الاحتكاك ظاهرة نواجهها في الحياة اليومية طوال الوقت. من المستحيل تحديد ما إذا كان الاحتكاك ضارًا أم مفيدًا. يبدو أن اتخاذ خطوة واحدة على الجليد الزلق مهمة صعبة ؛ المشي على سطح أسفلت خشن هو متعة. قطع غيار السيارات بدون تزييت تتآكل بشكل أسرع.
دراسة الاحتكاك ، معرفة خصائصه الأساسية تسمح للشخص باستخدامه.
قوة الاحتكاك في الفيزياء
القوة الناتجة عن حركة أو محاولة حركة جسم ما على سطح آخر ، موجهة ضد اتجاه الحركة ، مطبقة على الأجسام المتحركة ، تسمى قوة الاحتكاك. يختلف معامل قوة الاحتكاك ، الذي تعتمد صيغته على العديد من المعلمات ، اعتمادًا على نوع المقاومة.
تتميز أنواع الاحتكاك التالية:
• بقية ؛
• زلة ؛
• المتداول.
أي محاولة لنقل شيء ثقيل (خزانة ، حجر) من مكانه يؤدي إلى توتر قوة الشخص. في نفس الوقت ، ليس من الممكن دائمًا تحريك الكائن. احتكاك الراحة يتعارض مع هذا
حالة الراحة
معادلة حساب قوة الاحتكاك الساكنلا يسمح لنا بتحديده بدقة كافية. بموجب قانون نيوتن الثالث ، يعتمد حجم قوة المقاومة الساكنة على القوة المطبقة.
كلما زادت القوة زادت قوة الاحتكاك.
0 < Fباقي المتاعب< Fmax
احتكاك الباقي يمنع تساقط المسامير في الخشب ؛ الأزرار المخيطة بالخيط مثبتة بإحكام في مكانها. ومن المثير للاهتمام أن مقاومة الراحة هي التي تسمح للشخص بالمشي. كما أنه موجه في اتجاه الحركة البشرية مما يتعارض مع الوضع العام.
ظاهرة الانزلاق
عندما تزيد القوة الخارجية التي تحرك الجسم إلى قيمة أكبر قوة احتكاك ساكنة ، يبدأ الجسم في التحرك. تؤخذ قوة الاحتكاك الانزلاقي في الاعتبار في عملية انزلاق جسم على سطح آخر. تعتمد قيمته على خصائص الأسطح المتفاعلة وقوة العمل الرأسي على السطح.
معادلة حساب قوة الاحتكاك الانزلاقي: F=ΜP ، حيث Μ هي معامل التناسب (الاحتكاك المنزلق) ، P هي قوة الضغط العمودي (العادي).
إحدى القوى الدافعة هي قوة الاحتكاك الانزلاقي ، ويتم كتابة صيغتها باستخدام قوة رد فعل الدعم. نظرًا للوفاء بقانون نيوتن الثالث ، فإن قوى الضغط الطبيعي ورد فعل الدعم هي نفسها في الحجم والعكس في الاتجاه: Р=N.
قبل أن تجد قوة الاحتكاك ، والتي تأخذ صيغتها شكلًا مختلفًا (F=M N) ، حدد قوة التفاعل.
يتم تقديم معامل مقاومة الانزلاق بشكل تجريبي لسطحين من الاحتكاك ، ويعتمد على جودة المعالجة والمواد.
الجدول. قيمة معامل المقاومة للأسطح المختلفة
| ص | أسطح متفاعلة | قيمة معامل الاحتكاك الانزلاقي |
| 1 | فولاذ + ثلج | 0، 027 |
| 2 | بلوط + بلوط | 0، 54 |
| 3 | جلد + حديد زهر | 0، 28 |
| 4 | برونز + حديد | 0، 19 |
| 5 | برونز + الحديد الزهر | 0، 16 |
| 6 | فولاذ + فولاذ | 0، 15 |
يمكن تحديد أكبر قوة للاحتكاك الساكن ، المعادلة التي كتبت أعلاه ، بنفس طريقة تحديد قوة الاحتكاك الانزلاقي.
يصبح هذا مهمًا عند حل المشكلات لتحديد قوة مقاومة القيادة. على سبيل المثال ، ينزلق الكتاب ، الذي يتم تحريكه بواسطة ضغط اليد من أعلى ، تحت تأثير قوة المقاومة الباقية التي تنشأ بين اليد والكتاب. مقدار المقاومة يعتمد على قيمة قوة الضغط العمودي على الكتاب.
ظاهرة التدحرج
يعتبر انتقال أسلافنا من الجر إلى العربات ثوريًا. إن اختراع العجلة هو أعظم اختراع للبشرية.الاحتكاك المتدحرج الذي يحدث عندما تتحرك عجلة فوق سطح هو أقل شدة بكثير من مقاومة الانزلاق.
