Vad är Coulomb-friktion?

Coulomb-friktion är en förenklad kvantifiering av friktionskraften som finns mellan två torra ytor i kontakt med varandra. Alla friktionsberäkningar är approximationer, och denna mätning, som utvecklades 1785 av Charles-Augustin de Coulomb som en förfining av Leonardo da Vincis klassiska modell, är endast beroende av rörelsens grundläggande principer. Den förutsätter att kontaktytorna är ganska likformiga och att friktionskoefficienten som måste övervinnas för att rörelse ska börja är väletablerad för de material som är i kontakt. Den står också för normalkraften som involverar gravitationskraften, oavsett om den är i direkt horisontell rörelse till normalkraften eller i en vektoriserad lutning.

Maskintekniska beräkningar använder ofta Coulombs friktionsformler på grund av deras enkelhet, och de kan anpassas för att ta emot statisk friktion hos kroppar som inte är i rörelse eller kinetisk friktion hos kroppar som glider mot varandra. Denna modell förutsätter att materialen är styva fasta ämnen, utan smörjmedel eller andra vätskor eller gaser mellan dem. Även om Coulombs friktionslag fungerar bra med dessa material, där halvmjuka föreningar som gummi är inblandade eller polerade metallytor, är beräkningarna mindre exakta.

Guillaume Amontons, en fransk uppfinnare, förfinade Leonardo da Vincis friktionsberäkningar 1699, och Coulomb använde detta för att grunda sin förståelse av friktion. Tre fysiska regler gäller för torra ytor, med de två första kända som Amontons lagar och den tredje som Coulombs lag. De två första anger att friktionskraften är direkt proportionell mot belastningen och är oberoende av det synliga kontaktområdet mellan materialen. Coulombs lag säger att den kinetiska friktionen hos kroppar i rörelse är oberoende av kropparnas faktiska glidhastighet.

Coulombs friktionskoefficient är en statisk kraft som är något högre än drivkraften när två material är i vila medan de är i kontakt med varandra. Denna friktionskoefficient är välkänd för många enkla, rena material och anges som ett enhetslöst tal. För torra ytor är friktionskoefficienten för trä mot betong 0.62, för polystyren mot stål 0.3 till 0.35 och för stål mot Teflon® 0.04. Dessa siffror används för att beräkna kraften som krävs för att övervinna statisk friktion, känd som friktionskraften, genom att multiplicera friktionskoefficienten gånger normalkraften. Normalkraften är materialets massa gånger gravitationskraften, med vektorberäkningar tillagda om de två ytorna rör sig uppåt eller nedåt i en lutning mot gravitationsdraget, eller mot den.

Coulomb friktionsdämpning är effekten av friktion som alltid är motsatt rörelseriktningen. Det uttrycks som frigöring av värmeenergi mellan ytorna, vilket minskar den kinetiska nettoenergin för rörelse. Coulomb-friktionsmoment involverar rotationskrafter när två material inte rör sig på linjärt sätt när de är i kontakt, och är ett annat exempel på där grundläggande formler ingår i mer komplexa beräkningar av den faktiska friktionen som äger rum. Dessa beräkningar tar Coulombs formler och utökar dem till att omfatta en mängd olika friktionsmiljöer, inklusive friktion av viskös vätskor, inre friktion i material där deformation äger rum, och mer.