بحث عن الاحتكاك

مقدمة بحث عن الاحتكاك

الاحتكاك من قوى هامة يمكن استخدامها بشكل كبير في الحياة اليومية، وتؤثر على سرعة الجسم. إذا كان الاحتكاك كبيرا، فإنه يعوق سرعة الجسم، وإذا كان قليلا، فإن سرعة الجسم تكون كبيرة.

يجدر بالذكر أن العلماء في القرن الخامس عشر الميلادي اهتموا كثيرا بقوانين الاحتكاك وقوانين الحركة التي تشرح حركة الأجسام والإمكانيات التي تحتاجها لإتمام التجارب، كما تمت دراسة قوة الاحتكاك بين الجزيئات والذرات مع بعضها البعض باستخدام الأجهزة الحديثة.

ما المقصود بقوة الاحتكاك؟

الاحتكاك هو قوة تنشأ بين سطحين متلامسين، ويتم توجيه حركة الجسم بعكس اتجاه السطح، مما يقلل من السرعة أو يعوقها حتى تتوقف. وهذا ما يحدث مع إطارات السيارات أثناء الحركة على الطرقات، ومع أجهزة الفرملة التي تكون قوة الاحتكاك بين طنبور السيارة والفرامل مسؤولة عن توقف دوران العجلة. بالإضافة إلى ذلك، تحدث قوة الاحتكاك بين الإطار والطريق.

وظيفة قوة الاحتكاك تكمن في تقليل سرعة السيارة وإعاقة حركتها حتى تتوقف، وتتأثر هذه القوة بالعديد من العوامل حتى تؤدي وظيفتها

أنواع الاحتكاك

احتكاك جاف

هي تلك القوة التي تقاوم القوة النسبية بين سطحين صلبين وتأخذ نوعين:

• الاحتكاك الساكن: وهو الاستاتيكي وهو بين الأسطح الثابتة

• الاحتكاك المنحرك: وهو الديناميكي بين الأسطح المتحركة.

الاحتكاك المائع:

وهي تكون بين المواد السائلة التي تكون لزجة بعضها مع بعض.

الاحتكاك المشحم:

هي حالة احتكاك بين سطحين يفصل بينهما مادة مائعة لزجة.

تتجلى الاحتكاك على شكل قوة تعمل في الاتجاه المعاكس لسرعة الجسم، على سبيل المثال، عندما تقوم بدفع جسم في اتجاه اليمين على الأرض، ستكون قوة الاحتكاك تعمل في اتجاه اليسار المضاد لاتجاه سرعة الجسم. وكلما كانت النتوءات والفجوات بين الجسمين أقل، وكلما كانت الأسطح أكثر انسيابية، كلما كانت قوة الاحتكاك أقل. وتعتمد هذه القوة بشكل أساسي على النتوءات الموجودة على السطحين عندما يتعاملان مع بعضها البعض، وفي هذه الحالة يتم نقل هذه النتوءات جنبًا إلى جنب. وتعتمد منطقة الاتصال الفعلية بين الجسمين على الجسم المنزلق والسطح. وتتناسب قوة الاحتكاك مع مجموع القوة العمودية، وتكون القوة العمودية مساوية لوزن الجسم ولكن في اتجاه مختلف. وفي حالة عدم وجود زيت أو تشحيم، مثل حالة الاحتكاك الجاف، حيث لا توجد مادة تشحيم أو زيت، تكون القوة الاحتكاكية منفصلة عن السرعة. ولا تعتمد قوة الاحتكاك على المادة الموجودة بين الجسم والسطح المنزلق. وتعتبر منطقة الاحتكاك المعروفة منطقة صغيرة نسبيًا، وتتكون هذه المنطقة من النتوءات الصغيرة التي تلامس بعضها البعض على الجسم المنزلق والسطح.

