Statisk friktion är en kraft som motverkar rörelsen av två föremål mot varandra när föremålen initialt är i vila. Ett enkelt exempel är ett träblock som sitter på en ramp – en kraft måste appliceras för att få blocket att glida nedför rampen. En annan term, kinetisk friktion, gäller kraften som motverkar föremål som redan rör sig mot varandra. Styrkan hos dessa krafter kan beräknas och kallas friktionskoefficienten. I verkliga situationer visar sig den statiska friktionskoefficienten nästan alltid vara större än den för kinetiska, men i noggrant kontrollerade experiment, där ytorna på föremålen har rengjorts noggrant, är de två i allmänhet desamma.
Vanligtvis, när kraften som appliceras på ett föremål på en yta ökar, kommer den statiska friktionskraften initialt att öka för att matcha den, så att föremålet inte rör sig. Efter en viss punkt kommer dock föremålet att börja röra sig, och vid denna punkt kommer friktionskraften att sjunka, så att mindre kraft krävs för att hålla föremålet i rörelse. Till exempel kan friktionskraften matcha den applicerade kraften upp till 50 newton — kraften mäts i newton (N) — men därefter kan den sjunka till 40 N. Därför krävs en kraft på drygt 50 N för att få fram föremålet rör sig, men därefter räcker det med drygt 40 N.
Beräkna koefficienten
Statiska friktionskoefficienter kan beräknas för alla fasta material eller materialpar. Ett koefficientvärde kan därför gälla trä på trä, stål på stål eller stål på trä. Ett sätt att beräkna värdet för ett materialpar är att placera ett block av ett material på en ramp gjord av det andra – för ett enda material skulle blocket och rampen vara gjorda av samma ämne. Lutningen på rampen ökas gradvis, tills blocket glider ner. Vinkeln vid vilken detta sker kan sedan användas för att beräkna den statiska friktionskoefficienten.
Koefficienten, när den används i formler och ekvationer, ges symbolen μ — den grekiska bokstaven mu. En subscript används vanligtvis för att skilja de två: μs indikerar statisk friktion, medan μk betyder kinetisk friktion. Till exempel är μs för stål på stål 0.74, medan μk för detta material är 0.57. Dessa värden är för typiska verkliga situationer och kan variera lite beroende på omständigheterna. Eftersom μs-värdet kan påverkas av ytojämnheter, smuts och spår av andra ämnen, anses μk-värdet som mer exakt, och är det som vanligtvis ges när en enkel friktionskoefficient krävs.
Faktorer som påverkar friktion
Ett antal faktorer bidrar till statisk friktion, men oftast är den viktigaste ytornas grovhet. Även när de är utslätade kommer olika material att variera när det gäller de fina detaljerna på deras ytor. Rent praktiskt är ingen yta helt slät, men vissa kommer att ha större ojämnheter än andra. Skillnaden är uppenbar, i vissa fall: till exempel har ett sidenplåt en mycket slät struktur som skapar mindre friktion, medan en torr asfaltväg är grov och genererar mer motstånd mot rörelse. Andra faktorer inkluderar elektrostatisk attraktion och de typer av svaga kemiska bindningar som kan bildas mellan ytor.
Exempel
Många människor är bekanta med statisk friktion, eftersom de stöter på det på en nästan daglig basis; det är till exempel på jobbet när någon skjuter en bok över ett bord. Inledningsvis måste en liten mängd kraft utövas för att få boken att röra sig, men när den väl rör sig kommer kinetisk friktion in i bilden och mindre ansträngning kommer att krävas för att flytta den. Mängden kraft som krävs kan variera beroende på omständigheterna. Till exempel, om en bok har ett biblioteksomslag på sig och den blev fuktig, kommer den våta boken att kräva mer kraft för att röra sig, medan en helt ny pocketbok kan glida mycket lätt över ett torrt träbord med en lackerad yta.
Tabeller över statiska och kinetiska friktionskoefficienter finns tillgängliga för många vanliga material och kombinationer därav. Ett högre värde indikerar större friktion, så att mer kraft måste appliceras för att orsaka rörelse. Till exempel är μs för aluminium på aluminium 1.05 – 1.35, vilket är mycket högt, medan värdet för polytetrafluoreten (PTFE) på PTFE är 0.04, vilket är extremt lågt och gör det mycket halt. Det är svårt att skjuta en stoppad bil i rörelse på grund av den avsiktliga friktionen mellan däcken och marken; detta ger föraren mer kontroll och gör bilen mindre benägen att sladda.
Beräkna bromssträcka
Ett exempel på tillämpning av statisk friktion är vid beräkning av brottsträckan för en bil vid en given hastighet och under speciella förhållanden. Under normala omständigheter, när däcken svänger på vägen, gäller statisk, snarare än kinetisk, friktion. μs för ett torrt däck på torr väg är cirka 1.00, medan värdet för ett vått däck på en våt väg endast är 0.2 — detta betyder att brottsträckan blir fem gånger större i våta förhållanden. Under torra förhållanden har en bil som färdas i 31 km/h en bromssträcka på 50 fot (33 meter), medan i våta förhållanden skulle bromssträckan vara 10 fot (164 meter). När däcken glider, snarare än rullar, längs ytan – vilket kan vara fallet i isiga förhållanden – är det kinetisk friktion som är viktig.