القوة التي تقاوم حركة الانزلاق بين سطحين

القوة التي تقاوم حركة الانزلاق بين سطحين هي قوة الاحتكاك

، قد تكون قوى الإحتكاك ضرورية للمشي دون الإنزلاق، ولكنها تستهلك 20% من قوة محرك السيارة في الأجزاء المتحركة للتغلب على قوى الاحتكاك. ويبدو أن السبب الرئيسي للاحتكاك بين المعادن هي قوى الجذب المعروفة باسم (الالتصاق) بين مناطق التلامس على الأسطح، وبالتجربة ثبتت خمسة قوانين للاحتكاك:

مقدار الاحتكاك مستقل تقريبًا عن منطقة التلامس، طالما هناك منطقة تماس.
الاحتكاك يتناسب مع الحمل الذي يضغط على الأسطح معًأ.
الاحتكاك الحركي مستقل عن السرعة.
معامل الاحتكاك الساكن أكبر من معامل الاحتكاك الحركي.
الاحتكاك الذي يتعرض له جسم ما، يناسب مع طبيعة السطح الملامس له.

مقدار الاحتكاك مستقل تقريبًا عن منطقة التلامس:

فإذا تم سحب حجر مستطيل الشكل على طول منضدة، فإن قوة الإحتكاك ستبقى هي نفسها، لن تتغير سواء كان مسطحًا، أو واقفًا على نهايته.

الاحتكاك يتناسب مع الحمل الذي يضغط على الأسطح معًا:

إذا تم سحب كومة من ثلاثة أحجار فوق بعضهم على طول منضدة، فإن الاحتكاك سوف يكون أكبر بثلاث مرات من سحب لبنة واحدة، بالتالي فإن نسبة الاحتكاك بالنسبة للوزن تعتبر ثابتة، وهذا ما يسمى بمعامل الاحتكاك، ويرمز لها بالحرف اليوناني um

(μ).

ونظرًا لأن كل من الاحتكاك، و الوزن يقاس بوحدات القوة (النيوتن)، فإن قيمة معامل الاحتكاك لعلبة واحدة أو أكثر من الطوب المنزلق على طاولة خشبية نظيفة يبلغ حوالي 0.5، مما يعني أن القوة المطلوبة للتغلب على الاحتكاك، لإبقاء الطوب يتحرك على طول الطاولة بسرعة ثابتة تساوي نصف وزن الطوب، وهذا الاحتكاك يسمى بالاحتكاك الحركي، ينشأ الاحتكاك الحركي بين الأسطح في حركة نسبية، عند تحرك السطحين المتلامسين في اتجاهين مختلفين.

أنواع الاحتكاك

الاحتكاك الحركي.
الاحتكاك الانزلاقي.
الاحتكاك المتدحرج.
الاحتكاك المائع.
الاحتكاك الساكن.

إذا كان الاحتكاك هو القوة التي تعارض الحركة بين سطحين، ما هي انواع الاحتكاك؟ هناك خمسة أنواع من الاحتكاك، هم:

الاحتكاك الحركي:

يعرف الاحتكاك الحركي بأنه القوة التي تعمل بين سطحين متحركين، متلامسين في اتجاهين مختلفين، يلعب الاحتكاك دورًا كبيرًا في الحياة اليومية، مثل فرك الكفين بعضهما ببعض مما يولد الحرارة، والدفء، كما أن الاحتكاك هو المسؤول عن التآكل، والتلف في أجزاء الماكينات، لذا فهي تحتاج للزيوت لتقليل الاحتكاك، ويتفرع عن الاحتكاك الحركي: الاحتكاك المتدحرج، والاحتكاك المائع، والاحتكاك الإنزلاقي.

الاحتكاك الإنزلاقي:

هو الاحتكاك الذي يؤثر على الأشياء، أو الأسطح عند انزلاقها على سطح ما، والاحتكاك الإنزلاقي أضعف من الاحتكاك الساكن، مثل دفع كرسي على سطح الأرض، الاحتكاك قبل الحركة هو احتكاك ساكن، يمنع الكرسي من الانزلاق، أما بعد البدء في الحركة، يصبح احتكاك انزلاقي.

الاحتكاك المتدحرج:

يؤثر الاحتكاك المتدحرج على الأشياء عندما تتدحرج على سطح ما، مثل احتكاك إطارات السيارات بالطريق، وهو أضعف من الاحتكاك الانزلاقي، والاحتكاك الساكن.

الاحتكاك المائع:

هو الاحتكاك الذي يؤثر على الأشياء عند تحركها خلال سائل، مثل حركات السباحة داخل المسبح، أو البحر، تلاحظ عند حركة يدك داخل الماء، بقوة تدفعك كما تدفعها، وعند تحرك الطائرة في الهواء أيضًا، فاحتكاك الموائع يحدث في السوائل، والغازات.

