แรงเสียดทานคือแรงที่ต้านทานการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของพื้นผิวของแข็ง ชั้นของเหลว และองค์ประกอบของวัสดุที่เลื่อนหรือเสียดสีกัน^{[ 2 ] [ 3 ]}ประเภทของแรงเสียดทาน ได้แก่ แรงเสียดทานแห้ง แรงเสียดทานของเหลว แรงเสียดทานหล่อลื่น แรงเสียดทานผิว และแรงเสียดทานภายใน ซึ่งเป็นเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้น การศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการที่เกี่ยวข้องเรียกว่าไตรโบโลยีและมีประวัติยาวนานกว่า 2,000 ปี^{[ 4 ]}

แรงเสียดทานสามารถส่งผลร้ายแรงได้ ดังที่แสดงให้เห็นโดยการใช้แรงเสียดทานที่เกิดจากการถูชิ้นไม้เข้าด้วยกันเพื่อจุดไฟผลกระทบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของแรงเสียดทานหลายประเภทคือการสึกหรอซึ่งอาจนำไปสู่การลดประสิทธิภาพหรือความเสียหายต่อส่วนประกอบ เป็นที่ทราบกันดีว่าการสูญเสียพลังงานจากแรงเสียดทานคิดเป็นประมาณ 20% ของการใช้พลังงานทั้งหมดของโลก^{[ 5 ] [ 4 ]}

แรงเสียดทานมีปัจจัยหลายอย่างที่ก่อให้เกิดแรงต้าน ตั้งแต่ การเสีย รูปของพื้นผิวขรุขระไปจนถึงการเกิดประจุและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเฉพาะที่เมื่อวัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกันเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน พลังงานกลบางส่วนจะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อนพลังงานอิสระจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง และการสูญเสียพลังงาน ประเภทอื่นๆ เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เหล่านี้ พลังงานที่สูญเสียไปทั้งหมดต่อหน่วยระยะทางที่เคลื่อนที่คือแรงเสียดทานต้านF=E/dความซับซ้อนของปฏิสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องทำให้การคำนวณแรงเสียดทานจากหลักการพื้นฐานทำได้ยาก และมักจะง่ายกว่าที่จะใช้วิธีการเชิงประจักษ์ในการวิเคราะห์และการพัฒนาทฤษฎี^{[ 3 ] [ 2 ]}

แรงเสียดทานมีหลายประเภท:

• แรงเสียดทานแห้งเป็นแรงที่ต้านการเคลื่อนที่ด้านข้างสัมพัทธ์ของพื้นผิวของแข็งสองพื้นผิวที่สัมผัสกัน แรงเสียดทานแห้งแบ่งออกเป็นแรงเสียดทานสถิต (" สติคชั่น ") ระหว่างพื้นผิวที่ไม่เคลื่อนที่ และแรงเสียดทานจลน์ ระหว่างพื้นผิวที่เคลื่อนที่ โดยทั่วไปแล้ว แรงเสียดทานแห้งเกิดขึ้นจากการปฏิสัมพันธ์ของลักษณะพื้นผิวที่เรียกว่า แอสเพอริตี (ดูรูปประกอบ) ยกเว้นแรงเสียดทานระดับอะตอมหรือโมเลกุล
• แรงเสียดทานของของเหลวอธิบายถึงแรงเสียดทานระหว่างชั้นของ ของเหลว หนืดที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กัน^{[ 6 ] [ 7 ]}
• แรงเสียดทานแบบหล่อลื่นเป็นกรณีหนึ่งของแรงเสียดทานของของเหลวที่ ของเหลว หล่อลื่นคั่นระหว่างพื้นผิวของแข็งสองพื้นผิว^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}
• แรงเสียดทานผิวเป็นส่วนประกอบหนึ่งของ แรง ต้านซึ่งเป็นแรงที่ต้านการเคลื่อนที่ของของเหลวบนพื้นผิวของวัตถุ
• แรงเสียดทานภายในคือแรงที่ต้านทานการเคลื่อนที่ระหว่างองค์ประกอบที่ประกอบขึ้นเป็นวัสดุแข็งในขณะที่วัสดุนั้นเกิดการเสียรูป^{[ 7 ] [ 4 ]}

นักเขียนโบราณหลายท่าน รวมทั้งอริสโตเติลวิทรูเวียสและพลินีผู้เฒ่าต่างสนใจในสาเหตุและการลดแรงเสียดทาน^{[ 11 ]}พวกเขาทราบถึงความแตกต่างระหว่างแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานจลน์ โดยเธมิสเตียสกล่าวไว้ในปี ค.ศ. 350 ว่า "การทำให้วัตถุที่กำลังเคลื่อนที่เคลื่อนที่ต่อไปนั้นง่ายกว่าการทำให้วัตถุที่หยุดนิ่งเคลื่อนที่" ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

กฎคลาสสิกของแรงเสียดทานแบบเลื่อนถูกค้นพบโดยเลโอนาร์โด ดา วินชีในปี ค.ศ. 1493 ซึ่งเป็นผู้บุกเบิกในสาขาไตรโบโลยีแต่กฎที่บันทึกไว้ในสมุดบันทึกของเขาไม่ได้ถูกตีพิมพ์และยังคงไม่เป็นที่รู้จัก^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}กฎเหล่านี้ถูกค้นพบอีกครั้งโดยกิโยม อามงตงส์ในปี ค.ศ. 1699 ^{[ 21 ]}และกลายเป็นที่รู้จักในชื่อกฎแรงเสียดทานแห้งสามข้อของอามงตงส์ อามงตงส์นำเสนอธรรมชาติของแรงเสียดทานในแง่ของความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวและแรงที่จำเป็นในการยกน้ำหนักที่กดพื้นผิวเข้าด้วยกัน มุมมองนี้ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมโดยเบอร์นาร์ด ฟอเรสต์ เดอ เบลิดอร์^{[ 22 ]}และเลออนฮาร์ด ออยเลอร์ (ค.ศ. 1750) ผู้ซึ่งได้คำนวณมุมพักตัวของน้ำหนักบนระนาบเอียงและเป็นคนแรกที่แยกแยะระหว่างแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทาน จลน์ ^{[ 23 ]}จอห์น ธีโอฟิลัส เดซากูลิเยร์ (ค.ศ. 1734) เป็นคนแรกที่ตระหนักถึงบทบาทของการยึดเกาะในแรงเสียดทาน^{[ 24 ]}แรงระดับจุลภาคทำให้พื้นผิวยึดติดกัน เขาเสนอว่าแรงเสียดทานเป็นแรงที่จำเป็นในการแยกพื้นผิวที่ยึดติดกันออกจากกัน

ความเข้าใจเกี่ยวกับแรงเสียดทานได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมโดยCharles-Augustin de Coulomb (1785) ^{[ 21 ]} Coulomb ได้ศึกษาอิทธิพลของปัจจัยหลักสี่ประการที่มีต่อแรงเสียดทาน ได้แก่ ลักษณะของวัสดุที่สัมผัสกันและการเคลือบผิว พื้นที่ผิว แรงดันปกติ (หรือภาระ) และระยะเวลาที่พื้นผิวสัมผัสกัน (เวลาพัก) ^{[ 15 ]} Coulomb ยังพิจารณาถึงอิทธิพลของความเร็วในการเลื่อน อุณหภูมิ และความชื้น เพื่อตัดสินใจเลือกระหว่างคำอธิบายต่างๆ เกี่ยวกับลักษณะของแรงเสียดทานที่ได้รับการเสนอมา ความแตกต่างระหว่างแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานจลน์ถูกกำหนดไว้ในกฎแรงเสียดทานของ Coulomb (ดูด้านล่าง) แม้ว่าความแตกต่างนี้จะถูกกล่าวถึงแล้วโดยJohann Andreas von Segnerในปี 1758 ^{[ 15 ]} ผลกระทบของเวลาพักได้รับการอธิบายโดยPieter van Musschenbroek (1762) โดยพิจารณาพื้นผิวของวัสดุเส้นใยที่มีเส้นใยเกี่ยวกัน ซึ่งใช้เวลาจำกัดที่แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้น

