الاحتكاك: الأنواع ، المعامل ، الحساب ، التمارين - جسدي - بدني - 2026

و الاحتكاك هو مقاومة لحركة سطح كونها على اتصال مع آخر. إنها ظاهرة سطحية تحدث بين المواد الصلبة والسائلة والغازية. تسمى قوة المقاومة المماسية لسطحين متصلين ، والتي تعارض اتجاه الإزاحة النسبية بين الأسطح المذكورة ، بقوة الاحتكاك أو قوة الاحتكاك F _r.

لإزاحة جسم صلب عن سطح ما ، يجب تطبيق قوة خارجية يمكنها التغلب على الاحتكاك. عندما يتحرك الجسم ، فإن قوة الاحتكاك تؤثر على الجسم ، وتبطئه ، ويمكنها حتى إيقافه.

احتكاك

يمكن تمثيل قوة الاحتكاك بيانياً بواسطة مخطط قوة الجسم المتلامس مع السطح. في هذا الرسم البياني ، يتم رسم قوة الاحتكاك F _r معاكسة لمكون القوة المؤثرة على الجسم مماس السطح.

يبذل سطح التلامس قوة رد فعل على الجسم تسمى القوة الطبيعية N. في بعض الحالات ، ترجع القوة العادية فقط إلى وزن P للجسم الساكن على السطح ، وفي حالات أخرى ، ترجع إلى قوى مطبقة أخرى غير قوة الجاذبية.

يحدث الاحتكاك بسبب وجود خشونة مجهرية بين الأسطح الملامسة. عند محاولة تحريك سطح فوق الآخر ، يحدث احتكاك بين درجات الخشونة التي تمنع الحركة الحرة في الواجهة. في المقابل ، تحدث خسائر الطاقة على شكل حرارة لا تستخدم لتحريك الجسم.

أنواع الاحتكاك

هناك نوعان رئيسيان من الاحتكاك: احتكاك الكولوم أو الاحتكاك الجاف والاحتكاك السائل.

الاحتكاك الكولومبي

يعارض احتكاك كولوم دائمًا حركة الأجسام وينقسم إلى نوعين من الاحتكاك: الاحتكاك الساكن والاحتكاك الحركي (أو الديناميكي).

في حالة الاحتكاك الساكن لا توجد حركة للجسم على السطح. القوة المطبقة منخفضة جدًا ولا تكفي للتغلب على قوة الاحتكاك. للاحتكاك قيمة قصوى تتناسب مع القوة الطبيعية وتسمى قوة الاحتكاك الساكن F _re.

تُعرَّف قوة الاحتكاك الساكن بأنها أقصى قوة تقاوم بداية حركة الجسم. عندما تتجاوز القوة المطبقة قوة الاحتكاك الساكن ، فإنها تظل عند قيمتها القصوى.

يعمل الاحتكاك الحركي عندما يكون الجسم في حالة حركة بالفعل. القوة المطلوبة للحفاظ على حركة الجسم مع الاحتكاك تسمى قوة الاحتكاك الحركي F _rc.

قوة الاحتكاك الحركي أقل من أو تساوي قوة الاحتكاك الساكن لأنه بمجرد أن يبدأ الجسم في التحرك ، يكون من الأسهل الاستمرار في الحركة بدلاً من محاولة القيام بذلك أثناء الراحة.

قوانين الاحتكاك كولوم

1. تتناسب قوة الاحتكاك طرديًا مع القوة الطبيعية على سطح التلامس. ثابت التناسب هو معامل الاحتكاك μ الموجود بين الأسطح الملامسة.
2. قوة الاحتكاك مستقلة عن حجم منطقة التلامس الظاهرة بين الأسطح.
3. قوة الاحتكاك الحركي مستقلة عن سرعة انزلاق الجسم.

- احتكاك السوائل

يحدث الاحتكاك أيضًا عندما تتلامس الأجسام مع المواد السائلة أو الغازية. يسمى هذا النوع من الاحتكاك احتكاك السوائل ويعرف بأنه مقاومة حركة الأجسام الملامسة للسائل.

يشير احتكاك المائع أيضًا إلى مقاومة السائل للتدفق عند ملامسته لطبقات مائع من نفس المادة أو مادة مختلفة ، ويعتمد على سرعة ولزوجة المائع. اللزوجة هي مقياس مقاومة حركة السائل.

