نتحدث عن العوامل المؤثرة في قوة الاحتكاك في هذا المقال، كما نذكر لكم فقرات أخرى متنوعة مثل تعريف قوة الاحتكاك، وقانون قوة الاحتكاك، وفوائد وأضرار احتكاك.
العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاك
تعتمد قوة الاحتكاك على عوامل عديدة، من أبرزها ما يلي:
1- حجم القوى بين الجسمين المتلامسين :
لا تعتمد قوة الاحتكاك على مساحة الأسطح المتلامسة للأجسام المتحركة، أو على السرعة النسبية لتلك الأجسام، بل على قوى الترابط الناشئة بينها.
2-وزن الجسم:
الجسم المتحرك على سطح أفقي يؤثر بقوة على هذا السطح لأسفل، حيث أن هذه القوة تساوي وزن الجسم. وزيادة وزن الجسم تزيد من قوة مقاومته للحركة على الأسطح الملامسة. على سبيل المثال، قوة الاحتكاك الناتجة عن سحب طاولة عليها ثلاث قطع من البلاط أكبر بثلاث مرات من قوة الاحتكاك الناتجة عن سحب طاولة عليها بلاطة واحدة فقط.
3- طبيعة السطح :
يعتمد الاحتكاك على طبيعة الأسطح المتلامسة، حيث أن الأسطح الخشنة ستحتاج إلى قوة أكبر لتحريكها مما لو كانت تلك الأسطح ملساء، حيث تتناقص قوة الاحتكاك كلما زادت نعومة الجسم إلى درجة معينة، ولكن إذا فإذا تجاوزت تلك الدرجة فإن الاحتكاك في الواقع يزداد بين سطحين أملسين للغاية نتيجة زيادة قوى الكهرباء الساكنة بين جزيئاتها.
تعريف قوة الاحتكاك
تُعرف قوة الاحتكاك بأنها مقاومة حركة جسم ما بالنسبة لحركة جسم آخر. قوة الاحتكاك لا تعتبر قوة أساسية. مثل قوى الجاذبية أو القوى الكهرومغناطيسية، إذ يعتقد العلماء أن هذه القوة تنتج عن التجاذب الكهرومغناطيسي الناشئ بين الجزيئات المشحونة على السطحين المتلامسين. بدأ العلماء في وضع قوانين الاحتكاك في القرن الرابع عشر الميلادي، إذ أنه نتيجة لتفاعلاتها المعقدة فإن وصفها يحتاج إلى تجارب كثيرة، ولا يمكن استخلاصها من المعادلات أو القوانين وحدها، كما أن هناك استثناءات كثيرة تتعلق بالاحتكاك، كما هو تقريبي. غالبًا ما تكون الأسطح أكثر احتكاكًا من الأسطح المصقولة، مثل ألواح الزجاج. تكون هذه الصفائح خالية من كافة الجزيئات التي قد تلتصق ببعضها البعض بإحكام.
الاحتكاك هو إحدى القوى التي تقاوم انزلاق أو تدحرج جسم صلب فوق جسم آخر. تستهلك السيارات حوالي 20% من قوة محركها للتغلب على قوى الاحتكاك في الأجزاء المتحركة. يرجع السبب الرئيسي للاحتكاك بين المعادن إلى قوى التجاذب المعروفة بالالتصاق بينها. مقدار الاحتكاك مستقل عن منطقة التلامس للأشياء. على سبيل المثال، عندما تقوم بسحب قالب طوب على طاولة، فإن قوة الاحتكاك تكون هي نفسها سواء كان الطوب في وضع مسطح أو في وضع آخر، ويتناسب الاحتكاك مع الحمولة أو الوزن الذي يضغط على الأسطح معًا، ل على سبيل المثال، عند سحب طاولة بها كمية كبيرة من البلاط، يكون الاحتكاك أكبر مما لو تم سحب طاولة بها كمية صغيرة فقط من البلاط.
قانون قوة الاحتكاك
– ينص “قانون الاحتكاك الأول” على أن مقدار الاحتكاك يتناسب طرديا مع القوة الطبيعية المؤثرة بين الأسطح. ما هي القوة الطبيعية بالضبط؟ القوة العمودية (N) هي القوة الداعمة التي يؤثر بها الجسم على السطح الذي يجلس عليه. إنها القوة التي تمنعك من السقوط من خلال مقعدك عندما تجلس. يمكن أن تتغير القوة العمودية بناءً على وزن الجسم وزاوية السطح الذي يقف عليه (إذا لم يكن السطح مسطحًا).
