العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاك من المهم معرفتها لأهمية الاحتكاك في حياتنا اليومية، حيث يدخل في العديد من التطبيقات والأنشطة اليومية. لذلك، إذا فهمت طبيعة قوة الاحتكاك وتعريفها والعوامل المؤثرة عليها، فإذا استخدمتها، يمكنك الاستفادة منها بشكل أفضل في حياتك اليومية، مما يسهل عليك الكثير من الأمور، وبالتالي سيساعدك . موقع مرجعي فهم تلك المعلومات وكيفية تطبيقها بشكل أفضل لتحقيق أقصى استفادة منها.
تعريف قوة الاحتكاك
تُعرف قوة الاحتكاك بأنها القوة التي تمنع الأجسام الصلبة من الانزلاق والتدحرج فوق بعضها البعض. ويعتبر المشي من أبرز أمثلة الاحتكاك. يتأثر الاحتكاك بقوى تسمى قوى الالتصاق والتماسك وهي القوى الناتجة عن التجاذب بين جسمين وتحدث في مناطق التلامس على الأسطح المختلفة. القوات منقسمة. ينقسم الاحتكاك إلى نوعين، النوع الأول يسمى الاحتكاك الساكن، والنوع الآخر يسمى الاحتكاك المتحرك. قوى الاحتكاك الساكنة هي القوة التي تنشأ بين سطحين مختلفين. وخلق قوى التصاق بينهما تمنعهم من الانزلاق. كما أن قوى الاحتكاك مفيدة أثناء المشي لأنها تساعد الإنسان على البقاء على قدميه أثناء المشي مما يزيد مع سرعته.(1)
أنظر أيضا: قوة متعارضة تنشأ بين أسطح الأجسام الملامسة
تعريف معامل الاحتكاك
يعرف معامل الاحتكاك بأنه نسبة قوة الاحتكاك لمقاومة انزلاق سطحين لجسمين متلامسين مع قوة الضغط الناشئة من الطبيعة على هذين الجسمين ويرمز له بالرمز μ باللغة اليونانية والرمز mu هو رياضي ويتم التعبير عنه بالمعامل التالي:(1)
μ = F/N، حيث
- F تعني قوة الاحتكاك
- N تعني القوة الطبيعية.
يتم قياس كل من قوة الاحتكاك والقوة الطبيعية بوحدات قياس القوة، وهي النيوتن والباوند. ولذلك فإن معاملات الاحتكاك تختلف بدون وحدة قياس الاحتكاك المتحرك. في الاحتكاك الساكن، تقاوم قوة الاحتكاك القوة المطبقة على الجسم، مما يؤدي إلى بقاء الجسم في حالة راحة. وفي الاحتكاك المتحرك فإن قوة الاحتكاك تقاوم قوة الحركة الناتجة عن عدم استقرار الجسم. فمثلاً عندما تنزلق الحجارة على طاولة خشبية ناعمة ونظيفة فإن معامل الاحتكاك المتحرك يصل إلى حوالي 0.5، وهذا يدل على وجود قوة تساوي نصف الوزن الكلي لاحتكاك الحجارة وتضبط حركة الحجارة مع طول ثابت.
أنظر أيضا: ما القوة المسؤولة عن إيقاف حركة الأجسام؟
العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاك
كما أوضحنا سابقاً تنشأ قوى الاحتكاك نتيجة انزلاق جسمين ضخمين فوق بعضهما البعض، إلا أن هذه القوة تتأثر بعدة عوامل تؤدي إلى زيادتها أو نقصانها، ومن هذه العوامل ما يلي:(2)
- نعومة وخشونة الجسم المنزلقيتأثر الاحتكاك في الأجسام بما إذا كان الجسم موحدًا أم لا. العلاقة بين خشونة الجسم وقوى الاحتكاك هي علاقة طردية، أي أن مقاومة الانزلاق تزداد إذا كان السطح ناعماً وأملساً بسبب الاحتكاك. قلة قوى التماسك والالتصاق، بينما تنزلق الأجسام الخشنة ببطء مما يزيد الاحتكاك.
- نعومة السطحتعتبر آلية تشابك الأجسام من أهم العوامل المؤثرة على الاحتكاك. ليس من المنطقي أن تكون الأسطح ناعمة تمامًا، فكل سطح لديه درجة معينة من الخشونة، ومع انزلاق الجسم، تساعد هذه الخشونة على خلق الاحتكاك.
- القوة بين الجسمين في الاتجاه العمودي (عمودي على اتجاه الانزلاق)يرتبط الاحتكاك مباشرة بالقوة الطبيعية المؤثرة على الجسم. وفي الاتجاه الطبيعي، أي الاتجاه العمودي على المستوى المنزلق، فإن القوة المطبقة على الجسم تزيد من الاحتكاك، وبالتالي يزداد الاحتكاك في هذه الحالة تبعاً للمستوى المنزلق. المعادلة التالية: (f = μ * N، حيث μ هو معامل الاحتكاك).
- وزن الجسميتناسب الاحتكاك طرديا مع وزن الجسمين المتلامسين حيث أن القوة الملاحظه في الاتجاه الطبيعي تمثل وزن الجسم حيث يقل الاحتكاك مع نقصان وزن الجسم ويزداد مع زيادة وزن الجسم.
