اصطکاک نیرویی است که با حرکت یک جسم مخالفت می کند. برای توقف یک جسم متحرک، نیرو باید در جهت مخالف جهت حرکت عمل کند. به عنوان مثال، اگر توپی را که روی زمین افتاده است فشار دهید، حرکت می کند. نیروی فشار آن را به مکان دیگری منتقل می کند. به تدریج سرعت توپ کاهش می یابد و از حرکت باز می ایستد. نیرویی که با حرکت یک جسم مخالفت می کند، اصطکاک نامیده می شود. در طبیعت و در فناوری، نمونه های بسیار زیادی از کاربرد این نیرو وجود دارد.
انواع اصطکاک
انواع مختلفی از اصطکاک وجود دارد:
یک تیغه اسکیت که روی یخ حرکت می کند نمونه ای از لیز خوردن است. همانطور که اسکیت باز در اطراف زمین بازی حرکت می کند، پایین اسکیت ها با زمین تماس می گیرند. منبع اصطکاک تماس بین سطح تیغه و یخ است. وزن یک جسم و نوع سطحی که روی آن حرکت می کند تعیین می کندمیزان لغزش (اصطکاک) بین دو جسم. یک جسم سنگین فشار بیشتری بر روی سطحی که روی آن می لغزد وارد می کند، بنابراین اصطکاک لغزشی بیشتری وجود خواهد داشت. از آنجایی که اصطکاک به دلیل نیروهای جاذبه بین سطوح اجسام است، میزان اصطکاک به مواد دو جسم متقابل بستگی دارد. اسکیت سواری روی یک دریاچه صاف را امتحان کنید و این کار را بسیار ساده تر از اسکیت سواری در یک جاده شن ناهموار خواهید یافت
- اصطکاک در حال استراحت (انسجام) - نیرویی که بین 2 جسم در تماس ایجاد می شود و از وقوع حرکت جلوگیری می کند. به عنوان مثال، برای جابجایی کمد، چکش زدن به میخ یا بستن بند کفش، باید بر نیروی چسبندگی غلبه کنید. نمونه های مشابه زیادی از اصطکاک در طبیعت و فناوری وجود دارد.
- وقتی دوچرخه سواری می کنید، تماس بین چرخ و جاده نمونه ای از اصطکاک غلتشی است. هنگامی که جسمی روی سطحی می غلتد، نیروی مورد نیاز برای غلبه بر اصطکاک غلتشی بسیار کمتر از نیروی لازم برای غلبه بر لغزش است.
اصطکاک جنبشی
وقتی کتاب را روی میز فشار دادید و فاصله معینی را طی کرد، اصطکاک اجسام متحرک را تجربه کرد. این نیرو به عنوان نیروی اصطکاک جنبشی شناخته می شود. هنگامی که دو سطح روی یکدیگر ساییده می شوند، به دلیل حرکت یک یا هر دو سطح، روی یک سطح دیگر عمل می کند. اگر برای افزایش نیروی نرمال، کتاب های اضافی را در بالای کتاب اول قرار دهید، نیروی اصطکاک جنبشی خواهد بود.افزایش.
فرمول زیر وجود دارد: Fاصطکاک=ΜFn.نیروی اصطکاک جنبشی برابر است با حاصل ضرب ضریب اصطکاک جنبشی و نیروی نرمال. بین این دو نیرو رابطه خطی وجود دارد. ضریب اصطکاک جنبشی نیروی اصطکاک را به نیروی نرمال مرتبط می کند. از آنجایی که این یک نیرو است، واحد اندازه گیری آن نیوتن است.
اصطکاک استاتیک
تصور کنید که می خواهید مبل را روی زمین فشار دهید. با کمی زور فشارش میدی ولی تکون نمیخوره. نیروی اصطکاک ایستا در پاسخ به نیرو عمل می کند و در تلاش برای ایجاد حرکت یک جسم ساکن است. اگر چنین نیرویی بر جسم وارد نشود، نیروی اصطکاک ساکن صفر است. اگر نیرویی سعی در ایجاد حرکت داشته باشد، آنگاه نیروی دوم قبل از غلبه بر آن به حداکثر مقدار خود افزایش می یابد و حرکت شروع می شود.
