المحتوى
تمارس السطوح قوة احتكاكية تقاوم الحركات المنزلقة ، وتحتاج إلى حساب حجم هذه القوة كجزء من العديد من مشاكل الفيزياء. تعتمد كمية الاحتكاك بشكل أساسي على "القوة الطبيعية" ، التي تمارسها السطوح على الأشياء الموجودة عليها ، وكذلك خصائص السطح المحدد الذي تفكر فيه. بالنسبة لمعظم الأغراض ، يمكنك استخدام الصيغة F = μN لحساب الاحتكاك ، مع N يقف على القوة "الطبيعية" و "μ"دمج خصائص السطح.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)
احسب قوة الاحتكاك باستخدام الصيغة:
F = μN
أين N هي القوة الطبيعية و μ هو معامل الاحتكاك لموادك وما إذا كانت ثابتة أو متحركة. القوة الطبيعية تساوي وزن الكائن ، لذلك يمكن أيضًا كتابة:
F = μmg
أين م هي كتلة الكائن و ز هو التسارع بسبب الجاذبية. يعمل الاحتكاك على معارضة حركة الكائن.
ما هو الاحتكاك؟
يصف الاحتكاك القوة بين سطحين عند محاولة تحريك أحدهما عبر الآخر. القوة تقاوم الحركة ، وفي معظم الحالات تعمل القوة في الاتجاه المعاكس للحركة. أسفل المستوى الجزيئي ، عندما تضغط سطحين معًا ، يمكن أن تتشابك العيوب البسيطة في كل سطح ، وقد تكون هناك قوى جذابة بين جزيئات مادة ما والآخر. هذه العوامل تجعل من الصعب تحريكها بعضها البعض. لا تعمل على هذا المستوى عندما تحسب قوة الاحتكاك. للحالات اليومية ، يجمع الفيزيائيون كل هذه العوامل معًا في "معامل" μ.
حساب قوة الاحتكاك
تصف القوة "العادية" القوة التي يمارسها السطح (أو يتم الضغط عليه) على الكائن. بالنسبة للجسم الثابت على سطح مستو ، يجب أن تعارض القوة تمامًا القوة بسبب الجاذبية ، وإلا فإن الجسم سوف يتحرك ، وفقًا لقوانين نيوتن للحركة. القوة "الطبيعية" (N) هو اسم القوة التي تفعل هذا.
انها تعمل دائما عمودي على السطح. هذا يعني أنه على سطح مائل ، ستظل القوة العادية تشير مباشرة بعيدا عن السطح ، بينما تشير قوة الجاذبية إلى الأسفل مباشرة.
يمكن وصف القوة الطبيعية ببساطة في معظم الحالات من خلال:
N = ملغ
هنا، م يمثل كتلة الكائن ، و ز لتقف على التسارع بسبب الجاذبية ، وهو 9.8 متر في الثانية في الثانية (م / ث2) ، أو netwons لكل كيلوغرام (N / kg). هذا ببساطة يطابق "وزن" الكائن.
بالنسبة للأسطح المائلة ، تقل قوة القوة العادية كلما زاد ميل السطح ، وبذلك تصبح الصيغة:
N = ملغ كوس (θ)
مع θ يقف لزاوية السطح يميل إلى.
للحصول على مثال بسيط للحساب ، فكر في سطح مستوٍ به كتلة من الخشب يبلغ وزنها 2 كجم. ستشير القوة العادية إلى الأعلى مباشرةً (لدعم وزن الكتلة) ، وستحسب:
N = 2 كجم × 9.8 N / kg = 19.6 N
يعتمد المعامل على الكائن والوضع المحدد الذي تعمل به. إذا كان الكائن لا يتحرك بالفعل عبر السطح ، فإنك تستخدم معامل الاحتكاك الساكن μثابتة، ولكن إذا كان يتحرك ، فاستخدم معامل انزلاق الاحتكاك μالانزلاق.
عمومًا ، يكون معامل الاحتكاك المنزلق أصغر من معامل الاحتكاك الساكن. بمعنى آخر ، من السهل تحريك شيء ينزلق بالفعل بدلاً من تحريك شيء لا يزال.
تؤثر المواد التي تفكر فيها أيضًا على المعامل. على سبيل المثال ، إذا كانت كتلة الخشب من وقت سابق على سطح من الطوب ، فسيكون المعامل 0.6 ، ولكن بالنسبة للخشب النظيف ، يمكن أن يتراوح ما بين 0.25 إلى 0.5. بالنسبة للجليد على الجليد ، يكون المعامل الثابت هو 0.1. مرة أخرى ، يقلل معامل الانزلاق هذا أكثر ، إلى 0.03 للثلج على الجليد و 0.2 للخشب على الخشب. ابحث عن ذلك بحثًا عن سطحك باستخدام جدول عبر الإنترنت (انظر الموارد).
تنص صيغة قوة الاحتكاك على:
F = μN
على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك كتلة خشبية من كتلة 2 كجم على طاولة خشبية ، يتم دفعها من قرطاسية. في هذه الحالة ، يمكنك استخدام معامل ثابت ، مع μثابتة = 0.25 إلى 0.5 للخشب. مع الأخذ μثابتة = 0.5 لتعظيم التأثير المحتمل للاحتكاك ، وتذكر N = 19.6 N من وقت سابق ، القوة هي:
F = 0.5 × 19.6 ن = 9.8 ن
تذكر أن الاحتكاك لا يوفر سوى القوة لمقاومة الحركة ، لذلك إذا بدأت في دفعها بلطف وتزداد ثباتًا ، ستزداد قوة الاحتكاك إلى الحد الأقصى للقيمة ، وهو ما قمت بحسابه للتو. يكتب الفيزيائيون أحيانًا Fماكس لجعل هذه النقطة واضحة.
بمجرد أن تتحرك الكتلة ، تستخدمها μالانزلاق = 0.2 ، في هذه الحالة:
Fالانزلاق = μالانزلاق N
= 0.2 × 19.6 ن = 3.92 ن