تويت
الاحتكاك الحركي (Kinetic friction) هو قوة تقييد بين جسمين أو سطحين يتحركان على بعضهما البعض. تعتمد هذه القوة على طبيعة ونوع الأسطح الملامسة. الاحتكاك الحركي مرتفع للأسطح الجافة والناعمة ومنخفض للأسطح الرطبة والناعمة.
يتم الحصول على قوة الاحتكاك الحركي من العلاقة التالية:
في العلاقة أعلاه، μk هو معامل الاحتكاك الحركي و N هي القوة الرأسية للسطح.
تطبيقات الاحتكاك الحركي
للاحتكاك الحركي العديد من التطبيقات في الحياة اليومية:
- عندما تفرك يديك معًا في الشتاء، تتولد قوة حركية احتكاكية بينهما. ستعمل حركة الاحتكاك هذه على تدفئة اليدين بعد وقت قصير.
- يمكن أن تؤدي هذه القوة أحيانًا إلى تسوس وتمزق أجزاء مختلفة من السيارة أو معدات مختلفة. نتيجة لذلك، يجب تشحيم أجزاء مختلفة من الماكينة.
- عندما يتحرك جسمان فوق بعضهما البعض، يتم تحويل قوة الاحتكاك الحركي إلى طاقة حرارية وترتفع درجة حرارة السطح. في الحالات الصغيرة، تؤدي هذه الزيادة في درجة الحرارة إلى نشوب حريق.
قد استخدمت عربة التسوق عند التسوق. هل لاحظت أن تحريك عربة التسوق في اللحظه الاولي هي أصعب من إبقائها متحركة؟ إذا كنت تريد دفع مكتبك في الغرفة، فستكون الدفعة الأولى دائمًا هي الجزء الأصعب. لكن لماذا هذا؟ تكمن الإجابة على هذا السؤال في مفهوم يسمى الاحتكاك الساكن. كما ذكر أعلاه، فإن الاحتكاك هو القوة التي تمنع جسمين من التحرك فوق بعضهما البعض أو تجعل من الصعب جدًا أداء هذه الحركة. يحدث الاحتكاك الراكد بين الجسم الثابت والسطح الذي يرتكز عليه.
أمثلة على الاحتكاك الساكن
أهم الأمثلة على الاحتكاك الساكن في الحياة اليومية هي:
- سطح المكتب على الطاولة
- منشفة معلقة من رف المناشف
- الزجاج الذي يوضع على الطاولة
- سيارة متوقفة على تل
يعتمد مقدار الاحتكاك الساكن على نوع الأسطح الملامسة. كمية الاحتكاك للأسطح الخشنة والجافة أكثر من الأسطح الملساء والرطبة (تذكر أن كمية احتكاك السوائل دائمًا أقل من الاحتكاك الجاف).
ستكون القوة المطلوبة لتحريك الأجسام (القوة المطلوبة للتغلب على الاحتكاك الساكن) أكبر من القوة المطلوبة للحفاظ على حركة الجسم (القوة المطلوبة للتغلب على الاحتكاك الحركي). لذلك، فإن معامل الاحتكاك الساكن أكبر من معامل الاحتكاك الحركي. قيمة معامل الاحتكاك الساكن لكل زوج من الأسطح المتلامسة ثابتة. على سبيل المثال، هذه القيمة هي 0.74 لمستويين من التلامس بين الفولاذ والصلب و 0.61 لمستويين من الفولاذ والألمنيوم.
لتحريك جسم ثابت، يجب أن نتغلب على قوة الاحتكاك الساكن من خلال استخدام القوة. عندما يتم تطبيق قوة صغيرة على جسم ثابت، فإن مقدار الاحتكاك الساكن يساوي القوة المطبقة ولكن في الاتجاه المعاكس. عندما تزداد القوة المطبقة، عند نقطة معينة تصبح قيمتها مساوية لقوة الاحتكاك الساكن. عند هذه النقطة، تتغلب القوة المطبقة على قوة الاحتكاك الساكن ويبدأ الجسم في التحرك. الحد الأقصى لمقدار الاحتكاك الساكن يساوي:
في هذه العلاقة μs هي معامل الاحتكاك الساكن و N هي القوة الرأسية للسطح.
القوانين التي تحكم الاحتكاك الساكن
هناك قاعدتان عامتان حول الاحتكاك الساكن:
- لا يعتمد الحد الأقصى لمقدار قوة الاحتكاك الساكن على منطقة التلامس.
- الحد الأقصى لمقدار قوة الاحتكاك الساكن يرتبط بالقوة الرأسية للسطح. بمعنى أنه إذا زادت القوة الرأسية للسطح، فإن أقصى قدر من القوة الخارجية التي يمكن أن يتحملها الجسم بدون حركة سيزداد أيضًا.
