يعرف كل طالب أنه عندما يكون هناك اتصال بين سطحين صلبين ، فإن ما يسمى بقوة الاحتكاك تنشأ. لنفكر في هذا المقال ما هو عليه ، مع التركيز على نقطة تطبيق قوة الاحتكاك.
ما هي أنواع قوى الاحتكاك الموجودة؟
قبل التفكير في نقطة تطبيق قوة الاحتكاك ، من الضروري أن نتذكر بإيجاز أنواع الاحتكاك الموجودة في الطبيعة والتكنولوجيا.
لنبدأ في التفكير في الاحتكاك الساكن. يميز هذا النوع حالة الجسم الصلب عند السكون على سطح ما. يمنع احتكاك الراحة أي إزاحة للجسم عن حالة الراحة. على سبيل المثال ، بسبب عمل هذه القوة بالذات ، من الصعب علينا تحريك خزانة تقف على الأرض.
الاحتكاك الانزلاقي هو نوع آخر من الاحتكاك. يتجلى ذلك في حالة التلامس بين سطحين ينزلقان على بعضهما البعض. الاحتكاك الانزلاقي يعاكس الحركة (اتجاه قوة الاحتكاك هو عكس سرعة الجسم). مثال صارخ على عملها هو المتزلج أو المتزلج الذي ينزلق على الجليد على الثلج.
أخيرًا ، النوع الثالث من الاحتكاك يتدحرج. إنه موجود دائمًا عندما يتدحرج جسم على سطح آخر. على سبيل المثال ، دحرجة عجلة أو محامل هي أمثلة رئيسية حيث يكون الاحتكاك المتدحرج مهمًا.
أول نوعين من الأنواع الموصوفة ينشأون بسبب خشونة الأسطح المحاكة. النوع الثالث ينشأ بسبب التباطؤ المشوه للجسم المتداول.
نقاط تطبيق قوى الاحتكاك الانزلاقي والراحة
قيل أعلاه أن الاحتكاك الساكن يمنع قوة التأثير الخارجية ، والتي تميل إلى تحريك الجسم على طول سطح التلامس. هذا يعني أن اتجاه قوة الاحتكاك هو عكس اتجاه القوة الخارجية الموازية للسطح. نقطة تطبيق قوة الاحتكاك المدروسة هي في منطقة التلامس بين سطحين.
من المهم أن نفهم أن قوة الاحتكاك الساكن ليست قيمة ثابتة. لها قيمة قصوى يتم حسابها باستخدام الصيغة التالية:
Ft=µt N.
ومع ذلك ، لا تظهر هذه القيمة القصوى إلا عندما يبدأ الجسم في حركته. في أي حالة أخرى ، فإن قوة الاحتكاك الساكن تساوي تمامًا في القيمة المطلقة للسطح الموازي للقوة الخارجية.
أما نقطة تطبيق قوة الاحتكاك الانزلاقي فهي لا تختلف عن نقطة الاحتكاك الساكن. عند الحديث عن الفرق بين الاحتكاك الساكن والانزلاق ، يجب ملاحظة الأهمية المطلقة لهذه القوى. وبالتالي ، فإن قوة الاحتكاك الانزلاقي لزوج معين من المواد هي قيمة ثابتة. بالإضافة إلى ذلك ، فهو دائمًا أقل من الحد الأقصى لقوة الاحتكاك الساكن.
كما ترى فإن نقطة تطبيق قوى الاحتكاك لا تتوافق مع مركز ثقل الجسم. هذا يعني أن القوى قيد الدراسة تخلق لحظة تميل إلى قلب الجسم المنزلق للأمام. يمكن ملاحظة هذا الأخير عندما يضغط الدراج بقوة على العجلة الأمامية.
الاحتكاك المتداول ونقطة تطبيقه
نظرًا لأن السبب المادي للاحتكاك المتداول يختلف عن ذلك بالنسبة لأنواع الاحتكاك التي تمت مناقشتها أعلاه ، فإن نقطة تطبيق قوة الاحتكاك المتداول لها طابع مختلف قليلاً.
افترض أن عجلة السيارة على الرصيف. من الواضح أن هذه العجلة مشوهة. مساحة ملامستها للإسفلت تساوي 2dl ، حيث l عرض العجلة ، 2d طول التلامس الجانبي للعجلة والإسفلت. تتجلى قوة الاحتكاك المتدحرج ، في جوهرها المادي ، في شكل لحظة رد فعل للدعم الموجه ضد دوران العجلة. هذه اللحظة تحسب كالتالي:
م=Nد
إذا قسمناه وضربناه في نصف قطر العجلة R ، نحصل على:
M=Nd / RR=Ft R حيث Ft=Nd / R
وبالتالي ، فإن قوة الاحتكاك المتداول Ftهي في الواقع رد فعل للدعم ، مما يخلق لحظة قوة تميل إلى إبطاء دوران العجلة.
يتم توجيه نقطة تطبيق هذه القوة عموديًا لأعلى بالنسبة لسطح المستوى ويتم إزاحتها إلى اليمين من مركز الكتلة بمقدار d (على افتراض أن العجلة تتحرك من اليسار إلى اليمين).
مثال على حل المشكلات
عملتميل قوة الاحتكاك من أي نوع إلى إبطاء الحركة الميكانيكية للأجسام ، مع تحويل طاقتها الحركية إلى حرارة. لنحل المشكلة التالية:
شريط ينزلق على سطح مائل. من الضروري حساب تسارع حركته إذا كان معروفًا أن معامل الانزلاق هو 0.35 ، وزاوية ميل السطح هي 35o.
دعونا نفكر في القوى المؤثرة على العارضة. أولاً ، يتم توجيه عنصر الجاذبية لأسفل على طول السطح المنزلق. تساوي:
F=مزالخطيئة (α)
ثانيًا ، تعمل قوة الاحتكاك المستمر إلى أعلى على طول المستوى ، والتي يتم توجيهها ضد متجه التسارع في الجسم. يمكن تحديده بالصيغة:
Ft=µt N=µt mgcos (α)
ثم قانون نيوتن لشريط يتحرك مع التسارع سيأخذ الشكل:
ma=mgsin (α) - µt mgcos (α)=>
a=gsin (α) - µt gcos (α)
استبدال البيانات في المساواة ، نحصل على ذلك=2.81 م / ث2. لاحظ أن التسارع الموجود لا يعتمد على كتلة الشريط