ظهور قوى الاحتكاك المتدحرج يرتبط بقوى ضغط العجلة العادية على السطح ، وله طبيعة تميزه عن الانزلاق. بسبب التشوه الطفيف للعجلة ، تنشأ قوى ضغط مختلفة في وسط المنطقة المشكلة وعلى طول حوافها. هذا الاختلاف في القوى يحدد حدوث مقاومة التدحرج.
عادة ما يتم أخذ صيغة حساب قوة الاحتكاك المتداول بشكل مشابه لعملية الانزلاق. يظهر الفرق فقط في قيم معامل السحب
طبيعة المقاومة
عندما تتغير خشونة أسطح الاحتكاك ، تتغير أيضًا قيمة قوة الاحتكاك. عند التكبير العالي ، يبدو سطحان متلامسان وكأنهما نتوءات ذات قمم حادة. عند التراكب ، تكون الأجزاء البارزة من الجسم على اتصال مع بعضها البعض. إجمالي مساحة الاتصال غير ذات أهمية. عند تحريك الأجسام أو محاولة تحريكها ، تخلق "القمم" المقاومة. لا يعتمد حجم قوة الاحتكاك على مساحة أسطح التلامس.
يبدو أن سطحين أملس تمامًا يجب ألا يواجهوا أي مقاومة على الإطلاق. من الناحية العملية ، فإن قوة الاحتكاك في هذه الحالة هي القصوى. يفسر هذا التناقض طبيعة أصل القوات. هذه قوى كهرومغناطيسية تعمل بين ذرات الأجسام المتفاعلة.
العمليات الميكانيكية التي لا يصاحبها احتكاك في الطبيعة مستحيلة ، لأن القدرة على "إيقاف"لا يوجد تفاعل كهربائي بين الأجسام المشحونة. استقلالية قوى المقاومة عن الموقف المتبادل للهيئات يسمح لنا بتسميتها غير محتملة.
من المثير للاهتمام أن قوة الاحتكاك ، التي تتغير صيغتها اعتمادًا على سرعة الأجسام المتفاعلة ، تتناسب مع مربع السرعة المقابلة. تتضمن هذه القوة قوة المقاومة اللزجة في السائل.
حركة في السائل والغاز
حركة الجسم الصلب في سائل أو غاز ، سائل بالقرب من سطح صلب مصحوبة بمقاومة لزجة. حدوثه مرتبط بتفاعل طبقات السوائل التي يجرها جسم صلب في عملية الحركة. سرعات الطبقة المختلفة هي مصدر للاحتكاك اللزج. خصوصية هذه الظاهرة هي عدم وجود احتكاك سائل ثابت. بغض النظر عن حجم التأثير الخارجي ، يبدأ الجسم في التحرك أثناء وجود السائل.
اعتمادًا على سرعة الحركة ، يتم تحديد قوة المقاومة من خلال سرعة الحركة وشكل الجسم المتحرك ولزوجة السائل. الحركة في الماء والزيت لنفس الجسم مصحوبة بمقاومة عظمة مختلفة
للسرعات المنخفضة: F=kv ، حيث k هي عامل التناسب اعتمادًا على الأبعاد الخطية للجسم وخصائص الوسط ، v هي سرعة الجسم.
تؤثر درجة حرارة السائل أيضًا على الاحتكاك فيه. في الطقس البارد ، يتم تسخين السيارة بحيث يسخن الزيت (تقل اللزوجة) ويساعد على تقليل تدمير أجزاء المحرك عند التلامس.
سرعة التحرك لأعلى
الزيادة الكبيرة في سرعة الجسم يمكن أن تتسبب في ظهور تدفقات مضطربة ، بينما تزيد المقاومة بشكل كبير. القيم هي: مربع سرعة الحركة ، وكثافة الوسط ومساحة الجسم. تأخذ صيغة قوة الاحتكاك شكلاً مختلفًا:
F=kv2، حيث k هي عامل التناسب اعتمادًا على شكل الجسم وخصائص الوسط ، v هي سرعة الجسم.
إذا تم تبسيط الجسم ، يمكن تقليل الاضطراب. شكل جسم الدلافين والحيتان مثال ممتاز لقوانين الطبيعة التي تؤثر على سرعة الحيوانات.
نهج الطاقة
للقيام بعمل تحريك الجسم يعيقه مقاومة البيئة. عند استخدام قانون حفظ الطاقة ، يقولون أن التغيير في الطاقة الميكانيكية يساوي عمل قوى الاحتكاك.
يتم حساب عمل القوة بالصيغة: A=Fscosα ، حيث F هي القوة التي يتحرك تحتها الجسم مسافة s ، α هي الزاوية بين اتجاهات القوة والإزاحة.
من الواضح أن قوة المقاومة معاكسة لحركة الجسم ، حيث cosα=-1. عمل قوة الاحتكاك ، وصيغتها Atr=- Fs ، قيمتها سالبة. في هذه الحالة ، يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة داخلية (تشوه ، تسخين).
