قانون الاحتكاك

بواسطة: - آخر تحديث: ٠٤:٥٥ ، ٢٨ أغسطس ٢٠١٩
قانون الاحتكاك

قوة الاحتكاك

تُعرف قوة الاحتكاك بأنها مقاومة حركة جسم بالنسبة لحركة جسم آخر، ولا تعد قوة الاحتكاك من القوى الأساسية؛ كقوى الجاذبية أو القوى الكهرمغناطيسية، إذ يعتقد العلماء بأن تلك القوة ناتجة عن الانجذاب الكهرومغناطيسي الناشئة بين الجسيمات المشحونة في السطحين المتلامسين، وقد بدأ العلماء في وضع قوانين للاحتكاك في القرن الرابع عشر الميلادي، إذ أنه ونتيجة لتفاعلاتها المعقدة، فإن وصفها يتطلب العديد من التجارب، ولا يمكن اشتقاقها من المعادلات أو القوانين فقط، وتوجد العديد من الاستثناءات المتعلقة بالاحتكاك، إذ أن الأسطح الخشنة تكون في معظم الأحيان أكثر احتكاكًا من الأسطح المصقولة كألواح الزجاج، إذ تكون تلك الألواح خالية من جميع الجزيئات التي قد تلتصق بقوة مع بعضها البعض.[١]

يعد الاحتكاك من القوى التي تقاوم الانزلاق أو التدحرج لجسم صلب فوق الآخر، إذ تستهلك السيارات حوالي 20% من قوة محركاتها في التغلب على قوى الاحتكاك في الأجزاء المتحركة، كما أن السبب الرئيسي للاحتكاك بين المعادن يعود إلى قوى الجذب المعروفة بالالتصاق فيما بينها، وتعد كمية الاحتكاك مستقلة عن منطقة اتصال الأجسام، فعلى سبيل المثال، عند سحب طوبة على طاولة، فإن قوة الاحتكاك هي نفسها سواء أكان الطوب في وضع مستوٍ أو في وضعية أخرى، كما أن الاحتكاك يتناسب مع الحمل أو الوزن الذي يضغط على الأسطح معًا، فعلى سبيل المثال، عند سحب طاولة موضوع كمية كبيرة من القرميد يكون الاحتكاك أكبر مما لو سُحبت طاولة موضوع عليها كمية صغيرة فقط.[٢]


قانون الاحتكاك

تعتمد قوة الاحتكاك أساسًا على القوة الطبيعية التي يمارسها الجسم على السطوح الموجود عليها، كما أنها تعتمد على خصائص السطح، إذ أنها تصف القوة الناشئة بين سطحين عند محاولة تحريك أحدها على الآخر، وتقاوم تلك القوة الحركة، وتنشأ في معظم الأحيان في الاتجاه المعاكس للحركة، فعند تلامس سطحين معًا، فإن النتوءات الموجودة في كل سطح تتشابك، كما قد يكون هناك قوى تجاذب بين جزيئات الجسم والآخر، مما يجعل من الصعب تحريك تلك الأجسام بسهولة، ويمكن حساب قوة الاحتكاك باتباع الخطوات التالية:[٣]

إيجاد قيمة القوة الطبيعية

تصف القوة العادية أو الطبيعية القوة التي يمارسها الجسم المتحرك على جسم آخر، إذ تمثل تلك القوة للجسم الثابت على سطح مستوٍ القوة المعاكسة تمامًا لقوة الجاذبية الأرضية، وإلا فإن الجسم سيتحرك وفقًا لقوانين نيوتن للحركة، إذ تعد القوة العادية هي القوة التي تحافظ على ثبات الجسم، ودائمًا يكون اتجاهها عموديًا على السطح، كما أنه عندما يكون الجسم على سطح مائل، فإن تلك القوة ستكون أيضًا عمودية على السطح، في حين أن قوة الجاذبية ستبقى تشير إلى الأسفل مباشرة، لذلك عندما يكون الجسم مائلًا فإنه يجب تحليل القوة العادية إلى مركبتين حسب الزاوية المحصورة بين السطح المائل والأفقي، ويمكن التعبير عن القوة العمودية باستخدام القانون التالي؛ ق العمودية = ك× جـ، إذ إن؛ (ق)؛ هي القوة العمودية على السطح، و(ك)؛ وتعبر عن كتلة الجسم، أما (جـ)؛ فهي تسارع الجاذبية الأرضية والذي يساوي تقريبًا 9.8 م/ث2، أما عندما يكون السطح مائل، فإن قانون القوة العمودية أو العادية يُكتب على الصورة التالية؛ قالعمودية = ك × جـ × جتا θ، إذ إن (θ)؛ تمثل زاوية ميلان السطح عن الأرض.[٣]

