ما هي قوة الاحتكاك؟

تعرف قوة الاحتكاك (بالإنجليزية: Frictional force) بأنها القوة التي تقاوم انزلاق أو دحرجة جسم صلب على جسم صلب آخر، وهي تعد مفيدة في غالب الأحيان، فهي تعمل على تثبيت جسم الإنسان ومنع انزلاقه أثناء المشي، إلا أن مقاومتها للحركة قد تكون ذات آثار سلبية أحيانًا أخرى، إذ يتم استهلاك حوالي 20% من قوة محرك السيارات للتغلب على قوى الاحتكاك في الأجزاء المتحركة للسيارة، إلا أن احتكاك إطارات السيارة بالأرض في المقابل هو الذي يمكّن السائق من القيادة على الطريق ويمنع انزلاق السيارة.[١]


العوامل المؤثرة في قوة الاحتكاك

يوضح ما يأتي أبرز العوامل المؤثرة في قوة الاحتكاك:[٢]

  • طبيعة أو تركيب السطح: فكلما زادت خشونة الأسطح زادت قوة الاحتكاك الناشئة، وفي حال كانت الأسطح ملساء فإن قوة الاحتكاك تكون قليلة.
  •  مقدار القوة: إذ تتأثر قوة الاحتكاك بمقدار قوة الترابط أو التجاذب بين الجسمين المتلامسين.
  • وزن الجسم: فكلما زاد وزن الجسم زادت قوة الاحتكاك، والعكس صحيح، إذ تقل قوة الاحتكاك كلما قل وزن الجسم.


قانون حساب قوة الاحتكاك 

يمكن حساب قوة الاحتكاك من خلال استخدام العلاقة الآتية، ويشار إلى أن قوة الاحتكاك تقاس بوحدة نيوتن:[٣]


  • قوة الاحتكاك= معامل الاحتكاك × القوة العمودية، وبالرموز: ق.ح= μ × ق.ع، وبالإنجليزية: F = μN


حيث إنّ:

  • معامل الاحتكاك (μ): هو نسبة القوة المطلوبة لتحريك سطحين منزلقين فوق بعضهما البعض، والقوة التي تربطهما ببعضهما البعض.[٤]
  • القوة العمودية أو الطبيعية (N): هي قوة الدعم التي تُمارس على جسم متحرك ملامس لجسم آخر ثابت، ويكون اتجاهها عكس اتجاه قوة الجاذبية الأرضية، وهي تقل مع زيادة ميلان السطح.[٣]، ولحساب القوة العمودية، يتم استخدام العلاقة الآتية:[٣]


  • القوة العمودية= كتلة الجسم × ثابت الجاذبية الأرضية، وبالرموز: ق.ع= ك × جـ، وبالإنجليزية: N= mg


وإذا كان السطح مائلًا، تصبح العلاقة كالآتي:


  • ق.ع= ك × جـ × جتاθ، وبالإنجليزية: N= mg cosθ


  • حيث إنّ: 
  • θ: زاوية ميلان السطح.
  • جـ: 9.8 م/ث2.


أمثلة على حساب قوة الاحتكاك

فيما يأتي بعض الأمثلة التي توضح كيفية استخدام قانون حساب قوة الاحتكاك:


السؤال:

يتم سحب كتلة كبيرة من الجليد عبر بحيرة متجمدة، فإذا كان مقدار كتلة الجليد يساوي 300 كيلوغرام، ومعامل الاحتكاك بين السطحين الجليديين يساوي 0.05، فما قوة الاحتكاك المؤثرة على كتلة الجليد؟[٣]

الحل:
  • أولًا، يجب حساب مقدار القوة العمودية:
  • ق.ع = ك × جـ
  • ق.ع = 300 × 9.8 = 2940 نيوتن


  • يتم حساب مقدار قوة الاحتكاك من خلال التعويض المباشر في قانون قوة الاحتكاك:
  •  ق.ح= μ × ق.ع
  •  ق.ح= 0.05 × 2940 = 147 نيوتن





السؤال:

يتحرك متزلج بواسطة مزلجة على منحدر مائل بزاوية مقدارها 25 درجة، فإذا كانت كتلة المتزلج تساوي 62 كيلوغرامًا، ومعامل الاحتكاك يساوي 0.082، فما مقدار قوة الاحتكاك.[٥]

الحل:
  •  يجب أولًا حساب مقدار القوة العمودية:
  • ق.ع = ك × جـ × جتاθ 
  • ق.ع = 62 × 9.8 × جتا 25
  • ق.ع = 62 × 9.8 × 0.906 = 550.49 نيوتن


  • يتم حساب مقدار قوة الاحتكاك من خلال التعويض المباشر في قانون قوة الاحتكاك:
  •  ق.ح= μ × ق.ع
  •  ق.ح= 0.082 × 550.49 = 45 نيوتن





أنواع الاحتكاك

للاحتكاك نوعان رئيسيان، وهما:[٦]

  • الاحتكاك الساكن (بالإنجليزية: static friction)، وهو الاحتكاك الذي يكون بين سطحين ساكنين لا يتحركان بالنسبة لبعضهما البعض.
  • الاحتكاك الحركي (بالإنجليزية: kinetic friction)، وهو الاحتكاك الذي يكون بين الأسطح المتحركة.


المراجع

  1. ↑ "Friction", britannica, Retrieved 30/6/2021. Edited.
  2. ↑ "Friction: Factors Affecting Friction", infoplease, Retrieved 30/6/2021. Edited.
  3. ^ أ ب ت ث "What is Frictional Force?", byjus, Retrieved 30/6/2021. Edited.
  4. ↑ "Coefficient of Friction", sciencedirect, Retrieved 30/6/2021. Edited.
  5. ↑ "Static and Kinetic Friction", openstax, Retrieved 30/6/2021. Edited.
  6. ↑ "What is Friction?", livescience, Retrieved 30/6/2021. Edited.