จอห์น เลสลี (1766–1832) ตั้งข้อสังเกตถึงจุดอ่อนในมุมมองของอามงตองส์และคูลอมบ์ว่า หากแรงเสียดทานเกิดขึ้นจากน้ำหนักที่ถูกดึงขึ้นไปตามระนาบเอียงของส่วนที่ นูนขึ้นเรื่อยๆ แล้วทำไมจึงไม่สมดุลเมื่อลงมาตามทางลาดตรงข้าม? เลสลีเองก็สงสัยในบทบาทของการยึดเกาะที่เสนอโดยเดซากูลิเยร์เช่นกัน ซึ่งโดยรวมแล้วควรมีแนวโน้มที่จะเร่งการเคลื่อนที่เท่าๆ กับชะลอการเคลื่อนที่^{[ 15 ]}ในมุมมองของเลสลี แรงเสียดทานควรถูกมองว่าเป็นกระบวนการที่ขึ้นอยู่กับเวลาของการทำให้ส่วนที่นูนแบนราบและกดลง ซึ่งสร้างอุปสรรคใหม่ในสิ่งที่เคยเป็นโพรงมาก่อน

ในระหว่างการพัฒนากฎการอนุรักษ์พลังงานและกฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์นั้น แรงเสียดทานได้รับการยอมรับว่าเป็นรูปแบบหนึ่งของการแปลงงานเชิงกลเป็นความร้อนในปี ค.ศ. 1798 เบนจามิน ทอมป์สันได้รายงานเกี่ยวกับการทดลองเจาะปืนใหญ่^{[ 25 ]}

อาร์เธอร์ จูลส์ โมริน (ค.ศ. 1833) ได้พัฒนาแนวคิดเรื่องแรงเสียดทานแบบเลื่อนเทียบกับแรงเสียดทานแบบกลิ้ง

ในปี พ.ศ. 2485 จูเลียส โรเบิร์ต เมเยอร์ได้สร้างความร้อนจากการเสียดสีในเยื่อกระดาษและวัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น^{[ 26 ]}ในปี พ.ศ. 2488 จูลได้ตีพิมพ์บทความชื่อ "ค่าเทียบเท่าเชิงกลของความร้อน" ซึ่งเขาได้ระบุค่าตัวเลขสำหรับปริมาณงานเชิงกลที่จำเป็นในการ "ผลิตความร้อนหนึ่งหน่วย" โดยอิงจากการเสียดสีของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทาน และจากการเสียดสีของล้อพายที่หมุนในอ่างน้ำ^{[ 27 ]}

Osborne Reynolds (1866) ได้พัฒนาสมการของการไหลหนืด ซึ่งทำให้แบบจำลองเชิงประจักษ์แบบคลาสสิกของแรงเสียดทาน (สถิต จลน์ และของไหล) ที่ใช้กันทั่วไปในงานวิศวกรรมในปัจจุบันสมบูรณ์^{[ 16 ]}ในปี 1877 Fleeming JenkinและJA Ewingได้ศึกษาความต่อเนื่องระหว่างแรงเสียดทานสถิตและแรงเสียดทานจลน์^{[ 28 ]}

ในปี พ.ศ. 2450 GH Bryanได้ตีพิมพ์งานวิจัยเกี่ยวกับพื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ ในหนังสือชื่อThermodynamics: an Introductory Treatise dealing mainly with First Principles and their Direct Applicationsเขาตั้งข้อสังเกตว่าสำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่บนพื้นผิวที่ขรุขระ งานเชิงกลที่กระทำโดยตัวขับจะมากกว่างานเชิงกลที่พื้นผิวได้รับ งานที่สูญเสียไปนั้นเกิดจากความร้อนที่เกิดจากแรงเสียดทาน^{[ 29 ]}

ตลอดหลายปีที่ผ่านมา เช่น ในวิทยานิพนธ์ปี พ.ศ. 2422 แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปี พ.ศ. 2469 พลานค์ได้สนับสนุนให้พิจารณาการสร้างความร้อนโดยการถูว่าเป็นวิธีที่เฉพาะเจาะจงที่สุดในการกำหนดความร้อน และเป็นตัวอย่างสำคัญของกระบวนการเทอร์โมไดนามิกที่ไม่สามารถย้อนกลับได้^{[ 30 ]}

งานวิจัยในช่วงศตวรรษที่ 20 มุ่งเน้นไปที่การทำความเข้าใจกลไกทางกายภาพที่อยู่เบื้องหลังแรงเสียดทานแฟรงค์ ฟิลิป โบว์เดนและเดวิด ทาบอร์ (1950) แสดงให้เห็นว่าในระดับจุลภาคพื้นที่สัมผัสจริงระหว่างพื้นผิวเป็นเพียงเศษส่วนเล็กน้อยของพื้นที่ที่ปรากฏ^{[ 17 ]}พื้นที่สัมผัสจริงนี้เกิดจากความขรุขระและเพิ่มขึ้นตามแรงกด การพัฒนากล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (ประมาณปี 1986) ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาแรงเสียดทานในระดับอะตอมได้^[ 16 ^{] ซึ่ง}แสดงให้เห็นว่าในระดับนั้น แรงเสียดทานแห้งเป็นผลคูณของแรงเฉือน ระหว่างพื้นผิว และพื้นที่สัมผัส การค้นพบทั้งสองนี้อธิบายกฎข้อแรกของอามอนตัน(ด้านล่าง)ซึ่งเป็นสัดส่วนในระดับมหภาคระหว่างแรงปกติและแรงเสียดทานสถิตระหว่างพื้นผิวแห้ง

แรงเสียดทานแห้งเป็นแรงเสียดทานที่ต้านทานการเคลื่อนที่ด้านข้างสัมพัทธ์ของพื้นผิวของแข็งสองพื้นผิวที่สัมผัสกัน แรงเสียดทานแห้งแบ่งออกเป็นสองประเภท คือ 'แรงเสียดทานสถิต' (" สติคชั่น ") ระหว่างพื้นผิวที่ไม่เคลื่อนที่ และแรงเสียดทานจลน์ (บางครั้งเรียกว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อนหรือแรงเสียดทานแบบไดนามิก) ระหว่างพื้นผิวที่กำลังเคลื่อนที่

แรงเสียดทานจะกระทำในทิศทางที่ต้านการเคลื่อนที่ (สำหรับแรงเสียดทานจลน์) หรือการเคลื่อนที่ที่อาจเกิดขึ้น (สำหรับแรงเสียดทานสถิต) ระหว่างพื้นผิวทั้งสองเสมอ ตัวอย่างเช่น ก้อน หินสำหรับกีฬา เคอร์ลิงที่เลื่อนไปบนน้ำแข็งจะได้รับแรงเสียดทานจลน์ที่ทำให้มันช้าลง สำหรับตัวอย่างของการเคลื่อนที่ที่อาจเกิดขึ้น ล้อขับเคลื่อนของรถยนต์ที่กำลังเร่งความเร็วจะได้รับแรงเสียดทานที่ชี้ไปข้างหน้า หากไม่มีแรงเสียดทานนี้ ล้อก็จะหมุนฟรี และยางก็จะลื่นไถลไปข้างหลังตามพื้นถนน โปรดสังเกตว่าไม่ใช่ทิศทางการเคลื่อนที่ของรถที่แรงเสียดทานต้านอยู่ แต่เป็นทิศทางของการลื่นไถล (ที่อาจเกิดขึ้น) ระหว่างยางกับพื้นถนน

คุณสมบัติพื้นฐานของแรงเสียดทานแบบเลื่อน (จลน์) ถูกค้นพบจากการทดลองในช่วงศตวรรษที่ 15 ถึง 18 และถูกแสดงออกมาในรูปของกฎเชิงประจักษ์สามข้อ:

• กฎข้อแรก ของอามองตอง : แรงเสียดทานแปรผันตรงกับแรงที่กระทำ
• กฎข้อที่สองของอามองตอง: แรงเสียดทานไม่ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัสที่ปรากฏ
• กฎแรงเสียดทานของคูลอมบ์ : แรงเสียดทานจลน์ไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วในการเลื่อน

แรงเสียดทานคูลอมบ์ ซึ่งตั้งชื่อตามชาร์ลส์-ออกัสติน เดอ คูลอมบ์เป็นแบบจำลองโดยประมาณที่ใช้ในการคำนวณแรงเสียดทานแห้ง โดยอยู่ภายใต้แบบจำลอง: ^{[ 31 ]} โดยที่ $${\displaystyle F_{\mathrm {f} }\leq \mu F_{\mathrm {n} },}$$