إيجاد معامل الاحتكاك الصحيح

يعتمد معامل الاحتكاك على الجسم والوضع الموجودة عليه، فعندما يكون الجسم ثابتًا وغير متحرك فإنه يُستخدم للتعبير عنه معامل الاحتكاك الساكن، أما إذا كان الجسم متحرك، فإننا نستخدم معامل الاحتكاك الانزلاقي أو المتحرك، وعمومًا، فإن معامل الاحتكاك المتحرك يكون أكبر من معامل الاحتكاك الساكن، إذ أنه من السهل تحريك جسم متحرك أصلًا بدلًا من تحريك جسم ما يزال ساكنًا، كما تؤثر المواد المصنوعة منها الأجسام على معامل الاحتكاك، فعلى سبيل المثال؛ فإن معامل الاحتكاك لقطعة خشبية خشنة وغير نظيفة قد يصل إلى 0.6، بينما يتراوح معامل الاحتكاك للخشب النظيف بين 0.25 إلى 0.5، أما بالنسبة للجليد فإن معامل الاحتكاك الخاص به يكون ثابتًا، ويساوي 0.1.[٣]

حساب قوة الاحتكاك

يمكن حساب قوة الاحتكاك باستخدام القانون؛ قح = μ × قع، إذ إن؛ قح؛ تمثل قوة الاحتكاك بوحدة النيوتن، وμ؛ تمثل معامل الاحتكاك، بينما قع؛ تمثل القوة العمودية على الجسم، فعلى سبيل المثال؛ عند تحريك قطعة خشبية على طاولة خشبية فيمكن استخدام معامل احتكاك ثابت ويتراوح بين 0.25 إلى 0.5 للخشب، إذ أن الاحتكاك يوفر القوة لمقاومة الحركة، وبالتالي عند دفع الجسم بلطف ثم زيادة دفعه بثبات، فإن قوة الاحتكاك ستزداد إلى الحدّ الأقصى لقيمتها.[٣]


أنواع قوة الاحتكاك

يحدد وزن الجسم ونوع السطح بين الجسمين مقدار قوة الاحتكاك الناشئة بينهما، إذ يُمارس الجسم الثقيل ضغطًا أكبر على السطح الذي ينزلق فوقه من الأجسام الخفيفة، وبالتالي سيكون معامل الاحتكاك أكبر، كما أن كلًا من الهواء والماء والنفط عبارة عن موائع، وتعد مقاومة تلك المواد نوعًا من احتكاك الموائع، فعند سقوط جسم ما نحو الأسفل، فإن مقاومة الهواء تدفعه للأعلى كما أنه عند ركوب دراجة، فإن الاتصال بين العجلات والطريق مثال على الاحتكاك الدوار، وبالمثل عند تدحرج جسم ما، فإن القوة اللازمة للتغلب على الاحتكاك الناتج أقل من القوة اللازمة للتغلب على الاحتكاك الناتج عن انزلاق جسم آخر،[٤]وتقسم أنواع الاحتكاك إلى كل مما يأتي:[٥]

  • الاحتكاك الساكن.
  • الاحتكاك الحركي.
  • الاحتكاك الانزلاقي.
  • الاحتكاك المائع؛ والذي يحدث في السوائل والغازت.


المراجع

  1. Tia Ghose (4-6-2013), "What is Friction?"، livescience, Retrieved 24-7-2019. Edited.
  2. Erik Gregersen (14-6-2019), "Friction"، britannica, Retrieved 24-7-2019. Edited.
  3. ^ أ ب ت ث Lee Johnson (7-5-2018), "How to Calculate the Force of Friction"، sciencing, Retrieved 24-7-2019. Edited.
  4. Elena Cox, "What is Friction? - Definition, Formula & Forces"، study, Retrieved 24-7-2019. Edited.
  5. "Types of Friction", ck12, Retrieved 24-7-2019. Edited.