اصطکاک نیرویی است که با حرکت جسم جامد یا لایه سیال بر روی دیگری مخالف است. یکی از اولین اکتشافات بشر استفاده از گرمایش اصطکاکی برای ایجاد آتش بود. یکی دیگر از بزرگترین اختراعات بشر چرخ است که از اصطکاک ساکن بهره می برد. واژه اصطکاک از فعل لاتین «fricare» به معنای «مالیدن» گرفته شده است. [1].

اصطکاک نقش مهمی در بسیاری از فرآیندهای صنعتی مربوط به نحوه شروع حرکت یک جسم، تغییر جهت یا توقف آن دارد. این یک عامل اصلی در زمینه تریبولوژی، مطالعه سطوح متقابل در حال حرکت است. اصطکاک همچنین اساس بسیاری از فعالیت های روزانه ما است. ما از آن برای انجام کارهایی مانند گرفتن اشیا، روشن کردن کبریت ها، نوشتن با خودکار و مداد و اتو کردن لباس ها و بسیاری کارهای دیگر استفاده می کنیم. [1].

در این مقاله با موارد زیر آشنا خواهید شد:

• ضریب اصطکاک چقدر است
• چگونه ضریب اصطکاک اندازه گیری می شود
• مقادیر معمولی ضریب اصطکاک

(Tribology-abc)

ضریب اصطکاک چقدر است؟

اصطکاک بین دو جسم معمولاً با نیرویی به نام نیروی اصطکاک نشان داده می شود f_اصطکاک. این متناسب با نیروی طبیعی است ن، که نیروی عمود یا “عادی” به سطوح در تماس است. عامل تناسب μ به ضریب اصطکاک معروف است. به عبارت دیگر، ضریب اصطکاک عبارت است از نسبت نیروی مقاوم به حرکت یک جسم نسبت به جسم دیگری که با آن در تماس است. این را می توان به سادگی در معادله زیر نشان داد:

`f_{f}=mu cdot N`

جایی که

• “f_{f}” نیروی اصطکاک است
• “ن”. نیروی طبیعی است
• “mu”. ضریب اصطکاک است

نیروی اصطکاک و نیروی نرمال هر دو بر حسب نیوتن اندازه گیری می شوند و بنابراین ضریب اصطکاک یک مقدار بی بعد است. [2].

مقادیر معمولی برای ضریب اصطکاک معمولاً از 0 تا 1 متغیر است. یک مقدار نزدیک به صفر نشان می‌دهد که تنها نیروی کمی برای ایجاد حرکت یک جسم بر روی دیگری لازم است. یک مقدار نزدیکتر به یک است یعنی نیروی زیادی لازم است.

به طور کلی حرکت دادن یک جسم بر روی شی دیگر از حالت سکون در مقایسه با جسمی که قبلاً در حال حرکت است، دشوارتر است. به عبارت دیگر، نیرو برای حرکت دادن یک جسم بیشتر است. به همین دلیل، دو ضریب مختلف اصطکاک به طور کلی متمایز می شوند. ایستا و پویا (یا جنبشی).

ضریب اصطکاک چگونه اندازه گیری می شود؟

اندازه‌گیری ضریب اصطکاک برای بسیاری از کاربردها و فرآیندهای صنعتی که ویژگی‌های اصطکاک باید شناخته شده و کنترل شود، حیاتی است. تکنیک های متعددی برای اندازه گیری اصطکاک استفاده می شود.

از لحاظ تاریخی، اصول اندازه گیری اصطکاک با روش طراحی شده توسط لئوناردو داوینچی در سال 1495 شروع شد. ضریب اصطکاک مطابق با نسبت بین نیروی مورد نیاز برای حرکت بلوک (نیروی اصطکاک) و وزن بلوک (نیروی عادی) است. [3]. این روش یکی از رایج ترین تکنیک های پذیرفته شده باقی می ماند. سایر تکنیک ها اساساً اصلاحاتی از مفهوم توسعه یافته توسط داوینچی هستند. برخی از این موارد شامل موارد زیر است [1]:

• تست هواپیمای شیبدار: در این آزمایش یک جسم روی صفحه ای قرار می گیرد که به طور سیستماتیک متمایل است تا زمانی که بدن شروع به حرکت کند.

