6.1 Force de frottement
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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 ? 1 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. 2 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 3 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. 4 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 5 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 6 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 7 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 8