▷ Coefficient de frottement (ou coefficient de frottement)

Cet article explique ce qu'est le coefficient de frottement (ou coefficient de frottement) en physique. Ainsi, vous découvrirez comment calculer le coefficient de frottement, quels sont les types de coefficients de frottement et, en plus, des exercices résolus étape par étape.

Quel est le coefficient de frottement ?

Le coefficient de frottement , également appelé coefficient de frottement , est un coefficient qui indique le frottement entre les surfaces de deux corps lorsque l'un a l'intention de se déplacer sur l'autre.

Ainsi, le coefficient de frottement est utilisé pour calculer la force de frottement (ou force de frottement), qui est la force qui rend difficile le déplacement d'un corps sur un autre. Ainsi, plus le coefficient de frottement est élevé, plus la force de frottement est grande.

Le coefficient de frottement est un coefficient sans dimension, c'est-à-dire qu'il n'a pas d'unité. De même, la lettre grecque μ est souvent utilisée comme symbole pour représenter le coefficient de frottement.

Formule du coefficient de frottement

Le coefficient de frottement est égal au rapport entre la force de frottement (ou force de frottement) et la force normale. Par conséquent, le coefficient de frottement est calculé en divisant la force de frottement par la force normale.

Autrement dit, la formule du coefficient de frottement est la suivante :

$\mu=\cfrac{F_R}{N}$

Où:

$\mu$ est le coefficient de frottement, qui n'a pas d'unité.
$F_R$ est la force de frottement , exprimée en newtons.
$N$ est la force normale, exprimée en newtons.

Gardez à l’esprit que le coefficient de frottement est un coefficient qui n’a pas d’unité car il est calculé en divisant deux quantités qui ont les mêmes unités.

Coefficient de frottement statique et dynamique

La valeur de la force de frottement dépend du fait que le corps est au repos ou en mouvement. Par exemple, vous avez probablement essayé de faire glisser un corps très lourd et il était difficile de le déplacer au début, mais une fois que vous avez réussi à déplacer un peu le corps, il est plus facile de continuer à faire glisser l'objet.

En effet, en général, la force de frottement lorsque le corps est à l’arrêt est plus grande que lorsque le corps est en mouvement. Il existe donc deux types de forces de frottement :

Force de frottement statique : C'est la force de frottement qui agit lorsque le corps n'est pas encore en mouvement.
Force de friction dynamique (ou cinétique) : c'est la force de friction qui agit lorsque le corps a déjà entamé le mouvement.

Ainsi, il existe également deux types de coefficient de frottement :

Coefficient de frottement statique (μ _E ) : utilisé pour calculer la force de frottement statique. Il indique le frottement entre les surfaces de deux corps lorsque le mouvement n'a pas encore commencé, c'est-à-dire lorsqu'ils sont encore au repos.
Coefficient de frottement dynamique (μ _D ) : utilisé pour calculer la force de frottement dynamique. Il indique le frottement entre les surfaces de deux corps lorsque l'un glisse déjà sur l'autre.

De plus, la valeur de la force de frottement varie comme le montre le graphique suivant :

force de frottement statique et dynamique

La force de frottement statique est égale à la force appliquée pour tenter de déplacer le corps mais sa direction est opposée. Sa valeur maximale étant le produit entre le coefficient de frottement statique et la force normale. Lorsque la force appliquée dépasse cette valeur, le corps commence à bouger.

Ainsi, lorsque le corps est déjà en mouvement, la force de frottement dynamique a une valeur constante équivalente au produit entre le coefficient de frottement dynamique et la force normale, quelle que soit la valeur de la force appliquée. De plus, cette valeur est légèrement inférieure à la valeur maximale de la force de frottement statique.

En conclusion, le coefficient de frottement statique est supérieur au coefficient de frottement dynamique. Il est donc plus difficile de commencer à déplacer un corps que de le déplacer lorsque le mouvement a déjà commencé.

