Lực ma sát là gì? Có mấy loại lực ma sát?

Lực ma sát là gì?

Lực ma sát là một loại lực cản xuất hiện giữa các bề mặt vật chất chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa 2 bề mặt. Hay nói đơn giản là các lực cản trở chuyển động của 1 vật tạo ra bởi những vật tiếp xúc với nó và được gọi là lực ma sát.

Xem thêm tài liệu: Những điều cần biết về lực trong vật lí học để biết lực là gì? qua đó dễ dàng hơn trong tìm hiểu về lực ma sát

1. Đặc điểm của lực ma sát:

- Lực ma sát trượt xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi vật chuyển động trượt trên một bề mặt.

- Lực ma sát trượt có hướng ngược hướng với vận tốc, làm cản trở chuyển động của vật.

- Công thức tính lực ma sát

$F_{ms}=μ_t.N$

Trong đó: $μ_t$ là hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc và được dùng để tính lực ma sát trượt.

2. Độ lớn của lực ma sát

- Lực ma sát có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của áp lực, không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật.

- Không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật.

- Tỉ lệ với độ lớn của áp lực.

- Phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.

Có mấy loại lực ma sát?

Lực ma sát có thể được phân thành ba loại chính: ma sát nghỉ, ma sát trượt và ma sát lăn.

1. Ma sát trượt

Lực ma sát xuất hiện khi một vật trượt trên bề mặt của một vật khác được gọi là lực ma sát trượt.

Lực ma sát có các đặc điểm:

• Lực xuất hiện ở mặt tiếp xúc của các vật đang trượt trên nhau hoặc một bề mặt khác
• Lực ma sát ngược hướng với vận tốc
• Độ lớn của lực ma sát tỉ lệ với độ lớn của áp lực

Độ lớn của lực ma sát trượt không phụ thuộc vào tốc độ và diện tích tiếp xúc của vật, mà nó phụ thuộc và tình trạng (nhám, khô, trơn,...) và vật liệu của 2 mặt tiếp xúc.

Một số ví dụ về lực ma sát trượt như:

- Trong đời sống: Lực ma sát xuất hiện khi chúng ta phanh xe đạp. Lúc đó, lực ma sát giữa vành xe và hai má phanh là lực ma sát trượt đồng thời cũng làm cho bánh xe trượt trên mặt đường.

- Ở bộ môn đàn Violin: Khi cọ xát vĩ cầm và dây đàn thì sẽ xuất hiện lực ma sát giữa chúng có tác dụng làm dây đàn dao động để phát ra âm thanh.

- Trong lĩnh vực kỹ thuật: Các chi tiết bên trong máy trượt lên nhau làm xuất hiện lực ma sát, có tác dụng vận hành máy móc

2. Lực ma sát lăn

Lực ma sát lăn xuất hiện khi một vật lăn trên mặt một vật khác để cản trở chuyển động lăn của vật.

Hệ số ma sát lăn nhỏ hơn rất nhiều lần hệ số ma sát trượt.

Vai trò của lực ma sát lăn: Vì lực ma sát lăn rất nhỏ so với lực ma sát trượt nên để hạn chế tác hại của ma sát trượt, người ta tìm cách thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn nhờ các ổ bi, con lăn… Ma sát lăn giúp cho vật chuyển động dễ dàng hơn.

3. Lực ma sát nghỉ

Lực ma sát nghỉ xuất hiện khi một vật nằm yên trên bề mặt vật khác.

Đặc điểm của lực ma sát nghỉ:

• Điểm đặt lên vật (sát bề mặt tiếp xúc).
• Phương song song với mặt tiếp xúc.
• Chiều ngược chiều với lực (hợp lực) của ngoại lực (các ngoại lực và thành phần của ngoại lực song song với bề mặt tiếp xúc) hoặc chiều chuyển động của vật.

Khi lực tác dụng song song với mặt tiếp xúc lớn hơn một giá trị nào đó thì vật sẽ trượt.

$F_{msn}max = F_{mst}$

Vai trò: Lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực phát động giúp các vật chuyển động.

Ví dụ về lực ma sát nghỉ:

- Trong đời sống: Xe được đậu ở những đoạn đường dốc vẫn có thể đứng yên là nhờ có lực ma sát nghỉ.

