9.5-Wheels Reduce Friction

9.5-Wheels Reduce Friction Important Formulae

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9.5 - Wheels Reduce Friction
  • Wheels are circular objects that rotate to reduce friction between surfaces.
  • Friction is reduced because the point of contact between the wheel and surface is constantly changing.
  • The force of friction acts on the circumference of the wheel, allowing smoother motion.
  • The frictional force, $F = \mu N$, where $\mu$ is the coefficient of friction and $N$ is the normal force, is reduced when a wheel rolls instead of sliding.
  • Wheels transform sliding friction into rolling friction, which is much smaller.
  • This is why vehicles with wheels move more easily than without them.

9.5 - Wheels Reduce Friction

In this section, we will learn how wheels help reduce friction. Friction is a force that opposes motion. When objects slide or roll over surfaces, friction plays a significant role in determining how easily they move. However, wheels are designed to reduce the amount of friction experienced during motion. Let's explore this concept further.

Frictional force occurs when two surfaces come into contact with each other. There are two types of friction: static friction and kinetic friction. Static friction occurs when an object is not moving, while kinetic friction occurs when the object is in motion.

When an object moves on a flat surface, friction resists its motion. The force of friction depends on the roughness of the surface and the force pressing the object against the surface. Without wheels, an object would have to slide directly over the surface, resulting in high friction.

Wheels reduce friction by changing the nature of motion. When a wheel rolls over a surface, only a small area of the wheel touches the surface at any given time. This rolling motion causes less resistance compared to sliding motion. The rolling motion is governed by the principle of rolling friction, which is generally much smaller than sliding friction.

The frictional force between the wheel and the surface can be calculated using the formula:

$F_{\text{friction}} = \mu R$

Where:

  • $F_{\text{friction}}$ = Frictional force
  • $\mu$ = Coefficient of rolling friction
  • $R$ = Normal force acting on the wheel (equal to the weight of the object when on a horizontal surface)

The key idea is that the coefficient of rolling friction ($\mu$) is much smaller than the coefficient of sliding friction. Therefore, wheels make it easier to move heavy objects with less force.

Another reason why wheels reduce friction is due to the shape of the wheel. The wheel's circular shape helps distribute the weight of the object evenly. This reduces the area of contact with the surface and minimizes the frictional resistance. The smoother the wheel and the surface, the less friction is produced.

Additionally, the use of lubricants between the wheel and the surface can further decrease friction. For example, the ball bearings inside wheels or the lubrication on car tires helps reduce friction even more, making movement easier.

In conclusion, wheels are a great way to reduce friction and make movement more efficient. The principles of rolling friction and the smooth, circular shape of wheels help minimize the force of friction, allowing for easier and more efficient motion of vehicles and machines.


Matti Blume, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

9.5-व्हील घर्षण को कम करते हैं

व्हील्स (पहिए) घर्षण को कम करने में मदद करते हैं। जब कोई वस्तु स्थिर होती है या धीरे-धीरे गति करती है, तो उसके और सतह के बीच घर्षण अधिक होता है। व्हील्स घर्षण को कम करते हैं क्योंकि वे एक घुमावदार सतह बनाते हैं जो स्थिर सतह से कम संपर्क में आती है। इसके परिणामस्वरूप, घर्षण की मात्रा घट जाती है और वस्तु आसानी से चलने लगती है।

व्हील्स के काम करने का तरीका समझने के लिए, हमें यह जानना होगा कि घर्षण क्या है। घर्षण वह बल है जो दो सतहों के संपर्क में आने पर उत्पन्न होता है और गति को रोकने की कोशिश करता है। व्हील्स इन सतहों को घुमाते हैं, जिससे सतह के संपर्क क्षेत्र को घटाया जाता है। यह घर्षण की शक्ति को कम करता है और गति को आसान बनाता है।

व्हील्स की संरचना घर्षण को कम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। पहिए के चारों ओर एक गोलाकार सतह होती है जो सतह के साथ घर्षण की शक्ति को विभाजित करती है। इससे यह सुनिश्चित होता है कि अधिकतम ऊर्जा और प्रयास कम घर्षण उत्पन्न करने में खर्च होते हैं। उदाहरण के लिए, एक कार के पहिए रोड के संपर्क में एक छोटा सा क्षेत्र रखते हैं, जिससे घर्षण कम होता है और कार तेजी से चल सकती है।

अब हम कुछ भौतिकी के सिद्धांतों की चर्चा करते हैं, जो यह समझाने में मदद करते हैं कि व्हील्स घर्षण को कैसे कम करते हैं। जब कोई वस्तु किसी सतह पर चलती है, तो उस पर एक बल लागू होता है। इस बल को घर्षण बल कहा जाता है और यह सामान्यतः इस प्रकार से व्यक्त किया जाता है:

$ F_f = \mu N $

जहां $ F_f $ घर्षण बल है, $ \mu $ घर्षण गुणांक है और $ N $ सामान्य बल है (जो वस्तु और सतह के बीच होता है)। यह सूत्र यह बताता है कि घर्षण बल सतह के प्रकार और दबाव पर निर्भर करता है। जब पहिए होते हैं, तो सतह का संपर्क क्षेत्र कम हो जाता है, जिससे घर्षण बल घटता है।

व्हील्स घर्षण को कम करने के लिए एक और तरीका अपनाते हैं: रोलिंग घर्षण। रोलिंग घर्षण स्थैतिक घर्षण से कम होता है। स्थैतिक घर्षण वह घर्षण होता है जो एक वस्तु को किसी सतह पर गतिशील होने से रोकता है, जबकि रोलिंग घर्षण उस घर्षण को कहते हैं जो वस्तु के पहिए के घूमने पर उत्पन्न होता है। रोलिंग घर्षण हमेशा स्थैतिक घर्षण से कम होता है, इसलिये व्हील्स के प्रयोग से वस्तु को गति देना सरल हो जाता है।

इस प्रकार, व्हील्स घर्षण को कम करने के लिए उनके डिज़ाइन और उनके द्वारा उत्पन्न रोलिंग घर्षण का लाभ उठाते हैं। इसी कारण व्हील्स का उपयोग हर प्रकार की परिवहन व्यवस्था जैसे कि कार, ट्रेन, साइकिल, आदि में किया जाता है।