بحث عن الاحتكاك

مقدمة بحث عن الاحتكاك

تعتبر قوة الاحتكاك من القوى الهامة التي يمكن استخدامها بشكل كبير في الحياة اليومية، وتؤثر على سرعة الجسم بشكل كبير، حيث تتناسب عكسيًا مع سرعة الجسم، فإذا كانت قوة الاحتكاك كبيرة، فإنها تعوق من سرعة الجسم، بينما إذا كانت قوة الاحتكاك قليلة، فإنها تساعد على زيادة سرعة الجسم.

يجدر بالذكر أن العلماء في القرن الخامس عشر الميلادي كانوا مهتمين بشكل كبير بقوانين الاحتكاك وقوانين يالتماس التي تشرح حركة الأجسام، والإمكانيات التي يحتاجونها لإتمام التجارب، كما تم دراسة قوة الاحتكاك بين الجزيئات والذرات بعضها مع بعض من خلال الأجهزة الحديثة.

ما المقصود بقوة الاحتكاك؟

تعني هذه الرقمية أن هناك قوة تنشأ بين سطحين متلامسين، تقلل من سرعة الحركة أو تعوقها حتى تتوقف، وهذا ما يحدث مع إطارات السيارات أثناء الحركة على الطرقات ومكابح السيارات التي تسمى بالفرامل، حيث تنشأ قوة الاحتكاك بين طنبور السيارة وتؤدي إلى وقف دوران العجلة، بالإضافة إلى قوة الاحتكاك التي تنشأ بين الكاوتش والطريق.

تتمثل وظيفة قوة الاحتكاك في تقليل سرعة الجسم المتحرك، أو إيقافه نهائيًا، وتتأثر هذه القوة بالعديد من العوامل التي تؤثر على أدائها الفعال

أنواع الاحتكاك

احتكاك جاف

القوة التي تعارض القوة النسبية بين سطحين صلبين وتنقسم إلى نوعين:

• الاحتكاك الساكن: وهو الاستاتيكي وهو بين الأسطح الثابتة

• الاحتكاك المنحرك: وهو الديناميكي بين الأسطح المتحركة.

الاحتكاك المائع:

يتم وضعه ضمن المواد السائلة اللزجة التي تتفاعل مع بعضها البعض.

الاحتكاك المشحم:

هو حالة احتكاك بين سطحين يفصل بينهما مادة لزجة.

يتمثل الاحتكاك في تأثير قوة عكسية لاتجاه سرعة الجسم عندما يتحرك على سطح ما، فعلى سبيل المثال، إذا دفعت جسمًا في اتجاه اليمين على سطح الأرض، ستكون قوة الاحتكاك في اتجاه اليسار عكس اتجاه حركة الجسم. وكلما كانت النتوءات والفجوات بين الجسمين أقل وكانت الأسطح أكثر نعومة، كلما كانت قوة الاحتكاك أقل. وتعتمد هذه القوة بشكل أساسي على النتوءات الموجودة على السطحين عند اصطدامهما ببعضهما البعض، وفي هذه الحالة يتم نقل تلك النتوءات بجانب بعضها البعض. وتعتمد منطقة الاتصال الفعلية بين الجسمين على الجسم المنزلق والسطح. وتتناسب قوة الاحتكاك مع القوة العمودية الإجمالية، وتساوي القوة العمودية وزن الجسم، ولكن باتجاه مختلف. وفي حالة عدم وجود زيت أو تشحيم، مثل حالة الاحتكاك الجاف، حيث لا يوجد مادة تشحيم أو زيت، تكون القوة الاحتكاكية منفصلة عن السرعة. ولا تعتمد قوة الاحتكاك على المادة التي توجد بين الجسم والسطح الذي ينزلق عليه. كما تعتبر المنطقة الفعلية للإحتكاك منطقة صغيرة نسبياً، وتكون هذه المنطقة على المنطقة المعروفة بالنتوءات الصغيرة التي تلامس بعضها بعضًا على الجسم المنزلق والسطح.

معامل الاحتكاك

النسبة بين قوة الاحتكاك بين جسمين وقوة الضغط المطبقة عليهما تمثلها كمية رقمية، ولا تحمل أي وحدة قياس لأنها تعتمد على المواد المستخدمة في الجسمين. وكلما كان الانزلاق سهلا، زاد معامل الاحتكاك بشكل نسبي صغير. على سبيل المثال، عندما ينزلق الجليد فوق الحديد، وعلى العكس، إذا كان الاحتكاك صعبا وبطيئا مثل احتكاك المطاط على الإسفلت، يكون معامل الاحتكاك قيمة عالية.

