الاحتكاك
الاحتكاك هو قوة تقاوم الحركة النسبية ويحدث عند السطح البيني بين الأجسام ، ويحدث أيضًا داخل الأجسام ، كما هو الحال في حالة السوائل ، وتم صياغة مفهوم معامل الاحتكاك لأول مرة بواسطة ليوناردو دافنشي ، ويتم تحديد حجم معامل الاحتكاك من خلال خصائص الأسطح والمناطق المحيطة وخصائص السطح ووجود مادة التشحيم.
أنواع الاحتكاك
يمكن تقسيم الاحتكاك إلى نوعين، الاحتكاك الساكن والاحتكاك المتحرك، ويمكن تقسيم الاحتكاك المتحرك إلى عدة أنواع منها الاحتكاك الانزلاقي والمائع والمتدحرج، وفيما يلي سنتعرف عليها
الاحتكاك الساكن
يحدث الاحتكاك الساكن بين الأشياء عندما تكون على سطح، على سبيل المثال، عندما تتجول في الغابة، يحدث احتكاك ثابت بين حذائك والأرض في كل خطوة تخطوها، وبدون هذا الاحتكاك الساكن، ستنزلق قدمك وستصعب عليك المشي، وهذا ما يحدث في حالة المشي على الجليد، فالجليد زلق جدا ولا يوفر إلا القليل من الاحتكاك. يساعد الاحتكاك الساكن الأشخاص على المشي، وأحد الأمثلة على ذلك هو الاحتكاك الساكن الذي يساعد الناس على تسلق الجدران الصخرية، حيث يمنع الاحتكاك الساكن أيديهم وأقدامهم من الانزلاق.
الاحتكاك الحركي
الاحتكاك الحركي هو القوة التي تعمل بين الأسطح المتحركة، تواجه الجسم المتحرك على السطح قوة في الاتجاه المعاكس لحركته، ويعتمد حجم هذه القوة على معامل الاحتكاك الحركي بين المواد المتحركة، ويمكن التفريق بين الاحتكاك الساكن والحركي عن طريق مقارنة الاحتكاك السكوني والحركي، ويمكن تعريف الاحتكاك بأنه القوة التي تمنع الجسم من الانزلاق، ويتداخل الاحتكاك الحركي مع حركة جسمين أو أكثر، حيث تعمل القوة في الاتجاه المعاكس للحركة التي يريد الجسم الانزلاق بها
إذا كان على السيارة أن تتوقف ، فإننا نطبق المكابح وهذا هو بالضبط مكان الاحتكاك ، أثناء المشي عندما يريد المرء أن يتوقف فجأة ، ولكن عندما يتعين علينا التوقف في منتصف بركة مياه ، تزداد الأمور صعوبة لأن الاحتكاك يكون أقل ولا يمكن أن يساعد المرء كثيرًا ، وينقسم هذا النوع إلى عدة أنواع:
- الاحتكاك الانزلاقي
الاحتكاك المنزلق هو نوع من الاحتكاك الذي يحدث عندما تنزلق الأشياء فوق سطح. يكون الاحتكاك المنزلق أقل قوة من الاحتكاك الساكن، وهذا هو السبب في أنه يكون أسهل لنقل قطع الأثاث على الأرض بعد بدء التحرك بدلا من تحريكها من البداية. الاحتكاك المنزلق قد يكون مفيدا، على سبيل المثال، عند استخدام قلم رصاص للكتابة، حيث ينزلق القلم بسهولة على الورقة، ولكن لا يزال هناك احتكاك كاف بين القلم والورقة لترك علامة.
- الاحتكاك المتدحرج
الاحتكاك التدحرجي هو نوع من الاحتكاك الذي يؤثر على الأشياء عند تدحرجها على سطح. الاحتكاك التدحرجي أضعف بكثير من الاحتكاك المنزلق أو الاحتكاك الساكن. وهذا يفسر سبب استخدام العجلات في معظم وسائل النقل البري، مثل الدراجات والسيارات والعربات ذات الأربع عجلات والزلاجات الدوارة والدراجات النارية وألواح التزلج
- الاحتكاك المائع
يتعلق الاحتكاك المائع بالاحتكاك الذي يحدث عندما تتحرك الأشياء داخل السائل، حيث يكون السائل هو المادة التي يتدفق بها الجسم داخل الحاوية الخاصة به، وهذا يشمل السوائل والغازات. على سبيل المثال، عندما تحاول دفع يدك عبر الماء في حوض السباحة، فإنك تشعر بالمقاومة التي يواجهها الماء عند مرور يدك، وعندما يقفز اللاعب المظلي، فإن المظلة تقاوم الهواء وتبطئ سقوطه، وكلما كان الجسم أكبر أو أسرع، زاد الاحتكاك المائع الذي يواجهه الجسم، وهذا هو السبب وراء وجود مقاومة أكبر للهواء عند ارتفاعات أعلى للمظلة بالمقارنة بجسم اللاعب.
