تمارس الأسطح قوة احتكاكية تقاوم الحركات المنزلقة ، وعليك حساب حجم هذه القوة كجزء من العديد من المشكلات الفيزيائية. يعتمد مقدار الاحتكاك بشكل أساسي على "القوة الطبيعية" التي تمارسها الأسطح على الأشياء التي تجلس عليها ، بالإضافة إلى خصائص السطح المحدد الذي تفكر فيه. لمعظم الأغراض ، يمكنك استخدام الصيغة:
لحساب الاحتكاك معنالوقوف على القوة "الطبيعية" و "μ"دمج خصائص السطح.
يصف الاحتكاك القوة بين سطحين عندما تحاول تحريك أحدهما عبر الآخر. تقاوم القوة الحركة ، وفي معظم الحالات تعمل القوة في الاتجاه المعاكس للحركة. أسفل المستوى الجزيئي ، عندما تضغط على سطحين معًا ، تظهر عيوب طفيفة في كل منهما يمكن أن يتشابك السطح ، وقد تكون هناك قوى جذب بين جزيئات مادة واحدة و الأخرى. هذه العوامل تجعل من الصعب تحريكهم وراء بعضهم البعض. لكنك لا تعمل على هذا المستوى عندما تحسب قوة الاحتكاك. في مواقف الحياة اليومية ، يجمع الفيزيائيون كل هذه العوامل معًا في "المعامل"μ.
تصف القوة "العادية" القوة التي يمارسها السطح الذي يرتكز عليه الجسم (أو يتم الضغط عليه) على الجسم. بالنسبة لجسم ثابت على سطح مستو ، يجب أن تعارض القوة تمامًا القوة الناتجة عن الجاذبية ، وإلا فإن الجسم سيتحرك ، وفقًا لقوانين نيوتن للحركة. القوة "العادية" (
ن) هو اسم القوة التي تفعل هذا.يعمل دائمًا بشكل عمودي على السطح. هذا يعني أنه على سطح مائل ، ستظل القوة العمودية متجهة بعيدًا عن السطح مباشرةً ، بينما ستتجه قوة الجاذبية لأسفل مباشرةً.
يمكن وصف القوة الطبيعية ببساطة في معظم الحالات من خلال:
N = ملغ
هنا،ميمثل كتلة الجسم ، وزتشير إلى عجلة الجاذبية ، وهي 9.8 متر لكل ثانية في الثانية (م / ث2) ، أو الشبكات لكل كيلوغرام (N / kg). هذا ببساطة يطابق "وزن" الكائن.
بالنسبة للأسطح المائلة ، تقل قوة القوة العادية كلما زاد ميل السطح ، وبالتالي تصبح الصيغة:
N = mg \ cos {\ theta}
معθالوقوف على الزاوية التي يميل إليها السطح.
للحصول على مثال حسابي بسيط ، ضع في اعتبارك سطحًا مستويًا به كتلة من الخشب تزن 2 كجم. ستتجه القوة العادية إلى الأعلى مباشرةً (لدعم وزن الكتلة) ، وستحسب:
N = 2 \ مرات 9.8 = 19.6 \ نص {N}
يعتمد المعامل على الكائن والموقف المحدد الذي تعمل به. إذا لم يكن الجسم يتحرك بالفعل عبر السطح ، يمكنك استخدام معامل الاحتكاك الساكنμثابتة، ولكن إذا كان يتحرك ، استخدم معامل الاحتكاك المنزلقμالانزلاق.
بشكل عام ، معامل الاحتكاك الانزلاقي أصغر من معامل الاحتكاك الساكن. بعبارة أخرى ، من الأسهل تحريك شيء انزلق بالفعل بدلاً من تحريك شيء ثابت.
المواد التي تفكر فيها تؤثر أيضًا على المعامل. على سبيل المثال ، إذا كانت كتلة الخشب السابقة على سطح من الطوب ، فسيكون المعامل 0.6 ، ولكن بالنسبة للخشب النظيف ، يمكن أن يكون في أي مكان من 0.25 إلى 0.5 بالنسبة للجليد على الجليد ، يكون المعامل الساكن 0.1. مرة أخرى ، يقلل معامل الانزلاق هذا أكثر ، إلى 0.03 للجليد على الجليد و 0.2 للخشب على خشب. ابحث عن هذه الأسطح باستخدام جدول عبر الإنترنت (انظر الموارد).
تنص معادلة قوة الاحتكاك على ما يلي:
F = \ mu N
على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك كتلة خشبية كتلتها 2 كجم على طاولة خشبية ، يتم دفعها من ثابتة. في هذه الحالة ، تستخدم المعامل الثابت ، معμثابتة = 0.25 إلى 0.5 للخشب. مع الأخذμثابتة = 0.5 لتعظيم التأثير المحتمل للاحتكاك ، وتذكرن = 19.6 N من وقت سابق ، القوة هي:
F = 0.5 \ times19.6 = 9.8 \ نص {N}
تذكر أن الاحتكاك يوفر فقط القوة لمقاومة الحركة ، لذلك إذا بدأت في دفعها برفق واستطردت أقوى ، ستزداد قوة الاحتكاك إلى أقصى قيمة ، وهو ما حسبته للتو. يكتب الفيزيائيون أحيانًاFالأعلى لتوضيح هذه النقطة.
بمجرد تحرك الكتلة ، يمكنك استخدامμالانزلاق = 0.2 ، في هذه الحالة:
F_ {slide} = \ mu_ {slide} N = 0.2 \ times 19.6 = 3.92 \ text {N}