
แม้ว่าแรงเสียดทานจะทาให้สิ้นเปลืองพลังงานมากในการทำให้วัตถุเคลื่อนที่ แต่ในบางกรณีแรงเสียดทานก็มีประโยชน์ต่อการเคลื่อนที่ของยานพาหนะ เช่น
 ขณะที่รถแล่น จะต้องมีแรงเสียดทานระหว่างล้อกับถนน เพื่อทำให้รถเคลื่อนที่ไปได้ตามทิศทางที่ต้องการ
 ยางรถยนต์ที่จำเป็นต้องมีดอกยางเป็นลวดลาย เพื่อรีดน้ำขณะพื้นผิวเปียกไม่ให้คั่นระหว่างผิวสัมผัสระหว่างถนนกับยางจนทำให้แรงเสียดทานระหว่างล้อกับถนนหายไปจนลื่น
 ขณะหยุดรถหรือเบรกให้รถหยุดหรือแล่นช้าลง จะต้องเกิดแรงเสียดทาน เพื่อทำให้ล้อหยุดหมุนหรือหมุนช้าลง

ข้อเสียของแรงเสียดทาน 
แรงเสียดทานทำให้วัตถุเคลื่อนที่ช้า จึงต้องใช้แรงมากขึ้นเพื่อเอาชนะแรงเสียดทานทำให้สิ้นเปลืองพลังงานมาก

การเพิ่มและลดแรงเสียดทาน 
การลดแรงเสียดทาน ทำได้หลายวิธี ดังนี้

1. การใช้อุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ล้อ บุช และตลับลูกปืน
ล้อ เป็นสิ่งจำเป็นมากสำหรับยานพาหนะทางบก เพราะสามารถลดแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัส
บุช เป็นโลหะทรงกระบอกกลวง ผิวเรียบ ลื่นทั้งสองด้าน
ตลับลูกปืน ลักษณะเป็นลูกเหล็กกลมอยู่ในเบ้าที่รองรับ ผิวเรียบลื่นและกลิ้งได้ ทำให้วงแหวนทั้งสองหมุนได้รอบตัว เครื่องจักรแทบทุกชนิดจะต้องมีตลับลูกปืนใส่ในแกนหมุนของเครื่องยนต์

2. การใช้น้ำมันหล่อลื่นบริเวณข้อต่อ จุดหมุน และผิวหน้าสัมผัสต่าง ๆ

3. การลดแรงกดระหว่างผิวสัมผัส เช่น ลดจำนวนสิ่งของที่บรรทุกให้น้อยลง ทาให้การลากวัตถุให้เคลื่อนที่ด้วยแรงดึงน้อยลง

4. การทำให้ผิวสัมผัสเรียบลื่น เช่น การใช้ถุงพลาสติกหุ้มถุงทราย พื้นถนนที่เปียกจะลื่นกว่าพื้นถนนที่แห้ง

การเพิ่มแรงเสียดทาน 
แม้ว่าแรงเสียดทานจะทาให้สิ้นเปลืองพลังงานมากในการทำให้วัตถุเคลื่อนที่ แต่ในบางกรณีแรงเสียดทานก็มีประโยชน์ต่อการเคลื่อนที่ของยานพาหนะ เช่น

1. ขณะที่รถแล่น จะต้องมีแรงเสียดทานระหว่างล้อกับถนน เพื่อทำให้รถเคลื่อนที่ไปได้ตามทิศทางที่ต้องการ

2. ยางรถยนต์ที่จำเป็นต้องมีดอกยางเป็นลวดลาย เพื่อรีดน้ำขณะพื้นผิวเปียกไม่ให้คั่นระหว่างผิวสัมผัสระหว่างถนนกับยางจนทำให้แรงเสียดทานระหว่างล้อกับถนนหายไปจนลื่น

3. ขณะหยุดรถหรือเบรกให้รถหยุดหรือแล่นช้าลง จะต้องเกิดแรงเสียดทาน เพื่อทำให้ล้อหยุดหมุนหรือหมุนช้าลง

4. การเดิน การวิ่ง ต้องการแรงเสียดทานมาช่วยในการเคลื่อนที่ ดังนั้น จึงควรใส่รองเท้าพื้นยาง ไม่ควรใส่รองเท้าพื้นไม้ เพราะรองเท้าพื้นยางให้แรงเสียดทานกับพื้นทางเดินได้มากกว่าพื้นรองเท้าที่เป็นไม้ ทำให้เดินได้ง่ายกว่าและเร็วกว่าโดยไม่ลื่นไถล นอกจากนี้พื้นรองเท้าต้องมีลวดลาย เพื่อเพิ่มแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัส

อ้างอิง

แหล่งข้อมูลอื่น 
 Static friction

กลศาสตร์ดั้งเดิม
สเสียดทาน
ฟิสิกส์เบื้องต้น