عندما يكون جسم ما على وشك الحركة، يصل الاحتكاك الساكن إلى الحد الأقصى. تسمى هذه القيمة القصوى بالاحتكاك الحدي. عندما تتجاوز القوة المطبقة قدرًا معينًا من الاحتكاك، سيبدأ الجسم في الحركة.
لا يؤخذ في الاعتبار الاحتكاك الساكن للأجسام المتحركة.
قوانين احتكاك الحدي
هناك قواعد لبعض الاحتكاك كما يلي:
- دائمًا ما يتعارض اتجاه بعض الاحتكاك مع اتجاه حركة الجسم.
- يتم تطبيق الاحتكاك المماسي على سطح التلامس للسطحين.
- يتناسب حجم الاحتكاك مع القوة الرأسية للسطح.
- تعتمد الكمية على المادة وطبيعة الأسطح الملامسة ودرجة نعومتها.
- طالما أن القوة الرأسية للسطح هي نفسها، فإن مقدار الاحتكاك يكون مستقلاً إلى حد ما عن شكل أو مساحة أسطح التلامس.
أولًا نحصل على ناتج متجهين لقوة الاحتكاك والقوة الرأسية للسطح. تسمى الزاوية بين نتيجة هاتين القوتين والقوة الرأسية للسطح بزاوية الاحتكاك.
امثلة الاحتكاك
السؤال الأول: ما نوع الاحتكاك الذي تظهره الصورة أدناه
- مقاومة الهواء
- احتكاك السوائل
- الاحتكاك المتداول
- انزلاق الاحتكاك
الجواب: الجواب هو الخيار 1 يعني الاحتكاك السائل.
السؤال الثاني:
ما اسم القوة التي تحافظ على سكون الجسم؟
- احتكاك جاف
- احتكاك السوائل
- احتكاك راكد
- الاحتكاك الداخلي
الجواب: الخيار 3، الاحتكاك الساكن.
السؤال 3:
يعد المكتب الموجود على طاولة المطبخ مثالًا جيدًا على أي نوع من الاحتكاك؟
- احتكاك جاف
- احتكاك السوائل
- احتكاك راكد
- الاحتكاك الحركي
الجواب: الخيار 3، الاحتكاك الساكن.
السؤال 4:
ما هو نوع قوة الاحتكاك؟
- قوة تماس
- قوة عدم التماس
- القوة المغناطيسية
- القوة الكهروستاتيكية
الجواب: الخيار 1، قوة تماس.
السؤال 5:
أي مما يلي هو أحد تطبيقات الاحتكاك الحركي؟
- تسوس وتمزق أجزاء مختلفة من السيارة
- فرك جسمين معًا لتوليد الحرارة
- الخياران 1 و 2.
- لا أحد.
الجواب: الخياران 1 و 2.
السؤال 6:
ما هو نوع الاحتكاك الذي يخلق أقل قوة مقاومة؟
- الاحتكاك الانزلاقي
- الاحتكاك الساكن
- الاحتكاك المتداول
- الاحتكاك الحركي
الجواب: الخيار 3، الاحتكاك المتداول.
السؤال 7:
على أي عامل تعتمد قوة الاحتكاك؟
- المادة التي يتلامس معها الجسم.
- طبيعة السطح الملامس.
- الخياران 1 و 2.
- لا أحد.
الإجابة: الجواب هو 3، الخياران 1 و 2.
تطبيقات الاحتكاك في الحياة اليومية
الآن يمكننا الإجابة جيدًا على سؤال ما هو الاحتكاك، لكن هل تعلم ما هي التطبيقات التي يستخدمها الاحتكاك في الحياة اليومية؟ فيما يلي أهم استخدامات هذه القوة في حياة الناس.
- المشي والجري
يساعد الاحتكاك بين نعل الحذاء والأرض على التحرك للأمام والمشي أو الركض. تمارس الأرجل قوة على الخلف. في المقابل، تدفعنا قوة الاحتكاك إلى الأمام. كلما زاد الاحتكاك، كانت المشية أفضل. لهذا السبب، تحتوي أحذية الجري على العديد من النتوءات والخدوش.
- كتابة على سطح مثل الورق أو السبورة
الاحتكاك بين قلم رصاص أو طباشير وسطح مثل الورق أو السبورة يفصل عددًا من جزيئات القلم الرصاص أو الطباشير ويلصقها على سطح الورق أو السبورة.
