العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاك

العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاك، من الأمور الهامة التي يجب معرفتها وذلك لأهمية الاحتكاك في حياتنا اليومية، حيث تدخل في تطبيقات ونشاطات حياتية يومية كثيرة، لذلك عند فهمك لطبيعة قوة الاحتكاك وتعريفها والعوامل المؤثرة عليها تستطيع الاستفادة منها في حياتك اليومية بشكل أفضل مما يسهل عليك الكثير من الأمور، لذلك سيساعدكم موقع المرجع على فهم تلك المعلومات، وفهم كيفية تطبيقها بشكل أفضل لتحقيق الاستفادة القصوى منها.

تعريف قوة الاحتكاك

تعرف قوة الاحتكاك على أنها القوة التي تمنع انزلاق الأجسام الصلبة ودحرجتها على بعضها البعض، ويعتبر المشي من أبرز الأمثلة عن الاحتكاك، ويتأثر الاحتكاك بقوى تسمى قوى الالتصاق والتماسك، وهي القوى الناتجة عن الجذب بين جسمين وتحدث في المناطق الخاصة بالتلامس في الأسطح المختلفة، وتنقسم قوى الاحتكاك إلى نوعين، نوع يسمى الاحتكاك الساكن ونوع آخر هو الاحتكاك المتحرك، وقوى الاحتكاك الساكن هي عبارة عن قوة تنشأ بين سطحين مختلفين فتكون بينهم قوى التصاق تمنعهم من الانزلاق، وتکون قوي الاحتكاك مفيدة أيضا عند المشي حيث تساعد الإنسان على التصاق قدمه عند المشي مما يزيد من سرعته.[1]

شاهد أيضًا: قوة ممانعة تنشأ بين سطوح الأجسام المتلامسة

تعريف معامل الاحتكاك

يعرف معامل الاحتكاك على أنه نسبة قوة الاحتكاك الخاصة بمقاومة انزلاق سطحين لجسمين متلامسين مع قوة الضغط الناشئة من الطبيعة على هذين الجسمين، ويرمز لمعامل الاحتكاك بالرمز μ باليونانية والرمز mu رياضيا ويعبر عنه بالمعاملة التالية:[1]

μ = F / N، حيث إن

• F ترمز إلى قوة الاحتكاك
• N ترمز إلى القوة الطبيعية.

وتقاس كلا من قوة الاحتكاك والقوة الطبيعية بوحدات قياس القوة وهي النيوتن والرطل لذلك يكون معامل الاحتكاك بدون وحدة قياس، وتختلف قيم معامل الاحتكاك بين كل من الاحتكاك الساكن والاحتكاك المتحرك، ففي الاحتكاك الساكن قوة الاحتكاك تكون مقاومة للقوة المطبقة على الجسم مما يتسبب في بقاء الجسم ساكن، بينما في الاحتكاك المتحرك تقاوم قوة الاحتكاك قوة الحركة الناتجة عن عدم ثبات الجسم، فعلى سبيل المثال عندما تنزلق قوالب من الطوب على طاولة نظيفة وملساء ومصنوعة من الخشب يصل معامل الاحتكاك المتحرك تقريبا 0.5، وهذا يدل على وجود قوة متساوية مع نصف الوزن الكلى لقوالب الطوب لكي تستطيع مقاومة الاحتكاك واستمرار حركة الطوب على طول ثابت.

شاهد أيضًا: مالقوه المسؤوله عن توقف حركه الاجسام هي

العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاك

كما وضحنا سابقا أن قوى الاحتكاك تكون ناشئة نتيجة انزلاق جسمين كلاهما صلب فوق بعضهم ولكن هذه القوة تتأثر بعدة عوامل تسبب زيادتها أو نقصانها ومن هذه العوامل ما يلي:[2]

• نعومة وخشونة الجسم المنزلق: حيث يتأثر الاحتكاك في الأجسام بانتظام الجسم من عدمه، فالعلاقة بين خشونة الجسم وقوى الاحتكاك علاقة طردية أي تزيد مقاومة الانزلاق عندما يكون السطح ناعم وأملس وذلك لقلة قوى التماسك والتلاصق به، بينما تنزلق الأجسام الخشنة ببطء مما يزيد من الاحتكاك.
• نعومة السطح: تعد آلية التشابك بين الأجسام من العوامل الرئيسية المؤثرة على الاحتكاك، فليس من المنطقي وجود أسطح ملساء تماما فلكل سطح نسبة من الخشونة ومع انزلاق الجسم تساعد هذه الخشونة على حدوث الاحتكاك.
• القوة بين الجسمين في الاتجاه الطبيعي (عمودي على اتجاه الانزلاق): يدخل الاحتكاك في علاقة طردية مع القوة الطبيعية المطبقة على الجسم، ففي الاتجاه الطبيعي الذي يتمثل في الاتجاه العمودي على مستوى الانزلاق تزيد القوة المطبقة على الجسم من الاحتكاك لذلك يزيد الاحتكاك في هذه الحالة، طبقا للمعادلة الآتية: [f = μ * N، حيث μ هي معامل الاحتكاك].
• وزن الجسم: يتناسب الاحتكاك تناسبها طرديا مع وزن الأجسام المتلامسة، حيث أن القوة التي يتم ملاحظتها في الاتجاه الطبيعي تمثل وزن الجسم، حيث أنه الاحتكاك يقل كلما قل وزن الجسم ويزيد كلما زاد وزن الجسم.
• شكل الجسم: مما يجهله الكثير وجود احتكاك بين جزيئات الغازات والسوائل أيضا ولكنه يكون ضعيف جدا مقارنة بالاحتكاك بين الأجسام الصلبة، ففي السوائل مثلا يؤثر تصميم الشيء على الاحتكاك فكلما كان الشكل انسيابيا قلت قوى الاحتكاك، فعلى سبيل المثال يكون للدلافين جسم انسيابيا يساعد على تقليل الاحتكاك بين أجسامهم والماء.
• نوع الاحتكاك المتضمن (التدحرج / الانزلاق): يتأثر الاحتكاك أيضا بنوع الاحتكاك ذاته فإذا كان الجيم متدحرجا يكون الاحتكاك أقل مما كان الجسم منزلقا فعلى سبيل المثال استخدام الإطارات الدائرية المتدحرجة في كل من العجلات والسيارات يساعد على تقليل الاحتكاك مما يسبب زيادة سرعتها.