- شكل الجسموما لا يعرفه الكثير من الناس هو أن الاحتكاك موجود أيضًا بين جزيئات الغازات والسوائل، ولكن هذا ضعيف جدًا مقارنة بالاحتكاك بين الأجسام الصلبة. على سبيل المثال، في السوائل يؤثر تصميم الشيء على احتكاك الشكل، فكلما قلت قوى الاحتكاك. على سبيل المثال، تتمتع الدلافين بجسم انسيابي يساعد على تقليل الاحتكاك بين أجسامها والماء.
- نوع الاحتكاك (المتداول/الانزلاق)ويتأثر الاحتكاك أيضًا بنوع الاحتكاك نفسه. عندما تكون صالة الألعاب الرياضية متدحرجة، يكون الاحتكاك أقل منه عندما ينزلق الجسم. على سبيل المثال، يساعد استخدام الإطارات الدائرية المتدحرجة في كل من العجلات والسيارات على تقليل الاحتكاك الذي يسبب زيادة في السرعة.
- حالة المادة السطحية المنزلقة (الصلبة/السائلة): في أغلب الأحوال يكون الاحتكاك في وجود السوائل أقل من الاحتكاك الذي لا يشمل مادة سائلة، ويسمى الاحتكاك بين مادة صلبة ومادة سائلة بالاحتكاك السائل. على سبيل المثال، يستخدم الناس الزيت لتقليل الاحتكاك بين مفاصل الباب، لأن الزيت مادة سائلة تقلل الاحتكاك.
أنظر أيضا: أي مما يلي يقلل الاحتكاك؟
وظيفة قوة الاحتكاك
ونظراً لأهمية قوة الاحتكاك اليوم، فإن لها وظائف عديدة، منها ما يلي:
- إن قوى الاحتكاك بين حذاء الإنسان وسطح الطريق تساعده على المشي، وكلما زاد الاحتكاك بين السطح وأرجل الشخص، كلما تحرك بشكل أسرع.
- كما أن الاحتكاك يؤدي إلى انزلاق إطارات السيارة بدلاً من انزلاقها، وبالتالي فإن التصميم المتموج للإطارات يزيد أيضاً من سرعتها نتيجة لزيادة قوة احتكاكها بسبب العلاقة المباشرة بين خشونة الجسم والاحتكاك.
- يؤدي الاحتكاك بين وسادة الفرامل والأسطوانة إلى توقف السيارة.
- الاحتكاك بين الطباشير والسيرة يجعل من الممكن الكتابة عليها.
أنظر أيضا: تسمى قوة الجذب التي تجذب بها الأرض الأشياء نحو نفسها
ما هي قوانين الاحتكاك؟
لقوى الاحتكاك خمسة قوانين أساسية وهي كما يلي:
- التناسب بين القوة العمودية واحتكاك الجسم المتحرك.
- تؤثر طبيعة السطح الملموس للجسم على قوى الاحتكاك.
- إذا كان هناك سطح تماس بين جسمين، فإن الاحتكاك بينهما يكون مستقلاً عن سطح التلامس.
- الاحتكاك الحركي والسرعة منفصلان ومستقلان.
- معامل الاحتكاك للاحتكاك الساكن أكبر من معامل الاحتكاك للاحتكاك المتحرك.
تطبق قوانين الاحتكاك على الجسمين الملتصقين ببعضهما البعض كما هو موضح في السطور التالية:
- إذا لم يكن الجسم الملتصق ببعضه ساكناً، بل جسم منزلق، فإن هذه الحالة تعتبر احتكاكاً حركياً ويعبر عنها بالمعامل التالي:
حيث يتقاطع:
- F k = للاحتكاك الحركي
- μk = معامل الاحتكاك الحركي
- N = قوة رد الفعل الطبيعية المطبقة.
ويكون اتجاه هذا الاحتكاك الحركي بالنسبة للجسم معاكسًا لاتجاه السرعة النسبية بين الجسم الأول والجسم الثاني. على سبيل المثال، لنفترض أن الجسم الأول يتحرك نحو الجسم الثاني، فإن قوة الاحتكاك الناشئة عن الجسم الأول سيكون لها تأثير سلبي على الجسم الثاني.
إذا كان الجسم لا يمنحك حركة نسبية بين الجسم والأجسام الأخرى، فإن الاحتكاك الناتج بينها يسمى الاحتكاك الساكن، وهو يساوي الاحتكاك الحركي أو أقل من هذه القيم الثابتة والمحددة، بل تتغير قيمه، لكنه يظل دائمًا أقل من الاحتكاك الحركي. عندما يكون التفاعل الطبيعي متشابها، لا يتم الاعتماد على قوى التلامس في الاحتكاك الحركي أو الساكن.(4)
وهنا انتهينا من الحديث العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاكلأنها من أهم القوى التي تؤثر على الإنسان في حياته اليومية، لأنها تؤثر عليه فعلاً في مختلف الأمور، ويعتمد عليها الإنسان كلياً ليقوم بممارساته الطبيعية بشكل أفضل.
(وسومللترجمة)العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاك (ر)تعريف قوة الاحتكاك (ر)تعريف معامل الاحتكاك (ر)دالة قوة الاحتكاك