- احتكاك ضربات القلب

احتكاك ستوكس هو نوع من احتكاك السوائل حيث تتعرض الجزيئات الكروية المغمورة في سائل لزج ، في التدفق الصفحي ، لقوة احتكاك تبطئ حركتها بسبب التقلبات في جزيئات السائل.

احتكاك ستوكس

يكون التدفق صفحيًا عندما تكون القوى اللزجة ، التي تعارض حركة السائل ، أكبر من قوى القصور الذاتي ويتحرك المائع بسرعة صغيرة بدرجة كافية وفي مسار مستقيم.

معاملات الاحتكاك

وفقًا لقانون الاحتكاك الأول لكولوم ، يتم الحصول على معامل الاحتكاك μ من العلاقة بين قوة الاحتكاك والقوة الطبيعية على سطح التلامس.

المعامل μ هو كمية بلا أبعاد ، حيث إنها علاقة بين قوتين ، والتي تعتمد على طبيعة ومعالجة المواد المتلامسة. بشكل عام ، تتراوح قيمة معامل الاحتكاك بين 0 و 1.

معامل الاحتكاك الساكن

معامل الاحتكاك الساكن هو ثابت التناسب الموجود بين القوة التي تمنع حركة الجسم في حالة من السكون على سطح التلامس والقوة العادية على السطح.

معامل الاحتكاك الحركي

معامل الاحتكاك الحركي هو ثابت التناسب الموجود بين القوة التي تقيد حركة الجسم على السطح والقوة الطبيعية على السطح.

معامل الاحتكاك الساكن أكبر من معامل الاحتكاك الحركي.

معامل الاحتكاك المرن

يُشتق معامل الاحتكاك المرن من الاحتكاك بين أسطح التلامس للمواد المرنة أو الناعمة أو الخشنة التي تشوهها القوى المطبقة. يتعارض الاحتكاك مع الحركة النسبية بين سطحين مرنين ويصاحب الإزاحة تشوه مرن للطبقات السطحية للمادة.

يعتمد معامل الاحتكاك الذي يتم الحصول عليه في ظل هذه الظروف على درجة خشونة السطح ، والخصائص الفيزيائية للمواد المتلامسة ، وحجم المكون العرضي لقوة القص عند واجهة المواد.

معامل الاحتكاك الجزيئي

يتم الحصول على المعامل الجزيئي للاحتكاك من القوة التي تحد من حركة الجسيم الذي ينزلق على سطح أملس أو عبر سائل.

كيف يتم حساب الاحتكاك؟

يتم حساب قوة الاحتكاك على السطوح البينية الصلبة باستخدام المعادلة F _r = μN

يعطي استبدال معادلة الوزن في معادلة قوة الاحتكاك:

خصائص العادي

عندما يكون جسم ما في حالة سكون على سطح مستو ، فإن القوة العادية هي تلك التي يمارسها السطح على الجسم ، وتقاوم القوة بسبب الجاذبية ، وفقًا لقانون نيوتن للعمل ورد الفعل.

تعمل القوة العادية دائمًا بشكل عمودي على السطح. على سطح مائل ، يتناقص المعدل الطبيعي مع زيادة الزاوية المائلة ويشير في اتجاه عمودي بعيدًا عن السطح ، بينما يشير الوزن عموديًا إلى الأسفل. معادلة القوة العمودية على سطح مائل هي:

θ = زاوية ميل سطح التلامس.

احتكاك الطائرة المائل

مكون القوة المؤثرة على الجسم لانزلاقه هو:

عندما تزداد القوة المطبقة ، تقترب من القيمة القصوى لقوة الاحتكاك ، فإن هذه القيمة هي القيمة المقابلة لقوة الاحتكاك الساكن. عندما تكون F = F _re ، تكون قوة الاحتكاك الساكن:

ويتم الحصول على معامل الاحتكاك الساكن بظل زاوية الميل θ.

تمارين محلولة

- قوة الاحتكاك لجسم يستقر على سطح أفقي

يتم دفع صندوق 15 كجم يوضع على سطح أفقي بواسطة شخص يستخدم قوة مقدارها 50 نيوتن على طول سطح لجعله يتحرك ثم يطبق قوة مقدارها 25 نيوتن للحفاظ على الصندوق يتحرك بسرعة ثابتة. أوجد معاملي الاحتكاك السكوني والحركي.

صندوق يتحرك على سطح أفقي

الحل: باستخدام قيمة القوة المطبقة لتحريك الصندوق ، يتم الحصول على معامل الاحتكاك الساكن μ _e.

