الاحتكاك هو القوة التي تقاوم الحركة عندما يتلامس سطح جسم ما مع سطح جسم آخر. يتم تقليل الميزة الميكانيكية للآلة عن طريق الاحتكاك ، أو بعبارة أخرى ، يتم تقليل نسبة المخرجات إلى المدخلات بسبب الاحتكاك. تستخدم السيارة ربع طاقتها في الحد من الاحتكاك. ومع ذلك ، فإن الاحتكاك أيضًا في الإطارات هو الذي يسمح للسيارة بالبقاء على الطريق والاحتكاك في القابض الذي يجعل من الممكن القيادة. من أعواد الثقاب إلى الآلات إلى الهياكل الجزيئية ، يعد الاحتكاك أحد أهم الظواهر في العالم المادي. دعونا نناقش في هذه المقالة قوة الاحتكاك وأنواعها المختلفة وكيف تحسب.
تعريف قوة الاحتكاك؟
تشير قوة الاحتكاك إلى القوة الناتجة عن سطحين يتلامسان وينزلقان ضد بعضهما البعض.
بعض العوامل التي تؤثر على قوة الاحتكاك:
تتأثر هذه القوى بشكل أساسي بنسيج السطح ومقدار القوة التي تدفعها معًا.
تؤثر زاوية الجسم وموضعه على مقدار قوة الاحتكاك.
إذا تم وضع جسم مسطحًا على جسم ما ، فستكون قوة الاحتكاك مساوية لوزن الجسم.
إذا تم دفع جسم ما على السطح ، فستزداد قوة الاحتكاك وتصبح أكثر من وزن الجسم.
كيفية حساب قوة الاحتكاك
يمكن حساب الحد الأقصى لمقدار قوة الاحتكاك التي يمكن أن يطبقها السطح على كائن ما بسهولة باستخدام الصيغة المحددة:
لمساعدتك في حساب قوة الاحتكاك ، قدمنا لك هنا خطوات منهجية يجب اتباعها أثناء حساب قوة الاحتكاك.
أوجد القوة العادية
القوة الطبيعية هي قوة الدعم التي تمارس على جسم ما على اتصال بجسم ثابت آخر. يمكن وصف القوة العادية ببساطة في معظم الحالات بالصيغة التالية:
N = mg
في هذه الصيغة ، تصف m كتلة الجسم ، و g تعني التسارع الناتج عن الجاذبية. في حالة وجود سطح مائل ، تقل قوة السطح الطبيعي كلما زاد ميل السطح ، ومن هنا تصبح الصيغة:
N = mg cos(θ)
θ تمثل الزاوية التي يميل إليها السطح. في عملية حسابية بسيطة ، يمكنك حساب القوة الطبيعية لكتلة من الخشب تزن 2kg موضوعة على سطح مثل N = 2 kg × 9.8 N/kg = 19.6 N
إيجاد المعامل الصحيح
يعتمد المعامل الذي تختاره على الكائن والموقف المحدد. إذا كان الجسم لا يتحرك عبر السطح ، يمكنك استخدام معامل الاحتكاك الساكن μstatic ، ولكن إذا كان الكائن قيد الدراسة يتحرك ، يمكنك استخدام معامل الانزلاق الاحتكاك μslide. يؤثر نوع المواد المستخدمة أيضًا على الكفاءة المشتركة. على سبيل المثال ، إذا كانت كتلة الخشب على سطح من الطوب ، فسيكون المعامل 0.6 ، ولكن إذا كان على كتلة من الخشب النظيف ، فسيتراوح من 0.25 إلى 0.5.
حساب قوة الاحتكاك
كما تمت مناقشته ، فإن صيغة قوة الاحتكاك تعطى بواسطة F = μN.
على سبيل المثال ، دعونا نفكر في كتلة الخشب التي تزن 2kg وتستريح على طاولة ليتم دفعها من السكون. في هذه الحالة ، نعتبر الاحتكاك الساكن ذو كفاءة مشتركة. 0.5 هو الكفاءة المشتركة الثابتة للخشب.
