تلعب ظاهرة الاحتكاك في حياة الإنسان دورًا إيجابيًا وسلبيًا. من ناحية ، بدون وجودها ، ستكون الحركة مستحيلة ، من ناحية أخرى ، بسبب الاحتكاك ، تحدث خسائر هائلة في الطاقة ومواد العمل. في المقال ، سوف ننظر من وجهة نظر الفيزياء في ماهية الاحتكاك ، وكذلك كيفية إيجاد معامل الاحتكاك.
ظاهرة الاحتكاك
الاحتكاك هو ظاهرة اتصال تحدث في منطقة التلامس بين مختلف الهيئات ، والتي تتعارض مع أي من حركاتها المتبادلة.
في ميكانيكا حركة المواد الصلبة ، يتم تمييز ثلاثة أنواع من الاحتكاك:
- يتصرف في حالة راحة ؛
- التمثيل أثناء تحريك الأسطح فوق بعضها البعض ؛
- بسبب الأجسام المتدحرجة.
يحدث الاحتكاك أثناء الراحة عندما نطبق قوة عرضية خارجية على سطح على الجسم لتحريكه. من الأمثلة الصارخة على الاحتكاك المنزلق انزلاق الزلاجات على الثلج. أخيرًا ، الاحتكاك أثناء التدحرجتتجلى عندما تتدحرج عجلة السيارة على الطريق.
صيغة لتحديد قوة الاحتكاك
في الفيزياء ، يتم وصف أنواع الاحتكاك المدرجة بالصيغة نفسها عند حساب القوى المؤثرة. تبدو هذه الصيغة كما يلي:
Ft=µN.
قوة الاحتكاك Ftتساوي حاصل ضرب معامل الاحتكاك µ ورد فعل الدعم N عند النظر في نوع الاحتكاك المقابل ، فقط قيمة المعامل µ ، وهي كمية بلا أبعاد ، تتغير.
في حالة قوى الاحتكاك الساكن والمتحرك ، تكون قيمة µ حوالي أعشار الوحدة. µ تعتمد على المواد الملامسة ، على خشونة سطحها ، ولا تعتمد على منطقة التلامس أو سرعة الانزلاق.
بالنسبة للاحتكاك المتداول ، يعتمد المعامل µ (يشار إليه عادة CR) على خصائص مرونة الجسم المتداول ، وعلى صلابته ، وعلى نصف قطر التدحرج وبعض الأنواع الأخرى عوامل. بالنسبة لمعظم المواد ، يكون عامل التدوير هذا بالمئات والألف من الوحدة.
نظرًا لوجود العديد من العوامل التي تؤثر على قيمة µ ، فلا توجد معادلة رياضية محددة لحسابها. للإجابة على سؤال كيفية إيجاد معامل الاحتكاك ، يجب أن يقال أنه يقاس تجريبياً.
تحديد المعامل µ
في هذه الفقرة ، سننظر في طريقتين للتحديد العملي لقيمة µ باستخدام مثال الانزلاق والاحتكاك.
الطريقة الأولى للإجابة على سؤال كيفية إيجاد معامل الاحتكاك ،يتكون من وضع شريط على مستوى أفقي ، يتم إرفاق مقياس ديناميكي به. القضيب والطائرة مصنوعان من زوج من المواد التي تم فحصها ، على سبيل المثال ، الزجاج والخشب. عن طريق تحريك الشريط بالتساوي ، مع الضغط على مقياس القوة ، يمكنك تحديد قوة الانزلاق Ft. بمعرفة كتلة m للشريط ، يُحسب المعامل µ على النحو التالي:
µ=Ft/ (مز).
الطريقة الثانية ملائمة لتحديد µ للاحتكاك الساكن. للقيام بذلك ، تحتاج إلى وضع شريط على مستوى أفقي. بعد ذلك ، يجب رفع أحد طرفي المستوى ببطء ، وإمالته بزاوية معينة في الأفق. عند زاوية معينة θ ، سيبدأ الشريط في الانزلاق عن السطح. بقياس هذه الزاوية ، يمكن تحديد معامل الاحتكاك µ من المعادلة:
µ=tg (θ).
القياس µ للاحتكاك المتداول يتضمن استخدام إعداد أكثر تعقيدًا يسمى البندول المائل. يتم حساب µ في هذه الحالة من خلال دراسة معادلات ديناميكيات الحركة.
