ما هو الاحتكاك التدحرجي
عندما تقوم بدفع جسم ما مثل الكرة، فإنها تبقى تتحرك لبعض الوقت ثم تتوقف من تلقاء نفسها، ودون أن تتصادم بشيء ما، فما هي القوى التي أثرت عليها وأدت إلى توقفها؟ الحقيقة هي أن هذه القوة تعرف باسم قوة الاحتكاك الحركي التي تنشأ عندما يلامس جسم متحرك بسرعة معينة أي سطحا أو جسما آخر وتعارض حركة هذا الجسم. وهناك نوعان من الاحتكاك: الاحتكاك السكوني والاحتكاك الحركي، وقد تعرفنا على هذا الأمر سابقا
- احتكاك مانع
يحدث الاحتكاك عندما يتلامس جسم صلب مع سائل أو غاز، ويمكن أن يحدث في السفن أثناء حركتها في البحر، أو في الطائرات أثناء طيرانها، ويؤثر الاحتكاك على حركة الجسم ويمكن أن يتوقف إذا لم يتم إيقافه بواسطة قوة أخرى مثل محرك الطائرة أو السفينة.
- احتكاك تدحرجي
يحدث التآكل عندما يتحرك جسمان في الحالة الصلبة مثل سيارة تتحرك على الطريق أو كوب يتحرك على منضدة.
أما الاحتكاك السكوني فهو الذي ينتج عن احتكاك جسمين ساكنين ببعضهما ويمنع حركتهما ومثال عليه عندما تحاول تحريك صندوق ثقيل ساكن لكن عندما تقوم بدفعه فإنه لا يتحرك من مكانه، وذلك لأن هناك قوة أثرت عليه ومنعت تحركه وهذه القوة هي قوة الاحتكاك الناتج عن تلامس الأرض مع الصندوق.
معامل الاحتكاك التدحرجي
يترتب احتكاك الأجسام على معامل يسمى معامل الاحتكاك، وهو رقم يعكس التناسب بين القوة المضغوطة بين جسمين وبين قوى الاحتكاك. ليس هناك وحدة قياس محددة لهذا المعامل، وليس ثابتا لكل مادة بسبب تغير الأسطح المتلامسة وطبيعة كل منها. تغير هذه العوامل بشدة، فليست جميع الطرق الأسفلتية متشابهة ولا تكون خشونتها ثابتة على طول الطريق. وكلما زاد معامل الاحتكاك، زادت قوته وقدرته على إيقاف الأجسام. وعلى العكس من الاعتقاد الشائع، لا يؤثر كتلة الجسم أو وزنه على معامل الاحتكاك. إن العوامل المؤثرة على الاحتكاك هي:
- نوع السطح
تختلف خواص الاحتكاك بين سطحين متلامسين، نظرا لوجود اختلاف في معامل الاحتكاك لكل مادة. عندما يكون الجسم خشنا، يكون لديه معامل احتكاك أكبر، وعندما يتعامل مع أجسام أخرى، فإنه يتوقف بسرعة أكبر. أما عندما يكون السطح ناعما، تكون قوى الاحتكاك أقل، لذلك فإنه أسهل دفع جسم على الأسفلت من دفعه على التربة، حيث تكون قوى الاحتكاك أكبر في الحالة الثانية.
- مساحة السطح الذي يحتك من الجسم
كلما زادت مساحة التماس بين الأسطح زادت قوة الاحتكاك، وبالتالي يكون التوقف أسرع، وذلك يعني أن دفع جسم ثقيل يشبه دفع جسم خفيف إذا كانت مصنوعة من نفس المادة وتتلامس على نفس السطح. كمثال، احتكاك المعدن مع الجليد يكون له معامل احتكاك منخفض بسبب نعومة كل منهما، ولذلك تنزلق الزلاجات بسهولة على الجليد وتتحرك بسرعة. أما احتكاك الطريق الأسفلتي مع إطارات الدراجات فله معامل احتكاك عالي، وبالتالي لا تتحرك الدراجات أو السيارات على الأسفلت إلا بوجود قوة دفع من المحرك أو من حركة رجلي قائد الدراجة.
أثر الاحتكاك التدحرجي على حركة الأجسام
- عند زيادة الاحتكاك بين جسم ثابت وجسم متحرك، يقل عزم الجسم المتحرك كثيرًا وتقل المسافة التي يقطعها، حتى يتوقف تمامًا ما لم تؤثر عليه قوة أخرى تعادل قوة الاحتكاك وتجعله يستمر في الحركة.
- عندما يتأثر جسم معين بقوة تجعله يتحرك موازيًا لقوة الاحتكاك التي تعاكس حركته وتحاول إيقافه، فإن الجسم يستمر في الحركة بسرعة ثابتة وفي خط مستقيم دون توقف.