• حالة المادة السطحية المنزلقة (صلبة / سائلة): في الغالب يكون الاحتكاك في وجود السوائل أقل من الاحتكاك الذي لا يتضمن مادة سائلة، ويسمى الاحتكاك بين مادة صلبة ومادة سائلة بالاحتكاك المائع، فمثلا يستخدم الأشخاص الزيت لتقيل الاحتكاك بين مفاصل الباب لأن الزيت مادة سائلة تقلل الاحتكاك.

شاهد أيضًا: أي مما يلي يقلل الاحتكاك

وظيفة قوة الاحتكاك

ونظرا لأهمية قوة الاحتكاك في يومنا أصبح لها العديد من الوظائف منها ما يلي:

• تساعد قوى الاحتكاك بين حذاء الشخص وسطح الطرقات على المشي وكلما زاد الاحتكاك بين السطح وأرجل الشخص زادت سرعته.
• يساعد الاحتكاك أيضا على انزلاق إطارات السيارة بدلا من انزلاقها مما يسبب توقفها عن الحركة، كما أن تصميم الإطارات ذو الشكل المموج يزيد من سرعتها بسبب زيادة لقوة احتكاكها بسبب العلاقة الطردية بين كل من خشونة الجسم والاحتكاك.
• يتسبب الاحتكاك بين كل من بطانة الفرامل والأسطوانة في توقف السيارة.
• يساعد الاحتكاك بين الطباشير والسيرة على إمكانية الكتابة عليها.

شاهد أيضًا: قوة الجذب التي تسحب بها الارض الاجسام نحوها تسمى

ما هي قوانين الاحتكاك؟

القوى الاحتكاك خمسة قوانين أساسية تتمثل في التالي:

• التناسب بين كل من القوة العمودية واحتكاك الجسم المتحرك.
• طبيعة السطح الملمس للجسم تؤثر على قوى احتكاكه.
• في حالة وجود منطقة تماس بين جسمين يكون الاحتكاك بينهما مستقلا عن منطقة التماس.
• ينفصل كل من الاحتكاك الحركي والسرعة ويكون كل منهما مستقل بذاته.
• يكون معامل الاحتكاك في الاحتكاك الساكن أكبر من معامل الاحتكاك في الاحتكاك المتحرك.

ويتم تطبيق قوانين الاحتكاك للجسمين الملتصقين ببعضهم كما هو موضح في السطور التالية:

• في حال كان الجسم ان الملتصقين ببعضهم غير ساكنين بل هم أجسام منزلقة فيتم اعتبار هذه الحالة احتكاك حركي ويتم التعبير عنه بالمعاملة التالية:

حيث يعبر كل من:

• F k = عن الاحتكاك الحركي
• µ ك = عن معامل الاحتكاك الحركي
• N = قوة رد الفعل الطبيعية المطبقة.

ويكون اتجاه الاحتكاك الحركي هذا بالنسبة للجسم معاكس لاتجاه السرعة النسبية بين كل من الجسم الأول والجسم الثاني، ولنفترض على سبيل المثال أن الجسم الأول يتحرك في اتجاه الجسم الثاني، فإن قوة الاحتكاك الناتجة عن الجسم الأول سوف يكون تأثيرها سلبيا على الجسم الثاني.

وفي حال كان الجسم لا يمنحك حركة نسبية بينه وبين الأجسام الأخرى، فيطلق على الاحتكاك الناشئ بينها احتكاك ثابت، ويكون مساويا الاحتكاك الحركي أو أقل منه، وليس كما نظن عن الاحتكاك الساكن أنه يمتلك قيم ثابتة ومحددة بل تتغير قيمها ولكنه يظل دائما أقل من الاحتكاك الحركي، وعند تشابه التفاعل العادي فلا يتم الاعتماد على قوى التلامس سواد في الاحتكاك الحركي أو الساكن.[4]

وإلى هنا نكون قد أنهينا الحديث عن العوامل المؤثرة على قوة الاحتكاك، حيث أنها من أهم القوى التي تهم الإنسان في معيشته اليومية وذلك لأنها تلامسه حقا في شتى الأمور ويعتمد الإنسان عليها بشكل كلي لكي يقوم بممارساته الطبيعية بشكل أفضل.