القوة الطبيعية N على السطح تساوي وزن الصندوق ، لذا N = mg

في هذه الحالة، μ _e = 50 جديد / 147 جديد

القوة المؤثرة للحفاظ على سرعة الصندوق ثابتة هي قوة الاحتكاك الحركي التي تساوي 25 جديد.

يتم الحصول على معامل الاحتكاك الحركي بالمعادلة μ _c = F _rc / N

-قوة احتكاك جسم تحت تأثير قوة بزاوية ميل

يطبق رجل قوة على صندوق 20 كجم ، بزاوية تطبيق مقدارها 30 درجة بالنسبة للسطح الذي يستقر فيه. ما مقدار القوة المؤثرة لتحريك الصندوق إذا كان معامل الاحتكاك بين الصندوق والسطح يساوي 0.5؟

الحل: يمثل مخطط الجسم الحر القوة المطبقة ومكوناتها الرأسية والأفقية.

مخطط الجسم الحر

تصنع القوة المطبقة زاوية 30 درجة مع السطح الأفقي. يضيف المكون الرأسي للقوة إلى القوة العادية التي تؤثر على قوة الاحتكاك الساكن. يتحرك الصندوق عندما يتجاوز المكون الأفقي للقوة المطبقة الحد الأقصى لقيمة قوة الاحتكاك F _re. معادلة المكون الأفقي للقوة مع الاحتكاك الساكن يعطي:

القوة الطبيعية

لم تعد القوة العادية هي وزن الجسم بسبب المكون الرأسي للقوة.

وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، فإن مجموع القوى المؤثرة على المربع على المحور الرأسي هو صفر ، وبالتالي فإن المكون الرأسي للتسارع هو _y = 0. يتم الحصول على القوة الطبيعية من المجموع

عن طريق استبدال المعادلة في المعادلة ، يتم الحصول على ما يلي:

- الاحتكاك في مركبة متحركة

مركبة تزن 1.5 طن تسير على طريق مستقيم وأفقي بسرعة 70 كم / ساعة. يرى السائق عقبات على الطريق على مسافة معينة تجبره على الفرامل بشكل حاد. بعد الكبح ، تنزلق السيارة لفترة قصيرة حتى تتوقف. إذا كان معامل الاحتكاك بين الإطارات والطريق يساوي 0.7 ؛ حدد ما يلي:

1. ما هي قيمة الاحتكاك أثناء انزلاق السيارة؟
2. تباطؤ السيارة
3. المسافة التي قطعتها السيارة من وقت الفرامل إلى وقت التوقف.

قوة احتكاك السيارة عند الانزلاق هي:

= 10290 جديد

القسم ب

تؤثر قوة الاحتكاك على تباطؤ السيارة عند الانزلاق.

من خلال تطبيق قانون نيوتن الثاني ، يتم الحصول على قيمة التباطؤ من خلال حل المعادلة F = ma

القسم ج

السرعة الأولية للسيارة هي v ₀ = 70Km / h = 19.44m / s

عندما تتوقف السيارة ، تكون سرعتها النهائية v _f = 0 ويكون التباطؤ = - 6.86m / s ²

يتم الحصول على المسافة التي تقطعها السيارة ، من وقت الفرامل إلى وقت التوقف ، عن طريق حل d من المعادلة التالية:

تقطع السيارة مسافة 27.54 مترًا قبل التوقف.

1. حسابات معامل الاحتكاك تحت ظروف التلامس المرنة. Mikhin ، N M. 2 ، 1968 ، علم المواد السوفيتية ، المجلد. 4 ، ص. 149-152.
2. Blau، P J. علوم وتكنولوجيا الاحتكاك. فلوريدا ، الولايات المتحدة: مطبعة CRC ، 2009.
3. العلاقة بين قوى الالتصاق والاحتكاك. Israelachvili، JN، Chen، You-Lung and Yoshizawa، H. 11، 1994، Journal of Adhesion Science and Technology، Vol. 8، pp. 1231-1249.
4. زيمبا ، جي فورس آند موشن. بالتيمور ، ماريلاند: مطبعة جامعة جونز هوبكنز ، 2009.
5. بوشان ، ب.مبادئ وتطبيقات علم الترايبولوجي. نيويورك: جون وايلي وأولاده ، 1999.
6. شارما ، سي إس وبوروهيت ، ك. نظرية الآليات والآلات. نيودلهي: برنتيس هول أوف إنديا ، 2006.