تعريف الاحتكاك. وفي هذا المقال سنتعرف على الاحتكاك وعلم الاحتكاك، وأنواع الاحتكاك، وفوائد الاحتكاك، وقانون الاحتكاك.
تعريف الاحتكاك
يُعرّف الاحتكاك بأنه القوة المقاومة التي تحدث عندما يتحرك سطحان متجاوران في اتجاهين متعاكسين عندما يكون هناك قوة ضغط بينهما تعمل على تثبيتهما معًا (وزن أحد الجسمين مثلًا)، وتنتج كمية من الحرارة.
يُعرف علم الاحتكاك بأنه العلم الذي يهتم بدراسة الأسطح الملامسة في حركتها النسبية والموضوعات المتعلقة بهذا الاحتكاك، مثل عمليات التآكل والتشحيم والتشحيم. تمت صياغة كلمة Tribology لأول مرة في عام 1966 من الكلمة اليونانية Tribos، والتي تعني “الفرك” أو “الخدش”. ولذلك فإن المعنى الحرفي للكلمة قد يكون “علم الفرك”.
أنواع الاحتكاك
وينقسم الاحتكاك إلى نوعين: الاحتكاك الساكن والاحتكاك المتحرك.
1. الاحتكاك الحركي
يتم تعريف الاحتكاك الحركي على أنه القوة التي تعمل بين الأسطح المتحركة. الجسم المتحرك على سطح يتعرض لقوة في الاتجاه المعاكس لحركته. ويعتمد حجم القوة على معامل الاحتكاك الحركي بين المادتين. يمكن معرفة الفرق بين الاحتكاك الساكن والاحتكاك المتحرك من خلال مقارنة الاحتكاك الساكن والاحتكاك الحركي. يتم تعريف الاحتكاك بسهولة على أنه القوة التي تمنع الجسم من الانزلاق. الاحتكاك الحركي هو جزء من كل ما يتداخل مع حركة جسمين أو أكثر، حيث تعمل القوة في الاتجاه المعاكس للاتجاه الذي يريد الجسم أن ينزلق فيه. وينقسم هذا النوع إلى:
2. الاحتكاك المتداول
الاحتكاك المتداول هو الاحتكاك الذي يؤثر على الأجسام عندما تتدحرج على سطح ما. الاحتكاك المتداول أضعف بكثير من الاحتكاك المنزلق أو الساكن، وهو ما يفسر سبب استخدام معظم أشكال النقل البري للعجلات، بما في ذلك الدراجات والسيارات والعجلات الأربع والزلاجات الدوارة والدراجات البخارية وألواح التزلج. .
– احتكاك السوائل
احتكاك السوائل هو الاحتكاك الذي يؤثر على الأجسام التي تتحرك عبر السائل. السائل عبارة عن مادة يمكن أن تتدفق وتأخذ شكل الوعاء الذي توجد فيه. ويشمل السوائل والغازات. إذا سبق لك أن حاولت دفع يدك المفتوحة عبر الماء في حوض الاستحمام أو حمام السباحة، فقد عانيت… من احتكاك السوائل، يمكنك أن تشعر بمقاومة الماء على يدك. عندما تنظر إلى لاعب القفز بالمظلات، فإنه يسقط نحو الأرض بالمظلة. تعمل مقاومة الهواء للمظلة على إبطاء هبوطه. كلما كان الجسم المتحرك أسرع أو أكبر، زاد احتكاك السائل الذي يقاومه. حركتها، ولهذا السبب تكون مقاومة الهواء للمظلة أكبر من مقاومة جسم اللاعب.
– الاحتكاك المنزلق
الاحتكاك المنزلق هو الاحتكاك الذي يؤثر على الأجسام عندما تنزلق على سطح ما. الاحتكاك المنزلق أضعف من الاحتكاك الساكن، ولهذا السبب يكون من الأسهل تحريك قطعة أثاث على الأرض بعد أن بدأت في التحرك بدلاً من تحريكها في المقام الأول. يمكن أن يكون الاحتكاك المنزلق مفيدًا، على سبيل المثال، يمكنك استخدام الاحتكاك المنزلق عند الكتابة بقلم رصاص، حيث ينزلق قلم الرصاص بسهولة على الورقة، ولكن يوجد احتكاك كافٍ بين القلم الرصاص والورقة لترك علامة.
– الاحتكاك المتداول
الاحتكاك المتداول هو الاحتكاك الذي يؤثر على الأشياء عندما تتدحرج على سطح ما. الاحتكاك المتداول أضعف بكثير من الاحتكاك المنزلق أو الساكن، وهو ما يفسر سبب استخدام معظم أشكال النقل البري للعجلات، بما في ذلك الدراجات والسيارات والعجلات الأربع والزلاجات الدوارة والدراجات البخارية وألواح التزلج.
فوائد الاحتكاك
1. يمكن استخدام قوة الاحتكاك لتوليد النار. على سبيل المثال، عندما يحتك حجران ببعضهما البعض، فإن الاحتكاك ينتج قوة حرارية هائلة تؤدي إلى إنتاج النار.
2. تستخدم قوة الاحتكاك في فرملة السيارات حيث أن قوة الاحتكاك تقلل من كفاءة السرعة في السيارات.
3. في حياتنا اليومية، يساعدنا الاحتكاك في تسهيل عملية النقل. كما أنه يساهم في كيفية توقف وسائل النقل، ونلاحظ ذلك على شكل احتكاك الأرض بإطارات وسائل النقل.
4. يساعد الإنسان على المشي من خلال قوة احتكاك الجسم بالقدم.
5. تصنع إطارات السيارة بشكل خشن يتناسب مع الطريق، بحيث يحدث احتكاك بين إطارات السيارة والطريق، مما يولد قوة تسمح للسيارات بالتحرك.
6. نجد أن هناك احتكاكاً بين أجزاء الدراجة، لذلك يتم استخدام بعض أنواع مواد التشحيم لتقليل قوة الاحتكاك.
7. يساعدنا في الزراعة على قمم الجبال نتيجة احتكاك الجبل بالتربة، ويؤدي إلى إنبات النباتات.
8. يسهل على الإنسان التقاط الأشياء وتوازنها بين يديه.
9. يساعد الكائنات الحية والزواحف على المشي والحركة .
قانون الاحتكاك
ومن خلاله يتم حساب قوة الاحتكاك. ويعتمد حسابها على معامل الاحتكاك وكمية قوة الضغط على السطح. وفيما يلي نقدم قانون الاحتكاك:
الصورة العامة لقانون الاحتكاك: (قوة الاحتكاك = قوة الضغط × معامل الاحتكاك) حيث:
– F تمثل قوة الاحتكاك، وتقاس بالنيوتن.
– μ يرمز لمعامل الاحتكاك وهو غير ثابت فهو يختلف باختلاف نوع السطح.
معامل الاحتكاك ليس له وحدة قياس، ولكننا نجد أن معامل الاحتكاك يعتمد على نوع حالة الأجسام، كما يعتمد على نتائج التجربة.
– N يمثل القوة الضاغطة للوزن. وهذا يعني أن N = الكتلة × تسارع الجاذبية.
حيث تمثل الكتلة بالرمز m، ويمثل تسارع الأرض بسبب الجاذبية بالرمز g.
ن = م × ز
نجد أن قوة الاحتكاك تتناسب طرديًا مع قوة ضغط الوزن.
فإذا كان وزن الجسمين ثابتاً فإن مساحة التصاق الجسمين لا تحدد قوة الاحتكاك.
ولا تتأثر قوة الاحتكاك بسرعة الجسم في حالة الأجسام الساكنة.