كيف نجد (نحسب) قوة الاحتكاك الحركي

تُعد ظاهر الاحتكاك من الظواهر الفيزيائية الأساسية المرافقة للحركة، ولكن كيف بإمكاننا حساب قوة الاحتكاك الحركي؟

4 إجابات

ينشأ الاحتكاك الحركي نتيجة مقاومة الجسم للحركة أثناء انزلاقه على جسمٍ آخر، وتكون قوة الاحتكاك هذه معاكسةً للحركة بالاتجاه وتعمل على إعاقة الحركة حتى يصل الجسم المتحرك إلى حالة من السكون. والعلاقة المستخدمة لحساب قوة الاحتكاك الحركي هي:

كيف نجد قوة الاحتكاك الحركي

  • Fk هي قوة الاحتكاك.
  • µk هو معامل الاحتكاك الحركي (وتعتمد قيمة هذا المعامل على نوعية السطحين المتحاكين والسرعة النسبية بين السطحين).
  • N قوة رد الفعل للجسم (تكون عموديةً على اتجاه الحركة).

وفقاً لهذه المعادلة فإنّ قوة الاحتكاك الحركي تُساوي فقط قوة رد الفعل (المتعلقة بوزن الجسم) مضروبةً بمعامل الاحتكاك. وبذلك فإنّ قوة الاحتكاك تبقى ثابتةً مهما زادت قوة الدفع بل وتبقى ثابتةً في مجالاتٍ معينة من السرع النسبية.

عندما تكون الحركة أفقيةً فقوة رد الفعل تكون مساويةً لوزن الجسم أي قيمة الكتلة مضروبةً بتسارع الجاذبية الأرضية، أما عند وجود ميلان فإنّ قيمة رد الفعل تتغير لأنّ ردّ الفعل يكون عمودياً على مسار الحركة في حين أنّ الوزن يصنع زاوية معينة معه ويمكن حساب N كالتالي:

(N = mg cos (θ

كيف نجد قوة الاحتكاك الحركي

أكمل القراءة

تخضع السطوح الصلبة المتحركة فوق بعضها لنوعين من قوى الاحتكاك: الاحتكاك الستاتيكي والحركي. الاحتكاك الستاتيكي يطرأ عندما تكون السطوح المتلامسة ساكنة بالنسبة لبعضهأ، في حين يقاوم الاحتكاك الديناميكي حركة السطح المتحرك فوق الآخر. يجب التأكيد على أن الاحتكاك الستاتيكي أعلى قيمةً من الديناميكي، أما وراء السبب من وراء ذلك فهناك فرضيتان كلاهما مثبت في بعض الظروف ومنقوض في أخرى: 

الفرضية الأولى هي أن الاحتكاك ينجم عن تشابك التضاريس الميكروسكوبية للسطوح مع بعضها البعض مما يؤدي لممانعة حركة، حيث أن الحركة لا تبدأ وتستمر إلا مع تغلب قوى الدفع على على هذه التضاريس إما بحتها أو تشويهها تشوهًا لدنًا. 

الفرضية الثانية تفترض أن الاتصال الحقيقي بين السطحين يتم في جزء صغير جداً من السطح يدعى بالسطح الفعال يتمثل في نقاط التلامس ما بين تضاريس السطح الأول والسطح الثاني. نتيجة لصغر هذا السطح فإن قوى التجاذب (فان ديرفالس) تكون شديدة للغاية عند السطح الفعال مما يؤدي لممانعته لحركة أي من السطحين. 

في كلا الحالتين قإن قيمة معامل الاحتكاك بين السطوح الحركي يتم حسابه تجريبياً وفقاً للعلاقات المذكورة في المثال التالي:

كيف نجد قوة الاحتكاك الحركيكيف نجد قوة الاحتكاك الحركيكيف نجد قوة الاحتكاك الحركيكيف نجد قوة الاحتكاك الحركي

أكمل القراءة

تُعرف قوة الاحتكاك الحركي بأنّها قيمة قوة المقاومة التي يطبقها سطح ما على أي جسم متحرك فوقه للحد من سرعته وإيصاله إلى السكون، تُقاس هذه القوة بالنيوتن (N)، أحد أمثلتها التي يمكن أن تصادفك في حياتك اليومية هي مقاومة الطريق لتحريك سيارة من قبل بعض الأشخاص عن طريق الدفع، حيث يمكن أن تتحرك السيارة بعد تطبيق قوة ما من قبل هؤلاء الأشخاص، لكن الطريق يطبق قوة مقابلة لقوة دفع الأشخاص، هذه القوة هي قوة الاحتكاك الحركي.