فوائد الاحتكاك التدحرجي
- لولا الاحتكاك، لم يكن بالإمكان تشغيل وسائل النقل؛ حيث أن الإيقاف يصبح ممكنًا بدونه، بما أنه يساعد على الفرملة وتوقف الأجسام التي تسير بسرعة. ولولا وجود قوى الاحتكاك، لم يمكن لأي شخص إيقاف سيارته أو دراجته، حيث إن فكرة الفرامل تعتمد أساسًا على الاحتكاك.
- إذا لم تكن هناك قوى احتكاك، فإن أي جسم دائري يسقط على الأرض سيستمر في الحركة إلى الأبد دون توقف.
- يمكن الحصول على طاقة حرارية مفيدة، مثل إشعال النار بحك حجرين معًا، أو تدفئة الأطراف الباردة بحكها معًا.
- يثبت التربة والصخور فوق الجبال، والثمار فوق الأشجار لأنه يعارض جاذبية تجذبها لأسفل.
- تساعد قوى الاحتكاك البشر والحيوانات وجميع الكائنات الحية على المشي بأمان، حيث يحولون دون الانزلاق والسقوط.
مساوئ الاحتكاك التدحرجي
- تحتاج الأجسام لإتمام حركتها إلى بذل مجهود أكبر، لإنتاج قوة أكبر تتغلب على قوى الاحتكاك، وتمكّن الجسم من الاستمرار في الحركة.
- يتحول جزء من الطاقة الحركية إلى حرارة ويتم إهدارها.
- التلف الناتج عن قوى الاحتكاك مثل تآكل العجلات في السيارات أو الدراجات بسبب الاحتكاك.
- تحتاج السيارات والآلات المختلفة إلى وضع الزيوت أو أي شيء آخر يقلل من الاحتكاك بشكل مستمر، مما يزيد من تكلفة عملها.
- قد يؤدي الاحتكاك الذي لم يتم ملاحظته إلى حدوث حرائق، مما يتسبب في خسائر مادية وبشرية.
- يحدث الحساسية عند بعض الأشخاص نتيجة احتكاك الملابس بالجسم عند الحركة، وكذلك يحدث مرض خشونة الركبة نتيجة نقص السوائل التي تمنع احتكاك غضروف الركبة بالعظام عند الحركة، مما يؤدي إلى تآكله.
أمثلة على الاحتكاك التدحرجي من حياتنا اليومية
- يتم إشعال النار عن طريق تدليك أو حك حجرين أو حك عود الثقاب بالعلبة، مما يولد حرارة.
- تتأثر حركة بعض المركبات مثل الدراجات والسيارات بفعل الاحتكاك، ولذلك يحتاجون إلى التشحيم لتقليل الاحتكاك وزيادة الحركة.
- تُصنع عجلات السيارات من مادة المطاط الخشن التي تتميز بامتلاكها عامل الاحتكاك الكبير الذي يُمكن الفرامل من إيقاف السيارة، وخاصة على الطرق الزلقة، وتتم صناعتها بسرعات عالية للتغلب على قوى الاحتكاك.
- تطبق مبادئ الاحتكاك في السيارات ولذلك يتم تصنيع اطارات السيارات من مادة خشنة حتى تحتك بالأسفلت عند استعمال الفرامل مما يجعل السيارة تقف على الفور، إذا كان الطريق أملس وكذلك إطار السيارة وبالتالي يؤثر ذلك على قوة الاحتكاك حيث تكون قوة احتكاك بين الجسمين ضعيفة مما يجعل السيارة تسير لمسافات أطول قبل الوقوف.
- تصنع قبضان السكك الحديدية من معدن ناعم يسهل انزلاق القطارات عليه عند حركته.
طرق التقليل من الاحتكاك التدحرجي
- يتم تزييت السيارات والدراجات وأي أجهزة أو آلات تدور وتنتج احتكاكًا بين أجزائها، مثل آلات الإنتاج في المصانع، ويتم ذلك بشكل دوري لتقليل قوى الاحتكاك التي تؤدي إلى إنتاج حرارة قد تسبب فسادًا أو احتراقًا أو توقفًا للأجهزة.
- تصميم الآلات الحركية بشكلٍ انسيابي يقلل من تأثير الاحتكاك مع الأجسام الأخرى.
- يتم وضع مواد أخرى، مثل الفلين، لتقليل الاحتكاك بين الأجسام.
- استخدام أجهزة تستفيد من الاحتكاك لتحويل الطاقة إلى طاقة حركية مثل العجلة.
- يشير تنظيف الشوائب بين سطحين ناعمين بحيث يبدوان وكأنهما متلاقيان وغير قابلين للفصل، مثلما يحدث في لعبة القطار الكهربائية للأطفال، إلى إزالة هذه الشوائب بشكل كامل.
- يمكن استخدام طرق التبريد المختلفة لتبريد الأجسام التي تتولد حرارتها نتيجة الاحتكاك ورفع درجات حرارتها.