• ${\displaystyle F_{\คณิตศาสตร์ {f} }}$แรงเสียดทานคือแรงที่แต่ละพื้นผิวกระทำต่อกัน แรงเสียดทานนี้ขนานกับพื้นผิวและมีทิศทางตรงข้ามกับแรงสุทธิที่กระทำ
• ${\displaystyle \mu }$คือค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ซึ่งเป็นคุณสมบัติเชิงประจักษ์ของวัสดุที่สัมผัสกัน
• ${\displaystyle F_{\mathrm {n} }}$คือแรงปฏิกิริยาปกติที่แต่ละพื้นผิวกระทำต่อกัน โดยมีทิศทางตั้งฉาก (ปกติ) กับพื้นผิว

แรงเสียดทานแบบคูลอมบ์อาจมีค่าได้ตั้งแต่ศูนย์ถึงและทิศทางของแรงเสียดทานที่กระทำต่อพื้นผิวจะตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ที่พื้นผิวนั้นจะได้รับหากไม่มีแรงเสียดทาน ดังนั้น ในกรณีสถิต แรงเสียดทานจะมีค่าที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการเคลื่อนที่ระหว่างพื้นผิว มันจะสมดุลกับแรงสุทธิที่พยายามทำให้เกิดการเคลื่อนที่ ในกรณีนี้ แทนที่จะให้ค่าประมาณของแรงเสียดทานที่แท้จริง การประมาณแบบคูลอมบ์จะให้ค่าเกณฑ์สำหรับแรงนี้ ซึ่งหากแรงนี้สูงกว่าค่าเกณฑ์ การเคลื่อนที่ก็จะเริ่มขึ้น แรงสูงสุดนี้เรียกว่าแรง ดึง${\displaystyle F_{\mathrm {f} }}$${\displaystyle \mu F_{\mathrm {n} }}$

แรงเสียดทานสถิตคือแรงเสียดทานระหว่างวัตถุแข็งสองชิ้นขึ้นไปที่ไม่เคลื่อนที่สัมพันธ์กัน ตัวอย่างเช่น แรงเสียดทานสถิตสามารถป้องกันไม่ให้วัตถุเลื่อนลงจากพื้นผิวลาดเอียงได้ สัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานสถิต ซึ่งโดยทั่วไปใช้สัญลักษณ์_μs มักจะสูงกว่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานจลน์ แรงเสียดทานสถิตถือว่าเกิดขึ้นจากลักษณะความขรุขระของพื้นผิวในหลายระดับความยาวที่พื้นผิวของวัตถุแข็ง ลักษณะเหล่านี้เรียกว่าความขรุขระซึ่งมีอยู่จนถึงระดับนาโนเมตร และส่งผลให้การสัมผัสระหว่างวัตถุแข็งกับวัตถุแข็งที่แท้จริงเกิดขึ้นเพียงจุดจำนวนจำกัด ซึ่งคิดเป็นเพียงเศษส่วนของพื้นที่สัมผัสที่ปรากฏหรือที่กำหนดไว้^{[ 32 ]}ความเป็นเส้นตรงระหว่างภาระที่ใช้กับพื้นที่สัมผัสที่แท้จริง ซึ่งเกิดจากการเสียรูปของความขรุขระ ทำให้เกิดความเป็นเส้นตรงระหว่างแรงเสียดทานสถิตกับแรงตั้งฉาก ซึ่งพบได้ในแรงเสียดทานแบบ Amonton–Coulomb ทั่วไป^{[ 33 ]}

แรงเสียดทานสถิตจะต้องถูกเอาชนะด้วยแรงที่กระทำก่อนที่วัตถุจะเคลื่อนที่ได้ แรงเสียดทานสูงสุดที่เป็นไปได้ระหว่างสองพื้นผิวก่อนที่การเลื่อนจะเริ่มขึ้นคือผลคูณของสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตและแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก: เมื่อไม่มีการเลื่อนเกิดขึ้น แรงเสียดทานสามารถมีค่าใดก็ได้ตั้งแต่ศูนย์ถึงแรงใดๆ ที่น้อยกว่าที่พยายามเลื่อนพื้นผิวหนึ่งไปบนอีกพื้นผิวหนึ่งจะถูกต้านทานด้วยแรงเสียดทานที่มีขนาดเท่ากันและทิศทางตรงกันข้าม แรงใดๆ ที่มากกว่าจะเอาชนะแรงเสียดทานสถิตและทำให้เกิดการเลื่อนขึ้น ทันทีที่เกิดการเลื่อน แรงเสียดทานสถิตจะไม่สามารถใช้ได้อีกต่อไป แรงเสียดทานระหว่างสองพื้นผิวจึงเรียกว่าแรงเสียดทานจลน์ อย่างไรก็ตาม สามารถสังเกตเห็นแรงเสียดทานสถิตที่ปรากฏได้แม้ในกรณีที่แรงเสียดทานสถิตที่แท้จริงเป็นศูนย์^{[ 34 ]}${\displaystyle F_{\text{max}}=\mu _{\mathrm {s} }F_{\text{n}}}$${\displaystyle F_{\text{max}}}$${\displaystyle F_{\text{max}}}$${\displaystyle F_{\text{max}}}$

ตัวอย่างของแรงเสียดทานสถิตคือแรงที่ป้องกันไม่ให้ล้อรถลื่นไถลขณะกลิ้งอยู่บนพื้น แม้ว่าล้อจะเคลื่อนที่ แต่พื้นที่ผิวของยางที่สัมผัสกับพื้นนั้นอยู่นิ่งเมื่อเทียบกับพื้น ดังนั้นจึงเป็นแรงเสียดทานสถิต ไม่ใช่แรงเสียดทานจลน์ เมื่อล้อลื่นไถล แรงเสียดทานของล้อจะเปลี่ยนเป็นแรงเสียดทานจลน์ระบบเบรกป้องกันล้อล็อกทำงานบนหลักการที่ว่า การปล่อยให้ล้อที่ล็อกอยู่หมุนต่อไปได้ เพื่อให้รถยังคงมีแรงเสียดทานสถิตอยู่

The maximum value of static friction, when motion is impending, is sometimes referred to as limiting friction,^[35] although this term is not used universally.^[6]

Kinetic friction, also known as dynamic friction or sliding friction, occurs when two objects are moving relative to each other and rub together (like a sled on the ground). The coefficient of kinetic friction is typically denoted as μ_k, and is usually less than the coefficient of static friction for the same materials.^[36][37] However, Richard Feynman comments that "with dry metals it is very hard to show any difference."^[38] The friction force between two surfaces after sliding begins is the product of the coefficient of kinetic friction and the normal force: ${\displaystyle F_{k}=\mu _{\mathrm {k} }F_{n}}$. This is responsible for the Coulomb damping of an oscillating or vibrating system.

The normal force is defined as the net force compressing two parallel surfaces together, and its direction is perpendicular to the surfaces. In the simple case of a mass resting on a horizontal surface, the only component of the normal force is the force due to gravity, where ${\displaystyle N=mg\,}$. In this case, conditions of equilibrium tell us that the magnitude of the friction force is zero, ${\displaystyle F_{f}=0}$. In fact, the friction force always satisfies ${\displaystyle F_{f}\leq \mu N}$, with equality reached only at a critical ramp angle (given by ${\displaystyle \tan ^{-1}\mu }$) that is steep enough to initiate sliding.

The friction coefficient is an empirical (experimentally measured) structural property that depends only on various aspects of the contacting materials, such as surface roughness. The coefficient of friction is not a function of mass or volume. For instance, a large aluminum block has the same coefficient of friction as a small aluminum block. However, the magnitude of the friction force itself depends on the normal force, and hence on the mass of the block.

ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ การคำนวณแรงปฏิกิริยาปกติอาจรวมถึงแรงอื่นๆ นอกเหนือจากแรงโน้มถ่วง หากวัตถุอยู่บนพื้นผิวเรียบและถูกแรงภายนอกกระทำที่ทำให้มันเลื่อน แรงปฏิกิริยาปกติระหว่างวัตถุกับพื้นผิวก็คือ โดยที่คือน้ำหนักของวัตถุ และคือส่วนประกอบของแรงภายนอกที่ดึงลง ก่อนที่จะเริ่มเลื่อน แรงเสียดทานนี้คือโดยที่คือส่วนประกอบของแรงภายนอกในแนวนอน ดังนั้นโดยทั่วไปแล้ว การเลื่อนจะเริ่มขึ้นก็ต่อเมื่อแรงเสียดทานนี้มีค่าถึงจนกว่าจะถึงตอนนั้น แรงเสียดทานจะมีค่าเท่าที่จำเป็นเพื่อให้เกิดสมดุล ดังนั้นจึงสามารถถือได้ว่าเป็นเพียงแรงปฏิกิริยา ${\displaystyle N}$${\displaystyle P}$${\displaystyle N=mg+P_{y}}$${\displaystyle mg}$${\displaystyle P_{y}}$${\displaystyle F_{f}=-P_{x}}$${\displaystyle P_{x}}$${\displaystyle F_{f}\leq \mu N}$${\displaystyle F_{f}=\mu N}$

หากวัตถุอยู่บนพื้นผิวเอียงเช่น ระนาบเอียง แรงปฏิกิริยาจากแรงโน้มถ่วงจะมีค่าน้อยกว่าเนื่องจากแรงโน้มถ่วงส่วนน้อยเท่านั้นที่ตั้งฉากกับพื้นผิวของระนาบ แรงปฏิกิริยาและแรงเสียดทานจะถูกกำหนดในที่สุดโดยใช้ การวิเคราะห์ เวกเตอร์โดยปกติผ่านแผนภาพ แรงอิสระ${\displaystyle mg}$

โดยทั่วไป กระบวนการแก้ปัญหาทางสถิตศาสตร์ใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับแรงเสียดทาน คือการพิจารณาพื้นผิวที่สัมผัสกันอย่างคร่าวๆว่าหยุดนิ่ง เพื่อให้สามารถคำนวณแรงปฏิกิริยาสัมผัสระหว่างพื้นผิวเหล่านั้นได้ หากแรงปฏิกิริยาเสียดทานนี้เป็นไปตามเงื่อนไข แสดงว่าสมมติฐานเบื้องต้นนั้นถูกต้อง และนั่นคือแรงเสียดทานที่แท้จริง มิเช่นนั้น แรงเสียดทานจะต้องถูกกำหนดให้เท่ากับแล้วความไม่สมดุลของแรงที่เกิดขึ้นจะกำหนดความเร่งที่เกี่ยวข้องกับการลื่นไถล ${\displaystyle F_{f}\leq \mu N}$${\displaystyle F_{f}=\mu N}$

สำหรับการใช้งานบางอย่าง การกำหนดแรงเสียดทานสถิตโดยพิจารณาจากมุมสูงสุดก่อนที่สิ่งใดสิ่งหนึ่งจะเริ่มเลื่อนจะมีประโยชน์มากกว่า ซึ่งเรียกว่ามุมแรงเสียดทานหรือมุมเสียดทานโดยกำหนดดังนี้: และดังนั้น: โดยที่คือมุมจากแนวนอน และ_μsคือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตระหว่างวัตถุ^{[ 39 ]}สูตรนี้ยังสามารถใช้คำนวณμsจากการวัดเชิงประจักษ์ของมุมแรงเสียดทาน _{ได้ อีกด้วย}$${\displaystyle \tan {\theta }=\mu _{\mathrm {s} }}$$$${\displaystyle \theta =\arctan {\mu _{\mathrm {s} }}}$$${\displaystyle \theta }$

สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน (COF) ซึ่งมักใช้สัญลักษณ์เป็นอักษรกรีกμเป็น ค่า สเกลาร์ที่ไม่มีมิติ ซึ่งเท่ากับอัตราส่วนของแรงเสียดทานระหว่างวัตถุสองชิ้นกับแรงที่กดวัตถุทั้งสองเข้าด้วยกัน ไม่ว่าจะในระหว่างหรือเมื่อเริ่มเกิดการลื่นไถล สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ ตัวอย่างเช่น น้ำแข็งบนเหล็กมีสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ในขณะที่ยางบนทางเท้ามีสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูง สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานมีค่าตั้งแต่เกือบศูนย์ไปจนถึงมากกว่าหนึ่ง สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวโลหะสองพื้นผิวที่เหมือนกันจะมีค่ามากกว่าระหว่างพื้นผิวโลหะสองพื้นผิวที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น ทองเหลืองมีสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงกว่าเมื่อเคลื่อนที่กับทองเหลือง แต่จะน้อยกว่าหากเคลื่อนที่กับเหล็กหรืออะลูมิเนียม^{[ 40 ]}

สำหรับพื้นผิวที่หยุดนิ่งสัมพันธ์กัน โดยที่คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตซึ่งโดยทั่วไปจะมีค่ามากกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์ สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตที่แสดงโดยพื้นผิวสัมผัสคู่หนึ่งขึ้นอยู่กับผลรวมของลักษณะการเสียรูปของวัสดุและความหยาบของพื้นผิวซึ่งทั้งสองอย่างมีต้นกำเนิดมาจากพันธะเคมีระหว่างอะตอมในวัสดุแต่ละชนิดและระหว่างพื้นผิวของวัสดุกับวัสดุที่ถูกดูดซับความเป็นแฟรกทัลของพื้นผิว ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่อธิบายพฤติกรรมการปรับขนาดของความขรุขระของพื้นผิว เป็นที่ทราบกันดีว่ามีบทบาทสำคัญในการกำหนดขนาดของแรงเสียดทานสถิต^{[ 1 ]}${\displaystyle \mu =\mu _{\mathrm {s} }}$${\displaystyle \mu _{\mathrm {s} }}$

สำหรับพื้นผิวที่เคลื่อนที่สัมพัทธ์กันโดยที่คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์แรงเสียดทานคูลอมบ์เท่ากับและแรงเสียดทานบนแต่ละพื้นผิวจะกระทำในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของพื้นผิวนั้นกับอีกพื้นผิวหนึ่ง ${\displaystyle \mu =\mu _{\mathrm {k} }}$${\displaystyle \mu _{\mathrm {k} }}$${\displaystyle F_{\mathrm {f} }}$

อาร์เธอร์ โมรินได้แนะนำคำศัพท์และสาธิตประโยชน์ของสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน^{[ 15 ]}สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเป็นการวัดเชิงประจักษ์ — ต้องวัดจากการทดลองและไม่สามารถหาได้จากการคำนวณ^{[ 41 ]}พื้นผิวที่หยาบกว่ามักจะมีค่าประสิทธิผลสูงกว่า ทั้งสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตและจลน์ขึ้นอยู่กับคู่ของพื้นผิวที่สัมผัสกัน สำหรับคู่ของพื้นผิวที่กำหนด สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตมักจะมากกว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์ ในบางชุด สัมประสิทธิ์ทั้งสองจะเท่ากัน เช่น เทฟลอนบนเทฟลอน

วัสดุแห้งส่วนใหญ่เมื่อนำมาผสมกันจะมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานอยู่ระหว่าง 0.3 ถึง 0.6 ค่าที่อยู่นอกช่วงนี้พบได้ยากกว่า แต่เทฟลอนเป็นตัวอย่างหนึ่งที่สามารถมีค่าสัมประสิทธิ์ต่ำถึง 0.04 ค่าศูนย์หมายถึงไม่มีแรงเสียดทานเลย ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่หาได้ยาก ยางที่สัมผัสกับพื้นผิวอื่น ๆ สามารถให้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานได้ตั้งแต่ 1 ถึง 2 บางครั้งมีการกล่าวอ้างว่าμมีค่าน้อยกว่า 1 เสมอ แต่สิ่งนี้ไม่เป็นความจริง ในขณะที่ในการใช้งานส่วนใหญ่μมีค่าน้อยกว่า 1 ค่าที่มากกว่า 1 เพียงแต่หมายความว่าแรงที่ต้องใช้ในการเลื่อนวัตถุไปตามพื้นผิวนั้นมากกว่าแรงปฏิกิริยาตั้งฉากของพื้นผิวต่อวัตถุ ตัวอย่างเช่น พื้นผิวที่เคลือบด้วย ยางซิลิโคนหรือยางอะคริลิกมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่อาจมากกว่า 1 อย่างมาก

