في قسم خاص من الفيزياء - الديناميكيات ، عندما يدرسون حركة الأجسام ، فإنهم يأخذون في الاعتبار القوى المؤثرة على النظام المتحرك. يمكن لهذا الأخير أداء العمل الإيجابي والسلبي. ضع في اعتبارك في هذا المقال ماهية عمل قوة الاحتكاك وكيف يتم حسابها.
مفهوم العمل في الفيزياء
في الفيزياء ، يختلف مفهوم "العمل" عن الفكرة العادية لهذه الكلمة. يُفهم الشغل على أنه كمية مادية ، تساوي الناتج القياسي لمتجه القوة ومتجه الإزاحة للجسم. افترض أن هناك شيئًا ما تؤثر عليه القوة F¯. نظرًا لعدم وجود قوى أخرى تعمل عليه ، فإن متجه الإزاحة l¯ سوف يتطابق في الاتجاه مع المتجه F¯. سيتوافق المنتج القياسي لهذه المتجهات في هذه الحالة مع منتج وحداتها النمطية ، أي:
A=(F¯l¯)=Fl.
القيمة A هي الشغل الذي تقوم به القوة F¯ لتحريك الجسم مسافة l. مع الأخذ في الاعتبار أبعاد القيم F و l ، نجد أن الشغل يقاس بالنيوتن لكل متر (Nم) في نظام SI. ومع ذلك ، فإن الوحدةNm لها اسمها الخاص - إنه جول. هذا يعني أن مفهوم الشغل هو نفس مفهوم الطاقة. بمعنى آخر ، إذا حركت قوة مقدارها 1 نيوتن جسمًا بمقدار متر واحد ، فإن تكاليف الطاقة المقابلة هي 1 جول.
ما هي قوة الاحتكاك؟
يمكن دراسة مسألة عمل قوة الاحتكاك إذا كنت تعرف نوع القوة التي نتحدث عنها. الاحتكاك في الفيزياء هو عملية تمنع أي حركة لجسم ما على سطح آخر عندما تتلامس هذه الأسطح.
إذا نظرنا إلى الأجسام الصلبة فقط ، فهناك ثلاثة أنواع من الاحتكاك بالنسبة لهم:
- بقية ؛
- زلة ؛
- المتداول.
هذه القوى تعمل بين ملامسة الأسطح ودائما تكون موجهة ضد حركة الأجسام
احتكاك الراحة يمنع الحركة نفسها ، ويظهر الاحتكاك الانزلاقي في عملية الحركة ، عندما تنزلق أسطح الأجسام فوق بعضها البعض ، ويوجد احتكاك متدحرج بين الجسم الذي يتدحرج على السطح والسطح نفسه.
مثال على عمل الاحتكاك الساكن هو سيارة موضوعة على فرملة اليد على منحدر التل. يتجلى الاحتكاك المنزلق عندما يتحرك المتزلج على الجليد أو عندما يتحرك المتزلج على الجليد. أخيرًا ، يعمل الاحتكاك المتدحرج أثناء تحرك عجلة السيارة على طول الطريق.
يتم حساب قوى جميع أنواع الاحتكاك الثلاثة باستخدام الصيغة التالية:
Ft=µt N.
هنا N هي قوة رد فعل الدعم ، µtهو معامل الاحتكاك. قوة نيوضح مقدار تأثير الدعم على الجسم بشكل عمودي على مستوى السطح. بالنسبة للمعامل µt، يتم قياسه تجريبيًا لكل زوج من مواد الاحتكاك ، على سبيل المثال ، الخشب والخشب والثلج الصلب وما إلى ذلك. يتم جمع النتائج المقاسة في جداول خاصة.
لكل قوة احتكاك ، المعامل µtله قيمته الخاصة لزوج المواد المحدد. وبالتالي ، فإن معامل الاحتكاك الساكن أكبر من معامل الاحتكاك الانزلاقي بعدة عشرات بالمائة. بدوره ، فإن معامل التدحرج هو 1-2 أوامر من حيث الحجم أقل من ذلك للانزلاق.
عمل قوى الاحتكاك
الآن ، بعد أن أصبحت على دراية بمفاهيم العمل وأنواع الاحتكاك ، يمكنك الانتقال مباشرة إلى موضوع المقالة. دعونا ننظر بالترتيب لجميع أنواع قوى الاحتكاك ونكتشف الشغل الذي يقومون به.
لنبدأ بالاحتكاك الساكن. يتجلى هذا النوع عندما لا يتحرك الجسم. نظرًا لعدم وجود حركة ، فإن متجه الإزاحة l¯ يساوي صفرًا. هذا الأخير يعني أن عمل قوة الاحتكاك الساكن يساوي صفرًا أيضًا.
الاحتكاك الانزلاقي ، بحكم التعريف ، يعمل فقط عندما يتحرك الجسم في الفضاء. نظرًا لأن قوة هذا النوع من الاحتكاك تكون دائمًا موجهة ضد حركة الجسم ، فهذا يعني أنه يقوم بعمل سلبي. يمكن حساب قيمة A باستخدام الصيغة:
A=-Ft l=-µt Nl.
عمل قوة الاحتكاك الانزلاقي يهدف إلى إبطاء حركة الجسم. نتيجة لهذا العمل تتحول الطاقة الميكانيكية للجسم إلى حرارة.
الاحتكاك المتداول ، مثل الانزلاق ، يتضمن أيضًا حركة الجسم. تقوم قوة الاحتكاك المتدحرج بعمل سلبي ، مما يؤدي إلى إبطاء الدوران الأولي للجسم. نظرًا لأننا نتحدث عن دوران الجسم ، فمن الملائم حساب قيمة عمل هذه القوة من خلال عمل زخمها. تتم كتابة الصيغة المقابلة على النحو التالي:
A=-Mθ حيث M=Ft R.
هنا θ هي زاوية دوران الجسم نتيجة الدوران ، R هي المسافة من السطح إلى محور الدوران (نصف قطر العجلة).
مشكلة انزلاق قوة الاحتكاك
من المعروف أن كتلة خشبية على حافة طائرة خشبية مائلة. يميل المستوى إلى الأفق بزاوية 40o. مع العلم أن معامل الاحتكاك الانزلاقي يساوي 0.4 ، وطول المستوى متر واحد ، وكتلة العمود تساوي 0.5 كجم ، فمن الضروري إيجاد عمل الاحتكاك الانزلاقي.
احسب قوة الاحتكاك الانزلاقي. تساوي:
Ft=mgcos (α)µt=0.59.81cos (40 o )0، 4=1.5 N.
ثم يكون العمل المقابل أ:
A=-Ft l=-1.51=-1.5 جي
مشكلة الاحتكاك المتداول
من المعروف أن العجلة تدحرجت على طول الطريق لبعض المسافة وتوقفت. قطر العجلة 45 سم ، عدد دورات العجلة قبل التوقف 100. مع الأخذ بعين الاعتبار معامل التدحرج الذي يساوي 0.03 ، من الضروري إيجاد عمل قوة الاحتكاك المتدحرج. كتلة العجلة 5 كجم
أولاً ، لنحسب لحظة الاحتكاك المتداول:
M=Ft R=µt mgD / 2=0.0359، 810، 45/2=0، 331 شمالاًم
إذا تم ضرب عدد الدورات التي تقوم بها العجلة بمقدار 2pi راديان ، نحصل على زاوية دوران العجلة θ. ثم صيغة العمل هي:
A=-Mθ=-M2pin.
حيث n هو عدد الثورات. باستبدال اللحظة M والرقم n من الحالة ، نحصل على العمل المطلوب: A=- 207.87 J.