- Trong kỹ thuật: Người ta ứng dụng lực ma sát nghỉ trên các băng chuyền trong nhà máy. Nhờ đó mà các sản phẩm như xi măng, bao đường, hàng hóa… có thể di chuyển cùng với băng chuyền mà không hề bị trượt hoặc rơi rớt.

Ứng dụng của lực ma sát trong thực tiễn

Hình ảnh một số ứng dụng của lực ma sát

Lực ma sát luôn xuất hiện trong tự nhiên, diễn ra xung quanh con người. Chính vì vậy, lực ma sát được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như:

- Lực ma sát giúp cố định các vật thể trong không gian: giúp con người cầm nắm được các vật thể, giúp đinh giữ được trên tường,..

- Lực ma sát giúp cho các vật thể khi đi qua những chỗ cua sẽ không bị trượt bánh, té ngã,.. Nếu lực ma sát quá nhỏ có thể khiến cho người, vật di chuyển bị trơn ngã.

- Lực ma sát có khả năng sinh ra nhiệt năng, do đó, nó được ứng dụng nhằm mục đích đánh lửa hay dùng trong đá lửa. Ngoài ra, theo một số giả thuyết thì trong thời tiền sử, nó còn được dùng để làm công cụ tạo ra lửa.

- Lực ma sát còn được xem là lực phát động giúp cho các vật chuyển động. Ví dụ: khi ô tô đang chuyển từ trạng thái đứng yên sang di chuyển, lực đẩy do động cơ sinh ra sẽ làm chuyển động các tuabin rồi truyền một lực tới các bánh xe.

- Lực ma sát được ứng dụng trong việc phanh xe, hãm tốc độ của các phương tiện giao thông di chuyển trên Trái Đất. 

- Lực ma sát còn được sử dụng để làm thay đổi hình dạng của các bề mặt trong một số lĩnh vực như sơn mài, đánh bóng, mài gương,...

Làm sao để giảm ma sát?

Lực ma sát cũng tồn tại các tác hại nhất định như làm mòn bề mặt, cản trở chuyển động, sinh ra nhiệt gây hiện tượng cháy nổ,... Do đó, người ta sẽ tìm cách giảm lực ma sát để hạn chế các tình huống xấu có thể xảy ra

- Chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn: Ví dụ như ô bi xe - đó là một ví dụ cho việc chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn, giúp giảm ma sát đáng kể cũng như giảm khả năng trục xe bị bào mòn.

- Làm giảm ma sát tĩnh: Ví dụ khi đoàn tàu hỏa khởi động, đầu tàu thường sẽ bị giật lùi. Điều này sẽ giúp cho đầu tàu kéo từng toa và chỉ cần chống lại lực ma sát tĩnh ở từng toa chứ không phải là lực ma sát tĩnh của cả đoàn tàu.

- Thay đổi chất liệu/bề mặt tiếp xúc: thay đổi tính chất của bề mặt sẽ giúp giảm ma sát. Ví dụ: làm nhẵn bề mặt bằng các chất bôi trơn như dầu nhớt,  mỡ bôi trơn đối với các bề mặt rắn. Điều này có tác dụng làm giảm hệ số ma sát giảm khả năng bị bào mòn và giảm sinh nhiệt

- Làm giảm tải trọng: Vì lực ma sát tỷ lệ thuận với lực pháp tuyến tác dụng vào vật, đồng nghĩa với việc tỷ lệ thuận với trọng lượng của các vật thể. Vì vậy, giảm tải trọng bằng việc giảm trọng lượng hoặc áp lực với vật thể sẽ giúp làm giảm lực ma sát.

Xem thêm tài liệu: Lực từ là gì? Định nghĩa, công thức và ứng dụng

Bài tập về lực ma sát

Câu 1: Trong cuộc sống, có những tình huống lực ma sát có lợi nhưng có những tình huống lực ma sát có hại. Tình huống nào lực ma sát xuất hiện có hại?

A. viết bảng.

B. đi bộ trên đường nhựa.

C. đi trên đường đất trời mưa.

D. thêm ổ bi vào các trục quay.

Đáp án: C.

