تعريف الاحتكاك، في هذا المقال سوف نقوم بتعريف الاحتكاك وعلم الاحتكاك، وأنواع الاحتكاك، وفوائد الاحتكاك، وقانون الاحتكاك.
تعريف الاحتكاك
– يعرف الاحتكاك على أنه القوة المقاومة التي تحدث عند تحرك سطحين متلاصقين باتجاهين متعاكسين عندما يكون بينهما قوة ضاغطة تعمل على تلاحمهما معا (وزن أحد الجسمين مثلا)، وتنتج كمية من الحرارة.
– ويعرف علم الإحتكاك “Tribology” على أنه هو العلم الذي يهتم بدراسة السطوح المتلامسة في حركتها النسبية والمواضيع المتعلقة بهذا الاحتكاك، من تآكل وعمليات تزييت وتشحيم، وكلمة Tribology تم صياغتها للمرة الأولى عام 1966 من الكلمة اليونانية Tribos وتعني “الفرك” أو “الحك”، وعليه فإن المعنى الحرفي للكلمة قد يكون “علم الفرك”.
أنواع الاحتكاك
– ينقسم الاحتكاك لنوعين وهما الاحتكاك الساكن والاحتكاك المتحرك.
1. الاحتكاك الحركي
يعرف الاحتكاك الحركي بأنه القوة التي تعمل بين الأسطح المتحركة ، والجسم المتحرك على السطح يواجه قوة في الاتجاه المعاكس لحركته، يعتمد حجم القوة على معامل الاحتكاك الحركي بين المادتين، ويمكن معرفة الفرق بين الاحتكاك الساكن والاحتكاك المتحرك من خلال المقارنة بين الاحتكاك السكوني والاحتكاك الحركي، ويمكن تعريف الاحتكاك بسهولة على أنه القوة التي تمنع انزلاق الجسم، الاحتكاك الحركي هو جزء من كل شيء ويتداخل مع حركة جسمين أو أكثر، حيث تعمل القوة في الاتجاه المعاكس للطريقة التي يريد الجسم أن ينزلق بها، وينقسم هذا النوع إلى:
2. الاحتكاك المتدحرج
الاحتكاك التدحرجي هو احتكاك يؤثر على الأشياء عندما تتدحرج على سطح، والاحتكاك المتدحرج أضعف بكثير من الاحتكاك المنزلق أو الاحتكاك الساكن، وهذا ما يفسر سبب استخدام معظم أشكال النقل البري للعجلات، بما في ذلك الدراجات والسيارات والعجلات ذات الأربع عجلات، والزلاجات الدوارة والدراجات البخارية وألواح التزلج.
– الاحتكاك المائع
الاحتكاك المائع هو الاحتكاك الذي يؤثر على الأشياء التي تتحرك خلال السائل، والسائل هو عبارة عن مادة التي يمكن أن تتدفق وتأخذ شكل الحاوية الخاصة به، وتشمل السوائل و الغازات، فإذا حاولت من قبل دفع يدك المفتوحة عبر الماء في حوض أو حمام سباحة، فقد عانيت من احتكاك السوائل، يمكنك أن تشعر بمقاومة الماء على يدك، وعند النظر إلى لاعب القفز المظلي، فإنه يسقط نحو الأرض بمظلة، مقاومة الهواء للمظلة تبطئ هبوطه، كلما كان الجسم المتحرك أسرع أو أكبر، زاد احتكاك السائل الذي يقاوم حركته، وهذا هو السبب في وجود مقاومة أكبر للهواء ضد المظلة من جسم اللاعب.
