6.1 Force de frottement

Chapitre 6
Dynamique de la particule
Nous étudierons dans ce chapitre certaines forces: frottement, force
centripète, la résistance de l’air, etc. qui vous sont plus ou moins
familières et dont l’étude permettra de prévoir correctement le
mouvement de différents objets soumis à ces forces.
6.1 Force de frottement
Un de vos amis vous dit que la force de frottement est toujours
nuisible et qu’il faut donc essayer de la réduire le plus possible?
Que lui répondez-vous? Avez-vous des exemples pour
appuyer vos affirmations?
Quels sont les facteurs en jeux dans le calcul de la force de
frottement ?
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Quel est le principal facteur à l’origine de cette force?
Nous savons aujourd’hui que cette force est causée de la
présence de microsoudures qui se développent entre ces
surfaces ce qui procure une bonne adhérence.
Microsoudures
Comme nous le verrons au laboratoire, la force de frottement apparaît
au contact de deux surfaces. Cette force s’oppose au mouvement
relatif des deux surfaces.
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6.1 Le frottement
Historique
Il n’existe pas de théorie fondamentale pour expliquer la force de
frottement. C’est en effectuant de nombreuses expériences sur
plusieurs années que nous en avons maintenant une bonne
compréhension à partir des microsoudures.
Léonard de Vinci 1508
Amontons 1699
Charles Coulomb 1785
Bowden et Tabor 1950
Principal facteur influençant la force de frottement:
microsoudures
La nature des surfaces ou de l’adhérence superficielle
page 173
(microsoudures)
Benson
La force de frottement dépend de la nature des surfaces et de
la normale .
Elle est indépendante de l'aire de contact et de la vitesse
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6.1 Le frottement
N
Fappl.
Fs max
Fg
En appliquant une force sur un bloc au repos sur une surface
horizontale, la force de frottement statique (avant le mouvement)
ajuste sa valeur pour égaler la force appliquée jusqu’à sa valeur
maximale .
Cette valeur maximale est donnée par :
f s max = µ s N
Où µs est un coefficient de frottement statique qui dépend de la
nature des surfaces.
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6.1 Force de frottement
De la même façon, si le bloc glisse à vitesse constante, les
mesures expérimentales montrent que la force de frottement
cinétique qui s’oppose au mouvement est donnée par :
fc = µcN
N
Fappl.
fc
Fg
Où µc est un coefficient de frottement cinétique qui dépend de
la nature des surfaces.
Les coefficients sont déterminés
expérimentalement
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6.1 Force de frottement
Manuel page 160
En général , µc < µ s <1
On retrouve les valeurs des coefficients dans des tables. Ces
valeurs sont relativement constantes.
Surfaces
µc
µs
Bois sur bois
0,2
0,4
Glace sur glace
0,03
0,1
Caoutchouc sur ciment sec
0,8
1,0
Teflon sur teflon
0,04
0,04
Acier sur acier
0,57
0,74
Verre sur verre
0,4
0,94
La force de frottement « f » dépend donc de deux facteurs : µ
et N
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6.1 Force de frottement
En résumé, la grandeur de la force de frottement varie approximativement
de la façon suivante en fonction de la force appliquée
f
Hyperphysics
fs(max)
« force » « friction »
fc
Fig. 6.4
Statique
(Au repos)
Cinétique
( En mouvement)
Fappl
Lorsque l’objet est au repos, la force de frottement compense jusqù’à la
valeur maximale fs(max)
Lorsque l’objet est en mouvement, il est soumis à la force de frottement
cinétique fc
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Situation réelle, lors d'une expérience, on tire un bloc de bois sur une
surface à l'aide d'un senseur de force relié à un système d'acquisition de
données informatisé. On obtient alors le graphique ci-dessus, montrant la
grandeur de la force appliquée au bloc en fonction du temps.
Voir Fig. 6.4
Adapté de CUMMINGS, Karen, Priscilla LAWS, Edward REDISH et
Patrick COONEY (2004). Understanding Physics. Hoboken, John Wiley
& Sons, 1224 p.
Tiré du site OPUS de l’Université laval
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