تصنيف الاحتكاك

1- الاحتكاك الساكن

يحدث الاحتكاك الساكن في الحالات التي لا يتحرك فيها الجسمان المتلامسان بالنسبة لبعضهما، مثل الطاولة الموضوعة على الأرض، ويتم تمثيله بمعامل الاحتكاك الساكن الذي يرمز له بالرمز (µ)

القوة الأساسية اللازمة لتحريك هذا الجسم تكون أعلى قليلا من قوة الاحتكاك ذاتها، أما قوة الاحتكاك الساكنة فتكون دائما أعلى من قوة الاحتكاك المتحركة.

يوجد أكبر مثال هو عجلات السيارة التي تكون دائرية الشكل وثابتة على الأرض دون أن تنزلق، وذلك لأن النقطة النسبية بين العجلة والأرض تكون ثابتة نسبيا إلى الأرض، ولذلك يتم وصف ذلك بالاحتكاك الساكن.

2- الاحتكاك المتحرك

يحدث الاحتكاك الساكن عندما تكون الأجسام ثابتة بالنسبة لبعضها البعض ولا تتحرك، ويحدث الاحتكاك الحركي نتيجة للحركة، ويكون أقل قيمة لمعامل الاحتكاك الساكن

ومن امثلة الاحتكاك المتحرك

1- المائع

تحدث الانزلاق بين جسم صلب وجسم سائل أو غازي، مثل انزلاق قطعة من الحديد داخل الماء أو مقاومة الهواء لحركة الطائرة.

2- الانزلاقي

وهي عبارة عن الاحتكاك بين جسمين صلبين، مثل نقل الطاولة على الأرض.

الطاقة المفقودة بسبب الاحتكاك

عند حركة جسم بمعامل احتكاك حركي u، يتولد قوة عمودية على الجسمين، ويفقد الجسمان طاقة في الاحتكاك، وتوجد مسافة أفقية بينهما، وبالتالي يمكن حساب هذه القوة الاحتكاكية باستخدام القانون:

U = المقطوعة X µ X قع Xف حيث ف هي المسافة المقطوعة بواسطة الجسم

ويكون الاحتكاك في هذه الحالة كمية غير موجهة.

العوامل المؤثرة في الاحتكاك

تعتبر قوة الاحتكاك قوة تعيق أو تمنع الحركة المعاكسة بين سطحين متلامسين، وتنشأ بفعل قوى التجاذب الكهرومغناطيسي بين الجسيمات المشحونة في السطحين.

الاحتكاك يتأثر بعدة عوامل، بما في ذلك: قوة الاحتكاك:

• ملمس الجسم المتحرك: تعتمد قوة الاحتكاك على ملمس الجسم المتحرك، حيث يزداد تأثير الاحتكاك عندما يكون الملمس خشنًا، ويصعب الحركة في هذه الحالة، بينما يخف تأثير الاحتكاك عندما يكون الملمس ناعمًا، وتسهل الحركة في هذه الحالة، مثلما يتحرك الكرة الناعمة بسلاسة وسرعة أكبر من الكرة الخشنة، وتقطع مسافة أقصر في نفس الزمن.
• ملمس السطح: قوة الاحتكاك تعتمد على ملمس وطبيعة السطح، حيث يعيق السطح الخشن حركة الجسم بشكل أكبر، بينما يجعل السطح الناعم حركة الجسم أسهل، كما يمكن مثلاً ملاحظة الفرق في حركة السيارة على سطح مليء بالحصى مقارنة بحركتها على سطح مسطح.
• شكل الجسم المتحرك: عندما يكون سطح الجسم الصلب أو الغازي الذي يتحرك عليه الجسم متغيرًا، يختلف شكل الاحتكاك عند حركة الجسم المتحرك، ويتم تحديده من خلال تصميم المساحة للجسم المتحرك مع ملمس السطح الذي يتحرك عليه الجسم، مثلما تختلف حركة الكرة في الماء عن حركتها في الهواء من حيث السرعة.
• القوة العمودية: قوة الاحتكاك تعتمد تعلى القوة العمودية والتي تقوم بدورها بالتأثير على الجسم المتحرك،ومن الجدير بالذكر أن القوة العمودية تتناسب عكسياً مع الوزن، وهذا ما يجعل قيمتها أكبر للجسم الذي يكون وزنه قليل، كما أنها تتناسب طردياً مع قوة الاحتكاك، وذلك ما يتضح من خلال القانون التالي F = µ N ، حيث إن:
  • µ: معامل الاحتكاك.
  • F: قوة الاحتكاك.
  • N: القوة العمودية.

