بحث عن الاحتكاك وأنواعه

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

قوانين الاحتكاك

لقوة الاحتكاك عدة قوانين تشرح مبدأ عملها، ومن هذه القوانين:

• تتناسب قوة الاحتكاك مع وزن الجسم بشكل مباشر.
• لا تحدد منطقة التلامس قوة الاحتكاك إذا كان وزن الجسمين ثابتًا.
• لا تتأثر قوة الاحتكاك بسرعة الجسم بشرط ألا يكون الجسم ثابتًا.

أنواع الاحتكاك

عند البدء في بحث عن الاحتكاك وجدنا أن لا توجد بيئة بدون احتكاك في الطبيعة، ولا حتى في الفضاء الخارجي؛ وقد تتفاعل الجسيمات الصغيرة مع بعضها البعض لتكوين قوة احتكاك، لذلك هناك عدة أنواع من قوة الاحتكاك، وهم:

الاحتكاك الحركي:

ينتج عن حركة جسم واحد بالنسبة لجسم آخر.

الاحتكاك السّاكن:

• وهو ما يتم إنشاؤه بين سطحين أو كائنين ثابتين بالنسبة لبعضهما البعض، بحيث لا يتحرك أي من الجسمين، يظلان في موضعهما، وهذا أيضًا ما يمنع الكائن من الانزلاق على سطح مائل.
• يكون مقدار الاحتكاك الساكن بين جسمين أكبر من مقدار الاحتكاك بين الجسمين أنفسهم عندما يتحركان ضد بعضهما البعض.

الاحتكاك الدوّار:

• يحدث الاحتكاك المتداول عندما تتدحرج عجلة أو كرة أو بكرة بحرية على سطح ما
• والسبب الرئيسي للاحتكاك أثناء التدحرج هو فقدان الطاقة المسؤولة عن تشوه الأجسام؛ فعندما تتدحرج الكرة على سطح مستوٍ، فإن هذه الكرة سوف تتعطل قليلاً وسوف يكون السطح خشناً قليلاً في منطقة ملامسة الكرة.
• هذه الخسارة الداخلية للكرة والسطح هي التي تمنع الكرة من القفز من الأرض بنفس المستوى الذي سقطت فيه.
• معامل الاحتكاك للاحتكاك الدوار هو 100 إلى 1000 مرة أقل من الاحتكاك الطبيعي.
• على سبيل المثال، تتعرض ذرات نفس المادة الصلبة للاحتكاك مع بعضها البعض عند ضغط مكعب معدني، تتحرك كل الذرات المكونة لها وتخلق ما يسمى بالاحتكاك الداخلي، كلما زادت كثافة السائل، زادت لزوجته، بحيث يصبح العسل، على سبيل المثال، أكثر لزوجة من الماء.

معامل الاحتكاك

• عند إجراء بحث عن الاحتكاك سنجد أن معامل الاحتكاك كمية عددية تُستخدم للتعبير عن النسبة بين قوة الاحتكاك وقوة الضغط بين جسمين.
• المعدن له معامل احتكاك منخفض أي أنه ينزلق بسهولة أما بالنسبة للمطاط والأسفلت، فلهما معامل احتكاك مرتفع للغاية أي أنهما لا ينزلقان.

تطبيقات على قوّة الاحتكاك

• تلعب قوة الاحتكاك دورًا مهمًا في حياة الإنسان اليومية عندما يرتبط جسمان ببعضهما البعض، يتم إنتاج الطاقة الحرارية بسبب نقل بعض الطاقة الحركية إليها بواسطة قوة الاحتكاك، وهذا هو سبب نشوء النار عندما تضرب العصا بعضها البعض.

• قوة الاحتكاك مسؤولة أيضًا عن إنتاج أجزاء معينة من الدراجات، لذلك يتم استخدام أنواع معينة من السوائل ومواد التشحيم لتقليل احتكاك أجزاء الدراجة.

• وفي مجال السيارات، يتم تطبيق مبادئ الاحتكاك على إطارات السيارات إذا كانت الإطارات زلقة وكان سطح الطريق الذي تسير عليه السيارة زلقًا أيضًا.

فستستمر في التحرك دون توقف حتى لو حاول السائق إيقافها، لهذا السبب؛ يتم تصنيع إطارات السيارات بحيث يكون لها سطح خشن لفركه على الطريق.

طرق تخفيض الاحتكاك

1. الأجهزة: مما يحول الاحتكاك المنزلق إلى بكرات، مثل: الأنابيب والعجلات الدوارة.
2. التقنيات: استخدمها مهندسو السكك الحديدية عندما قاموا بفك الوصلات بين المقطورات.
3. الالتحام البارد: عندما يتم ضبط سطحين ناعمين للغاية مع إزالة الشوائب، مما يجعلها لزجة ويصعب فصلها عن بعضها البعض.
4. المزلقات:

تستخدم الزيوت ومواد التشحيم لتقليل الاحتكاك وتسمى مواد التشحيم حيث يقلل الزيت من قوى الاحتكاك بين الجسم والسطح.