- طرق المسامير أو الإبر في الحائط
يؤدي الاحتكاك بين الإبرة أو مسمار والجدار إلى إحداث ثقب في الجدار ويثبت المسمار في مكانه. إذا لم يكن هناك احتكاك، فسوف يسقط المسمار من الحائط.
- الفرامل
قرص الفرامل يعمل على أساس الاحتكاك. ماذا سيحدث عندما تضع قدمك على الفرامل؟ تستخدم وسادة الفرامل النظام الهيدروليكي للمس القرص في الاتجاه المعاكس. ونتيجة لذلك، تنشأ قوة احتكاك بين الفرامل والقرص، مما يتسبب في إبطاء الماكينة وتوقفها تمامًا.
من المهم أن نلاحظ أن الاحتكاك بين تيل الفرامل ولوحة القرص سوف يولد الكثير من الحرارة. للتغلب على هذه المشكلة، تم عمل العديد من الثقوب في بعض أقراص الفرامل. نتيجة لذلك، ستختفي الحرارة المتولدة بشكل أسرع.
- سلم بجانب الحائط
قوة الاحتكاك تمنع السلم من الانزلاق. السلم مائل إلى الأرض ويميل إلى الانزلاق. لكن قوة الاحتكاك المطبقة عليه تمنع السلم من السقوط والانزلاق على الأرض.
- تشعيل النار
تشتعل النيران عندما نفرك عود الكبريت على علبة الثقاب. هل تعرف السبب؟ يوجد فوق عود الثقاب مادة تشتعل فيها النيران باستخدام الاحتكاك. في العصور القديمة، كاش يشعل الناس النار عن طريق فرك حجرين في اتجاهين متعاكسين.
- تفريش الأسنان
في بعض الأحيان، بعد الأكل، تعلق قطع الطعام بين الأسنان. بالفرشاة، يتم التغلب على قوة الاحتكاك بين هذه القطع والأسنان.
- كى الملابس
أحد استخدامات الاحتكاك هو كي الملابس المجعدة. باستخدام الاحتكاك، نضغط بالمكواة على الملابس. بدون احتكاك، تنزلق المكواة عن الملابس. الضغط الذي نطبقه له تأثير مباشر على مقدار قوة الاحتكاك. كلما زاد الضغط، زادت قوة الاحتكاك.
- مسك أشياء مختلفة
عندما نحمل شيئًا مثل كوب أو زجاجة ماء، فإننا نستخدم قوة الاحتكاك لحمله.
للاحتكاك تطبيقات مهمة في الحياة اليومية. بدون هذه القوة، ستكون الحياة صعبة للغاية. هل يمكنك تخيل الحياة بدون قوة الاحتكاك؟
إذا لم يكن هناك احتكاك، فستنزلق باستمرار على الأرض أثناء المشي. كان من الصعب للغاية حمل أشياء مختلفة. لم يكن من الممكن الكتابة على الورق أو السبورة.
حتى الآن، تعلمنا عن مفهوم الاحتكاك. فيما يلي سوف نجيب على بعض الأسئلة الشيقة حول الاحتكاك.
أسئلة يتكرر طرحها عن الاحتكاك
فيما يلي بعض الأسئلة الشائعة حول الاحتكاك.
ما العلاقة بين الاحتكاك والجاذبية؟
ترتبط قوة الاحتكاك ارتباطًا مباشرًا بالقوة الرأسية للسطح. بشكل عام، ستكون هذه القوة مساوية لقوة الجاذبية عندما يكون الجسم على سطح أفقي ولا يتحرك في اتجاه رأسي. لذلك، كلما كان الجسم أثقل، زادت قوة الجاذبية وبالتالي القوة الرأسية للسطح. نتيجة لذلك، ستزداد أيضًا قوة الاحتكاك التي يمارسها السطح على الجسم.
كيف تقلل من قوة الاحتكاك؟
هناك طرق شائعة لتقليل الاحتكاك بين الأسطح. الأكثر شيوعًا هي:
- تشحيم.
- تصميم بسيط للهياكل.
- تنعيم الأسطح الخشنة.
- تقليل منطقة الاتصال بين المستويات.
بالإضافة إلى كونها مفيدة، فإن قوة الاحتكاك لها أيضًا عيوب:
- تولد هذه القوة حرارة في معظم أجزاء الجهاز. نتيجة لذلك، يتم إهدار بعض الطاقة المفيدة في شكل حرارة.
- بسبب قوة الاحتكاك في الآلات، علينا أن نستهلك المزيد من الطاقة.
- هذه القوة تمنع الأجسام من الحركة.
- يحدث الاحتكاك ضوضاء في الآلات.
بسبب الاحتكاك، يستهلك محرك السيارة وقودًا أكثر.