قانون الاحتكاك
هناك خمسة قوانين للاحتكاك وهي:
- احتكاك الجسم المتحرك متناسب وعمودي مع القوة العمودية.
- تختلف قوة الاحتكاك التي يتعرض لها الجسم على حسب طبيعة السطح الذي يتلامس معه.
- يتوقف الاحتكاك على منطقة التلامس، طالما أن هناك منطقة تماس.
- الاحتكاك الحركي مستقل عن السرعة.
- تكون معامل الاحتكاك الساكن أكبر من معامل الاحتكاك الحركي.
معامل الاحتكاك
معامل الاحتكاك هو نسبة قوة الاحتكاك التي تقاوم حركة سطحين متلامسين مع القوة الطبيعية التي تضغط على السطحين معا. ويرمز عادة لمعامل الاحتكاك بالحرف اليوناني ميو (μ) رياضيا، حيث تساوي قيمته F / N، وحيث F هي قوة الاحتكاك و N هي القوة العادية. ونظرا لأن كلا من F و N يتم قياسهما بوحدات القوة (مثل نيوتن أو رطل)، فإن معامل الاحتكاك بلا أبعاد، وله قيم مختلفة للاحتكاك الساكن والاحتكاك الحركي.
في حالة الاحتكاك الساكن، تقاوم قوة الاحتكاك القوة المطبقة على الجسم، ويظل الجسم في حالة سكون حتى يتجاوز قوة الاحتكاك الساكن. وفي حالة الاحتكاك الحركي، تقاوم قوة الاحتكاك حركة الجسم. وعلى سبيل المثال، عندما ينزلق الطوب على طاولة خشبية نظيفة، يكون معامل الاحتكاك الحركي حوالي 0.5، مما يعني أنه يلزم قوة تعادل نصف وزن الطوب فقط للتغلب على الاحتكاك وجعل الطوب يتحرك بسرعة ثابتة. أما معامل الاحتكاك الساكن فيكون حوالي 0.6، وتحدد قوة الاحتكاك وتوجه بشكل معاكس لحركة الجسم.
فوائد الاحتكاك
يشير الاحتكاك إلى مقاومة حركة جسم متحرك بالنسبة إلى آخر، وفيما يلي بعض فوائد الاحتكاك:
- الاحتكاك يسبب العديد من أنواع الحركة
- يساعدنا على السير على الأرض
- يتم استخدام الفرامل في السيارة لتوليد الاحتكاك وإيقاف السيارة
- تحترق الكويكبات في الغلاف الجوي قبل وصولها إلى الأرض بسبب التحامها بالجزيئات الهوائية.
- يساعد في إنتاج الحرارة عندما نفرك أيدينا.
مساوئ الاحتكاك
- يتولد حرارة غير ضرورية نتيجة الاحتكاك مما يؤدي إلى هدر الطاقة.
- تعمل قوة الاحتكاك في الاتجاه المعاكس للحركة، وبالتالي يؤدي الاحتكاك إلى إبطاء حركة الأجسام المتحركة.
- تنشأ حرائق الغابات نتيجة الاحتكاك بين فروع الأشجار.
- يتم إنفاق الكثير من المال على منع الاحتكاك والتآكل الطبيعي الذي يحدث بسبب ذلك باستخدام تقنيات مثل التشحيم والتزييت.
طرق تقليل الاحتكاك
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على الاحتكاك، ويمكن تقليل الاحتكاك بالطرق التالية
- يمكن جعل الأسطح أكثر نعومة لأن الأسطح الخشنة تنتج مزيدًا من الاحتكاك، في حين تقلل الأسطح الملساء من الاحتكاك.
- التزييت هو طريقة أخرى لجعل السطح أكثر نعومة، وتستخدم مادة التزليق لتقليل الاحتكاك بين الأسطح
- يجب جعل الشكل الهندسي للكائن أكثر انسيابية، حيث يتميز الشكل الانسيابي بالسماح للهواء أو الماء بالتدفق حوله بسهولة، مما يخفض المقاومة.
- تقليل القوى المؤثرة على الأسطح يقلل من الاحتكاك، حيث أن كلما كانت القوى المؤثرة على الأسطح أقوى زاد الاحتكاك، وبالتالي يجب تقليل هذه القوى لتقليل الاحتكاك.
- يقلل استخدام الكرات من التلامس بين الأسطح، لأن الجسم الكروي يلامس السطح الآخر بشكل قليل جدًا وبالتالي يقلل الاحتكاك.