– الاحتكاك الانزلاقي
الاحتكاك المنزلق هو الاحتكاك الذي يؤثر على الأشياء عندما تنزلق فوق سطح، والاحتكاك المنزلق أضعف من الاحتكاك الساكن، وهذا هو السبب في أنه من الأسهل تحريك قطعة أثاث فوق الأرض بعد أن تبدأ في التحرك بدلاً من تحريكها في المقام الأول، يمكن أن يكون الاحتكاك المنزلق مفيدًا، على سبيل المثال، يمكنك استخدام الاحتكاك المنزلق عند الكتابة بقلم رصاص، حيث ينزلق القلم الرصاص بسهولة فوق الورقة، ولكن يوجد احتكاك كافٍ بين القلم الرصاص والورقة لترك علامة.
– الاحتكاك المتدحرج
الاحتكاك التدحرجي هو احتكاك يؤثر على الأشياء عندما تتدحرج على سطح، الاحتكاك المتدحرج أضعف بكثير من الاحتكاك المنزلق أو الاحتكاك الساكن، وهذا ما يفسر سبب استخدام معظم أشكال النقل البري للعجلات، بما في ذلك الدراجات والسيارات والعجلات ذات الأربع عجلات والزلاجات الدوارة والدراجات البخارية وألواح التزلج.
فوائد الاحتكاك
1. قد يتم الاستفادة من قوة الاحتكاك بتوليد النار، فمثلًا عند احتكاك حجرين بعضهم البعض ينتج عن الاحتكاك قوة حرارية هائلة تؤدي إلى إنتاج النار.
2. يتم الاستفادة من قوة الاحتكاك في عمل فرامل السيارات حيث تقلل قوة الاحتكاك من كفاءة سرعة السيارات.
3. في حياتنا اليومية يساعدنا الاحتكاك في سهولة السير في وسائل المواصلات، كما يسهم في كيفية توقف وسائل المواصلات، ونلاحظ ذلك في شكل احتكاك الأرض مع إطارات وسائل النقل.
4. يساعد الإنسان على المشي من خلال قوة احتكاك الجسم مع القدم.
5. يتم صنع إطارات السيارات بشكل خشن يتناسب مع الطريق ليحدث بين إطارات السيارات والطريق احتكاك ينشأ عنه قوة تسمح للسيارات بالحركة.
6. نجد أن هناك احتكاك يحدث بين أجزاء الدراجة لذلك يستخدم بعض أنواع زيوت التشحيم لتقليل قوة الاحتكاك.
7. يساعدنا في الزراعة على قمم الجبال نتيجة احتكاك الجبل مع التربة، ويؤدي إلى إنبات النباتات.
8. يسهل على الإنسان التقاط الأشياء، واتزانها بين أيديه.
9. يساعد الكائنات الحية، والزواحف على السير والحركة.
قانون الاحتكاك
يتم من خلاله حساب قوة الاحتكاك، حيث يعتمد حسابها على معامل الاحتكاك، ومقدار القوة الضاغطة على السطح، وفيما يلي نعرض قانون الاحتكاك:
الصورة العامة لقانون الاحتكاك: (قوة الاحتكاك = القوة الضاغطة × معامل الاحتكاك) حيث أن:
– F تمثل قوة الاحتكاك، ويتم قياسها بوحدة نيوتن.
– µ ترمز إلى معامل الاحتكاك وليست ثابتة فهي تختلف حسب نوع السطح.
– معامل الاحتكاك ليس له وحدة قياس ولكن نجد أن معامل الاحتكاك يعتمد على نوع حالة الأجسام، كما يعتمد على نتائج التجربة.
– N تمثل القوة الضاغطة للوزن، هذا يعني أن N= الكتلة × عجلة الجاذبية الأرضية.
– حيث يرمز إلى الكتلة بالرمز m ويرمز إلى عجلة الجاذبية الأرضية بالرمز g.
N = m × g
– نجد أن قوة الاحتكاك تتناسب تناسبًا طرديًا مع القوة الضاغطة للوزن.
– في حالة ثبات الوزن لكلًا من الجسمين، فإن مساحة التصاق الجسدين لا تحدد قوة الاحتكاك.
– قوة الاحتكاك لا تتأثر بسرعة الجسم، في حالة الأجسام الساكنة.
