الاحتكاك الحركي والساكن
| English | العربية |
|---|---|
| kinetic friction/kɪˈnetɪk ˈfrɪkʃn/ | الاحتكاك الحركي |
| static friction/ˈstætɪk ˈfrɪkʃn/ | الاحتكاك الساكن |
| normal force/ˈnɔːml fɔːs/ | القوة العمودية |
| coefficient of friction/ˌkəʊɪˈfɪʃənt ɒv ˈfrɪkʃn/ | معامل الاحتكاك |
القوة التي تسمح لك بالمشي - والتوقف
- بدون الاحتكاك لن تتمكن من المشي أو القيادة أو حتى الإمساك بقلم الرصاص.
- ومع ذلك، تستهلك هذه القوة نفسها الطاقة وتسبب تآكل الفرامل.
- الاحتكاك يقاوم دائماً الانزلاق بين سطحين.
- يأتي في نوعين – أحدهما قبل بدء الانزلاق، والآخر أثناءه.
الاحتكاك الساكن مقابل الاحتكاك الحركي
- الاحتكاك الساكن يعمل قبل بدء الانزلاق. يتكيف ليطابق قوتك الدافعة، حتى يصل إلى حد أقصى.
- الاحتكاك الحركي يعمل أثناء انزلاق السطحين، بقيمته الثابتة.
- عادةً ما يكون الحد الأقصى للاحتكاك الساكن أكبر قليلاً من الاحتكاك الحركي – ولهذا السبب يكون تحريك الجسم صعباً في البداية.
كم مقدارها؟
- الحد الأقصى للاحتكاك الساكن: $f_s \le \mu_s N$.
- الاحتكاك الحركي: $f_k = \mu_k N$.
- هنا $N$ هو القوة العمودية التي تضغط السطحين معاً، و$\mu$ هو معامل الاحتكاك.
القوة المطبقة مقابل الاحتكاك
زد القوة المطبقة ولاحظ مقاومة الاحتكاك حتى تنطلق الصندوق ويتسارع.
صندوق له قوة رد فعل $N = 50\ \text{N}$ ومعامل احتكاك $\mu_s = 0.6$. ما هو أقصى احتكاك ساكن (بوحدة N)؟
$f_s^{max} = \mu_s N = 0.6 \times 50 = 30\ \text{N}$.
الاحتكاك الديناميكي يساوي المعامل مضروباً في قوة الـ ____.
$f_k = \mu_k N$، حيث $N$ هي قوة رد الفعل.
صندوق منزلق له $N = 40\ \text{N}$ ومعامل احتكاك ديناميكي $\mu_k = 0.25$. أوجد الاحتكاك الديناميكي (بوحدة N).
$f_k = \mu_k N = 0.25 \times 40 = 10\ \text{N}$.
مما تعتمد عليه - وما لا تعتمد عليه
- يعتمد الاحتكاك على القوة العمودية ومعامل $\mu$.
- لا يعتمد على مساحة التلامس – الطوبة تنزلق بنفس السهولة سواء كانت على جانبها أو على طرفها.
- اضغط بقوة أكبر (أكبر $N$) فتزداد الاحتكاك.
تدوير طوبة على وجهها الصغير يعطي احتكاكاً أكبر منه على وجهها الكبير المستوي.
الاحتكاك لا يعتمد على مساحة التلامس -- بل على قوة رد الفعل و$\mu$. كلا الاتجاهين يعطيان نفس الاحتكاك.
حدد جميع العوامل التي يعتمد عليها قوة الاحتكاك.
الاحتكاك $= \mu N$ -- يعتمد على $\mu$ و$N$، وليس على مساحة التلامس.
الاحتكاك على منحدر
- على المنحدر، تكون القوة العمودية مساوية لـ $N = mg\cos\theta$ (وليس وزن الجسم الكامل).
- لذا فإن الاحتكاك المتاح هو $\mu\,mg\cos\theta$.
- قارنها مع قوة السحب الموازية للمنحدر $mg\sin\theta$ لترى ما إذا كان الجسم سينزلق.
تدفع صندوقاً ثقيلاً بقوة $18\ \text{N}$ ولا يتحرك. الاحتكاك الساكن المؤثر عليه هو...
الاحتكاك الساكن يطابق الدفع، لذا فهو $18\ \text{N}$ -- ويصل فقط إلى $\mu_s N$ لحظة الانزلاق.
صندوق $10\ \text{kg}$ مستقر على الأرض مع $\mu_s = 0.4$.
- القوة العمودية: $N = mg = 98\ \text{N}$.
- الحد الأقصى للاحتكاك الساكن: $f_s = \mu_s N = 0.4 \times 98 \approx 39\ \text{N}$.
- ادفع بقوة أقل من $39\ \text{N}$ ليبقى في مكانه؛ وادفع بقوة أكبر ليتحرر.
الاحتكاك الساكن ليس رقماً ثابتاً – بل هو القيمة اللازمة له، حتى $\mu_s N$. إذا دفعت صندوقاً ثقيلاً بقوة $20\ \text{N}$ ولم يتحرك، فإن الاحتكاك هو $20\ \text{N}$، وليس $\mu_s N$. فقط عند لحظة الانزلاق يصل إلى الحد الأقصى.
الاحتكاك يعارض الانزلاق. الاحتكاك الساكن ($f_s \le \mu_s N$) يرتفع لمطابقة الدفع حتى يحدث انزلاق؛ الاحتكاك الحركي ($f_k = \mu_k N$) ثابت بمجرد الانزلاق. كلاهما يعتمد على القوة العمودية $N$ ومعامل الاحتكاك $\mu$ – ولا يعتمد أبداً على مساحة التلامس.