Câu 2: Một vật trượt được một quãng đường s = 48 m thì dừng lại. Biết lực ma sát trượt bằng 0,06 lần trọng lượng của vật và $g=10m/s^2$. Cho chuyển động của vật là chuyển động thẳng chậm dần đều. Vận tốc ban đầu của vật

A. = 7,589 m/s.

B. = 75,89 m/s.

C. = 0,7589 m/s.

D. = 5,3666m/s.

Đáp án: A.

Câu 3: Một người đẩy một vật trượt thẳng đều trên sàn nhà nằm ngang với một lực có phương ngang với độ lớn 300 N. Khi đó, độ lớn của lực ma sát trượt tác dụng lên vật sẽ:

A. lớn hơn 300 N.

B. nhỏ hơn 300 N.

C. bằng 300 N.

D. bằng trọng lượng

Đáp án: C.

Câu 4: Một ô tô đang chuyển động trên đường thẳng ngang với vận tốc 54 km/h thì tắt máy. Biết hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và mặt đường là μ = 0,01. Lấy $g=10m/s^2$. Thời gian từ lúc tắt xe máy đến lúc dừng lại là

A. 180 s. 

B. 90 s.

C. 100 s.

D. 150 s.

Đáp án: D.

Câu 5: Một vật có khối lượng 5 tấn đang chuyển động trên đường nằm ngang có hệ số ma sát của xe và mặt đường là 0,2. Lấy $g=10m/s^2$. Độ lớn của lực ma sát là?

A. 1000 N.

B. 10000 N.

C. 100 N.

D. 10 N

Đáp án: B.

Câu 6: Một vật trượt có ma sát trên một mặt phẳng nằm ngang. Nếu vận tốc của vật đó tăng lên 2 lần thì độ lớn lực ma sát trượt giữa vật và mặt tiếp xúc sẽ:

A. tăng 2 lần.

B. tăng 4 lần.

C. giảm 2 lần.

D. không đổi.

Đáp án: D

Câu 7: Khi ôtô chuyển động thẳng đều thì:

A. trọng lực cân bằng với phản lực.

B. lực kéo cân bằng với lực ma sát với mặt đường.

C. các lực tác dụng vào ôtô cân bằng nhau.

D. trọng lực cân bằng với lực kéo.

Đáp án: C

Câu 8: Lực ma sát trượt không phụ thuộc vào những yếu tố nào?

A. Diện tích tiếp xúc và vận tốc của vật.

B. Áp lực lên mặt tiếp xúc.

C. Bản chất của vật.

D. Điều kiện về bề mặt.

Đáp án: A

Câu 9: Một vật lúc đầu nằm yên trên một mặt phẳng nhám nằm ngang. Sau khi được truyền một vận tốc đầu, vật chuyển động được một đoạn sau đó chuyển động chậm dần vì:

A. quán tính.

B. lực ma sát.

C. phản lực.

D. trọng lực

Đáp án: B

Câu 10: Chọn biểu thức đúng về lực ma sát trượt?

A. $\overrightarrow{F_{mst}} = μ_t\overrightarrow{N}$

B. $\overrightarrow{F_{mst}} = - μ_t\overrightarrow{N}$

C. $F_{mst}=μ_tN$

D. $F_{mst}<μ_tN$

Đáp án: ​​​​​​​C

Câu 11: Một người kéo một thùng hàng chuyển động, lực tác dụng vào người làm người đó chuyển động về phía trước là

A. lực của người kéo tác dụng vào mặt đất.

B. lực của mà thùng hàng tác dụng vào người kéo.

C. lực của người kéo tác dụng vào thùng hàng.

D. lực mặt đất tác dụng vào bàn chân người kéo.

Đáp án: ​​​​​​​D

Câu 12: Một toa tàu có khối lượng 80 tấn chuyển động thẳng đều dưới tác dụng của lực kéo nằm ngang F = 6.104 N. Lấy $g=10m/s^2$. Hệ số ma sát giữa tàu và đường ray là:

A. 0,075.

B. 0,06.

C. 0,02.

D. 0,08.

Đáp án: ​​​​​​​A

Câu 13: Một đầu máy tạo ra lực kéo để kéo một toa xe có khối lượng 5 tấn, chuyển động với gia tốc 0,3 m/s2. Biết lực kéo của động cơ song song với mặt đường và hệ số ma sát giữa tao xe và mặt đường là 0,02. Lấy $g=10m/s^2$. Lực kéo của đầu máy tạo ra là