แม้ว่าจะมีการกล่าวกันบ่อยครั้งว่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเป็น "คุณสมบัติของวัสดุ" แต่ควรจัดประเภทเป็น "คุณสมบัติของระบบ" มากกว่า ต่างจากคุณสมบัติของวัสดุที่แท้จริง (เช่น การนำไฟฟ้า ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ความแข็งแรงคราด) สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับวัสดุสองชนิดใดๆ ขึ้นอยู่กับตัวแปรของระบบ เช่นอุณหภูมิ ความเร็ว บรรยากาศและสิ่งที่ ปัจจุบันนิยมเรียกว่าเวลาการเสื่อมสภาพ และการลดอายุ รวมถึงคุณสมบัติทางเรขาคณิตของส่วนต่อประสานระหว่างวัสดุ กล่าวคือโครงสร้างพื้นผิว^{[ 1 ]}ตัวอย่างเช่น หมุด ทองแดงที่เลื่อนไปบนแผ่นทองแดงหนาอาจมีสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่แตกต่างกันตั้งแต่ 0.6 ที่ความเร็วต่ำ (โลหะเลื่อนกับโลหะ) ไปจนถึงต่ำกว่า 0.2 ที่ความเร็วสูงเมื่อพื้นผิวทองแดงเริ่มละลายเนื่องจากความร้อนจากแรงเสียดทาน ความเร็วหลังนี้แน่นอนว่าไม่ได้กำหนดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเพียงอย่างเดียว หากเส้นผ่านศูนย์กลางของหมุดเพิ่มขึ้นเพื่อให้ความร้อนจากแรงเสียดทานหายไปอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิจะลดลง หมุดจะยังคงแข็ง และสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นเป็นค่าของการทดสอบที่ 'ความเร็วต่ำ'

ในระบบที่มีสนามความเค้นไม่สม่ำเสมออย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากมีการลื่นไถลในระดับท้องถิ่นก่อนที่ระบบจะเลื่อน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตในระดับมหภาคจึงขึ้นอยู่กับภาระที่ใช้ ขนาดของระบบ หรือรูปร่างกฎของ Amontonsจึงไม่เป็นไปตามระดับมหภาค^{[ 42 ]}

วัสดุ		แรงเสียดทานสถิต${\displaystyle \mu _{\mathrm {s} }}$		แรงเสียดทานจลน์/แรงเสียดทานแบบเลื่อน${\displaystyle \mu _{\mathrm {k} }\,}$
		แห้งและสะอาด	หล่อลื่น	แห้งและสะอาด	หล่อลื่น
อะลูมิเนียม	เหล็ก	0.61 [ 43 ]		0.47 [ 43 ]
อะลูมิเนียม	อะลูมิเนียม	1.05–1.35 [ 43 ]	0.3 [ 43 ]	1.4 [ 43 ] –1.5
ทอง	ทอง			2.5
แพลทินัม	แพลทินัม	1.2 [ 43 ]	0.25 [ 43 ]	3.0
เงิน	เงิน	1.4 [ 43 ]	0.55 [ 43 ]	1.5
เซรามิกอลูมินา	เซรามิกซิลิกอนไนไตรด์				0.004 (เปียก) [ 44 ]
BAM (โลหะผสมเซรามิก AlMgB 14 )	ไทเทเนียมโบไรด์ ( TiB₂ )	0.04–0.05 [ 45 ]	0.02 [ 46 ] [ 47 ]
ทองเหลือง	เหล็ก	0.35–0.51 [ 43 ]	0.19 [ 43 ]	0.44 [ 43 ]
เหล็กหล่อ	ทองแดง	1.05 [ 43 ]		0.29 [ 43 ]
เหล็กหล่อ	สังกะสี	0.85 [ 43 ]		0.21 [ 43 ]
คอนกรีต	ยาง	1.0	0.30 (เปียก)	0.6–0.85 [ 43 ]	0.45–0.75 (เปียก) [ 43 ]
คอนกรีต	ไม้	0.62 [ 43 ] [ 48 ]
ทองแดง	กระจก	0.68 [ 49 ]		0.53 [ 49 ]
ทองแดง	เหล็ก	0.53 [ 49 ]		0.36 [ 43 ] [ 49 ]	0.18 [ 49 ]
กระจก	กระจก	0.9–1.0 [ 43 ] [ 49 ]	0.005–0.01 [ 49 ]	0.4 [ 43 ] [ 49 ]	0.09–0.116 [ 49 ]
น้ำไขข้อของมนุษย์	กระดูกอ่อนของมนุษย์		0.01 [ 50 ]		0.003 [ 50 ]
น้ำแข็ง	น้ำแข็ง	0.02–0.09 [ 51 ]
โพลีเอทิลีน	เหล็ก	0.2 [ 43 ] [ 51 ]	0.2 [ 43 ] [ 51 ]
PTFE (เทฟลอน)	PTFE (เทฟลอน)	0.04 [ 43 ] [ 51 ]	0.04 [ 43 ] [ 51 ]		0.04 [ 43 ]
เหล็ก	น้ำแข็ง	0.03 [ 51 ]
เหล็ก	PTFE (เทฟลอน)	0.04 [ 43 ] −0.2 [ 51 ]	0.04 [ 43 ]		0.04 [ 43 ]
เหล็ก	เหล็ก	0.74 [ 43 ] −0.80 [ 51 ]	0.005–0.23 [ 49 ] [ 51 ]	0.42–0.62 [ 43 ] [ 49 ]	0.029–0.19 [ 49 ]
ไม้	โลหะ	0.2–0.6 [ 43 ] [ 48 ]	0.2 (เปียก) [ 43 ] [ 48 ]	0.49 [ 49 ]	0.075 [ 49 ]
ไม้	ไม้	0.25–0.62 [ 43 ] [ 48 ] [ 49 ]	0.2 (เปียก) [ 43 ] [ 48 ]	0.32–0.48 [ 49 ]	0.067–0.167 [ 49 ]

แรงเสียดทานเกิดจากกระบวนการสูญเสียพลังงานหลายประเภท แบบจำลองพื้นฐานซึ่งอธิบายรายละเอียดครั้งแรกโดย Bowden และ Tabor ^{[ 52 ]}เกี่ยวข้องกับการสัมผัสของส่วนที่ยื่นออกมาเล็กๆ บนพื้นผิวที่เรียกว่าasperitiesเมื่อภาระเพิ่มขึ้น จำนวนและพื้นที่สัมผัสของ asperities ก็เพิ่มขึ้น ส่งผลให้แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับแรงปกติ เมื่อ asperities เหล่านี้เลื่อนผ่านกัน กระบวนการเปลี่ยนรูป พลาสติกและยืดหยุ่นจะเกิดขึ้น รวมถึงกระบวนการอื่นๆ ด้วย แรงเสียดทานคือพลังงานที่สูญเสียไปต่อหน่วยระยะทางโดยสิ่งเหล่านี้ ผลลัพธ์สุทธิมักจะเป็นสูตร Coulomb เชิงเส้นที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้^{[ 52 ]}

การศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับการเสียดทานแบบเลื่อนแห้งในวัสดุทางวิศวกรรมแสดงให้เห็นว่าการเสียดทานและการสึกหรอไม่ได้ถูกควบคุมโดยเงื่อนไขการสัมผัสตามชื่อเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคใกล้พื้นผิว การสร้างเศษวัสดุ และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเชิงไตรโบในระหว่างการเลื่อนด้วย การทบทวนและการศึกษาเชิงทดลองแสดงให้เห็นว่าการเสียรูปพลาสติก การแตกหัก การถ่ายโอนวัสดุ การผสมเชิงกล และการออกซิเดชัน ล้วนมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงระหว่างสภาวะการสึกหรอแบบอ่อนและแบบรุนแรงในการสัมผัสโลหะแบบแห้ง^{[ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]}

ความสำคัญของเศษวัสดุและวัสดุ "ตัวที่สาม" ที่เกิดขึ้นในบริเวณสัมผัสได้รับการพิสูจน์แล้วจากการทดลอง เนื่องจากอนุภาคเสียดทานที่อัดแน่นอาจเร่งความเสียหายหรือสร้างชั้นผิวสัมผัสป้องกันที่ลดการสัมผัสโดยตรงระหว่างโลหะกับโลหะ^{[ 57 ]}ในเหล็กกล้า การทดสอบการเลื่อนแบบแห้งแสดงให้เห็นว่าระดับความแข็ง โหลด และความเร็วในการเลื่อนสามารถส่งผลต่อเสถียรภาพของแรงเสียดทานและอัตราการสึกหรออย่างมาก ในขณะที่การสึกหรอแบบออกซิเดชันอาจกลายเป็นกลไกหลักภายใต้สภาวะการเลื่อนที่เหมาะสม^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]}งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับเหล็กกล้าไร้สนิมและโลหะผสมไทเทเนียมแสดงให้เห็นเพิ่มเติมว่าแรงเสียดทานการเลื่อนแบบแห้งมีความไวสูงต่อขนาดของอนุภาคขัดถู วัสดุพื้นผิวสัมผัส และการก่อตัวหรือการแตกตัวของชั้นออกไซด์เสียดทานป้องกัน ซึ่งสามารถเปลี่ยนกลไกการสึกหรอจากพฤติกรรมออกซิเดชันที่ค่อนข้างอ่อนไปสู่การหลุดลอกหรือความเสียหายจากการขัดถูอย่างรุนแรง^{[ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]}การตรวจสอบเชิงทดลองยังแสดงให้เห็นเพิ่มเติมว่าปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น การอัดไฮโดรเจน สภาวะการหล่อลื่น และการรับน้ำหนักแบบวัฏจักร อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อกลไกการเริ่มต้นของรอยแตกและความเสถียรของแรงเสียดทานในโลหะผสมโครงสร้าง^{[ 66 ]}

