Le frottement de roulement est une force résistive agissant pour ralentir le mouvement d’une sphère, d’un cylindre ou d’une roue qui se déplace en ligne droite sur une surface plane. Cette force est en grande partie le résultat des propriétés matérielles de l’objet et de la surface avec laquelle il est en contact. Les déformations ou les irrégularités de l’objet ou de la surface sont des facteurs importants qui affectent l’ampleur du frottement de roulement, tout comme la zone de contact entre les deux.
Il y a de minuscules irrégularités à la surface de la plupart des choses, peu importe à quel point elles peuvent sembler lisses. Lorsqu’un objet au repos est en contact avec une surface, ces irrégularités s’accrochent les unes aux autres, résistant au mouvement. C’est le frottement statique.
La quantité de force appliquée à un objet pour initier un mouvement doit être suffisante pour surmonter le frottement statique. Pour rester en mouvement, un objet en mouvement doit surmonter la résistance causée par les irrégularités. Cette résistance est le frottement cinétique.
Lorsque les matériaux composant un objet et une surface sont tous deux relativement rigides, il y a peu de déformation dans la forme de l’objet ou d’élasticité de la surface. Dans ce cas, les principaux facteurs déterminant le frottement de roulement sont le frottement statique ou cinétique et le frottement moléculaire. Le frottement moléculaire n’est pas le produit d’irrégularités de surface mais de liaisons chimiques et d’interactions électriques.
Des matériaux moins rigides peuvent permettre à l’objet ou à la surface de se déformer ou de devenir élastique en raison de leur interaction. Un objet tel qu’un pneu ou un ballon de basket peut se déformer en roulant. Le changement de forme d’un objet mou se déplaçant sur une surface dure augmente la zone de contact de l’objet avec la surface. Le frottement cinétique est augmenté, et l’amplitude du frottement de roulement augmente également.
Si la surface sur laquelle se déplace un objet est molle ou élastique, l’objet s’enfoncera dans la surface et devra forcer son passage. C’est ce qu’on appelle l’effet de labour et c’est la principale composante du frottement de roulement dans cette circonstance. La force de résistance n’est pas uniformément répartie sur la zone de contact avec l’objet. La déformation de la surface est la plus grande dans la direction du mouvement de l’objet. Ceci, en effet, augmente le frottement statique et donc le frottement de roulement.
Si à la fois l’objet et la surface sont élastiques, l’interaction entre les deux est relative et peut être manipulée pour un résultat souhaité. Déformer la forme d’un objet peut rendre l’élasticité de la surface plus gérable. Il est souvent plus facile de conduire une voiture sur de la terre molle si les pneus de la voiture ne sont pas complètement gonflés, par exemple.