9.1-Force of Friction

9.1-Force of Friction Important Formulae

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9.1 - Force of Friction
  • Friction is a resistive force that opposes motion between two surfaces in contact.
  • It arises due to the microscopic roughness of the surfaces in contact.
  • Frictional force depends on the nature of the surfaces and the force pressing them together.
  • The force of friction can be expressed as: $F_f = \mu N$, where $F_f$ is the frictional force, $\mu$ is the coefficient of friction, and $N$ is the normal force.
  • There are two types of friction: static friction (prevents motion) and kinetic friction (opposes moving objects).

9.1 - Force of Friction

The force of friction is a contact force that resists the relative motion or tendency of motion between two surfaces in contact. It acts in the direction opposite to the motion or attempted motion of an object. The force of friction plays a key role in our daily life, allowing us to walk without slipping, cars to move on roads, and objects to stay in place. Friction can occur between solid surfaces, liquids, or gases.

There are two main types of friction:

  • Static Friction: This is the frictional force that resists the initiation of motion between two surfaces. It is greater than kinetic friction and adjusts to the applied force up to a maximum limit.
  • Kinetic (or Dynamic) Friction: This is the frictional force acting between two surfaces that are already in relative motion. It is generally less than static friction.

Factors Affecting the Force of Friction:

  • Nature of the Surface: Rough surfaces experience more friction compared to smooth surfaces. For example, rubber on concrete has more friction than rubber on ice.
  • Normal Force: The force that presses two surfaces together. The greater the normal force, the greater the friction. It is generally proportional to the weight of the object.

The force of friction is directly proportional to the normal force between the two surfaces in contact. This relationship can be expressed as:

$$ F_f = \mu F_N $$

Where:

  • $F_f$ is the force of friction.
  • $\mu$ is the coefficient of friction (a dimensionless quantity).
  • $F_N$ is the normal force (the force perpendicular to the surface). This is often the weight of the object.

Coefficient of Friction: The coefficient of friction ($\mu$) is a measure of how much frictional force exists between two surfaces. It depends on the materials in contact. For example, the coefficient of friction between rubber and concrete is higher than that between rubber and ice. The value of $\mu$ can range from 0 (no friction) to a value greater than 1 (very high friction).

In real-world situations, friction is often useful, but it can also be a hindrance. For example, friction between the moving parts of machines can cause wear and tear. On the other hand, friction is essential for walking, driving, and many mechanical systems to function properly.

The force of friction also depends on whether the surfaces are dry or lubricated. Lubricants like oil reduce the friction between two surfaces by forming a thin layer between them. This is why lubricants are commonly used in machinery to reduce wear and increase efficiency.

Examples of Friction:

  • Walking on a surface: Friction between our feet and the ground allows us to walk without slipping.
  • Braking in vehicles: The friction between the tires and the road allows a car to slow down and stop.
  • Sliding an object: Friction resists the motion of an object when it is pushed along a surface.

The force of friction is an important aspect of the study of motion and plays a significant role in many physical processes.


Casint, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

9.1-घर्षण बल (Force of Friction)

घर्षण बल वह बल है जो दो सतहों के संपर्क में आने पर एक-दूसरे पर प्रतिकूल दिशा में कार्य करता है। यह बल वस्तु की गति का प्रतिकार करता है और उसे गति में आने से रोकता है।

घर्षण बल के प्रकार:

  • स्थिर घर्षण बल (Static Friction): जब कोई वस्तु स्थिर होती है और उसे किसी अन्य सतह पर हिलाने का प्रयास किया जाता है, तो यह बल काम करता है। यह बल उस स्थिति में होता है जब वस्तु को गति में लाने के लिए लागू बल उस वस्तु के गतिशील होने से पहले ही बराबर या अधिक होता है।
  • गतिशील घर्षण बल (Kinetic Friction): जब वस्तु गतिमान होती है, तो यह बल गति को धीमा करने की कोशिश करता है।
  • रोलिंग घर्षण बल (Rolling Friction): यह वह बल है जो किसी घूर्णनशील वस्तु (जैसे पहिया) के गति करने पर उत्पन्न होता है।

घर्षण बल की परिभाषा इस प्रकार की जाती है:

  • घर्षण बल और संपर्क सतहों के बीच की प्राकृतिक अवस्थाएँ जैसे कि सतहों की खुरदरापन पर निर्भर करता है।
  • यह बल सतहों की प्राकृतिक खुरदरापन या कोमलता के कारण उत्पन्न होता है।

घर्षण बल का गणितीय सूत्र:

घर्षण बल को निम्नलिखित सूत्र से व्यक्त किया जाता है:

$F_f = \mu N$

यहाँ पर:

  • $F_f$ = घर्षण बल (N में)
  • $\mu$ = घर्षण गुणांक (coefficient of friction)
  • $N$ = सामान्य बल (Normal Force) यानी सतह द्वारा वस्तु पर लगाया गया बल (N में)

घर्षण गुणांक ($\mu$) एक निरापदांक है जो दोनों सतहों की विशेषताओं पर निर्भर करता है। यह मापता है कि सतहें एक-दूसरे के विरुद्ध कितनी प्रतिरोधकता पैदा करती हैं। यदि सतहों की खुरदरापन अधिक है तो घर्षण गुणांक भी अधिक होगा, और अगर सतहें चिकनी हैं तो यह कम होगा।

घर्षण बल पर प्रभाव डालने वाले कारक:

  • सतहों का प्रकार: सतह की खुरदरापन और मसलन किसी सतह की चिकनाई या ऊबड़-खाबड़पन घर्षण बल को प्रभावित करता है। ज्यादा खुरदरी सतहों पर घर्षण बल अधिक होगा।
  • वस्तु का वजन: वस्तु का वजन सामान्य बल (N) को प्रभावित करता है, और इससे घर्षण बल भी प्रभावित होता है। अधिक वजन का मतलब अधिक घर्षण बल होगा।
  • सतह का तापमान: तापमान में वृद्धि से घर्षण बल पर प्रभाव पड़ सकता है, जैसे कि ठंडी सतहों पर अधिक घर्षण होता है।

घर्षण बल की आवश्यकता और उसके उपयोग पर भी ध्यान देना महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, वाहन चलाने के लिए टायर और सड़क के बीच घर्षण बल की आवश्यकता होती है ताकि वाहन गति पकड़ सके और रुकने में सक्षम हो।