تعتبر درجة اللزوجة مهمة للغاية، ويتم تحديد كفاءة زيت التشحيم بناءً على درجة اللزوجة التي تحددها تداخل جزيئات السائل، مع زيادة لزوجة السائل مع تداخل الجزيئات السائلة، وهذا يرتبط أيضًا بتأثير درجة الحرارة على زيت التشحيم.

تطبيقات على الاحتكاك

عند عمل بحث عن الاحتكاك سنجد من تطبيقاته الآتي:

• الدراجات الهوائية: يستخدم زيت تشحيم للدراجات لتقليل الاحتكاك.
• إطارات السيارات: الإطارات ملساء لتقليل احتكاك الدراجة على الأرض.
• المكابح: تُستخدم قوة الاحتكاك لفرملة السيارة، لأن قوة المقاومة توقف قوة المحرك.
• يؤدي احتكاك اليدين معًا إلى التسخين، حيث ينتج طاقة حرارية تجعلها تشعر بالدفء.
• يتم تصنيع سيارات السباق بشكل أكبر لتقليل مقاومة الهواء، حيث تستهلك السيارة لترًا من البنزين لتحمل الاحتكاك في السيارة أثناء السفر، ولهذه الغاية تكون سيارات السباق أكثر كفاءة في تقليل مقاومة الهواء للسيارة.

مساوئ الاحتكاك

• استخدام الاحتكاك مع مرور الوقت يشوه السطح.
• مع الاحتكاك المتكرر وزيادة التشوه، يصبح التشوه حرارة، يجب إزالتها من هذه الحرارة عند استخدام الآلات بالتبريد.
• يُهدر قدر كبير من الطاقة في تكرار عملية الاحتكاك، حيث تذوب بعض الأجزاء بالاحتكاك.
• يؤدي الاحتكاك المتكرر على مدى فترات طويلة إلى تعطل الآلة بمرور الوقت يتسبب الاحتكاك في تأخير الكشف عن العديد من قوانين المرور نتيجة الاحتكاك، لأن الحرارة المتولدة من الاحتكاك تبدد الحرارة بسرعة، مما يؤخر الكشف عن قوانين المرور.
• قال الفيلسوف أرسطو إن الأجسام المتحركة تفقد طاقتها دون مقاومة القوة، وقد ثبت خطأ هذه النظرية والسبب في هذا الخطأ نابع من الاحتكاك.

زاوية الاحتكاك

يتم قياس زاوية الاحتكاك، وهي الزاوية بين رد الفعل المستقبَل والتفاعل الرأسي زاوية الاحتكاك.

أهميّة قوة الاحتكاك

تعتمد العديد من التصميمات الميكانيكية على تقليل قوة الاحتكاك بدعوى أن الشغل المتناثر لمقاومتها هو عمل ضائع لأنها تنتج حرارة وتتسبب في تشوه الماكينات، ولكن في الواقع تقدم قوة الاحتكاك العديد من الفوائد، منها:

• بدون قوة الاحتكاك، لم تكن وسائل النقل قادرة على العمل، لأنها تعتمد على قوة الاحتكاك بين عجلاتها والأرض للتوقف.
• لن يتمكن الشخص من الإمساك بأشياء كثيرة ولن يكون قادرًا على المشي؛ لأن قدميه ستنزلقان على الأرض.
• لولا هذا القانون الطبيعي، لكانت الجبال تنهار وتنزل منها الأرض.

فوائد الاحتكاك

1. يسهل حركة وسائل النقل المختلفة مثل السيارات من خلال خلق قوة احتكاك بين الأرض والعجلات ومساعدة جهاز النقل في الحفاظ على سلامته.
2. يعمل عن طريق تثبيت الأرض على قمم الجبال، وكذلك تثبيت المباني في مكانها، وقد وجد أنه بدون احتكاك تكون الحياة زلقة.
3. يعمل على مساعدة الناس على الوقوف على أقدامهم بثبات، ويعمل على مساعدتهم على المشي من خلال خلق قوة احتكاكية بينهم وبين أقدامهم.
4. يعمل على مساعدة الناس على الاحتفاظ بالأشياء في أيديهم، وعدم إسقاطها.

أضرار الاحتكاك

1. يساعد على إهدار الحرارة الناتجة عن الاحتكاك.
2. يساعد هذا في اندماج بعض الأجسام، بسبب الطاقة الحرارية المتولدة، والتي تتسبب في تشويه الأشياء عن الخصائص المرتبطة بقوة الاحتكاك.
3. هذا هو السبب في أن الأجسام تفقد كفاءتها وقدرتها على التحمل، كما أنها تبلى بمرور الوقت، حيث تتعطل بعض الأجهزة، كما أنها تُصدر أصواتًا مزعجة بسبب التآكل.