الاحتكاك الساكن هو القوة التي يجب أن تكونالتغلب علىلشيء ما للذهاب. على سبيل المثال ، يمكن لأي شخص الضغط على شيء ثابت مثل الأريكة الثقيلة دون أن يتحرك. ولكن ، إذا ضغطوا بقوة أو طلبوا مساعدة صديق قوي ، فسوف يتغلبون على قوة الاحتكاك ويتحركون.
بينما لا تزال الأريكة ، فإنتعمل قوة الاحتكاك الساكن على موازنة القوة المطبقة للدفع. لذلك،تزداد قوة الاحتكاك الساكن بطريقة خطية مع تأثير القوة المطبقة في الاتجاه المعاكس، حتى تصل إلى الحد الأقصى ويبدأ الكائن في التحرك. بعد ذلك ، لم يعد الجسم يواجه مقاومة من الاحتكاك الساكن ، ولكن من الاحتكاك الحركي.
عادة ما يكون الاحتكاك الساكن قوة احتكاك أكبر من الاحتكاك الحركي - من الصعب البدء في دفع الأريكة على الأرض بدلاً من الاستمرار في ذلك.
معامل الاحتكاك الساكن
ينتج الاحتكاك الساكن من التفاعلات الجزيئية بين الجسم والسطح الموجود عليه. وبالتالي ، توفر الأسطح المختلفة كميات مختلفة من الاحتكاك الساكن.
معامل الاحتكاك الذي يصف هذا الاختلاف في الاحتكاك الساكن للأسطح المختلفة هوμس.يمكن العثور عليها في جدول ، مثل الجدول المرتبط بهذه المقالة ، أو محسوبًا تجريبيًا.
معادلة الاحتكاك الساكن
أين:
- Fس= قوة الاحتكاك الساكن بوحدة نيوتن (N)
- μس = معامل الاحتكاك الساكن (بدون وحدات)
- Fن = القوة العادية بين الأسطح بالنيوتن (N)
يتم تحقيق أقصى احتكاك ثابت عندما تصبح عدم المساواة مساواة ، وعند هذه النقطة تتولى قوة احتكاك مختلفة عندما يبدأ الجسم في التحرك. (قوة الاحتكاك الحركي ، أو الاحتكاك الانزلاقي ، لها معامل مختلف مرتبط بها يسمى معامل الاحتكاك الحركي ويشار إليهμك .)
مثال على الحساب مع الاحتكاك الساكن
يحاول طفل دفع صندوق مطاطي يزن 10 كجم أفقيًا على أرضية مطاطية. معامل الاحتكاك الساكن هو 1.16. ما هي القوة القصوى التي يمكن للطفل استخدامهابدونالصندوق يتحرك على الإطلاق؟
[أدخل مخططًا حرًا للجسم يوضح القوى المطبقة والاحتكاكية والجاذبية والقوى الطبيعية على الصندوق الثابت]
أولاً ، لاحظ أن القوة الكلية تساوي 0 وأوجد القوة العمودية للسطح على الصندوق. نظرًا لأن الصندوق لا يتحرك ، يجب أن تكون هذه القوة مساوية في الحجم لقوة الجاذبية المؤثرة في الاتجاه المعاكس. أذكر ذلكFز = ملغأينFزهي قوة الجاذبية ،مهي كتلة الجسم وزهي التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية.
وبالتالي:
F_N = F_g = 10 \ مرات 9.8 = 98 \ نص {N}
ثم قم بحل قيمة Fس مع المعادلة أعلاه:
F_s = \ mu_s \ times F_N = 1.16 \ times 98 = 113.68 \ text {N}
هذا هو الحد الأقصى لقوة الاحتكاك الساكن التي سوف تعارض حركة الصندوق. لذلك ، فهو أيضًا الحد الأقصى لمقدار القوة التي يمكن للطفل تطبيقها دون تحريك الصندوق.
لاحظ ذلك ، طالما أن الطفل يمارس أي قوةأقل من الحد الأقصى لقيمة الاحتكاك الساكن، لا يزال الصندوق لا يتحرك!
احتكاك ثابت على المستويات المائلة
الاحتكاك الساكن لا يعارض فقط القوى المطبقة. إنه يمنع الأجسام من الانزلاق إلى أسفل التلال أو الأسطح المائلة الأخرى ، ويقاوم سحب الجاذبية.
تنطبق نفس المعادلة على الزاوية ، لكن علم المثلثات ضروري لحل متجهات القوة في مكوناتها الأفقية والرأسية.
تخيل كتابًا يزن 2 كجم مستريحًا على مستوى مائل بزاوية 20 درجة. لكي يظل الكتاب ثابتًا ، فإنيجب موازنة القوى الموازية للمستوى المائل. كما يوضح الرسم البياني ، فإن قوة الاحتكاك الساكن موازية للمستوى في الاتجاه التصاعدي ؛ القوة المعاكسة لأسفل ناتجة عن الجاذبية - ولكن في هذه الحالة ،فقط المكون الأفقي لقوة الجاذبيةيوازن الاحتكاك الساكن.
من خلال سحب مثلث قائم الزاوية من قوة الجاذبية لحل مكوناته ، والقيام بعمل a القليل من الهندسة لإيجاد أن الزاوية في هذا المثلث تساوي زاوية ميل المستوى ، الالمكون الأفقي لقوة الجاذبية(المكون الموازي للمستوى) هو إذن:
F_ {g، x} = mg \ sin {\ theta} = 2 \ times 9.8 \ times \ sin {20} = 6.7 \ text {N}
يجب أن يكون هذا مساويًا لقوة الاحتكاك الساكن الذي يثبت الكتاب في مكانه.
قيمة أخرى يمكن العثور عليها في هذا التحليل هي معامل الاحتكاك الساكن. القوة الطبيعية هيعموديعلى السطح الذي يرتكز عليه الكتاب. لذلك يجب أن تكون هذه القوةمتوازن مع المكون الرأسيمن قوة الجاذبية:
F_ {g، y} = mg \ cos {\ theta} = 2 \ times 9.8 \ times \ cos {20} = 18.4 \ text {N}
ثم إعادة ترتيب معادلة الاحتكاك الساكن:
\ mu_s = \ frac {F_s} {F_N} = \ frac {6.7} {18.4} = 0.364