الاحتكاك جزء من الحياة اليومية. أثناء وجودك في مسائل الفيزياء المثالية ، غالبًا ما تتجاهل أشياء مثل مقاومة الهواء وقوة الاحتكاك ، إذا كنت تريد ذلك بدقة حساب حركة الكائنات عبر سطح ، عليك أن تأخذ في الاعتبار التفاعلات عند نقطة الاتصال بين الكائن و سطح - المظهر الخارجي.
هذا يعني عادةً إما العمل مع الاحتكاك المنزلق أو الاحتكاك الساكن أو الاحتكاك المتداول ، اعتمادًا على الموقف المحدد. على الرغم من أن الجسم المتدحرج مثل الكرة أو العجلة يواجه بوضوح قوة احتكاك أقل من الجسم الذي يجب عليك فعله الانزلاق ، ستظل بحاجة إلى تعلم كيفية حساب مقاومة التدحرج لوصف حركة الأشياء مثل إطارات السيارات أسفلت.
تعريف الاحتكاك المتداول
الاحتكاك المتداول هو نوع من الاحتكاك الحركي ، ويُعرف أيضًا باسممقاومة التدحرج، والذي ينطبق على الحركة المتدحرجة (على عكس الحركة المنزلقة - النوع الآخر من الاحتكاك الحركي) ويعارض حركة الدوران بنفس طريقة الأشكال الأخرى من قوة الاحتكاك.
بشكل عام ، لا يتضمن التدحرج قدرًا من المقاومة مثل الانزلاق ، لذا فإنمعامل الاحتكاك المتداولعلى السطح عادة ما يكون أصغر من معامل الاحتكاك للانزلاق أو المواقف الساكنة على نفس السطح.
تختلف عملية الدرفلة (أو الدرفلة الخالصة ، أي بدون انزلاق) تمامًا عن الانزلاق ، لأن التدحرج يتضمن احتكاكًا إضافيًا حيث تتلامس كل نقطة جديدة على الجسم مع سطح - المظهر الخارجي. نتيجة لذلك ، توجد في أي لحظة نقطة اتصال جديدة والوضع مشابه على الفور للاحتكاك الساكن.
هناك العديد من العوامل الأخرى التي تتجاوز خشونة السطح والتي تؤثر أيضًا على الاحتكاك المتدحرج ؛ على سبيل المثال ، مقدار تشوه الجسم والسطح لحركة التدحرج عندما يكونان على اتصال يؤثر على قوة القوة. على سبيل المثال ، تتعرض إطارات السيارات أو الشاحنة لمزيد من مقاومة التدحرج عندما يتم نفخها لضغط أقل. بالإضافة إلى القوى المباشرة التي تدفع الإطار ، فإن بعض فقدان الطاقة يرجع إلى الحرارة ، تسمىخسائر التخلفية.
معادلة الاحتكاك المتداول
معادلة الاحتكاك المتدحرج هي في الأساس نفس معادلات الاحتكاك المنزلق والساكن الاحتكاك ، باستثناء معامل الاحتكاك المتداول بدلاً من المعامل المماثل لأنواع أخرى من احتكاك.
استخدامFك ، ص لقوة الاحتكاك المتداول (أي الحركية ، المتداول) ،Fن للقوة العادية وμك ، ص بالنسبة لمعامل الاحتكاك المتداول ، فإن المعادلة هي:
F_ {k، r} = μ_ {k، r} F_n
نظرًا لأن الاحتكاك المتدحرج هو قوة ، فإن الوحدةFك ، ص نيوتن. عندما تقوم بحل المشكلات المتعلقة بجسم متدحرج ، ستحتاج إلى البحث عن المعامل المحدد لاحتكاك التدحرج لموادك المحددة. تعتبر مجموعة الأدوات الهندسية بشكل عام رائعة الموارد لهذا النوع من الأشياء (انظر الموارد).
كما هو الحال دائمًا ، القوة الطبيعية (Fن) له نفس الحجم من الوزن (أي ،ملغ، أينمهي الكتلة وز= 9.81 م / ث2) الكائن على سطح أفقي (بافتراض عدم وجود قوى أخرى تعمل في هذا الاتجاه) ، ويكون عموديًا على السطح عند نقطة التلامس.إذا كان السطح مائلاًبزاويةθيُعطى مقدار القوة العمودية بواسطةملغكوس (θ).
الحسابات مع الاحتكاك الحركي
يعد حساب احتكاك التدحرج عملية مباشرة إلى حد ما في معظم الحالات. تخيل سيارة كتلتهام= 1500 كجم القيادة على الأسفلت ومعهμك ، ص = 0.02. ما هي مقاومة التدحرج في هذه الحالة؟
استخدام الصيغة جنبًا إلى جنبFن = ملغ(على سطح أفقي):
\ ابدأ {محاذاة} F_ {k، r} & = μ_ {k، r} F_n \\ & = μ_ {k، r} mg \\ & = 0.02 × 1500 \؛ \ text {kg} × 9.81 \؛ \ نص {m / s} ^ 2 \\ & = 294 \؛ \ text {N} \ end {align}
يمكنك أن ترى أن القوة الناتجة عن الاحتكاك المتداول تبدو كبيرة في هذه الحالة ، ولكن بالنظر إلى كتلة السيارة ، وباستخدام قانون نيوتن الثاني ، فإن هذا يرقى فقط إلى تباطؤ قدره 0.196 م / ث2. أنا
إذا كانت نفس السيارة تسير في طريق منحدر صعودي بمقدار 10 درجات ، فسيتعين عليك استخدامهFن = ملغكوس (θ) ، وستتغير النتيجة:
\ ابدأ {محاذاة} F_ {k، r} & = μ_ {k، r} F_n \\ & = μ_ {k، r} mg \ cos (\ theta) \\ & = 0.02 × 1500 \؛ \ text {kg } × 9.81 \؛ \ text {m / s} ^ 2 × \ cos (10 °) \\ & = 289.5 \؛ \ text {N} \ end {align}
نظرًا لانخفاض القوة العمودية بسبب الميل ، تقل قوة الاحتكاك بنفس العامل.
يمكنك أيضًا حساب معامل الاحتكاك المتداول إذا كنت تعرف قوة احتكاك التدحرج وحجم القوة العمودية ، باستخدام الصيغة التالية المعاد ترتيبها:
μ_ {k، r} = \ frac {F_ {k، r}} {F_n}
تخيل إطار دراجة يتدحرج على سطح خرساني أفقيFن = 762 شمالاً وFك ، ص = 1.52 نيوتن ، معامل الاحتكاك المتداول هو:
\ ابدأ {محاذاة} μ_ {k، r} & = \ frac {F_ {k، r}} {F_n} \\ & = \ frac {1.52 \؛ \ text {N}} {762 \؛ \ text {N }} \\ & = 0.002 \ نهاية {محاذاة}