بحث عن الاحتكاك

مقدمة بحث عن الاحتكاك

قوة الاحتكاك من القوى الهامة التي يمكن استخدامها في الحياة اليومية بشكل كبير، ومن الجدير بالذكر أنها تؤثر على سرعة الجسم، حيث إن قوة الاحتكاك تتناسب عكسياً مع سرعة الجسم، إذا كانت قوة الاحتكاك كبيرة تعوق من سرعة الجسم، أما في حالة أن قوة الاحتكاك قليلة تكون سرعة الجسم كبيرة.

ومن الجدير بالذكر أن العلماء في القرن الخامس عشر الميلادي اهتموا بشكل كبير بقوانين يالتماس وقوانين الاحتكاك التي توضح حركة الأجسام، والإمكانيات التي يحتاجها لإتمام التجارب، كما أنه تم دراسة قوة الاحتكاك بين الجزيئات والذرات مع بعضها البعض من خلال الأجهزة الحديثة.

ما المقصود بقوة الاحتكاك؟

هي عبارة عن قوة تنشأ بين سطحين فاصلين متلامسين، وتكون حركة الجسم بعكس اتجاه السطح مما يقلل من السرعة أو يعوقها حتى تتوقف، وهذا ما يحدث مع إطارات السيارات أثناء الحركة على الطرقات ومكابح السيارات التي تعرف باسم الفرامل والتي تنشأ قوة احتكاك بين طنبور السيارة ومن ثم تؤدي إلى وقف دوران العجلة وبالإضافة إلى قوة الاحتكاك التي تنشأ بين الكاوتش والطريق.

وظيفة قوة الاحتكاك تتمثل في تقليل سرعة السيارة والتي تمثل الجسم المتحرك أو إعاقة الحركة حتى تتوقف، ومن الجدير هذه القوة تتأثر بالعديد من العوامل حتى تقوم بوظيفتها

أنواع الاحتكاك

احتكاك جاف

وهو تلك القوة التي تعارض القوة النسبية بين أي سطحين صلبين ويكون نوعان:

• الاحتكاك الساكن: وهو الاستاتيكي وهو بين الأسطح الثابتة

• الاحتكاك المنحرك: وهو الديناميكي بين الأسطح المتحركة.

الاحتكاك المائع:

وهو يكون بين المواد المائعة التي تكون في حاجلة لزجة بين بعضها البعض.

الاحتكاك المشحم:

وهو حالة من الاحتكاك بين سطحين يفصل بينها مادة مائعة لزجة.

يكون الاحتكاك في شكل قوة في الاتجاه العكسي لسرعة الجسم فمثلا إذا قمت بدفع جسم في اتجاه اليمين علي الأرض تكون قوة الاحتكاك في اتجاه اليسار المعاكس لاتجاه سرعة الجسم.وكلما كانت النتوءات والفجوات اقل بين الجسمين و كانت الأسطح ملساء كلما قلت قوة الاحتكاك فهي تعتمد بشكل أساسي علي النتوءات الموجودة علي السطحين عندما تصطدم ببعضها البعض و عندها تكون القوة الطلوبة لنقل تلك النتوءات بجانب بعضها البعض.وتعتمد منطقة الاتصال الفعلي بين الجسمين علي الجسم المنزلق و السطح.و تتناسب قوة الاحتكاك مع مع إجمالي القوة العمودية و و تساوى القوة العمودية وزن الجسم ولكن في اتجاه مختلف.و في حالة عدم وجود زيت أو تشحيم مثل حالة الاحتكاك الجاف حيث لا يكون هناك مادة تشحيم أو زيت تكون القوة الاحتكاكية منفصلة عن السرعة.ولا تعتمد قوة الاحتكاك علي المادة التي بين الجسم والسطح المنزلق علية. كما تعتبر المنطقة الفعلية للاحتكاك منطقة صغيرة نسبيا ، وتكون هذه المنطقة عي المنطقة المعروفة بالنتوءات الصغيرة التي تلامس بعضها بعض الموجودة علي الجسم المنزلق و السطح.

معامل الاحتكاك

النسبة بين قوة الاحتكاك بين جسمين و بين القوة الضاغط بينهما ممثلة في كمية عددية, وليس لها أي وحدة قياس لإنها كمية نسية تعتمد علي المادتين المستخدمتين في الجسمين. فكلما كان الانزلاق سهل كلما كان معامل الاحتكاك عدد نسبي صغير.علي سبيل المثال انزلاق الجليد فوق الحديد وأما العكس يكون معامل الاحتكاك رقم عالي القيمة إذا كان الاحتكاك صعب و بطئ مثل احتكاك المطاط علي الإسفلت.

