9.2-Factors affecting Friction

9.2-Factors affecting Friction Important Formulae

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9.2 - Factors affecting Friction
  • Nature of surfaces: Rough surfaces create more friction, while smooth surfaces reduce friction.
  • Normal Force: The force acting perpendicular to the contact surface. Higher normal force increases friction.
  • Type of material: Different materials have different coefficients of friction. For example, rubber has higher friction than ice.
  • Area of contact: Friction is not significantly affected by the area of contact but by the normal force.
  • Formula for frictional force: $F_f = \mu N$, where $F_f$ is the frictional force, $\mu$ is the coefficient of friction, and $N$ is the normal force.

9.2 - Factors Affecting Friction

Friction is the force that resists the motion of two surfaces sliding or rolling over each other. The amount of friction depends on various factors, which can either increase or decrease the frictional force between the surfaces. These factors are:

1. Nature of the Surfaces in Contact

The roughness or smoothness of the surfaces in contact plays a major role in determining the amount of friction. Rough surfaces tend to have more friction because the irregularities in the surfaces interlock, creating more resistance to motion. On the other hand, smooth surfaces create less friction because the points of contact are fewer and smoother.

2. Force Pressing the Surfaces Together

The normal force (the force pressing the two surfaces together) directly affects the frictional force. If the force pressing the surfaces together increases, the frictional force also increases. This is because a greater normal force leads to greater interlocking of the surface irregularities. Mathematically, the frictional force ($F_f$) is directly proportional to the normal force ($F_n$), expressed as:

$F_f = \mu F_n$

Where:
$F_f$ = frictional force
$\mu$ = coefficient of friction
$F_n$ = normal force

3. Type of Material

The type of material of the surfaces in contact also affects friction. Different materials have different coefficients of friction. For example, rubber on concrete has a higher coefficient of friction than steel on ice. The nature of the material determines how easily the surfaces can slide over each other. Materials with rough or sticky surfaces tend to have higher frictional forces.

4. Lubrication

The presence of lubricants such as oil, grease, or water between two surfaces can reduce the friction between them. Lubricants fill the microscopic gaps and reduce the direct contact between the surfaces, thus lowering the frictional force. This is why oiling or greasing machine parts reduces wear and tear and improves their efficiency.

5. Temperature

Temperature can influence the friction between two surfaces. At higher temperatures, materials can soften, which might either increase or decrease friction, depending on the material. For example, in some cases, increased temperature can cause the surfaces to expand and increase friction, while in others, it can cause them to become smoother and reduce friction.

6. Speed of Motion

The speed at which an object moves also affects the frictional force. For many surfaces, static friction (when the object is not moving) is greater than kinetic friction (when the object is moving). As the object begins to move, the frictional force generally decreases. However, this change depends on the nature of the surfaces and the type of friction (static or kinetic).

7. Surface Area

Unlike what one might expect, the surface area in contact does not significantly affect the frictional force. Whether a large or small surface area is in contact, the frictional force remains roughly the same for a given normal force. This is because the force per unit area (pressure) remains constant, and it is the normal force that plays a bigger role in determining friction.

In summary, the frictional force depends on the nature of the surfaces, the force pressing them together, the type of material, temperature, lubrication, speed of motion, and the surface area in contact. Understanding these factors helps in controlling and minimizing friction where it is undesirable and increasing it where it is needed for tasks like gripping or braking.

9.2-घर्षण को प्रभावित करने वाले तत्व

घर्षण वह बल है जो दो वस्तुओं के संपर्क में आने पर उत्पन्न होता है और उनके आपस में सरकने या गति को रोकने के प्रयास में होता है। यह बल विभिन्न कारकों द्वारा प्रभावित होता है। इस अध्याय में, हम उन कारकों को समझेंगे जो घर्षण को प्रभावित करते हैं।

1. समपृष्ठ क्षेत्र (Contact Area)

जब दो सतहें आपस में संपर्क करती हैं, तो उनकी समपृष्ठ क्षेत्र (Contact Area) पर घर्षण बल उत्पन्न होता है। सामान्यत: यदि संपर्क क्षेत्र अधिक होता है, तो घर्षण बल भी अधिक होता है। हालांकि, यह स्थिति सतहों की प्रकृति और उनकी बनावट पर निर्भर करती है।

2. सतह की बनावट (Nature of the Surface)

यदि सतहें चिकनी होती हैं, तो घर्षण बल कम होता है, जबकि खुरदरी सतहें अधिक घर्षण उत्पन्न करती हैं। जैसे, रेत और गारे जैसी खुरदरी सतहों पर घर्षण बल अधिक होता है।

3. दबाव (Normal Force)

घर्षण बल सीधे तौर पर उस बल पर निर्भर करता है, जो एक वस्तु दूसरी वस्तु पर दबाव डालती है। इसे सामान्य बल (Normal Force) कहा जाता है। यदि दबाव अधिक होता है, तो घर्षण बल भी अधिक होता है।

इसका गणितीय रूप है:

$F_f = \mu N$

यहाँ, $F_f$ घर्षण बल है, $\mu$ घर्षण गुणांक (Coefficient of Friction) है और $N$ सामान्य बल है।

4. घर्षण गुणांक (Coefficient of Friction)

हर दो सतहों के बीच एक निश्चित घर्षण गुणांक होता है, जो यह दर्शाता है कि दो सतहों के बीच घर्षण कितना अधिक या कम होगा। यह गुणांक सतहों के प्रकार और उनके संपर्क की स्थिति पर निर्भर करता है। घर्षण गुणांक की मान अलग-अलग सतहों के लिए अलग होती है, जैसे कागज और लकड़ी के बीच घर्षण गुणांक अलग होता है और रबड़ और धातु के बीच अलग।

5. गति की दिशा (Direction of Motion)

यदि वस्तु स्थिर है तो घर्षण बल उसकी गति को रोकने की कोशिश करता है। यदि वस्तु गति कर रही है, तो घर्षण बल उसकी गति को धीमा करने का प्रयास करता है।

6. तापमान (Temperature)

तापमान का भी घर्षण पर प्रभाव पड़ता है। सामान्यतः, जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, घर्षण बल में वृद्धि होती है। उदाहरण के लिए, कुछ धातु जब गर्म होती हैं, तो उनका घर्षण गुणांक बढ़ सकता है।

7. द्रव या चिकनाई (Lubrication)

यदि सतहों के बीच चिकनाई या द्रव डाला जाता है, तो घर्षण बल कम हो जाता है। यह द्रव दोनों सतहों के बीच एक पतली परत की तरह काम करता है, जो उन्हें सीधे संपर्क करने से रोकता है और घर्षण को कम करता है।