فرمول این نما: Ffriction=ΜsFn. نیروی اصطکاک ساکن کمتر یا مساوی حاصلضرب ضریب اصطکاک ساکن Μ (s) و نیروی نرمال F (n) است. در مثال مبل، حداکثر نیروی اصطکاک ایستا، نیروی فردی را که آن را هل می دهد تا زمانی که مبل شروع به حرکت کند، متعادل می کند.
اندازه گیری ضرایب اصطکاک
چه چیزی نیروی اصطکاک را تعیین می کند؟ در طبیعت و تکنولوژی، موادی که سطوح از آنها ساخته می شود نقش خاصی را ایفا می کنند. به عنوان مثال، تصور کنید بجای کفش های ورزشی سعی می کنید بسکتبال بازی کنید در حالی که جوراب پوشیده اید. ممکن استبه طور قابل توجهی شانس برنده شدن شما را بدتر می کند. این کفش به تامین نیروی مورد نیاز برای ترمزگیری و تغییر جهت سریع هنگام دویدن روی سطح کمک می کند. اصطکاک بین کفش های شما و زمین بسکتبال بیشتر از بین جوراب های شما و کف چوبی صیقلی وجود دارد.
ضرایب مختلف نشان می دهد که چگونه یک شی می تواند به راحتی روی دیگری بلغزد. اندازه گیری دقیق آنها به شرایط سطحی کاملا حساس است و به صورت تجربی تعیین می شود. سطوح مرطوب بسیار متفاوت از سطوح خشک رفتار می کنند.
فیزیک: نیروی اصطکاک در طبیعت و فناوری
شما همیشه اصطکاک را تجربه می کنید و باید خوشحال باشید که این امکان وجود دارد. این نیرو است که به نگه داشتن اجسام ثابت در جای خود کمک می کند و فرد هنگام راه رفتن نمی افتد. اصطکاک چیست؟ در طبیعت و فناوری در هر مرحله می توان نمونه هایی را یافت. ممکن است متوجه آن نباشید، اما از قبل با این قدرت آشنا هستید. در جهت مخالف حرکت رخ می دهد و به همین دلیل نیرویی است که بر حرکت اجسام تأثیر می گذارد.
وقتی جعبه را روی زمین حرکت می دهید، اصطکاک در مقابل جعبه در جهت مخالف جعبه عمل می کند. همانطور که از یک کوه پایین می روید، اصطکاک بر خلاف حرکت رو به پایین شما عمل می کند. وقتی ترمز خودرو را فشار می‌دهید و مدتی به حرکت ادامه می‌دهید، اصطکاک بر خلاف جهت سر خوردن شما عمل می‌کند که در نهایت به توقف کامل لغزش کمک می‌کند.
وقتی دو جسم به یکدیگر ساییده می شوند، نیروها تنظیم می شوندجذب بین مولکول های اجسام، باعث اصطکاک می شود. در طبیعت و فناوری، تقریباً بین هر فاز ماده - جامدات، مایعات و گازها می تواند رخ دهد. اصطکاک بین دو جسم مانند جعبه و کف رخ می دهد، اما می تواند بین ماهی ها و آبی که در آن شنا می کنند و اجسامی که در هوا می افتند نیز رخ دهد. اصطکاک ناشی از هوا نام خاصی دارد: مقاومت هوا.