فوائد الاحتكاك

يعتقد كثيرون أن قوة الاحتكاك هي قوة زائفة وسيئة تؤدي إلى تبديد سرعة الأجسام وتعسر انزلاقها. وعمل العديد من علماء الميكانيكا والفيزياء على تقليل قوة الاحتكاك بين الأجسام لزيادة السرعة وتقليل المقاومة في التروس في الآلات الحديثة. ولكن هذا الاعتقاد خاطئ للغاية. وإذا أجبنا على هذا السؤال، نصل إلى إجابة واضحة وهي: ماذا سيحدث إذا كانت قوة الاحتكاك بين الأجسام تساوي صفر؟

إذا كانت قوة الاحتكاك تساوي الصفر، فلن تستطيع المركبات الحركة على الأرض، إذ تعتمد السيارات والقطارات بشكل أساسي على قوة الاحتكاك للحركة، وإذا تم تشغيلها، فلن تتمكن من الوقوف، وذلك لأن المكابح تعتمد بشكل كبير على قوة الاحتكاك بينها وبين الأسفلت.

لا يستطيع الإنسان حمل أو احتضان أي شيء بين يديه بسهولة بسبب الانزلاق الكبير الذي يحدث، ولا يستطيع الوقوف على الأرض بثبات بسبب ضعف قوة الاحتكاك التي تثبت جسم الإنسان على الأرض بشكل مستقر. كما لا يمكن للإنسان بناء أي مبنى أو منزل، وستتفتت الجبال وتنهار بدون أي أساس على الأرض. وهناك الكثير من الفوائد الأساسية للحياة اليومية، مثل تثبيت عجلات السيارات والشاحنات على الأرض، بما في ذلك تثبيت عجلات القطارات على السكك الحديدية. تساعد القوة الاحتكاكية أيضًا الإنسان على المشي بثبات في جميع الأماكن، وتمنع الانزلاق بين الحذاء والأسفلت أو الرصيف. وتعمل القوة الاحتكاكية أيضًا على تثبيت المباني والجبال المتصلة بالأرض، والحبال المربوطة التي لا تنفك بسبب القوة الاحتكاك.

الاضرار الناتجة عن الاحتكاك

تم ذكر العديد من الفوائد قبل قليل بخصوص الاحتكاك وضرورته في الحياة اليومية، ولكن هناك أيضا بعض الأضرار التي يمكن رؤيتها على المدى البعيد. المجهود المبذول بين الأجسام المتحكمة يتحول أو يتجسد في شكل طاقة حرارية وأحيانا يؤدي إلى تشوه بين الأجسام على المدى البعيد. على سبيل المثال، في مجال ميكانيكا الأجهزة والآلات، وخاصة تلك التي تعتمد بشكل كبير على الاحتكاك وتعمل بالتروس، يضيع الكثير من الجهد في الاحتكاك والحرارة المتولدة منه. وأحيانا يؤدي الاحتكاك إلى تآكل وذوبان بعض الأجزاء من الأجسام المتحكمة ويتسبب في تشوهات في الآلات على المدى البعيد.

طرق تقليل الاحتكاك

هناك العديد من الطرق التي تساعد على تقليل الاحتكاك، وتشمل هذه الطرق ما يلي:

1- سوائل التزليق: تعمل الزيوت والشحوم على تقليل معامل الاحتكاك بين الأجسام وبعضها البعض.

يستخدم بعض التقنيات مثل ارخاء الفواصل بين مقطورات القطارات لتقليل الاحتكاك الكلي الموزع على الزمن.

تشمل الأجهزة المثلجات الدوارة، ومن أمثلة ذلك العجلات المستخدمة في المطارات التي تحول الاحتكاك الانزلاقي إلى احتكاك دحروجي.

يتضمن هذا البند إزالة الشوائب بين الأجسام المتلاصقة حتى تصبح سطحية بلا فجوات أو نتوءات.

تطبيقات على الاحتكاك

يُمكِنُ استخدام العديد من التطبيقات التي تُستخدَمُ للتدليك في الحياة اليومية، وتتضمن هذه التطبيقات ما يلي:

• خروج الحبر من القلم.
• لعبة شد الحبل.
• السباحة في البحر أو في حمامات السباحة.
• ألية عمل مكابح السيارات والدراجات.
• التزحلق على الجليد أو الرمال.
• النزول من منزلق عالي.
• الحرائق التي تحدث في الغابات.
• احتكاك اليد لتوليد حرارة للتدفئة.
• استعمال الممحاة في الصفحات الورقية.
• إشعال النيران.
• تنظيف الأسنان باستخدام الفرشاة أو السواك.
• الكتابة على الأسطح.
• تنظيف الأسطح من الغبار والأتربة.

خاتمة بحث عن الاحتكاك

في النهاية، يجب التعرف على القوانين الفيزيائية لأنها تفسر العديد من الظواهر غير المفهومة في حياتنا، وتشمل هذه القوانين قوة الاحتكاك التي تقلل من السرعة أو تعيق الحركة، وتم شرحها في الفقرات السابقة، بالإضافة إلى ذكر العوامل المؤثرة في قوة الاحتكاك وأنواعها وتطبيقاتها.

أسئلة شائعة