الاحتكاك الانزلاقي ، الذي يشار إليه بشكل أكثر شيوعًا باسم الاحتكاك الحركي ، هو قوة تعارض الحركة الانزلاقية لسطحين يتحركان عبر بعضهما البعض. في المقابل ، الاحتكاك الساكن هو نوع من قوة الاحتكاك بين سطحين يدفعان ضد بعضهما البعض ، لكن لا ينزلقان بالنسبة لبعضهما البعض. (تخيل أنك تدفع على كرسي قبل أن يبدأ في الانزلاق على الأرض. يعارض الاحتكاك الساكن القوة التي تطبقها قبل بدء الانزلاق.)
يتضمن الاحتكاك المنزلق عادةً مقاومة أقل من الاحتكاك الساكن ، ولهذا السبب غالبًا ما تضطر إلى الضغط بقوة أكبر للحصول على جسم ما لبدء الانزلاق بدلاً من إبقائه منزلقًا. يتناسب حجم قوة الاحتكاك طرديًا مع مقدار القوة العمودية. تذكر أن القوة العمودية هي القوة العمودية على السطح التي تصد أي قوى أخرى يتم تطبيقها في هذا الاتجاه.
ثابت التناسب هو كمية غير وحدة تسمى معامل الاحتكاك ، وهي تختلف باختلاف الأسطح الملامسة. (عادةً ما يتم البحث عن قيم هذا المعامل في الجداول.) عادةً ما يتم تمثيل معامل الاحتكاك بالحرف اليونانيμمع منخفضكمما يشير إلى الاحتكاك الحركي. يتم الحصول على صيغة قوة الاحتكاك من خلال:
F_f = \ mu_kF_N
أينFنهو مقدار القوة العمودية ، والوحدات بوحدة نيوتن (N) واتجاه هذه القوة هو عكس اتجاه الحركة.
تعريف الاحتكاك المتداول
يشار أحيانًا إلى مقاومة التدحرج باسم الاحتكاك المتداول ، على الرغم من أنها ليست قوة احتكاك بالضبط لأنها ليست نتيجة لسطحين في التلامس يحاولان الدفع ضد بعضهما البعض. إنها قوة مقاومة ناتجة عن فقدان الطاقة بسبب تشوهات الجسم المتداول والسطح.
تمامًا كما هو الحال مع قوى الاحتكاك ، فإن حجم قوة مقاومة التدحرج يتناسب طرديًا لحجم القوة العادية ، مع ثابت التناسب الذي يعتمد على الأسطح في اتصل. في حينμصيستخدم أحيانًا للمعامل ، فمن الشائع رؤيتهجص ص، مما يجعل معادلة حجم مقاومة التدحرج كما يلي:
F_r = C_ {rr} F_N
هذه القوة تعمل عكس اتجاه الحركة.
أمثلة على الانزلاق الاحتكاك ومقاومة التدحرج
دعنا نفكر في مثال احتكاك يتضمن عربة ديناميكية موجودة في فصل دراسي نموذجي للفيزياء وقارن بينها العجلة التي ينتقل بها عبر مسار معدني مائل بمقدار 20 درجة لثلاث درجات مختلفة سيناريوهات:
السيناريو 1:لا توجد قوى احتكاك أو مقاومة تعمل على العربة لأنها تتحرك بحرية دون الانزلاق على المسار.
أولاً نرسم مخطط الجسم الحر. إن قوة الجاذبية الموجهة لأسفل مباشرة ، والقوة العمودية التي تشير بشكل عمودي على السطح هما القوتان الوحيدتان المؤثرتان.
معادلات القوة الصافية هي:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
يمكننا حل المعادلة الأولى للتسارع والتعويض بالقيم للحصول على الإجابة:
F_g \ sin {\ theta} = ma \\ \ implies mg \ sin (\ theta) = ma \\ \ implies a = g \ sin (\ theta) = 9.8 \ sin (20) = \ boxed {3.35 \ text { م / ث} ^ 2}
السيناريو 2:تعمل مقاومة التدحرج على العربة لأنها تتحرك بحرية دون الانزلاق على المسار.
هنا سنفترض معامل مقاومة التدحرج 0.0065 ، والذي يعتمد على مثال موجود في a ورق من الأكاديمية البحرية الأمريكية.
يتضمن مخطط الجسم الحر الآن مقاومة التدحرج التي تعمل على المسار. تصبح معادلات القوة الصافية لدينا:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_r = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
من المعادلة الثانية ، يمكننا إيجادFن، عوض بالنتيجة في التعبير عن الاحتكاك في المعادلة الأولى ، وحل من أجلأ:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ يشير إلى F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_N = F_g \ sin (\ theta) -C_ {rr} F_g \ cos (\ theta) = ma \\ \ implies \ إلغاء mg \ sin (\ theta) -C_ {rr} \ إلغاء mg \ cos (\ theta) = \ إلغاء ma \\ \ يعني a = g (\ sin (\ theta) -C_ {rr} \ cos (\ theta) ) = 9.8 (\ sin (20) -0.0065 \ cos (20)) \\ = \ boxed {3.29 \ نص {م / ث} ^ 2}
السيناريو 3:تُثبَّت عجلات العربة في مكانها ، وتنزلق على المسار ، ويعوقها الاحتكاك الحركي.
سنستخدم هنا معامل الاحتكاك الحركي البالغ 0.2 ، والذي يقع في منتصف نطاق القيم المدرجة عادةً للبلاستيك على المعدن.
يبدو مخطط الجسم الحر مشابهًا جدًا لعلبة مقاومة التدحرج فيما عدا أنها قوة احتكاك انزلاقية تعمل أعلى المنحدر. تصبح معادلات القوة الصافية لدينا:
F_ {netx} = F_g \ sin {\ theta} -F_k = ma \\ F_ {nety} = F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0
ومرة أخرى نحل من أجلأبطريقة مماثلة:
F_N-F_g \ cos (\ theta) = 0 \ يشير إلى F_N = F_g \ cos (\ theta) \\ F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_N = F_g \ sin (\ theta) - \ mu_kF_g \ cos (\ theta ) = ma \\ \ implies \ إلغاء ملغ \ الخطيئة (\ ثيتا) - \ mu_k \ إلغاء ملغ \ كوس (\ ثيتا) = \ إلغاء ما \ \ يعني أ = ز (\ الخطيئة (\ ثيتا) - \ mu_k \ كوس (\ ثيتا)) = 9.8 ( \ sin (20) -0.2 \ cos (20)) \\ = \ boxed {1.51 \ نص {م / ث} ^ 2}
لاحظ أن التسارع مع مقاومة التدحرج قريب جدًا من علبة الاحتكاك ، بينما تختلف علبة الاحتكاك المنزلقة اختلافًا كبيرًا. هذا هو السبب في إهمال مقاومة التدحرج في معظم المواقف ولماذا كانت العجلة اختراعًا رائعًا!