Valeurs du coefficient de frottement

Dans le tableau suivant, vous pouvez voir quelques valeurs communes du coefficient de frottement statique et du coefficient de frottement dynamique :

Surfaces de contact	Coefficient de frottement statique (μ _e )	Coefficient de frottement dynamique ( _μd )
cuivre sur acier	0,53	0,36
acier sur acier	0,74	0,57
aluminium sur acier	0,61	0,47
caoutchouc sur ciment	1	0,8
bois sur bois	0,25-0,5	0,2
Bois sur cuir	0,5	0,4
Téflon sur Téflon	0,04	0,04

Gardez à l'esprit que ces valeurs peuvent varier car elles dépendent de nombreux facteurs tels que la rugosité des surfaces, la température, la vitesse relative entre les surfaces, etc.

Problèmes résolus du coefficient de frottement

Exercice 1

Nous avons l'intention de déplacer un bloc de masse m=12 kg sur une surface plane et il commence à se déplacer juste lorsqu'une force de 35 N est appliquée. Quel est le coefficient de frottement statique entre le sol et le bloc ? Données : g=10 m/s ² .

problème résolu du coefficient de frottement statique

Voir la solution

Tout d’abord, nous représentons graphiquement toutes les forces agissant sur le bloc :

exercice résolu du coefficient de frottement statique ou coefficient de frottement statique

Dans la situation limite d’équilibre, les deux équations suivantes sont vérifiées :

$N=P$

$F_R=F$

Ainsi la force de frottement sera équivalente à la force horizontale appliquée sur le corps :

$F_R=F=35 \ N$

D'autre part, on peut calculer la valeur de la force normale en utilisant la formule de la force du poids :

$\begin{array}{l}N=P\\[3ex] N=m\cdot g\\[3ex] N=12\cdot 10 \\[3ex] N=120 \ N\end{array }$

Enfin, une fois que l'on connaît la valeur de la force de frottement et de la force normale, on applique la formule du coefficient de frottement statique pour déterminer sa valeur :

$\mu_e=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{35}{120}=0.29$

Exercice 2

Nous plaçons un corps de masse m=6 kg au sommet d'un plan incliné à 45º. Si le corps glisse sur le plan incliné avec une accélération de 4 m/s ² , quel est le coefficient de frottement dynamique entre la surface du plan incliné et celle du corps ? Données : g=10 m/s ² .

problème du coefficient de frottement ou frottement dynamique

Voir la solution

La première chose que nous devons faire pour résoudre tout problème de physique concernant la dynamique est de dessiner le diagramme du corps libre. Ainsi, toutes les forces agissant sur le système sont les suivantes :

exercice résolu du coefficient de frottement ou frottement dynamique

Dans la direction de l'axe 1 (parallèle au plan incliné) le corps a une accélération, cependant, dans la direction de l'axe 2 (perpendiculaire au plan incliné) le corps est au repos. A partir de ces informations, nous proposons les équations des forces du système :

$P_1-F_R=m\cdot a$

$P_2-N=0$

Ainsi, nous pouvons calculer la force normale à partir de la deuxième équation :

$\begin{array}{l}N=P_2\\[3ex]N=m\cdot g\cdot \text{cos}(\alpha) \\[3ex] N=6 \cdot 10 \cdot \ text{cos}(45º)\\[3ex]N=42,43 \ N\end{array}$

D'autre part, on calcule la valeur de la force de frottement (ou force de frottement) à partir de la première équation présentée :

$\begin{array}{l}P_1-F_R=m\cdot a\\[3ex]F_R=P_1-m\cdot a\\[3ex]F_R=m\cdot g\cdot \text{sin} (\alpha)-m\cdot a\\[3ex]F_R=6\cdot 10\cdot \text{sin}(45º)-6\cdot 4\\[3ex]F_R=18.43 \ N\end{ array}$

Et une fois que l’on connaît la valeur de la force normale et de la force de frottement, on peut déterminer le coefficient de frottement dynamique à l’aide de sa formule correspondante :

$\mu_d=\cfrac{F_R}{N}=\cfrac{18.43}{43.43}=\bm{0.42}$