العوامل المؤثرة على الاحتكاك
بدأ العلماء في تجميع القوانين المتعلقة بالاحتكاك في القرن الرابع عشر، ولكن بسبب تعقيد التفاعلات، يتطلب وصف قوة الاحتكاك عادة إجراء تجارب لا يمكن استنتاجها فقط من المعادلات أو القوانين.
العوامل المؤثرة على الاحتكاك
يعتمد الاحتكاك على نعومة أو خشونة السطحين اللذين يلامسان بعضهما البعض وهما:
- تنوع سطح الأشياء من حيث النعومة أو الخشونة .
- القوة التي يضغط بها سطحان معًا.
عندما يكون السطحان المتلامسان ناعمين، فإن الاحتكاك بينهما سيكون قليلاً، حيث يكون التشابك بين الأسطح الناعمة أقل، وكلما زادت درجة خشونة السطحين في الاتصال مع بعضهما، زادت قوة الاحتكاك بينهما أيضاً.
عندما يكون السطحان المتصلان ببعضهما خشنين للغاية، يتسببذلك في زيادة الاحتكاك بينهما بشكل كبير جدًا، نظرًا لتشابك السطح الخشن بشكل كبير.
عندما يتم ضغط سطحين معا بقوة، يحدث الاحتكاك نتيجة لتشابك السطحين عند وضع جسم على جسم آخر، وإذا زاد الضغط على الأشياء بقوة أكبر، سيزداد الاحتكاك.
تعتمد قوة الاحتكاك جزئياً على نعومة الأسطح المتلامسة، وتحتاج قوة أكبر لنقل سطحين بعيدًا عن بعضهما البعض إذا كانا أكثر خشونة من النعومة، ومع ذلك، يقل الاحتكاك بالسلاسة.
تزداد قوة الاحتكاك بين سطحين أملسين للغاية بسبب زيادة القوى الكهروستاتيكية بين ذراتهما. ولا يعتمد الاحتكاك على مساحة السطح المتلامس بين الأجسام المتحركة أو ضمن حدود معينة على السرعة النسبية للأجسام، ومع ذلك، فإنه يتوقف على قوة الاحتكاك ذاتها.
عندما يتحرك الجسم فوق سطح أفقي، فإنه يضغط للأسفل على السطح بقوة تساوي وزنه، وهذا يعني أنه يتبع دائمًا قوانين الجاذبية .
ما هو الاحتكاك
الاحتكاك يشير إلى مقاومة حركة جسم متحرك بالنسبة لشيء آخر، وهو ليس قوة أساسية مثل الجاذبية أو الكهرومغناطيسية.
يعتقد العلماء أن الاحتكاك بين سطحين ملامسين يحدث نتيجة للجذب الكهرومغناطيسي بين الجزيئات المشحونة في السطحين.
على الرغم من وجود قواعد عامة حول الاحتكاك، إلا أن هناك العديد من الاستثناءات. فعلى سبيل المثال، عندما يكون هناك سطحين خشنين، قد يحتوي ذلك على المزيد من الاحتكاك .
عندما يكون السطحان سلسين بشكل كبير (مثل ألواح الزجاج)، يجب تنظيفهما بعناية من جميع جزيئات السطح التي قد تلتصق بعضها ببعض بشدة.
أنواع الاحتكاك
هناك نوعان رئيسيان من الاحتكاك هما
- الاحتكاك الساكن
- الاحتكاك الحركي.
يحدث الاحتكاك الساكن بين سطحين لا يتحركان بالنسبة لبعضهما البعض، بينما يحدث الاحتكاك الحركي بين الأشياء المتحركة.
في السوائل، الاحتكاك يشير إلى المقاومة بين الطبقات المتحركة من السائل، والتي تعرف أيضاً باسم اللزوجة. وعمومًا، تكون السوائل اللزجة أكثر كثافة، لذلك يتمتع العسل بمقاومة حركة السائل أكثر من الماء.
قد تتعرض الذرات الموجودة داخل المواد الصلبة للاحتكاك، على سبيل المثال، عندما يتم ضغط كتلة صلبة من المعدن، فإن جميع الذرات داخل المادة تتحرك، مما يخلق احتكاكًا داخليًا.
في الطبيعة، لا توجد بيئات خالية من الاحتكاك تمامًا، حتى في الفضاء قد تتفاعل جسيمات صغيرة من المادة مما يسبب الاحتكاك. الاحتكاك الناتج عن الدوران، وهو الاحتكاك الناتج عن تماس جسم دوار بجسم آخر.
تعريف معامل الاحتكاك
هي القوة المقاومة التي تحدث أثناء تحريك سطحين متلاصقين في اتجاهين متعاكسين . إذا قام جسمان صلبيّان بالاحتكاك فيما بينهما فإنه سوف يولّد قوة احتكاك حركية و هذا الشيء يوازي عددًا كسريًا للقوة العمودية الناتجة بين سطحين هذين الجسمين و هو ما يمكننا الوصول إليه خلال معامل الحركة.
