Lực ma sát nghỉ là gì? Công thức tính lực ma sát nghỉ?

1. Lực ma sát nghỉ là gì?

Ma sát nghỉ được hiểu là một lực làm ngăn cản việc di chuyển của cả hai bề mặt tiếp xúc khi không có sự trượt qua nhau.

Lực này xuất hiện khi áp dụng một lực tác dụng lên một vật khác và vật đó đứng yên không di chuyển.

Khi đó vật sẽ được giữ trong trạng thái cân bằng đến khi độ lớn lực tác dụng vào nó lớn hơn ma sát nghỉ và tỷ lệ thuận với lực pháp tuyến tác dụng lên vật đó. Nên vật càng nhẹ thì lực ma sát nghỉ sẽ càng ít.

Ví dụ, khi bạn chạy xe đạp xuống một con dốc thì ban đầu xe đạp sẽ được di chuyển với tốc độ ban đầu nhưng sau một thời gian ngắn thì chiếc xe xe từ từ dừng lại chính là vì tác động của ma sát nghỉ.

2. Đặc điểm của ma sát nghỉ:

Mỗi lực ma sát đều có những đặc điểm khác nhau. Và lực ma sát nghỉ có những đặc điểm sau đây:

• Có độ lớn thay đổi sẽ phụ thuộc vào lực tác dụng lên vật và thường làm cho vật thay đổi những chuyển động ban đầu
• Giữ cho vật luôn ở trạng thái cân bằng
• Ma sát nghỉ ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như bề mặt vật tiếp xúc, chất liệu, áp lực của bề mặt đó hoặc trạng thái của vật là khô hay ướt
• Điểm đặt lên bề mặt vật tiếp xúc
• Phương song song bề mặt tiếp xúc
• Lực ma sát trượt < lực ma sát nghỉ cực đại
• Chiều ngược với chiều hợp lực của ngoại lực
• Độ lớn của lực ma sát nghỉ là Fmsn
• Lực ma sát tĩnh làm cho hai vật đứng yên không thể di chuyển và nó ngăn cản việc khởi động hoặc làm thay đổi trạng thái của một vật
• Ma sát tĩnh cực đại không phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc
• Hệ số ma sát tĩnh được ký hiệu là μs, cho biết mức độ khó của vật khởi động từ trạng thái đứng yên
• Ma sát trượt xảy ra tại các bề mặt tiếp xúc, nó ngăn cản vật tiếp tục di chuyển và làm giảm tốc độ
• Hệ số ma sát trượt ký hiệu là  μk, cho ta biết được mức độ lớn nhỏ của vật khi di chuyển và khởi động.
• Ma sát tĩnh, ma sát nghỉ và ma sát trượt là ba loại ma sát khác nhau giữa các bề mặt tiếp xúc. 
• Ma sát tĩnh là loại ma sát xảy ra khi hai bề mặt tiếp xúc trong trạng thái đứng yên không di chuyển, sức cản của ma sát tĩnh ngăn chặn việc di chuyển lúc ban đầu của các vật thể. Để vượt qua ma sát tĩnh và bắt đầu di chuyển, cần có một lực lớn hơn để vượt qua lực của nó. 
• Ma sát nghỉ xảy ra khi hai bề mặt tiếp xúc với nhau đã được di chuyển và dừng lại, nhưng không chuyển động liên tục, chính là ma sát nghỉ. Ma sát này yêu cầu áp dụng một lực nhỏ hơn để duy trì trạng thái không di chuyển. 
• Ma sát trượt xảy ra khi hai bề mặt tiếp xúc được kéo qua nhau trong quá trình di chuyển liên tục, gọi là ma sát trượt. Ở trường hợp này, có một lực liên tục của ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc với nhau. Ma sát trượt thường sẽ nhỏ hơn ma sát tĩnh và cần áp dụng một lực nhỏ hơn để duy trì tốc độ di chuyển. 
• Tóm lại, ma sát tĩnh xảy ra khi không có chuyển động, ma sát nghỉ xảy ra khi đã có chuyển động nhưng không liên tục và ma sát trượt xảy ra khi quá trình di chuyển liên tục.

3. Công thức tính lực ma sát nghỉ:

Công thức tính lực ma sát nghỉ là: 

Fmsn =< FM = μn. N  

Trong đó

• μn là hệ số ma sát nghỉ.
• N là áp lực của vật lên mặt phẳng (N).
• FM là lực ma sát nghỉ cực đại (N).
• Fmsn lực ma sát nghỉ (N).

Công thức của lực ma sát nghỉ cực đại

FmsnMax = μnN  (μn>μt)

Trong đó

• FmsnMax là lực ma sát cực đại (N)
•  μn là hệ số ma sát nghỉ μt: hệ số ma sát trượt

Chú ý

Nếu cùng một lúc có nhiều lực tác dụng lên vật thì Ft là độ lớn của hợp lực cùng với ngoại lực có phương song song với bề mặt tiếp xúc.