معامل الاحتكاك

العلاقة بين قوة الاحتكاك بين جسمين وبين القوة الضاغطة بينهما تمثل في كمية عددية ولا تحمل أي وحدة قياس، فهي كمية نسبية تعتمد على المواد المستخدمة في الجسمين. كلما كان الانزلاق أسهل، زاد عدد المعامل التناسبي للاحتكاك. على سبيل المثال، الانزلاق بين الجليد والحديد يكون لديه معامل احتكاك صغير نسبيا، بينما عكس ذلك يكون لديه معامل احتكاك عالي إذا كان الاحتكاك صعبا وبطيئا مثل احتكاك المطاط على الإسفلت.

تصنيف الاحتكاك

1- الاحتكاك الساكن

الاحتكاك الساكن يحدث عندما لا يتحرك الجسمان المتحكمان في نفس الوقت، مثل الطاولة الموضوعة على الأرض. ويمثل الاحتكاك الساكن بالرمز (µ)

تكون القوة الأولية اللازمة لتحريك هذا الجسم أكبر بقليل من قوة الاحتكاك نفسها، أما قوة الاحتكاك الساكن فتكون دائما أكبر من قوة الاحتكاك المتحرك.

وهناك أكبر مثال وهو العجلات السائرة التي لها شكل دائري ولا تنزلق على الأرض، والسبب في ذلك هو أن النقطة النسبية بين العجلة والأرض تكون ثابتة بالنسبة للأرض، ولذلك يشار إليها باسم الاحتكاك الساكن.

2- الاحتكاك المتحرك

يكون الاحتكاك الساكن عندما يكون الجسمان في حالة حركة بالنسبة لبعضهما البعض ويحدث احتكاك ناتج عن هذه الحركة. ويكون معامل الاحتكاك الساكن أقل قيمة

ومن امثلة الاحتكاك المتحرك

1- المائع

وعند وجود جسم صلب وجسم سائل مثل السوائل أو الغازات، فإن انزلاق قطعة حديد داخل الماء أو مقاومة الهواء لحركة الطائرة هما أمثلة على ذلك.

2- الانزلاقي

وتكون ممثلة في الاحتكاك بين جسمين صلبين، مثل تحريك الطاولة فوق الأرض.

الطاقة المفقودة بسبب الاحتكاك

عندما يتحرك جسم ما بمعامل احتكاك حركي يرمز له (u) ويكون هناك قوة عمودية على الجسمين وتكون الطاقة المفقودة في الاحتكاك وهناك مسافة مقطوعة بشكل أفقي بين الجسم فإنه يمكن حساب هذه القوة الاحتكاكية عن طريق القانون

يساوي U = µح X قع X ف، حيث أن ف هي المسافة التي يقطعها الجسم

ويكون الاحتكاك في هذه الحالة كمية غير متجهة

العوامل المؤثرة في الاحتكاك

قوة الاحتكاك هي القوة التي تمنع أو تعيق الحركة المتعارضة بين سطحين متلامسين، وتنشأ نتيجة لقوى التجاذب الكهرومغناطيسية بين الجسيمات المشحونة في السطحين.

تعتمد قوة الاحتكاك بشكل كبير على عدة عوامل، منها ما يلي:

• ملمس الجسم المتحرك: قوة الاحتكاك تعتمد على ملمس الجسم المتحرك، فإذا كان الجسم خشنا فإن قوة الاحتكاك تزداد مع السطح المقابل، مما يجعل الحركة صعبة، أما إذا كان السطح ناعما فيقل الاحتكاك وتصبح الحركة أكثر سهولة، على سبيل المثال، تتحرك الكرة الملساء بسرعة أكبر من الكرة الخشنة.
• ملمس السطح: قوة الاحتكاك تعتمد على ملمس السطح وخواصه، حيث يعيق السطح الخشن حركة الجسم بسرعة، بينما يسهل السطح الناعم حركة الجسم، مثل حركة السيارة على سطح مليء بالحصى وحركتها على سطح مستو.
• شكل الجسم المتحرك: في حالة تغير سطح صلب أو غاز، يتوقف الاحتكاك على شكل الجسم المتحرك، ويتم تحديد ذلك من خلال تصميم المساحة للجسم المتحرك مع ملمس السطح الذي يتحرك عليه الجسم، مثل حركة الكرة في الماء تختلف عن حركة الكرة 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 الكثير من الناس أن قوة الاحتكاك هي قوة زائفة وسيئة تقوم بتبديد سرعة الأجسام وتصعب من انزلاقها، ويعمل العديد من علماء الميكانيكا والفيزياء على تقليل قوة الاحتكاك بين الأجسام لزيادة السرعة، ولا توجد مقاومة بين التروس في الآلات الحديثة. ولكن هذا الاعتبار كان خاطئا جدا، وإذا أجبنا على هذا السؤال، فإننا سنصل إلى إجابة واضحة، وهي: ماذا سيحدث إذا كانت قوة الاحتكاك تكون صفر بين الأجسام؟