A. 4000 N.

B. 3200 N.

C. 2500 N.

D. 5000 N.

Đáp án: ​​​​​​​C

Câu 14: Khi đẩy một ván trượt bằng một lực F1 = 20 N theo phương ngang thì nó chuyển động thẳng đều. Nếu chất lên ván một hòn đá nặng 20 kg thì để nó trượt đều phải tác dụng lực F2 = 60 N theo phương ngang. Tìm hệ số ma sát trượt giữa tấm ván và mặt sàn.

A. 0,25.

B. 0,2.

C. 0,1.

D. 0,15.

Đáp án: ​​​​​​​B

Câu 15: Một vật có khối lượng 100 kg đang đứng yên thì bắt đầu chuyển động nhanh dần đều, sau khi đi được 100 m, vật đạt vận tốc 36 km/h. Biết hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng ngang là 0,05. Lấy $g=10m/s^2$. Lực phát động tác dụng vào vật theo phương song song với phương chuyển động của vật có độ lớn là

A. 198 N.

B. 45,5 N.

C. 100 N.

D. 316 N.

Đáp án: ​​​​​​​C

Câu 16: Một ô tô có khối lượng 1,2 tấn bắt đầu khởi hành từ trạng thái đứng yên nhờ lực kéo của động cơ 600 N. .Biết hệ số ma sát của xe là 0,02. Lấy $g=10m/s^2$. Biết lực kéo song song với mặt đường. Sau 10 s kể từ lúc khởi hành, tốc độ chuyển động của ô tô là:

A. 24 m/s.

B. 4 m/s.

C. 3,4 m/s.

D. 3 m/s.

Đáp án: D

Câu 17: Một vật có khối lượng 1500 g được đặt trên một bàn dài nằm ngang. Biết hệ số ma sát giữa vật và mặt bàn là 0,2. Lấy $g=10m/s^2$. Tác dụng lên vật một lực có độ lớn 4,5 N theo phương song song với mặt bàn trong khoảng thời gian 2 giây rồi thôi tác dụng. Quãng đường tổng cộng mà vật đi được cho đến khi dừng lại là

A. 1 m.

B. 4 m.

C. 2 m.

D. 3 m.

Đáp án: ​​​​​​​D

Câu 18: Một khúc gỗ khối lượng 2 kg đặt trên sàn nhà. Người ta kéo khúc gỗ bằng một lực F hướng chếch lên và hợp với phương nằm ngang một góc α=30°. Khúc gỗ chuyển động nhanh dần đều với gia tốc $1,0m/s^2$ trên sàn. Biết hệ số ma sát trượt giữa gỗ và sàn là 0,2. Lấy $g=10m/s^2$. Giá trị của F là

A. 4,24 N.

B. 4,85 N.

C. 6,21 N.

D. 5,12 N.

Đáp án: ​​​​​​​C

Câu 19: Một vật đang chuyển động trên đường nằm ngang với vận tốc 15 m/s thì trượt lên một cái dốc dài 100 m cao 10 m. Biết hệ số ma sát giữa vật và mặt dốc là μ = 0,05. Lấy $g=10m/s^2$. Quãng đường dốc vật đi được đến khi dừng hẳn và tốc độ của vật khi nó trở lại chân dốc lần lượt là:

A. 100 m và 8,6 m/s.

B. 75 m và 4,3 m/s.

C. 100 m và 4,3 m/s.

D. 75 m và 8,6 m/s.

Đáp án: ​​​​​​​D

Câu 20: Một mẩu gỗ có khối lượng m = 250 g đặt trên sàn nhà nằm ngang. Người ta truyền cho nó một vận tốc tức thời $v_0 = 5 m/s$. Tính thời gian để mẩu gỗ dừng lại và quãng đường nó đi được cho tới lúc đó. Hệ số ma sát trượt giữa mẩu gỗ và sàn nhà là t = 0,25. Lấy $g=10m/s^2$

A. 1s, 5m.

B. 2s, 5m.

C. 1s, 8m.

D. 2s, 8m.

Đáp án: ​​​​​​​B.