العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاك، علم الفيزياء هو علم اهتم بدراسة كل الحركات التي تحدث من حول العالم، حيث تهتم بدراسة المفاهيم الفيزيائة المتنوعة التي تتعلق بالأجسام من حولنا، فمن بين المفاهيم التي تتطرق لها طلبة الصف السادس في المنهج السعودي لمادة العلوم، الأحتكاك الذي يعبر عن قوة جسم ما في الأحتكاك في جسم أخر، والأحتكاك ينتج عنه حرارة معينة، فعبر منصة الأمل نيوز سوف نتعرف على ما هي العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاك.
تعريف قوة الاحتكاك
تعرف قوة الاحتكاك بأنها القوة التي تمنع الأجسام الصلبة من الانزلاق والدحرجة على بعضها البعض، ويمثل المشي أحد أبرز أمثلة الاحتكاك، وينقسم الاحتكاك إلى نوعين أحدهما يسمى الاحتكاك الساكن والآخر هو الاحتكاك الحركي – قوى الاحتكاك الاستاتيكية هي قوة تنشأ بين سطحين مختلفين، لذلك توجد قوى لاصقة بينهما تمنع الانزلاق بسرعة.
حدد معامل الاحتكاك
يُعرَّف معامل الاحتكاك بأنه نسبة قوة الاحتكاك إلى مقاومة الانزلاق لسطحين لجسمين متصلين بقوة الضغط الناشئة عن الطبيعة على هذين الجسمين، ويُشار إلى معامل الاحتكاك رياضيًا بالرمز اليوناني μ ويشير إلى الرمز mu ويتم تمثيله بالمعالجة التالية المعبر عنها
μ = F / N، أين
- يشير الحرف F إلى قوة الاحتكاك
- N تعني النشا الطبيعي.
تُقاس كل من قوة الاحتكاك والقوة الطبيعية بوحدات قياس القوة، وهي نيوتن وأرطال، وبالتالي فإن معامل الاحتكاك بلا وحدة وتختلف قيم معامل الاحتكاك بين الاحتكاك الساكن والاحتكاك الديناميكي. في الاحتكاك الساكن، تكون قوة الاحتكاك مقاومة للقوة التي تمارس على الجسم والتي تجعل الجسم يظل ثابتًا، بينما في الاحتكاك المتحرك، تقاوم قوة الاحتكاك القوة المتحركة الناتجة عن عدم استقرار الجسم، على سبيل المثال، عند تنظيف، طاولة خشبية انزلاقية ناعمة، يصل معامل الحركة للاحتكاك إلى حوالي 0.5، وهذا يدل على وجود قوة متساوية مع نصف الوزن الإجمالي للطوب لمقاومة الاحتكاك واستمرار حركة الطوب بطول ثابت.
العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاك
كما أوضحنا سابقاً، تنشأ قوى الاحتكاك عندما ينزلق جسمان صلبان فوق بعضهما البعض، لكن هذه القوة تتأثر بعدة عوامل تؤدي إلى زيادتها أو نقصانها، وتشمل هذه العوامل ما يلي
- نعومة وخشونة الجسم المنزلق عندما يتأثر الاحتكاك في الأجسام بانتظام الجسم أم لا، فإن العلاقة بين خشونة الجسم وقوى الاحتكاك هي علاقة مباشرة، أي تزداد مقاومة الانزلاق. عندما يكون السطح أملسًا وناعمًا، وذلك بسبب عدم وجود قوى التماسك والالتصاق، بينما تنزلق الأجسام الخشنة ببطء، مما يزيد الاحتكاك.
- نعومة السطح آلية القفل بين الأشياء هي أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على الاحتكاك.
- القوة بين الجسمين في الاتجاه الطبيعي (عموديًا على اتجاه الانزلاق) يرتبط الاحتكاك ارتباطًا مباشرًا بالقوة الطبيعية المؤثرة على الجسم وفقًا للمعادلة التالية [f = μ * N، حيث μ هي معامل الاحتكاك].
- وزن الجسم الاحتكاك يتناسب طرديًا مع وزن الأجسام الملامسة، لأن القوة الملحوظة في الاتجاه الطبيعي تمثل وزن الجسم، حيث يقل الاحتكاك مع انخفاض وزن الجسم وزيادة وزن الجسم.