أنواع معامل الاحتكاك
يحدث الاحتكاك الحركي عندما تتحرك جسمان صلبان باتجاه بعضهما، وفي هذه الحالة يتم تضمين الاحتكاك الحركي كجزء من القوة العمودية التي تعمل بين الجسمان .
بشكل عام ، القوة مستقلة عن منطقة التلامس ولا تعتمد على سرعة تحرك الجسمين. يعمل الاحتكاك أيضًا في الأشياء الثابتة. يمنع الاحتكاك الساكن الأشياء من الحركة وهي بشكل عام أعلى من قوة الاحتكاك التي يعاني منها نفس الجسمين عند تحركهما بالنسبة لبعضهما البعض. الاحتكاك الساكن هو ما يحافظ على صندوق ما في الأعلى من الانزلاق إلى الأسفل.
تطبيقات على الاحتكاك
يلعب الاحتكاك دورًا مهمًا في العديد من العمليات اليومية، حيث يتسبب الاحتكاك بتحويل بعض طاقة الحركة إلى حرارة عندما يتم احتكاك جسمان معًا. وهذا هو السبب في أن احتكاك العصي معًا قد يؤدي في النهاية إلى اندلاع حريق.
تؤدي الاحتكاك إلى تلف الدراجة والأجزاء الميكانيكية الأخرى، ولذلك يستخدم غالبًا مواد التشحيم أو السوائل لتقليل الاحتكاك بين الأجزاء المتحركة.
من المثاليات الأخرى تتعلق بالسيارات إذا كانت السيارة تتحرك على سطح أملس وكانت عجلاتها أملسة أيضًا، فإن السيارة ستستمر في الحركة دون أن تتوقف حتى لو حاولنا إيقافها، ولهذا السبب تم تصنيع عجلات السيارات بسطح خشن ليتمكنوا من الالتصاق بالطريق.
قوانين الاحتكاك
- ينص القانون الأول للاحتكاكعلى أن كمية الاحتكاك تتناسب مع القوة العادية، وهي القوة التي تمنعك من السقوط من مقعدك أثناء الجلوس.
- تتأثر القوة الطبيعية بوزن الجسم وزاوية السطح الذي يتم العمل عليه، خاصةً إذا كان السطح غير مسطح.
- كلما زادت القوة العادية، زادت قوة الاحتكاك بنسبة متناسبة، وهذا هو السبب في صعوبة دفع الأجسام الثقيلة أكثر من الخفيفة.
- على الرغم من أن قوة الاحتكاك تعتمد عادة على القوة العمودية، إلا أن القانون الثاني للاحتكاك يشير إلى أن قوة الاحتكاك لا تعتمد على منطقة التماس بين الجسم والسطح. تخيل أنك تحرك صندوقا بحيث يلامس جزءا أقل منه الأرض. هل ستتغير القوة العمودية؟ لا، فالصندوق لا يزال يزن نفس الوزن، وبالتالي لا تتغير القوة العمودية، حتى إذا تغيرت منطقة التماس.
- وفقا للقانون الثالث للاحتكاك، فإن القوة التي يتعرض لها الجسم يعتمد أيضا على نوع الأسطح التي تلامس بعضها البعض، بالإضافة إلى القوة الطبيعية وقوة الاحتكاك. على سبيل المثال، إذا حاولنا دفع صندوق ثقيل على سجادة، سيكون من الصعب دفعه أكثر من دفعه على سطح ناعم.
- ذلك لأن قوة الاحتكاك بين الصندوق والسجاد الخام أكبر بكثير من قوة الاحتكاك بين الصندوق والأرضية الملساء.
- تتناسب قوة الاحتكاك تناسبًا طرديًا مع وزن الجسم.
- قوة الاحتكاك لا تتأثر بسرعة الجسم، ما لم يكن الجسم ساكنًا.
- لا يحدد حجم نقطة الاتصال قوة الاحتكاك في حال تثبيت الجسمين.
وظيفة الاحتكاك
- يتمثل دور الاحتكاك في تقليل سرعة الجسم المتحرك حتى يتوقف تماما.
- عندما يكون احتكاكًا ضعيفًا، فإن الجسم يتحرك لمسافة أطول.
في القرن الخامس عشر الميلادي، وضع العلماء قوانين التماس، ولم يتم تأكيد قوانين التماس بالتجارب، ولكن تم تأكيدها نظريا.
كان من المعتقد القديم أن قوة الاحتكاك تتناسب بشكل طردي مع كتلة الجسم، أي كلما زادت كتلة الجسم، زادت قوة الاحتكاك، ولكن في الفيزياء الحديثة يختلف الأمر تماما، حيث تم دراسة قوة الاحتكاك بين الذرات والجزيئات.