Frection(الاحتكاك)

Dr.K.ALKHALED

Frection(الاحتكاك)

معلومات عن الاحتكاك

لدراسة الاحتكاك دعونا نبدأ من حيث انتهى ليوناردو دافنشي Leonardo Da Vinci (1452-1519). فقبل أكثر من مئتي عام من ظهور قوانين نيوتن كتب دافنشي نَصَّين حول الاحتكاك: (1) إذا تضاعف الحِمل الموضوع على السطح فإن الاحتكاك سوف يتضاعف. (2) مساحة التماس بين الجسمين ليس لها تأثير على الاحتكاك. وإضافة إلى هذين النصين، عَرَّف دافنشي معامل الاحتكاك

μ

$μ$ على أنه النسبة ما بين الاحتكاك وكتلة الجسم المنزلق.

بعد مجيء جاليلو Galileo Galilei (1564-1642) ومن ثم مجيء نيوتن Isaac Newton (1642-1727) الذي بنى آراءه تأسيساً على آراء جاليلو، فقد اتضح مفهوم القوة، واتضح الفرق بين كتلة الجسم ووزن الجسم، فأصبح معامل الاحتكاك يعرف على أنه النسبة ما بين قوة الاحتكاك والقوة العمودية

F_{N}

$F_{N}$ التي يؤثر بها السطح على الجسم المنزلق.

إذا أثرنا بقوة على جسم (صندوق خشبي مثلا)، فإن الصندوق قد يبقى دون حركة، والسبب في ذلك يعود إلى وجود قوة احتكاك سكوني force of static frictional تعمل بعكس الاتجاه المطلوب. إن التجارب أظهرت أن الاحتكاك عائد إلى تداخل نتوءات السطحين مع بعضهما البعض. أما على المستوى النظري فإن الاحتكاك فيه الكثير من التعقيد، إذ تُعَدُ قوة الاحتكاك من القوى الكهرومغناطيسية ومن غير المجدي أن نخوض بها الآن.

تبدأ قوة الاحتكاك السكونية

f_{s}

$f_{s}$ من الصفر عندما تبدأ القوة المؤثرة على الجسم بالعمل، وتزداد مع ازدياد القوة المؤثرة على الجسم لتحريكة. يبقى الجسم في حالة السكون طالما أن القوة المؤثر لم يصل مقدارها لمقدار قوة الاحتكاك السكونية القصوى.

عندما يصبح الجسم على وشك الحركة بفعل القوة المؤثرة، فإن قوة الاحتكاك تصل إلى أقصى حد لها، وتسمى في هذه الحالة قوة الاحتكاك السكوني القصوى ونرمز لها بالرمز

f_{s max}

$f_{s max}$ وبعد ذلك يصبح الجسم في حالة حركة وتسمى قوة الاحتكاك في هذه الحالة قوة الاحتكاك الحركي

f_{k}

$f_{k}$ ، ويكون مقدارها أقل من مقدار قوة الاحتكاك السكوني القصوى.

إن مقدار قوة الاحتكاك يتناسب تناسبا طرديا مع القوة العمودية المؤثرة على الجسم، أي إن:

f = μ F_{N}

$f = μ F_{N}$
حيث

μ

$μ$ كمية غير بعدية تسمى معامل الاحتكاك coefficient friction.
وحيث أن لدينا نوعين من الاحتكاك، فإننا نستطيع أن نكتب تلك المعادلة في حالة الاحتكاك السكوني على الصورة:

f_{s} \leq μ_{s} F_{N}

$f_{s} \leq μ_{s} F_{N}$
حيث تشير إشارة أقل إلى الحالة التي كانت فيها القوة المؤثرة غير قادرة على جعل الجسم على وشك الحركة. أما إشارة المساواة فتشير إلى قوة الاحتكاك السكوني القصوى، أي إن:

f_{s max} = μ_{s} F_{N}

$f_{s max} = μ_{s} F_{N}$
حيث

μ_{s}

$μ_{s}$ كمية غير بعدية تسمى معامل الاحتكاك السكوني coefficient of static friction.
وفي حالة الاحتكاك الحركي، فإن المعادلة تصبح:

f_{k} = μ_{k} F_{N}

$f_{k} = μ_{k} F_{N}$
حيث

μ_{k}

$μ_{k}$ كمية غير بعدية تسمى معامل الاحتكاك الحركي coefficient of kinetic friction.
إن مقدار قوة الاحتكاك الحركي أقل من مقدار قوة الاحتكاك السكوني القصوى، ولذلك، فإن معامل الاحتكاك الحركي أقل من معامل الاحتكاك السكوني.