تصنيف الاحتكاك

1- الاحتكاك الساكن

يكون الاحتكاك الساكن في الحالات التي يكون فيها الجسمين المحتكين لا يتحركان بالنسبة لبعضهما و علي سبيل المثال الطاولة الموضعة فوق الأرض.ويكون هناك معمل احتكاك ساكن يرمز له بالرمز(µ)

تكون القوة الابتدائية اللازمة لتحريك هذا الجسم اكبر بقليل من قوة الاحتكاك نفسها, اما قوة الاحتكاك الساكن تكون دائما أكبر من قوة الاحتكاك المتحرك.

وهناك اكبر مثال وهي عجلات السارة التي دائرية الشكل و التي تكون تكون ساكنة و لا تنزلق علي الأرض و السبب أن النقطة النسبية بين العجلة والأرض تكون ثابتة نسبة إلى الأرض. ولهذا يوصف بالاحتكاك الساكن.

2- الاحتكاك المتحرك

يكون الاحتكاك ساكن عندما يكون الجسمين متحركين بالنسبة إلي بعضهما البعض و يحدث احتكاك ناتج من الحركة. و يكون اقل قيمة من معامل الاحتكاك الساكن

ومن امثلة الاحتكاك المتحرك

1- المائع

و الذي يكون بين جسم صلب و جسم مائع مثل الاجسام السائلة او غازية مثل انزلاق قطعة من الحديد داخل الماء او مقاومة الهواء لحركة طائرة.

2- الانزلاقي

و الذي يكون ممثل في الاحتكاك بين جسمين صلبين مثل تحريك الطاولة فوق الارض.

الطاقة المفقودة بسبب الاحتكاك

عندما يتحرك جسم ما بمعامل احتكاك حركي يرمز له u ويكون هناك قوة عمودية علي الجسمين و تكون الطاقة المفقودة في الاحتكاك و هناك مسافة مقطوعة بشكل افقي بين الجسم فأنه يمكن حساب هذا القوة الاحتكاكية عن طريق القانون:

U = µح X قع Xف  حيث ف هي المسافة المقطوعة بواسطة الجسم

ويكون الاحتكاك في هذة الحالة كمية غير متجهة.

العوامل المؤثرة في الاحتكاك

قوة الاحتكاك هي عبارة عن قوة تمنع الحركة المعاكسة أو تعيقها، وتكون بين سطحين متلامسين، وتنشأ نتيجة قوى التجاذب الكهرومغناطيسية بين الجسيمات المشحونة في كل من السطحين.

قوى الاحتكاك تعتمد بشكل كبير على عدة عوامل ومن ضمنها ما يلي:

• ملمس الجسم المتحرك: قوة الاحتكاك تعتمد على ملمس الجسم المتحرك، وهو من حيث النعومة والخشونة للجسم، حيث إن الجسم ذو الملمس الخشن يزداد قوة الاحتكاك به مع السطح المقابل وبالتالي تصبح الحركة صعبة، أما في حالة أن ملمس السطح ناعم تقل الحركة وتصبح أكثر سهولة، مثل حركة كرة ملساء على سطح تسير بسرعة أكبر من كرة خشنة والوقت الذي تقطعه الكرة الناعمة أقصر من الوقت الذي تقطعه الكرة الخشنة.
• ملمس السطح: قوة الاحتكاك تعتمد على ملمس السطح وطبيعته، حيث إن السطح الخشن يعيق من حركة الجسم بسرعة، أما السطح الناعم يجعل حركة الجسم أكثر سهولة، مثل حركة السيارة على سطح به حصى وحركتها على سطح مسطح.
• شكل الجسم المتحرك: في حالة أن السطح متغير صلب أو غاز يتوقف الاحتكاك على شكل الجسم المتحرك، وذلك ما يتم تحديده من خلال تصميم المساحة للجسم المتحرك مع ملمس السطح الذي يتحرك علبيه الجسم، مثل حركة الكرة في الماء تختلف عن حركة في الماء من حيث السرعة.
• القوة العمودية: قوة الاحتكاك تعتمد تعلى القوة العمودية والتي تقوم بدورها بالتأثير على الجسم المتحرك،ومن الجدير بالذكر أن القوة العمودية تتناسب عكسياً مع الوزن، وهذا ما يجعل قيمتها أكبر للجسم الذي يكون وزنه قليل، كما أنها تتناسب طردياً مع قوة الاحتكاك، وذلك ما يتضح من خلال القانون التالي F = µ N ، حيث إن:
  • µ: معامل الاحتكاك.
  • F: قوة الاحتكاك.
  • N: القوة العمودية.

فوائد الاحتكاك

يظن الكثير من الناس أن قوة الاحتكاك هي قوة زائفة و سيئة تعمل علي تبديد سرعة الأجسام و تصعب من انزلاقها و عمل الكثير من علماء الميكانيكا و الفيزياء علي التقليل من قوة الاحتكاك بين الأجسام حتي تزيد السرعة ولا يوجد مقاومات بين التروس في الآلات الحديثة. ولكن كان هذا الاعتبار خاطئ جدا و إذا اجبنا علي هذا السؤال قد نصل إلى اجابة واضحة و هو : ماذا سيحدث إذا كانت قوة الاحتكاك تساوي صفر بين الأجسام؟

اذا كانت قوة الاحتكاك تساوى صفر لن تستطيع المركبات السير علي الأرض فالسيارات أو القطارات تعتمد بشكل أساسي علي قوى الاحتكاك حتي تسير  وان تم تشغليها فلن تستطيع أن تتوقف و هذا لان المكابح تعتمد بشكل كلي على قوة الاحتكاك بينها وبين الأسفلت.