4. Công dụng và ứng dụng, bài tập của ma sát nghỉ đối với đời sống:

4.1. Công dụng của ma sát nghỉ:

Ngăn cản khả năng trươt của vật trượt qua nhau khi không có lực đẩy hoặc một lực tác động lên nó

Duy trì vị trí đứng yên tại một điểm cố định, không cho chúng di chuyển tự do theo quán tính

Ma sát nghỉ giúp con người cầm nắm các vật, giúp cho những cây đinh được giữ chắc chắn khi đóng vào tường hoặc gỗ

Giúp cho xe hoặc người đi đường vào những chỗ cua quẹo không bị ngã và trượt

4.2. Ứng dụng của ma sát nghỉ trong đời sống:

Chúng ta có thể thấy lực ma sát nghỉ đóng vai trò quan trọng và ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực máy móc công nghiệp… cùng Luật Dương Gia điểm qua một số ứng dụng phổ biến nhất của lực ma sát nghỉ.

• Ma sát nghỉ còn hỗ trợ trong việc thiết kế các máy móc công nghiệp, được dùng để tạo ra các liên kết cố định của bộ phận máy móc
• Lợi dung lực ma sát nghỉ ta có thể đánh lựa, quẹt diêm và hộp quẹt trong đời sống hàng ngày
• Trong khi chúng ta cầm bút để viết thì lực ma sát nghỉ đã tác động và làm cho bút không rơi khỏi tay của chúng ta
• Ma sát nghỉ còn duy trì sự an toàn trong khi lái xe, đi bộ, leo dốc bởi vì nó ngăn cản được việc trượt làm cho vật đứng yên tại vị trí cố định
• Ma sát nghỉ còn hỗ trợ rất nhiều trong các lĩnh vực khác như kỹ thuật, vật lý, công nghệ và xây dựng.

4.3. Một số bài tập áp dụng của lực ma sát nghỉ:

Bài 1. Một xe điện đang chạy với vận tốc 36 km/h thì bị hãm lại đột ngột. Bánh xe không lăn nữa mà chỉ trượt lên đường ray. Kể từ lúc hãm, xe điện còn đi được bao xa thì dừng lại? Biết hệ số ma sát trượt giữa bánh xe và đường ray là 0,2. Lấy g = 9,8m/s2.

Bài 2. Một ô tô khối lượng m = 1 tấn chuyển động nhanh dần đều trên mặt đường nằm ngang với gia tốc a = 2m/s2. Hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường là 0,1. Tính lực kéo của ô tô.

Bài 3. Một đoàn tàu đang giảm tốc độ khi vào ga, biết lực kéo của đầu máy là 20000N. Em có nhận xét gì về độ lớn của lực ma sát khi đó?

Bài 4. Một đầu tàu khi khởi hành cần một lự kéo 10.000N, nhưng khi đã chuyển động thẳng đều trên đường sắt thì chỉ cần một lực kéo 5.000N.

a. Tìm độ lớn của lực ma sát khi bánh xe lăn đều trên đường sắt biết đầu tàu có khối lượng 10 tấn. Hỏi lực ma sát này có khối lượng bằng bao nhiêu phần trọng lượng của đầu tàu?

b. Đoàn tàu khi khởi hành chịu tác dụng của những lực nào? Tính độ lớn của hợp lực làm cho đầu tàu chạy nhanh dần lên khi khởi hành.

Bài 6. Hoa đưa một vật nặng hình trụ lên cao bằng 2 cách hoặc là lăn vật trên mặt phẳng nghiêng, hoặc kéo vật trượt trên mặt phẳng nghiêng. Cách nào lực ma sát lớn hơn?

A. Lăn vật

B. Kéo vật

C. Cả 2 cách như nhau

D. Không so sánh được

Bài 7. Hãy giải thích các hiện tượng sau và cho biết trong các hiện tượng này lực ma sát có ích hay có hại.

a) Khi đi trên sàn gỗ, sàn đá hoa mới lau dễ bị ngã.

b) Ô tô đi vào bùn dễ bị sa lầy.

c) Giầy đi mãi đế bị mòn.

d) Khía rãnh ở mặt lốp ô tô vận tải phải có độ sâu trên 1,6 cm.

e) Phải bôi nhựa thông vào dây cung ở cần kéo nhị.

Bài 8. Một ôtô chuyến động thẳng đều khi lực kéo của động cơ ôtô là 800N.

a. Tính độ lớn của lực ma sát tác dụng lên các bánh xe ôtô (bỏ qua lực cản của không khí).

b. Khi lực kéo của ôtô tăng lên thì ôtô sè chuyến động như thế nào nếu coi lực ma sát là không thay đổi?

c. Khi lực kéo của ôtô giảm đi thì ôtô sè chuyển động như thế nào nếu coi lực ma sát là không thay đổi?

Bài 9. Một đầu tàu khi khởi hành cần một lự kéo 8.000N, nhưng khi đã chuyển động thẳng đều trên đường sắt thì chỉ cần một lực kéo 4.000N.

a. Tìm độ lớn của lực ma sát khi bánh xe lăn đều trên đường sắt biết đầu tàu có khối lượng 8 tấn. Hỏi lực ma sát này có khối lượng bằng bao nhiêu phần trọng lượng của đầu tàu?

b. Đoàn tàu khi khởi hành chịu tác dụng của những lực nào? Tính độ lớn của hợp lực làm cho đầu tàu chạy nhanh dần lên khi khởi hành.

Bài 10. Một thùng hàng có khối lượng m và được đặt trên một mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng α. Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng là μ. Tìm lực ma sát nghỉ (lực ngăn chặn) giữa vật và mặt phẳng.