لحساب هذه القوة نستخدم المعادلة التّالية المعبرة عنها:

Fk =μk.Fn

حيث:

Fk: هي قوة الاحتكاك الحركي المطلوب حسابها، لا يملك هذا المعامل اي واحدة، وإنّما يؤخذ كقيمة ثابتة بناءً على نوع السطح المدروس.

μk: عبارة عن معامل الاحتكاك الحركي الخاص بالحالة المطلوب دراستها.

Fn: عبارة عن قوة ردة الفعل العمودية للسطح على الجسم المتحرك عليه.

وكما نعلم أن قوة ردة الفعل للسطح تساوي إلى كتلة الجسم المتحرك مضروبةً بالتسارع الناتج عن قوة الجاذبية الأرضية.

تتغير المعادلة السابقة عندما يكون السطح مائلًا، حيث يدخل عاملٌ جديد على المعادلة؛ لتصبح بالشّكل التالي:

(Fk​​ ​= μk​.mg.cos(θ

حيث:

θ: هي زاوية ميلان السطح الذي يتحرك عليه الجسم.

أكمل القراءة

حساب قوة الاحتكاك الحركي

يؤثر بأيّ جسم سواء كان هذا الجسم ساكن أو متحرك بحركات (إنسحابيّة، دورانيّة) مجموعة من القوى الّتي تعيق الجسم وحركتهِ، ومن الممكن أن تؤثر فيه ردود أفعال نتيجة حركات معيّنة، وتساهم هذه القوى بثبات الجسم وبقاءَهُ منتظم في حركاته ومن أمثلة هذه القوى (قوة الاحتكاك).

قوة الاحتكاك هيَ عبارة عن مقاومة تنتج عن حدوث تلامس واحتكاك بين جسم متحرك وسطح خشن. في حال تحرّكَ جسم على سطح أملس غير خشن، فإنَّ قوى الاحتكاك ستكون معدومة، أيّ أنّها تساوي الصّفر.

ويمكن أن نطبق قوّة الاحتكاك على قطعة معدن بحيث: نضع القطعة المعدنيّة على مقعد خشب ونعطي سرعة ابتدائية للقطعة ونتركها، فتتحرك للأمام بحركة متسارعة وتبدأ الحركة بالتباطئ رويدًا رويدًا حتّى تتوقّف القطعة. ويكون سبب تباطئ وتوقّف القطعة عن الحركة هو وجود قوّة مقاومة أدّت إلى تعطيل حركة الكتاب ندعوها قوّة الاحتكاك.

ويمكن حساب قوة الاحتكاك الحركي كالأتي:

  • وفقَ قانون نيوتن الثّاني

حيث مجموع أعمال القوى المؤثرة في الجسم تساوي تسارع الجسم بكتلته.

F = m × a   ومنهُ:

  • F القوى المؤثرة على الجسم ومنها قوّة الاحتكاك، واحدتها نيوتن.
  • m كتلة الجسم، واحدتها الكيلوجرام.
  • a تسارع الجسم، واحدته متر على ثانية.

وثمَّ نقوم بعزل قوّة الاحتكاك حِسب المعطيات والقوى المؤثرة (كمعادلة رياضيّة) ونقوم بحسابها.

  •  وفقَ ممانعة حركة الجسم الماديّ على السّطح.

قوّة الاحتكاك تساوي معامل الاحتكاك × القوّة العمودية. وتعطى بالعلاقة:

F = μN ومنهُ سيكون:

  • F هي قوّة الاحتكاك، وتقاس في الجملة الدوليّة بواحدة نيوتن N.
  • N وهي القوّة العموديّة الكائنة بين الجسم المتحرك والسّطح.
  • μ معامل أو ثابت الاحتكاك، ويختلف من سطح لآخر.

وبهذه الطّرق نستطيع إيجاد قوى الاحتكاك ومعرفة قيمتها.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "كيف نجد (نحسب) قوة الاحتكاك الحركي"؟