Comment mieux comprendre le frottement?

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par lionel

Le frottement parait extrêmement simple à comprendre, mais c'est en fait parce que nous simplifions ses effets. En réalité ce qui se passe lorsque deux corps frottent l'un contre l'autre est beaucoup plus subtil que ce qu'il n'y parait.

Étapes de réalisation

Nous pouvons analyser le frottement de deux façon différentes: selon un point de vue microscopique, et selon un point de vue macroscopique.
Le point de vue macroscopique (grande échelle de taille) est en fait une simplification du point de vue microscopique (taille de l'ordre de l'atome).
Selon un point de vue microscopique, lorsque deux corps frottent l'un contre l'autre ce sont les atomes des deux corps qui entrent mutuellement en interaction.
Les forces agissant sur ceux-ci sont très compliquées à analyser: coulombiennes, force de vanderwaals, etc.
Comme il est quasiment impossible de modéliser le frottement en prenant en compte toute les interactions microscopiques, il est nécessaire de faire certaines approximations pour arriver au modèle macroscopique du frottement.
Comme nous allons le voir, celui-ci est différent selon certaines circonstances.
Dans le cas d'un frottement solide contre solide - par exemple un cube qui "glisse" sur un plan incliné - le frottement dépend de l'intensité avec laquelle les corps sont maintenus en contact.

Dans le cas du plan incliné il s'agit de la "force de réaction normale" exercée par le plan incliné sur le mobile, celle-ci est - dans le cas du dessin - égale à la projection de la force de pesanteur sur un axe perpendiculaire au plan incliné
Il est évident que le frottement tend à diminuer la vitesse du mobile, la force de frottement est donc opposée à son déplacement.
Dans ce cas, on peut alors écrire la force de frottement de cette façon:

Force_frottement = - K * Force_réaction_normale * vect

ou vect est un vecteur unitaire (de norme égale à 1) dirigé dans le sens du déplacement, Force_réaction_normale est la valeur en valeur absolue (donc positive) de la force de réaction normale, et K est le coefficient de frottement sec
Le coefficient de frottement sec (c'est à dire solide-solide) dépend des matériaux des solides en contact.

De plus, lorsque l'on exerce une force sur un solide alors que la vitesse relative entre les deux solides était initialement nulle, alors le coefficient de frottement est supérieur au coefficient de frottement dans le cas ou la vitesse relative n'est pas nulle.
Si on tire sur un solide posé sur une table avec une vitesse initialement nulle, la valeur de la force de frottement est d’abord très grande, puis diminue pour être à peu près constante lorsque la vitesse relative n'est plus nul.
Dans le cas d'un frottement solide contre fluide (exemple; une aile d'avion frotte contre le vent, ou un bateau frotte contre l'eau), la force de frottement dépend directement de la vitesse relative entre le fluide et le solide.
On écrit ainsi l'expression de frottement solide-fluide de la façon suivante:

Force_frottement = - C * vitesse_relative

ou vitesse_relative est le vecteur vitesse relative, et C est le coefficient de frottement solide_fluide (qui dépend bien sur du fluide et du solide)
Si un solide glisse sur un plan incliné on parle de frottement solide contre solide, en revanche si on lubrifie les deux solides, le frottement résultant consistera en deux frottements solide-fluide.