แม้ว่าจะเป็นแบบจำลองแรงเสียดทานแบบง่าย แต่แบบจำลองคูลอมบ์ก็มีประโยชน์ใน การ จำลองเชิงตัวเลข หลายอย่าง เช่นระบบหลายส่วนและวัสดุเม็ดเล็กแม้แต่การแสดงออกที่ง่ายที่สุดก็ยังครอบคลุมผลกระทบพื้นฐานของการยึดติดและการเลื่อน ซึ่งจำเป็นในหลายกรณีการใช้งาน แม้ว่าจะต้องออกแบบอัลกอริธึมเฉพาะเพื่อบูรณาการระบบกลไกที่มีแรงเสียดทานคูลอมบ์และการสัมผัสแบบทวิภาคีหรือแบบฝ่ายเดียวอย่างมีประสิทธิภาพ[ 67 ^{] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]อาจพบ}ผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นบางอย่างเช่น ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าPainlevé paradoxesกับแรงเสียดทานคูลอมบ์^{[ 72 ]}

การประมาณค่าคูลอมบ์เป็นผลมาจากสมมติฐานที่ว่า: พื้นผิวจะสัมผัสกันอย่างใกล้ชิดในระดับอะตอมเฉพาะในส่วนเล็กๆ ของพื้นที่ทั้งหมดเท่านั้น; พื้นที่สัมผัส นี้ เป็นสัดส่วนกับแรงปกติ (จนกว่าจะถึงจุดอิ่มตัว ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อพื้นที่ทั้งหมดสัมผัสกันในระดับอะตอม); และแรงเสียดทานเป็นสัดส่วนกับแรงปกติที่ใช้ โดยไม่ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัส; ซึ่งมาจากงานวิจัยเรื่องความขรุขระของ Bowden และ Tabor ^{[ 52 ]}การประมาณค่าคูลอมบ์เป็นโครงสร้างเชิงประจักษ์โดยพื้นฐาน เป็นกฎทั่วไปที่อธิบายผลลัพธ์โดยประมาณของการปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพที่ซับซ้อนอย่างยิ่ง ความแข็งแกร่งของการประมาณค่าคือความเรียบง่ายและความหลากหลาย แม้ว่าความสัมพันธ์ระหว่างแรงปกติและแรงเสียดทานจะไม่เป็นเส้นตรงอย่างแน่นอน (ดังนั้นแรงเสียดทานจึงไม่เป็นอิสระจากพื้นที่สัมผัสของพื้นผิวโดยสิ้นเชิง) การประมาณค่าคูลอมบ์ก็เป็นตัวแทนของแรงเสียดทานที่เพียงพอสำหรับการวิเคราะห์ระบบทางกายภาพหลายระบบ

เมื่อพื้นผิวสัมผัสกัน แรงเสียดทานแบบคูลอมบ์จะกลายเป็นค่าประมาณที่ไม่แม่นยำมากนัก (ตัวอย่างเช่นเทปกาวจะต้านทานการเลื่อนแม้ว่าจะไม่มีแรงปฏิกิริยาตั้งฉาก หรือมีแรงปฏิกิริยาตั้งฉากเป็นลบ) ในกรณีนี้ แรงเสียดทานอาจขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัสอย่างมาก ยาง รถแข่ง บางชนิด จึงมีคุณสมบัติยึดเกาะได้ดีด้วยเหตุผลนี้ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าหลักฟิสิกส์พื้นฐานเบื้องหลังแรงเสียดทานจะซับซ้อน แต่ความสัมพันธ์เหล่านี้ก็มีความแม่นยำเพียงพอที่จะนำไปใช้ประโยชน์ได้ในหลายๆ ด้าน

แรงเสียดทานแห้งสามารถทำให้เกิดความไม่เสถียรหลายประเภทในระบบกลไกซึ่งแสดงพฤติกรรมที่เสถียรเมื่อไม่มีแรงเสียดทาน^{[ 73 ]} ความไม่เสถียรเหล่านี้อาจเกิดจากการลดลงของแรงเสียดทานเมื่อความเร็วในการเลื่อนเพิ่มขึ้น การขยายตัวของวัสดุเนื่องจากการเกิดความร้อนระหว่างแรงเสียดทาน (ความไม่เสถียรทางเทอร์โมอิลาสติก) หรือผลกระทบทางพลศาสตร์ล้วนๆ ของการเลื่อนของวัสดุยืดหยุ่นสองชนิด (ความไม่เสถียรของ Adams–Martins) ซึ่งอย่างหลังนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1995 โดยGeorge G. AdamsและJoão Arménio Correia Martinsสำหรับพื้นผิวเรียบ^{[ 74 ] [ 75 ]}และต่อมาพบในพื้นผิวขรุขระเป็นระยะ^{[ 76 ] โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความไม่เสถียรทางพลศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับแรงเสียดทาน นั้น}เชื่อว่าเป็นสาเหตุของเสียงเบรกดังเอี๊ยดและ 'เสียงเพลง' ของพิณแก้ว [ ^{77 ] [ 78 ]}ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการยึดติดและการลื่นไถล โดยจำลองเป็นการลดลงของสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานตามความเร็ว^{[ 79 ]}

กรณีที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างหนึ่งคือการสั่นสะเทือนด้วยตนเองของสายเครื่องดนตรีประเภทสีเช่นไวโอลิน เชลโลฮาร์ดี้-เกอร์ดีเอ้อร์หูเป็นต้น

มีการค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างแรงเสียดทานแห้งและ ความไม่เสถียรของ การสั่นไหว ในระบบกลไกอย่างง่าย ^{[ 80 ]}รับชมภาพยนตร์ที่บันทึกไว้เมื่อวันที่ 11 ธันวาคม 2025 ได้ที่Wayback Machineเพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติม ความไม่เสถียรของแรงเสียดทานสามารถนำไปสู่การก่อตัวของรูปแบบที่จัดระเบียบตัวเองใหม่ (หรือ "โครงสร้างรอง") ที่ส่วนต่อประสานการเลื่อน เช่น ฟิล์มเสียดทานที่เกิดขึ้นในสถานที่ ซึ่งถูกนำมาใช้เพื่อลดแรงเสียดทานและการสึกหรอในวัสดุที่เรียกว่าหล่อลื่นตัวเอง^{[ 81 ]}

ในปี 2008 นักวิทยาศาสตร์สามารถเคลื่อนย้ายอะตอมเดี่ยวไปบนพื้นผิวได้เป็นครั้งแรก และวัดแรงที่จำเป็นได้ โดยใช้สุญญากาศสูงมากและอุณหภูมิเกือบศูนย์ (5 K) กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมที่ดัดแปลงแล้วใช้ในการลาก^{อะตอม}โคบอลต์และ โมเลกุล คาร์บอนมอนอกไซด์ไปบนพื้นผิวของทองแดงและแพลทินัม^{[ 82} ]

ณ ปี 2012 มีการศึกษาวิจัยเพียงชิ้นเดียวที่แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่เป็นลบอย่างมีประสิทธิภาพในสภาวะโหลดต่ำซึ่งหมายความว่าการลดลงของแรงปกติจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของแรงเสียดทาน ซึ่งขัดแย้งกับประสบการณ์ในชีวิตประจำวันที่การเพิ่มขึ้นของแรงปกติจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของแรงเสียดทาน^{[ 83 ]}เรื่องนี้ได้รับการรายงานในวารสารNatureในเดือนตุลาคม 2012 และเกี่ยวข้องกับแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นกับสไตลัสของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมเมื่อถูกลากผ่านแผ่นกราฟีนในขณะที่มีออกซิเจนดูดซับอยู่บนกราฟีน^{[ 83 ]}