نقش اصطکاک در طبیعت، فناوری، زندگی
اصطکاک بخشی جدایی ناپذیر از تجربه انسان است. برای راه رفتن، ایستادن، کار کردن و سوار شدن به کشش نیاز داریم. در عین حال، ما برای غلبه بر مقاومت در برابر حرکت به انرژی نیاز داریم، بنابراین اصطکاک بیش از حد نیاز به انرژی اضافی برای انجام کار دارد و در نتیجه ناکارآمدی ایجاد می‌کند. در قرن بیست و یکم، بشریت با چالش های دوگانه کمبود انرژی و گرم شدن کره زمین در اثر سوزاندن سوخت های فسیلی مواجه است. بنابراین، توانایی کنترل اصطکاک به اولویت اصلی در دنیای امروز تبدیل شده است.
اصطکاک در طبیعت و فناوری (فیزیک) همیشه موضوع کنجکاوی بوده است. مطالعه فشرده منشا این نیرو در قرن شانزدهم و به دنبال کار پیشگامانه لئوناردو داوینچی آغاز شد. با این حال، پیشرفت در درک ماهیت آن کند بوده است، به دلیل فقدان ابزاری برای اندازه گیری دقیق. آزمایش‌های مبتکرانه‌ای که دانشمند کولمب و دیگران انجام دادند، اطلاعات مهمی را برای پی‌ریزی پایه‌های درک ارائه کرده‌اند. از اواخر دهه 1800 و اوایلموتورهای بخار، لوکوموتیوها و سپس هواپیماها در دهه 1900 ظاهر شدند. همچنین، اکتشاف فضایی نیاز به درک روشنی از اصطکاک و توانایی کنترل آن دارد.
پیشرفت قابل توجهی در نحوه اعمال و کنترل اصطکاک در فناوری طبیعت، در زندگی روزمره، از طریق آزمون و خطا حاصل شده است. در آغاز قرن بیست و یکم، بعد جدیدی از اصطکاک در مقیاس نانو به دلیل استفاده از فناوری‌های نانو پدیدار شد. درک بشر از اصطکاک اتمی و مولکولی به سرعت در حال گسترش است. امروزه با توجه به تلاش علم برای کاهش انتشار کربن، بهره وری انرژی و تولید انرژی تجدیدپذیر نیازمند توجه فوری است. توانایی کنترل اصطکاک به گام مهمی در جستجوی فناوری های پایدار تبدیل می شود. این نشانگر بهره وری انرژی است. اگر امکان کاهش تلفات غیرضروری انرژی و افزایش کارایی انرژی فعلی وجود داشته باشد، این امر به توسعه منابع انرژی جایگزین زمان می‌دهد.
نمونه هایی از اصطکاک در زندگی
اصطکاک نیرویی است که مقاومت دارد. با اعمال نیرویی از حرکت جسم دیگر جلوگیری می کند. اما این قدرت از کجا می آید؟ ابتدا، ارزش آن را دارد که آن را از سطح مولکولی در نظر بگیریم. اصطکاک ما در زندگی روزمره می تواند ناشی از زبری سطح باشد. این چیزی است که دانشمندان برای مدت طولانی دلیل اصلی پیدایش آن را می‌دانستند.
ساده ترین نمونه های اصطکاک در طبیعت و فناوری به شرح زیر است:
- هنگام راه رفتن، اصطکاک آن را مجبور می کندروی کف پا تأثیر می گذارد، به ما این فرصت را می دهد که به جلو برویم.
- نردبانی که به دیوار تکیه داده است به زمین نمی افتد.
- افرادی که بند کفش هایشان را می بندند.
- بدون نیروی اصطکاک، خودروها نه تنها در سربالایی، بلکه در یک جاده صاف نیز نمی توانند رانندگی کنند.
- در طبیعت، به حیوانات در بالا رفتن از درختان کمک می کند.
از این قبیل نکات زیاد است، مواردی نیز وجود دارد که این نیرو برعکس، می تواند تداخل داشته باشد. به عنوان مثال، برای کاهش اصطکاک، به ماهی ها روان کننده خاصی داده می شود که به لطف آن، و همچنین شکل بدن صاف، می توانند به آرامی در آب حرکت کنند.