إذا كانت قوة الاحتكاك تساوي الصفر، فلن تتمكن المركبات من السير على الأرض، فالسيارات والقطارات تعتمد بشكل أساسي على قوة الاحتكاك للتحرك، وإذا تم تشغيلها فلن تتمكن من الوقوف، وذلك لأن المكابح تعتمد بشكل كبير على قوة الاحتكاك بينها وبين الأسفلت.

لن يتمكن الإنسان من حمل أو مسك أي شيء بين يديه لأنه سينزلق بشكل كبير، ولن يتمكن الإنسان من الوقوف على الأرض بشكل سليم بسبب انعدام قوة الاحتكاك التي تثبت جسم الإنسان في الأرض بشكل معتدل. كما لن يتمكن الإنسان من بناء أي بناية جديدة أو منزل، وسيصبح الجبل هباء منثورا ولن يكون لها أساس على الأرض. هناك العديد من الفوائد التي تسهم في سير الحياة اليومية ومنها ما هو مهم وضروري مثل تثبيت عجلات السيارات والناقلات التي تسير على الأرض مثل تثبيت عجلات القطارات على القضبان. وتساعد الإنسان على المشي بشكل سليم في جميع الأماكن لأنه يحول دون الانزلاق بين الحذاء والأسفلت أو الرصيف. كما يسهم في تثبيت البنايات والجبال المتصلة بالأرض والحبال المربوطة التي لا تنفك بسبب قوة الاحتكاك.

الاضرار الناتجة عن الاحتكاك

هناك العديد من الفوائد التي تم ذكرها سابقا عن الاحتكاك وضرورته في الحياة اليومية. ولكن هناك أيضا بعض الأضرار التي يمكن رؤيتها على المدى البعيد. فالاحتكاك بين الأجسام يتحول أو يتجسد في شكل طاقة حرارية، وأحيانا يتسبب في تشوه بين الأجسام على المدى البعيد. على سبيل المثال، في ميكانيكا الأجهزة والآلات التي تعتمد على الاحتكاك، يضيع الكثير من العمل في الاحتكاك والحرارة المتولدة منه. وأحيانا يؤدي الاحتكاك إلى تآكل وانصهار بعض الأجزاء وتسبب تشوهات في الآلات على المدى البعيد.

طرق تقليل الاحتكاك

هناك عدة طرق لتقليل الاحتكاك، ومن هذه الطرق:

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

بعض التقنيات المستخدمة، مثل تخفيف الفواصل بين مقطورات القطارات لتقليل الاحتكاك الكلي المنتشر على مدار الزمن.

الأجهزة مثل العجلات الدوارة، على سبيل المثال، تستخدم في المطارات لتحويل الاحتكاك الانزلاقي إلى احتكاك متدحرج.

تنظيف الشوائب بين الأجسام المتلاصقة حتى تصبح ملساء بدون فجوات أو تلال.

تطبيقات على الاحتكاك

هناك العديد من التطبيقات التي يمكن تطبيقها على الاحتكاك، ويمكن استخدام هذه التطبيقات في الحياة اليومية، وتتمثل فيما 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، أود أن أشير إلى أهمية معرفة القوانين الفيزيائية، حيث تشرح العديد من الأمور غامضة في حياتنا. ومن بين هذه القوانين قوة الاحتكاك التي تقلل السرعة وتعرقل الحركة. تم توضيح هذا في السابق وذكرت العوامل المؤثرة في قوة الاحتكاك وأنواعها وتطبيقاتها.

أسئلة شائعة