ที่มาของแรงเสียดทานจลน์ในระดับนาโนสามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองพลังงาน^{[ 84 ]}ในระหว่างการเลื่อน พื้นผิวใหม่จะก่อตัวขึ้นที่ด้านหลังของการสัมผัสจริงที่เลื่อน และพื้นผิวที่มีอยู่จะหายไปที่ด้านหน้า เนื่องจากพื้นผิวทั้งหมดเกี่ยวข้องกับพลังงานพื้นผิวทางเทอร์โมไดนามิก จึงต้องใช้แรงงานในการสร้างพื้นผิวใหม่ และพลังงานจะถูกปล่อยออกมาเป็นความร้อนในการกำจัดพื้นผิว ดังนั้นจึงต้องใช้แรงเพื่อเคลื่อนด้านหลังของการสัมผัส และความร้อนจากแรงเสียดทานจะถูกปล่อยออกมาที่ด้านหน้า

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ วัสดุบางชนิดมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำมาก ตัวอย่างเช่น กราไฟต์ (ไพโรไลติกที่มีระเบียบสูง) ซึ่งสามารถมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำกว่า 0.01 ได้^{[ 85 ]} สภาวะแรงเสียดทานต่ำมากนี้เรียกว่าซูเปอร์ลูบริซิตี้^{[ 86 ]}

แรงเสียดทานของไหลเกิดขึ้นระหว่าง ชั้น ของไหลที่เคลื่อนที่สัมพัทธ์กัน ความต้านทานภายในต่อการไหลนี้เรียกว่าความหนืดในภาษาพูดทั่วไป ความหนืดของไหลจะถูกอธิบายว่าเป็น "ความข้น" ของมัน ดังนั้น น้ำจึง "บาง" มีความหนืดต่ำ ในขณะที่น้ำผึ้ง "ข้น" มีความหนืดสูง ยิ่งของเหลวมีความหนืดน้อยเท่าไร ก็ยิ่งเปลี่ยนรูปหรือเคลื่อนที่ได้ง่ายมากขึ้นเท่านั้น

ของไหลจริงทั้งหมด (ยกเว้นของไหลยิ่งยวด ) จะมีความต้านทานต่อแรงเฉือนอยู่บ้าง ดังนั้นจึงมีความหนืด เพื่อความเข้าใจง่ายในการสอนและอธิบาย จึงควรใช้แนวคิดของของไหลไร้ความหนืด หรือของไหลในอุดมคติซึ่งไม่มีความต้านทานต่อแรงเฉือนและจึงไม่มีความหนืด

แรงเสียดทานแบบหล่อลื่นเป็นกรณีหนึ่งของแรงเสียดทานของของเหลวที่ของเหลวคั่นระหว่างพื้นผิวของแข็งสองพื้นผิว การหล่อลื่นเป็นเทคนิคที่ใช้เพื่อลดการสึกหรอของพื้นผิวหนึ่งหรือทั้งสองพื้นผิวที่อยู่ใกล้กันซึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กันโดยการแทรกสารที่เรียกว่าสารหล่อลื่นระหว่างพื้นผิว ในกรณีส่วนใหญ่ ภาระที่ใช้จะถูกรับโดยแรงดันที่เกิดขึ้นภายในของเหลวเนื่องจากความต้านทานความหนืดของแรงเสียดทานต่อการเคลื่อนที่ของของเหลวหล่อลื่นระหว่างพื้นผิว การหล่อลื่นที่เพียงพอช่วยให้การทำงานของอุปกรณ์ราบรื่นต่อเนื่องโดยมีการสึกหรอเพียงเล็กน้อย และไม่มีความเครียดหรือการติดขัดมากเกินไปที่แบริ่ง เมื่อการหล่อลื่นล้มเหลว โลหะหรือส่วนประกอบอื่นๆ อาจเสียดสีกันจนเกิดความเสียหาย ทำให้เกิดความร้อนและอาจทำให้เกิดความเสียหายหรือความล้มเหลวได้^{[ 87 ]}

แรงเสียดทานผิวเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างของเหลวกับผิวของวัตถุ และมีความสัมพันธ์โดยตรงกับพื้นที่ผิวของร่างกายที่สัมผัสกับของเหลว แรงเสียดทานผิวเป็นไปตามสมการแรงต้านและเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็ว^{[ 88 ]}

แรงเสียดทานผิวเกิดจากแรงต้านหนืดในชั้นขอบเขตโดยรอบวัตถุ มีสองวิธีในการลดแรงเสียดทานผิว วิธีแรกคือการปรับรูปร่างของวัตถุที่เคลื่อนที่เพื่อให้การไหลราบรื่น เช่น ปีกเครื่องบิน วิธีที่สองคือการลดความยาวและพื้นที่หน้าตัดของวัตถุที่เคลื่อนที่ให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้^{[ 88 ]}

แรงเสียดทานภายในคือแรงที่ต้านการเคลื่อนที่ระหว่างองค์ประกอบที่ประกอบขึ้นเป็นวัสดุแข็งในขณะที่วัสดุนั้นเกิดการเสียรูปกรณีที่เข้าใจได้ดีที่สุดคือแรงลากบนดิสโลเคชันเนื่องจากการสั่นของอะตอม ( แรงลาก โฟน อน ) ^{[ 89 ]}แม้ว่าปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนก็มีบทบาทเช่นกัน^{[ 90 ]}นอกจากนี้ยังมีการมีส่วนร่วมจากแรงกระจายต่อการเคลื่อนที่ของขอบเกรนในโลหะ^{[ 91 ]} และมีปรากฏการณ์ที่คล้ายกันในวัสดุที่ เป็นแก้ว เช่นแก้ว^{[ 92 ]}

ผลจากแรงดันแสงไอน์สไตน์^{[ 93 ]}ในปี พ.ศ. 2452 ได้ทำนายถึงการมีอยู่ของ "แรงเสียดทานจากรังสี" ซึ่งจะต้านการเคลื่อนที่ของสสาร เขาเขียนว่า "รังสีจะออกแรงดันที่ด้านทั้งสองของแผ่น แรงดันที่กระทำต่อทั้งสองด้านจะเท่ากันหากแผ่นอยู่นิ่ง อย่างไรก็ตาม หากแผ่นเคลื่อนที่ รังสีจะสะท้อนบนพื้นผิวที่อยู่ข้างหน้า (พื้นผิวด้านหน้า) มากกว่าพื้นผิวด้านหลัง ดังนั้น แรงดันที่กระทำไปข้างหลังบนพื้นผิวด้านหน้าจึงมีขนาดใหญ่กว่าแรงดันที่กระทำต่อด้านหลัง ด้วยเหตุนี้ ผลลัพธ์ของแรงทั้งสองจึงเหลือแรงที่ต้านการเคลื่อนที่ของแผ่นและเพิ่มขึ้นตามความเร็วของแผ่น เราจะเรียกผลลัพธ์นี้ว่า 'แรงเสียดทานจากรังสี' โดยย่อ"

แรงต้านการกลิ้งคือแรงที่ต้านการกลิ้งของล้อหรือวัตถุทรงกลมอื่นๆ ไปตามพื้นผิวที่เกิดจากการเสียรูปของวัตถุหรือพื้นผิว โดยทั่วไปแล้วแรงต้านการกลิ้งจะน้อยกว่าแรงเสียดทานจลน์^{[ 94 ]}ค่าทั่วไปของสัมประสิทธิ์แรงต้านการกลิ้งสำหรับล้อเหล็กบนรางคือ 0.001 ^{[ 95 ]} ตัวอย่างที่พบได้บ่อยที่สุดอย่างหนึ่งของแรงต้านการกลิ้ง ซึ่งมีสัมประสิทธิ์ประมาณ 0.02 คือการเคลื่อนที่ของ ยาง รถยนต์บนถนนซึ่งเป็นกระบวนการที่สร้างความร้อนและเสียงเป็นผลพลอยได้^{[ 96 ]}

ล้อทุกล้อที่มีเบรกสามารถสร้างแรงต้านขนาดใหญ่ได้ โดยปกติแล้วเพื่อชะลอและหยุดยานพาหนะหรือเครื่องจักรที่หมุนอยู่ แรงเสียดทานในการเบรกแตกต่างจากแรงเสียดทานในการกลิ้ง เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับการกลิ้งมีขนาดเล็ก ในขณะที่ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับการเบรกถูกออกแบบให้มีขนาดใหญ่โดยการเลือกใช้วัสดุสำหรับผ้า เบรก