• تست کاپستان: از این اصل در کاپستان ها برای نگه داشتن خطوط تحت کشش استفاده می شود. این آزمایش شامل یک تسمه، یک کابل و یک طناب یا یک شبکه است که روی یک رول یا سیلندر می لغزد. این آزمایش لغزش یک فیلم پلاستیکی روی یک رول را در حین ساخت شبیه سازی می کند.

مقادیر معمولی ضریب اصطکاک

ضریب اصطکاک کاملاً به دو سطح در تماس مربوط است و به متغیرهای زیادی از جمله خواص مواد حجیم، زبری سطح، گرد و غبار اتمسفر، وجود اکسید یا لایه‌های دیگر روی سطح، دما، رطوبت و درجه آلودگی بستگی دارد. دیگران [4].

جدول زیر مقادیر معمولی را برای ضرایب اصطکاک استاتیکی و دینامیکی (سینتیکی) برای مواد مختلف در شرایط مختلف ارائه می‌کند.

میز 1. ضرایب اصطکاک استاتیکی و دینامیکی مواد مختلف در شرایط خشک یا چرب [4].

مواد	ضریب اصطکاک استاتیکی		ضریب اصطکاک دینامیک
	خشک	چرب	خشک	چرب
فولاد سخت روی فولاد سخت	0.78 (1)	0.11 (1) 0.23 (2) 0.15 (3) 0.11 (4) 0.0075 (5) 0.0052 (6)	0.42	0.029 (6) 0.081 (3) 0.080 (7) 0.058 (8) 0.084 (4) 0.108 (13) 0.12 (1)
فلز روی بر چدن	0.85	—	0.21	—
فولاد سخت بر گرافیت	0.21	0.09 (1)	—	—
برنز روی چدن	—	—	0.22	0.077 (10)
فولاد نرم روی چدن	—	0.183 (3)	0.23	0.1333 (11)
نیکل روی فولاد نرم	—	—	0.64	0.178 (13)
نیکل روی نیکل	1.10	0.28 (15)	0.53	0.12 (14)
منیزیم روی فولاد نرم	—	—	0.42	—
منیزیم روی منیزیم	0.60	0.08 (15)	—	—
فلز مس روی فولاد نرم	058	—	0.36	0.18 (1)
آلومینیوم روی آلومینیوم	1.05	0.30 (15)	1.4	—
شیشه روی شیشه	0.94	0.35 (15)	0.4	0.09 (1)
فلز مس بر شیشه	0.68	—	0.53	—
چدن روی چدن	—	—	0.22	0.077 (10)
تفلون روی تفلون	004	—	0.04 (11)	—
پلاستیک چند لایه روی فولاد	—	—	0.35	0.05 (12)
کاربید تنگستن روی کاربید تنگستن	0.20	0.12 (1)	—	—
کاربید تنگستن روی فولاد	0.50	0.08 (1)	—	—
بلوط روی بلوط (موازی با دانه)	0.62	—	0.48	0.164 (16)
مراجع روان کننده	(1) اسید اولئیک (2) روغن اسپیندل اقیانوس اطلس (3) روغن کرچک (4) روغن گوشت خوک	(5) اسید پالمیتیک (6) اسید استریک (7) پایه اکسید روی را چرب کنید (8) گرافیت	(9) تریولئین (10) روغن زیتون (11) روغن معدنی متوسط (12) اب	(13) روغن توربین (معدنی معدنی) (14) اکتیل الکل (15) 1% اسید لوریک در روغن پارافین (16) صابون خشک

[1] کمیته بین المللی کتابچه راهنمای ASM (1992)، کتابچه راهنمای ASM، جلد 18: فناوری اصطکاک، روانکاری و سایش.

[2] پرنده، جو و چیورز، پی جی (1993)، “اصطکاک”، در کتاب جیبی مهندسی و علوم فیزیک نیونز, JO Bird, PJ Chivers, Ed. نیونز، ص 235-237.

[3] پرسون، BNJ (1998)، “اصطکاک لغزشی، اصول و کاربردهای فیزیکی”، اسپرینگر، هامبورگ، آلمان.

[4] فولر، دی، “ضرایب اصطکاک”، دانشگاه کلمبیا، [Online].