لن يستطيع الإنسان حمل أو مسك أي شئ بين يديه لأنها سوف تنزلق بشكل كبير و لن يستطيع الإنسان الوقوف علي الأرض في شكل سليم بسبب انعدام قوة الاحتكاك التي تعمل على تثبيت جسم الإنسان في الأرض بشكل معتدل. كما أن الإنسان لن يستطيع أن يبني أي بناية جديدة أو منزل و سوف تكون الجبل هباء منثورا و لن يكون لها أساس علي الأرض. هناك الكثير من الفوائد التي تعمل علي سير الحياة اليومية ومنها ما هو مهم و ضروري مثل تثبيت عجلات السيارات و الناقلات التي تسير علي الأرض مثل تثبيت عجلات القطارات علي القضبان. و يساعد الإنسان في السير بشكل سليم في جميع الأماكن لأنه يعمل علي عدم الانزلاق بين الحذاء و بين الأسفلت أو الرصيف.و يقوم أيضا بعمل ثبات للبنايات و الجبال المتصلة بالأرض و الحبال المربوطة التي لا تنفك بسبب قوة الاحتكاك.

الاضرار الناتجة عن الاحتكاك

هناك العديد من الفوائد التي تم ذكرها منذ قليل عن الاحتكاك و ضرورة وجودة في الحياة اليومية, ولكن هناك أيضا بعض من الأضرار التي يمكن أن تشاهدها و لكن علي المستوى البعيد. فالشغل المبذول بين الجسمين المحتكين يتم تحويله أو سمثل في هيئة طاقة حرارية و أحيانا تؤدي إلي تشوه بين الأجسام و لكن علي المدى البعيد. مثلا على مستوى ميكانيكا الأجهزة و الآلات خاصة تلك التي تعمل بالتروس و تعتمد بشكل كلي علي الاحتكاك يكون هناك الكثير من الشغل المبذول فيها يضيع في الاحتكاك وفي الحرارة المتولدة منه. واحيانا يؤدى الاحتكاك إلى نحل و ذوبان بعض الأجزاء من الأجسام و المحتكة و يقوم بعمل تشوهات في الآلات علي المدى البعيد.

طرق تقليل الاحتكاك

هناك العديد من الطرق التي تعمل على تقليل الاحتكاك، ومن هذه الطرق ما يلي:

1- سوائل التزليق: مثل الزيوت و الشحوم التي تعمل علي تقليل معامل الاحتكاك بين الأجسام و بعضها.

2- بعض التقنيات المستخدمة مثل ارخاء الفواصل بين مقطورات القطارات حتي يقلل الاحتكاك الكلي الموزع علي الزمن.

3- الأجهزة مثل العجلات الدوارة فعلي سبيل المثال العجلات المستخدمة في المطارات التي تحول الاحتكاك الانزلاقي إلى احتكاك دحروجي.

4- إزالة الشوائب بين الأجسام المتلاصقة حتي تكون ملساء بلا فجوات أو نتوءات.

تطبيقات على الاحتكاك

هناك العديد من التطبيقات التي يمكن تطبيقها على الاحتكاك وهذه التطبيقات يمكن استخدامها في الحياة اليومية، وهي تتمثل فيما يلي:

• خروج الحبر من القلم.
• لعبة شد الحبل.
• السباحة في البحر أو في حمامات السباحة.
• ألية عمل مكابح السيارات والدراجات.
• التزحلق على الجليد أو الرمال.
• النزول من منزلق عالي.
• الحرائق التي تحدث في الغابات.
• احتكاك اليد لتوليد حرارة للتدفئة.
• استعمال الممحاة في الصفحات الورقية.
• إشعال النيران.
• تنظيف الأسنان باستخدام الفرشاة أو السواك.
• الكتابة على الأسطح.
• تنظيف الأسطح من الغبار والأتربة.

خاتمة بحث عن الاحتكاك

وفي الختام أود أن أشير إلى ضرورة التعرف على القوانين الفيزيائية لأنها تفسر العديد من الأمور المجهولة في حياتنا، ومن ضمن هذه القوانين قوة الاحتكاك الذي يعمل على تقليل السرعة أو إعاقة الحركة، وهذا ما تم توضيحه فيما سبق كما أنه تم ذكر العوامل المؤثرة قوة الاحتكاك وأنواعها والتطبيقات الخاصة بقوة الاحتكاك.

أسئلة شائعة

• أسماء الله الحسنى
• أذكار الصباح
• حساب العمر