باستخدام التفاصيل الموضحة ، يمكننا حساب القوة العادية على النحو التالي:
N = 2 kg × 9.8 N/kg = 19.6 N
والآن بعد أن أصبح لدينا قيم القوة العادية والاحتكاك الساكن ، يمكننا حساب قوة الاحتكاك على النحو التالي:
F = 0.5 × 19.6 N = 9.8 N
هل هناك أنواع مختلفة من قوة الاحتكاك؟
نعم ، هناك أنواع مختلفة من قوى الاحتكاك. يتم تصنيف الاحتكاك الذي يحدث بين الأسطح الصلبة على أنه احتكاك احتكاك ساكن وحركي ومتداول وانزلاقي. يطلق على الاحتكاك الذي يحدث بين السوائل والغازات احتكاك السوائل. ومن ثم يصنف الاحتكاك على نطاق واسع على أنه:
- احتكاك جاف
الاحتكاك الساكن
الاحتكاك الحركي
الاحتكاك المتداول
انزلاق الاحتكاك
- احتكاك السوائل
احتكاك جاف
يصف الاحتكاك الجاف التفاعل بين جسمين صلبين على اتصال عندما يكونان في حالة حركة (الاحتكاك الحركي) وعندما لا يكونا كذلك (الاحتكاك الساكن). كل من الاحتكاك الساكن والحركي يتناسب مع القوة الطبيعية التي تمارس بين الأجسام الصلبة. يتم نمذجة تفاعل المواد المختلفة مع معاملات احتكاك مختلفة. ونعني بهذا أن بعض المواد تتمتع بمقاومة أعلى للحركة من المواد الأخرى لنفس القوة الطبيعية فيما بينها. يتم تحديد كل من هذه القيم بشكل تجريبي.
احتكاك السوائل
احتكاك السوائل هو القوة التي تعيق تدفق السائل. إنها حالة يوفر فيها السائل مقاومة بين السطحين. إذا كان كلا السطحين يوفران مقاومة عالية ، فإنه يُعرف باسم اللزوجة العالية ، وبشكل عام ، نسميها دهنية.
أمثلة على احتكاك السوائل
لتجنب أصوات صرير من الأبواب ، نقوم بتشحيم مفصلات الأبواب مما يؤدي إلى التشغيل السلس لمفصلات الأبواب.
عندما تسقط الكرة في دلو مليء بالماء ، يتناثر الماء من الدلو ، وكل ذلك بسبب طفو السوائل.
أسئلة حول قوة الاحتكاك
1. يتم سحب كتلة كبيرة من الجليد عبر بحيرة متجمدة. كتلة الجليد كتلتها 300kg. معامل الاحتكاك بين سطحين جليديين صغير: μk = 0.05. ما هي قوة الاحتكاك المؤثرة على كتلة الجليد؟
الحل: على سطح مستو ، تُعطى القوة العمودية المؤثرة على الجسم بواسطة N = mg.
بهذا يمكننا إيجاد قوة الاحتكاك كما يلي:
Ff =μN
Ff =μmg
استبدال القيم في المعادلة أعلاه التي نحصل عليها ،
Ff =0.05 × 300 kg × 9.8 m/s2
= 147 kg-m/s2 or 147 N.
قوة الاحتكاك المؤثرة في الاتجاه المعاكس أثناء سحب كتلة الجليد عبر البحيرة تساوي 147N.
2. على الرجل أن يدفع قاربه على الشاطئ عبر الوحل للوصول إلى الماء. يُعطى معامل الاحتكاك بين القارب والوحل بالصيغة μ = 0.400. إذا كانت كتلة القارب 40Kg ، احسب مقدار قوة الاحتكاك المؤثرة على القارب.
الحل: على سطح مستو ، القوة العمودية المؤثرة على الجسم هي N = mg.
باستخدام هذا ، يمكننا حساب قوة الاحتكاك كما يلي:
F = μN
F = μ mg
بالتعويض عن القيم في المعادلة ، نحصل على
F = (0.400)(40.0 kg)(9.80 m/s2)
F = 156.8 N
تبلغ قوة الاحتكاك المؤثرة على القارب 156.8N.
أي تساؤل يمكنك التعليق في الأسفل وسنرد عليك فى أقرب وقت.