Le frottement de Coulomb est une quantification simplifiée de la force de frottement qui existe entre deux surfaces sèches en contact l’une avec l’autre. Tous les calculs de frottement sont des approximations, et cette mesure, qui a été développée en 1785 par Charles-Augustin de Coulomb comme un raffinement du modèle classique de Léonard de Vinci, ne dépend que des principes fondamentaux du mouvement. Elle suppose que les surfaces de contact sont assez uniformes et que le coefficient de frottement qui doit être surmonté pour que le mouvement commence soit bien établi pour les matériaux en contact. Il tient également compte de la force normale impliquant l’attraction gravitationnelle, que ce soit en mouvement horizontal direct par rapport à la force normale ou à une inclinaison vectorielle.
Les calculs d’ingénierie mécanique utilisent souvent des formules de frottement de Coulomb en raison de leur simplicité, et ils peuvent être adaptés pour tenir compte du frottement statique des corps non en mouvement ou du frottement cinétique des corps glissant les uns contre les autres. Ce modèle suppose que les matériaux sont des solides rigides, sans lubrifiants ni autres liquides ou gaz entre eux. Bien que la loi de frottement de Coulomb fonctionne bien avec ces matériaux, où des composés semi-mous tels que le caoutchouc sont impliqués ou des surfaces métalliques polies, les calculs sont moins précis.
Guillaume Amontons, un inventeur français, a affiné les calculs de friction de Léonard de Vinci en 1699, et Coulomb l’a utilisé pour baser sa compréhension de la friction. Trois règles physiques s’appliquent aux surfaces sèches, les deux premières étant connues sous le nom de lois d’Amonton et la troisième sous le nom de loi de Coulomb. Les deux premiers indiquent que la force de frottement est directement proportionnelle à la charge et est indépendante de la zone de contact visible entre les matériaux. La loi de Coulomb stipule que le frottement cinétique des corps en mouvement est indépendant de la vitesse de glissement réelle des corps.
Le coefficient de frottement de Coulomb est une force statique légèrement supérieure à la force motrice lorsque deux matériaux sont au repos en contact l’un avec l’autre. Ce coefficient de frottement est bien connu pour de nombreux matériaux simples et purs et est donné sous la forme d’un nombre sans unité. Pour les surfaces sèches, le coefficient de frottement pour le bois contre le béton est de 0.62, pour le polystyrène contre l’acier de 0.3 à 0.35 et pour l’acier contre le Téflon® de 0.04. Ces nombres sont utilisés pour calculer la force nécessaire pour surmonter la friction statique, connue sous le nom de force de friction, en multipliant le coefficient de friction par la force normale. La force normale est la masse des matériaux multipliée par l’attraction gravitationnelle, avec des calculs vectoriels ajoutés si les deux surfaces montent ou descendent une pente contre l’attraction gravitationnelle, ou vers elle.
L’amortissement par friction de Coulomb est l’effet d’un frottement toujours opposé à la direction du mouvement. Elle s’exprime par la libération d’énergie thermique entre les surfaces, ce qui réduit l’énergie cinétique nette du mouvement. Le couple de frottement de Coulomb implique des forces de rotation lorsque deux matériaux ne se déplacent pas de manière linéaire lorsqu’ils sont en contact, et c’est un autre exemple où des formules de base sont incorporées dans des calculs plus complexes du frottement réel. Ces calculs prennent les formules de Coulomb et les développent pour inclure une variété d’environnements de friction, y compris la friction des fluides visqueux, la friction interne dans les matériaux où la déformation a lieu, et plus encore.