الاحتكاك الساكن

: يعمل الاحتكاك الساكن عند وضع جسم فوق سطح، على سبيل المثال اذا كنت تتنزه في حديقة منزلك، في كل مرة تضع فيها قدمك على الأرض يحدث احتكاك ساكن يمنع قدمك من الانزلاق عند المشي، بدون هذا الاحتكاك سيكون المشي صعب جدًا، سوف تنزلق قدمك وتسقط عند كل مرة تلامس قدمك الأرض، فعلى سبيل المثال: إذا حاولت المشي على الجليد سوف تعاني من عدم الثبات، أو حتى السقوط المتكرر، لأنه سطح زلِق، لا يسبب الاحتكاك الكافي لتسهيل المشي فوقه.[1][2][3]

ما هو تعريف القوة

القوة هي: دفع، أو سحب جسم، وتنتج عن تفاعل جسمين، أو سطحين بعضهما مع بعض، وعند إنتهاء التفاعل، يتوقف كل منهما عن مواجهة القوة، أي أن القوة تلازم التفاعل، وتنتهي بإنتهائه، والقوى تنقسم لنوعين:

قوى الاتصال:

هي القوى التي تنتج من تفاعل جسمين، مثل قوة الاحتكاك، وقوة التوتر، والقوى الطبيعية، وقوة مقاومة الماء، والهواء.
قوى العمل على مسافة:

هي أنواع من القوى تنتج حتى عندما لا يكون هناك تفاعل بين الجسمين، ويحدث الدفع، أو السحب بدون تفاعل، واتصال، مثل قوة الجاذبية، والقوة الكهربية، والقوة المغناطيسية، والقوة التطبيقية.[4]

طريقة قياس القوة التي تقاوم حركة الانزلاق بين سطحين

تقاس القوة التي تقاوم حركة الإنزلاق بين سطحين بالطريقة الديناميكية، التي تتم عن طريق نقل التسارع إلى جسم معياري عن طريق سحبه باستخدام نابض ممتد، ولكن هذا الإجراء ليس عمليًا لقياس القوى لأنه نادرًا ما يمكن قياس التسارع، هناك طريقة أخرى لقياس القوى تسمى: (الطريقة الثابتة)، وهي طريقة تعتمد على ملاحظة، وقياس التغير في شكل، وحجم الجسم،أساس الطريقة الثابتة في قياس القوى، هو أنه عندما يكون الجسم تحت تأثير قوى متعددة يجب أن يكون مجموع المتجه لجميع القوى المؤثرة على الجسم يساوي صفر، فإذا تم التأثير على الجسم عن طريق قوة مفردة، تنتج تسارعًا، يمكن جعل هذه العجلة صفرية إذا أثرنا على الجسم باستخدام قوة أخرى متساوية في الحجم، ولكن موجهة في الاتجاه المعاكس لاتجاه القوة الأخرى.[5]

أمثلة على الاحتكاك في حياتنا اليومية

العلم هو ما يفسر حياتنا، وكل تفاصيل حياتنا اليومية هو تطبيقات عملية لكل النظريات، والتفسيرات، والتعريفات العلمية، وفيما يلي بعض الأمثلة من الواقع على عملية الاحتكاك:

ارتفاع عجلات السيارة عن الأرض لمنح السائق سيطرة أكبر في عملية القيادة، وبنفس الطريقة يتم تصميم الغواصات، والقوارب، وكل ما يتحرك فوق الماء.
التصميم الديناميكي الهوائي لجسم الطائرة، مما ينتج عنه الاحتكاك بين جسم الطائرة، والهواء، من الصعب في البداية تحريك الجسم الثابت على الأرض، ولكن بمجرد إعطاءه دفعة أولى، تصبح الحركة أسهل فيما بعد.
تقليل الماء لقوة الاحتكاك، كما لو كان عندنا سطح من البلاستيك المبلل بالماء، يصبح حينها انزلاق أي جسم فوق البلاستيك، أسهل، ويمنحه الماء حركة حرة أكبر، مقارنة بانزلاق جسم فوق سطح من البلاستيك الجاف.
الاحتكاك بين شيئين مثل الحجارة، والخشب، يولد الحرارة، وقد يؤدي إلى الاشتعال.
التزلج على الجليد يجعل الحركة أسهل، مما يقلل من الاحتكاك، وينذر بخطر السقوط، فيستخدم المتزلج على الجليد الزلاجات لزيادة الاحتكاك.
يأتي الحذاء دائمًا بنقوش مختلفة من الأسفل، ليس على سبيل الزينة وحسب، ولكنها تصنع المزيد من الاحتكاك، الذي يجعل المشي أسهل، ويقلل من خطر الانزلاق، والسقوط.
فرك اليدين لتوليد الحرارة عن طريق الاحتكاك.
في الماكينات المختلفة في كل أنواع الصناعة يتسبب الاحتكاك في تآكل بعض الأجزاء المتحركة في الآلات.
يسمح الاحتكاك بين الورق، والقلم بالكتابة.
تتمكن الطيور من الطيران، بفعل الاحتكاك بين جسمها، والهواء.[6]