การถูวัสดุสองชนิดเข้าด้วยกันอาจนำไปสู่การถ่ายโอนประจุ ไม่ว่าจะเป็นอิเล็กตรอนหรือไอออน พลังงานที่จำเป็นสำหรับกระบวนการนี้มีส่วนทำให้เกิดแรงเสียดทาน นอกจากนี้ การเลื่อนอาจทำให้เกิดการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิต ซึ่งอาจเป็นอันตรายหากมีก๊าซหรือไอระเหยที่ติดไฟได้ เมื่อประจุไฟฟ้าสถิตคายประจุออกมาการระเบิดอาจเกิดขึ้นได้จากการจุดติดไฟของส่วนผสมที่ติดไฟได้ อย่างไรก็ตาม ดังที่ได้กล่าวไว้เมื่อเร็ว ๆ นี้^{[ 97 ]}ขอบเขตที่ไฟฟ้าสถิตมีส่วนทำให้เกิดแรงเสียดทานนั้นยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ โดยบางคนอ้างว่ามีมาก^{[ 98 ]}ในขณะที่บางคนอ้างว่ามีน้อย เนื่องจากการถ่ายโอนประจุสามารถเกิดขึ้นได้กับตัวอย่างที่มีการหล่อลื่นสูง^{[ 99 ]}

แรงเสียดทานของสายพานเป็นคุณสมบัติทางกายภาพที่สังเกตได้จากแรงที่กระทำต่อสายพานที่พันรอบรอก เมื่อปลายด้านหนึ่งถูกดึง แรงตึงที่เกิดขึ้นซึ่งกระทำต่อปลายทั้งสองด้านของสายพาน สามารถจำลองได้ด้วยสมการแรงเสียดทานของสายพาน

ในทางปฏิบัติ แรงดึงตามทฤษฎีที่กระทำต่อสายพานหรือเชือกซึ่งคำนวณได้จากสมการแรงเสียดทานของสายพาน สามารถนำมาเปรียบเทียบกับแรงดึงสูงสุดที่สายพานสามารถรับได้ สิ่งนี้ช่วยให้ผู้ออกแบบอุปกรณ์ดังกล่าวทราบว่าต้องพันสายพานหรือเชือกรอบรอกกี่ครั้งเพื่อป้องกันไม่ให้ลื่นไถล นักปีนเขาและลูกเรือแสดงให้เห็นถึงความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับแรงเสียดทานของสายพานเมื่อปฏิบัติงานพื้นฐานต่างๆ

อุปกรณ์ต่างๆ เช่น ล้อตลับลูกปืนตลับลูกปืนลูกกลิ้งและตลับลูกปืนแบบใช้ลมหรือของเหลวสามารถเปลี่ยนแรงเสียดทานแบบเลื่อนให้กลายเป็นแรงเสียดทานแบบกลิ้งที่มีขนาดเล็กกว่ามากได้

วัสดุ เทอร์โมพลาสติกหลายชนิดเช่นไนลอน HDPE และ PTFE มักใช้ในแบริ่ง แรงเสียดทานต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประโยชน์เพราะค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะลดลงเมื่อภาระที่กำหนดเพิ่มขึ้น^{[ 100 ]} เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการสึกหรอ มักมีการกำหนดเกรด ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมากสำหรับแบริ่งงานหนักหรือแบริ่งที่สำคัญ

วิธีทั่วไปในการลดแรงเสียดทานคือการใช้สารหล่อลื่นเช่น น้ำมัน น้ำ หรือจาระบี ซึ่งวางไว้ระหว่างพื้นผิวทั้งสอง มักจะช่วยลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานได้อย่างมาก วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับแรงเสียดทานและการหล่อลื่นเรียกว่าไตรโบโลยีเทคโนโลยีสารหล่อลื่นคือการนำสารหล่อลื่นมาผสมผสานกับการประยุกต์ใช้ทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมหรือเชิงพาณิชย์

ปรากฏการณ์หล่อลื่นพิเศษ (Superlubricity) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เพิ่งค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ ได้ถูกสังเกตพบในกราไฟต์แล้ว นั่นคือ การลดลงอย่างมากของแรงเสียดทานระหว่างวัตถุสองชิ้นที่กำลังเลื่อนไปมา จนเกือบเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม ยังคงมีการสูญเสียพลังงานจากแรงเสียดทานเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

สารหล่อลื่นที่ใช้ลดแรงเสียดทานไม่จำเป็นต้องเป็นของเหลวที่บางและไหลวน หรือของแข็งที่เป็นผง เช่น กราไฟต์และทัลก์เสมอไปที่ จริงแล้ว การหล่อลื่นด้วยเสียงใช้เสียงเป็นสารหล่อลื่น

อีกวิธีหนึ่งในการลดแรงเสียดทานระหว่างสองส่วนคือการเพิ่มการสั่นสะเทือนขนาดเล็กให้กับส่วนใดส่วนหนึ่ง การสั่นสะเทือนนี้อาจเป็นการสั่นสะเทือนแบบไซน์ (sinusoidal vibration) ดังเช่นที่ใช้ในการตัดด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์ หรือเสียงรบกวนจากการสั่นสะเทือนที่เรียกว่า dither

แรงเสียดทานเป็นปัจจัยสำคัญในสาขา วิศวกรรม หลายแขนง

• โดยพื้นฐานแล้ว เบรกของรถยนต์อาศัยแรงเสียดทานในการชะลอความเร็วของรถโดยการเปลี่ยนพลังงานจลน์ให้เป็นความร้อน อย่างไรก็ตาม การกระจายความร้อนจำนวนมากนี้อย่างปลอดภัยเป็นความท้าทายทางเทคนิคอย่างหนึ่งในการออกแบบระบบเบรก เบรกแบบดิสก์อาศัยแรงเสียดทานระหว่างดิสก์และผ้าเบรกที่ถูกบีบขวางกับดิสก์ที่หมุน ในเบรกแบบดรัมผ้าเบรกจะถูกกดออกไปด้านนอกกับกระบอกหมุน (ดรัมเบรก) เพื่อสร้างแรงเสียดทาน เนื่องจากดิสก์เบรกสามารถระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าดรัม เบรกแบบดิสก์จึงมีประสิทธิภาพในการหยุดรถที่ดีกว่า^{[ 101 ]}
• การยึดเกาะรางหมายถึง แรงยึดเกาะระหว่างล้อรถไฟกับราง โปรดดูกลศาสตร์การสัมผัสเสียดทาน
• ความลื่นของถนนเป็นปัจจัยสำคัญในการออกแบบและความปลอดภัยของรถยนต์^{[ 102 ]}
  • แรงเสียดทานที่ไม่เท่ากันเป็นสภาวะที่อันตรายอย่างยิ่ง เกิดขึ้นเนื่องจากแรงเสียดทานที่แตกต่างกันในแต่ละด้านของรถยนต์
  • ลักษณะพื้นผิวถนนส่งผลต่อการปฏิสัมพันธ์ระหว่างยางรถยนต์กับพื้นผิวถนน

• เครื่องวัดแรงเสียดทาน (Tribometer)คือเครื่องมือที่ใช้วัดแรงเสียดทานบนพื้นผิว
• เครื่อง วัดความขรุขระของพื้นผิวถนน (Profilograph)เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดความขรุขระของพื้นผิวทางเท้า

• แรงเสียดทานใช้ในการให้ความร้อนและจุด ไม้ขีดไฟ (แรงเสียดทานระหว่างหัวไม้ขีดกับพื้นผิวที่ถูของกล่องไม้ขีด) ^{[ 103 ]}
• แผ่นเหนียวใช้เพื่อป้องกันไม่ให้วัตถุลื่นไถลออกจากพื้นผิวเรียบ โดยการเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวกับวัตถุอย่างมีประสิทธิภาพ

• "แรงเสียดทาน" สารานุกรมบริแทนนิกาเล่มที่ 11 (ฉบับที่ 11) 1911
• สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน – ตารางสัมประสิทธิ์ พร้อมลิงก์มากมาย
• Physclips: กลศาสตร์พร้อมภาพเคลื่อนไหวและวิดีโอคลิปจากมหาวิทยาลัยนิวเซาท์เวลส์
• ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน – คู่มือเคมีและฟิสิกส์ของ CRC
• ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของวัสดุคู่ต่างๆ ในบรรยากาศและสุญญากาศเก็บถาวรเมื่อ 31 พฤษภาคม 2023 ที่Wayback Machine