– كلما زادت القوة العمودية، زادت قوة الاحتكاك أيضًا بشكل متناسب. ولهذا السبب يكون دفع الأجسام الثقيلة أكثر صعوبة من دفع الأجسام الخفيفة. على الرغم من أن قوة الاحتكاك تعتمد على القوة العمودية، إلا أن قانون الاحتكاك الثاني ينص على أن قوة الاحتكاك لا تعتمد على مساحة الاتصال بين الجسم والسطح. تخيل أنك قلبت صندوقًا بحيث يلامس القليل منه الأرض. هل سيؤدي ذلك إلى تغيير القوة العمودية؟ لا! لا يزال وزن الصندوق كما هو، لذا لا تتغير القوة العمودية، حتى لو تغيرت منطقة التلامس.
ينص قانون الاحتكاك الثالث على أنه بالإضافة إلى القوة العمودية، تعتمد قوة الاحتكاك أيضًا على نوع الأسطح المتلامسة. على سبيل المثال، أنت تعلم أنك إذا حاولت دفع صندوق ثقيل على أرضية مغطاة بالسجاد، فسيكون دفعه أصعب مما لو دفعته على أرضية ناعمة. وذلك لأن قوة الاحتكاك بين الصندوق والسجادة الخشنة أكبر بكثير من قوة الاحتكاك بين الصندوق والأرضية الناعمة.
– للقياس الكمي لتأثير الأسطح المختلفة على قوة الاحتكاك، يمكنك حساب معامل الاحتكاك. معامل الاحتكاك هو رقم لا يحتوي على وحدات يعتمد على خشونة السطحين المتلامسين. ورمز معامل الاحتكاك هو الحرف اليوناني (mu)، ويتراوح عادة بين (0-1). ستكون الأسطح الملساء ذات معامل احتكاك قريب من الصفر، والأسطح الخشنة سيكون لها معامل احتكاك أقرب إلى الواحد.
فوائد وأضرار الاحتكاك
فوائد
1- يساهم في تثبيت التربة على قمم الجبال وتثبيت المباني في مكانها. لولا الاحتكاك لكانت الحياة مثل الزلاجة.
2- يساعد الإنسان على الوقوف على أقدامه بثبات، كما يساعده على المشي، وذلك من خلال خلق قوة احتكاك بينه وبين أقدامه.
3- يسهل حركة وسائل النقل المختلفة كالسيارات عن طريق خلق قوة احتكاك بين الأرض والعجلات، كما يساعد وسائل النقل على التوقف بشكل آمن.
4- يساعد الإنسان على الإمساك بالأشياء بأيديه وعدم إسقاطها.
الأضرار
1- هناك حاجة إلى استهلاك المزيد من الطاقة للتغلب على قوة الاحتكاك التي ينتج عنها بطء حركة الأجسام وارتفاع الحرارة، وبالتالي استهلاك المزيد من الموارد، وهذا قد لا يكون ممكنا اقتصاديا.
2- تنتج قوة الاحتكاك أصواتاً عالية قد تكون مزعجة في كثير من الأحيان نتيجة اصطدام الأجزاء المتحركة للآلات ببعضها البعض، مما يتطلب الابتعاد عن المناطق التي تستخدم الآلات الثقيلة والصاخبة.
3- قوة الاحتكاك تولد الحرارة، وهذه الحرارة في أغلب الأحيان قد لا تكون جيدة، حيث أن ارتفاع درجة حرارة الأجهزة المختلفة نتيجة الاحتكاك بين مكوناتها يمكن أن يؤدي إلى بطئها أو توقفها عن العمل.
4- تساعد قوة الاحتكاك على إبطاء حركة المركبات، ورغم فائدتها إلا أنها قد تعيق أشياء كثيرة. ونتيجة لوجود الاحتكاك في الهواء، فإنه يصعب على المركبة الفضائية الوصول إلى السرعة المطلوبة للانطلاق إلى الفضاء.
5- قوة الاحتكاك تؤدي إلى تآكل الأجسام. على سبيل المثال، عند استخدام الحذاء للمشي على الطرق لفترة طويلة، سيؤدي ذلك إلى تآكل الجزء السفلي من الحذاء نتيجة الاحتكاك بالطريق.