- شكل الجسم ما لا يعرفه الكثير من الناس هو وجود احتكاك بين جزيئات الغازات والسوائل، لكنه ضعيف جدًا مقارنة بالاحتكاك بين الأجسام الصلبة. على سبيل المثال، في السوائل، يؤثر تصميم الجسم على الاحتكاك بين الجسم والماء.
- نوع الاحتكاك (التدحرج / الانزلاق) يتأثر الاحتكاك أيضًا بنوع الاحتكاك نفسه. عندما تدور صالة الألعاب الرياضية، يكون الاحتكاك أقل مما يحدث عندما ينزلق الجسم. على سبيل المثال، يساعد استخدام الإطارات الدائرية المتدحرجة في كل من العجلات والسيارات في تقليل الاحتكاك، مما يؤدي إلى زيادة السرعة.
- حالة مادة السطح المنزلقة (صلبة / سائلة) غالبًا ما يكون الاحتكاك في وجود السوائل أقل من الاحتكاك الذي لا يحتوي على مادة سائلة، ويسمى الاحتكاك بين مادة صلبة ومادة سائلة الاحتكاك السائل، مثل الناس استخدام الزيت لتقليل الاحتكاك بين مفصلات الأبواب، حيث أن الزيت مادة سائلة تقلل من الاحتكاك.
دالة قوة الاحتكاك
نظرًا لأهمية قوة الاحتكاك اليوم، فإن لها وظائف عديدة، من بينها ما يلي
- تساعده قوى الاحتكاك بين حذاء الشخص وسطح الطريق على المشي، وكلما زاد الاحتكاك بين السطح وساقي الشخص، كان يتحرك بشكل أسرع.
- كما يساعد الاحتكاك إطارات السيارة على الانزلاق بدلاً من الانزلاق مما يتسبب في توقفها عن الحركة، كما أن تصميم الإطار المموج يزيد من سرعته نتيجة زيادة قوة الاحتكاك بسبب العلاقة المباشرة بين خشونة الجسم والاحتكاك.
- يؤدي الاحتكاك بين تيل الفرامل والأسطوانة إلى توقف السيارة.
- يساعدها الاحتكاك بين الطباشير والسيرة على الكتابة.
ما هي قوانين الاحتكاك
لقوى الاحتكاك خمسة قوانين أساسية
- العلاقة بين القوة الطبيعية واحتكاك الجسم المتحرك.
- يؤثر نوع السطح المهيكل للجسم على قوى الاحتكاك.
- إذا كانت هناك منطقة تلامس بين جسدين، فإن الاحتكاك بينهما يكون مستقلاً عن منطقة التلامس.
- الاحتكاك الانزلاقي والسرعة منفصلان وكل منهما مستقل.
- معامل الاحتكاك للاحتكاك الساكن أكبر من معامل الاحتكاك للاحتكاك الانزلاقي.
وتطبق قوانين الاحتكاك على الجسمين المرتبطين ببعضهما البعض كما هو موضح في السطور التالية
- في حال لم تكن الأجسام الملتصقة ببعضها البعض أجسامًا ثابتة ولكنها منزلقة، فإن هذه الحالة تعتبر احتكاكًا منزلقًا ويعبر عنها بالعلاج التالي
حيث كل
- F k = لانزلاق الاحتكاك
- µk = تقريبًا معامل الاحتكاك الانزلاقي
- N = قوة رد الفعل المطبقة العادية.
واتجاه هذا الاحتكاك الحركي للجسم هو عكس اتجاه السرعة النسبية بين كل من الجسم الأول والجسم الثاني، وافترض، على سبيل المثال، أن الجسم الأول يتحرك باتجاه الجسم الثاني، ثم من الأفعال الأولى للجسم الناتج عن قوة الاحتكاك يؤثر سلبًا على الجسم الثاني.
وفي حال لم يمنحك الجسم حركة نسبية بينه وبين الأجسام الأخرى، فإن الاحتكاك الناتج بينهما يسمى الاحتكاك الساكن، وهو يساوي أو أقل من الاحتكاك الحركي، وهو ليس ثابتًا كما نتخيله الاحتكاك الاحتكاك لها قيم ثابتة ومحددة، لكن قيمها تتغير، لكنها تظل دائمًا أصغر من الاحتكاك المنزلق. وعندما يكون التفاعل الطبيعي متشابهًا، لا تعتمد قوى التلامس على الاحتكاك الانزلاقي أو الساكن.