حتی در سالهای مدرسه، در کلاس هفتم یا هشتم، هر فرد با مفهوم جدیدی از فیزیک پویا - اصطکاک - آشنا می شود. با این حال، بسیاری، پس از بلوغ، فراموش می کنند که اصطکاک چیست و این نیرو چگونه کار می کند. بیایید سعی کنیم این موضوع را درک کنیم.
تعریف مفهوم
اصطکاک پدیده ای است که به این معنی است: هنگامی که دو جسم با یکدیگر تماس پیدا می کنند، فعل و انفعال خاصی در محل تماس آنها ایجاد می شود و مانع از ادامه حرکت اجسام نسبت به یکدیگر می شود. واضح است که می توان مقدار اندرکنش این اجسام را محاسبه کرد. نیروی اصطکاک این برهمکنش را به صورت کمی مشخص می کند. اگر اصطکاک بین اجسام صلب رخ دهد (مثلاً تعامل یک کتاب با یک قفسه کتاب یا یک سیب با یک میز)، به این برهمکنش اصطکاک خشک می گویند.
باید درک کرد که اصطکاک نیرویی است که ماهیت الکترومغناطیسی دارد. این بدان معنی است که علت این نیرو برهمکنش بین ذرات تشکیل دهنده این یا آن جسم است.
اصطکاک چیست؟
با توجه به تنوع اقلامی که در دنیای ما وجود دارد، می توانیدتعیین کنید که هر یک از آنها ساختار خاص خود را دارد و دارای ویژگی های فردی است. این بدان معناست که تعامل بین آیتم های مختلف متفاوت خواهد بود. برای درک صحیح ماهیت و راه حل مناسب بسیاری از مسائل در فیزیک، مرسوم است که به طور مشروط سه نوع اصطکاک را از هم جدا کنید. بنابراین، بیایید هر یک را جداگانه تجزیه و تحلیل کنیم:
- اولین اصطکاک اصطکاک ایستایی است که زمانی رخ می دهد که حرکت نسبی دو جسم وجود نداشته باشد. ما می توانیم نمونه هایی از او را در همه جا ببینیم، زیرا نیروی ایجاد شده توسط این اصطکاک اجسام را در تعادل نگه می دارد. به عنوان مثال، اجناس روی یک تسمه نقاله متحرک، یک میخ به دیوار یا شخصی که روی زمین ایستاده است.
- اصطکاک لغزشی مشروطاً اصطکاک دوم است. مقدار لغزش به این صورت تعریف می‌شود: وقتی نیرویی به جسمی در حالت تعادل وارد می‌شود که بیشتر از نیروی اصطکاک استاتیکی است، نیروی اصطکاک لغزشی شروع به عمل می‌کند و جسم حرکت می‌کند.
- و در نهایت، اصطکاک غلتشی، که تعامل دو جسم را توضیح می دهد، که یکی از آنها بر روی سطح دیگری می غلتد. تفاوت اصطکاک غلتشی و لغزشی با این واقعیت توضیح داده می شود که با هر حرکت، نواحی بدن در طول سطح تماس جابجا می شوند و به جای پیوندهای بین مولکولی شکسته، پیوندهای جدیدی تشکیل می شود. و در حالتی که چرخ بدون لغزش می غلتد، پیوندهای مولکولی در هنگام بلند شدن بخش های چرخ بسیار سریعتر از هنگام لغزش می شکنند. معلوم شد که نیروی اصطکاک غلتشی کمتر از نیروی لغزش است.
کجا و چگونه می توان از اصطکاک استفاده کرد؟
اصطکاک استپدیده‌ای غیرقابل جایگزین، که بدون آن نمی‌توانیم کارهای اولیه را انجام دهیم: راه رفتن، نشستن یا به سادگی نگه داشتن اشیاء در دستانمان. بنابراین، اهمیت اصطکاک را دست کم نگیرید. همانطور که فیزیکدان فرانسوی گیوم گفت: "اگر اصطکاک وجود نداشت، زمین ما بدون یک زبری بود، مانند یک قطره مایع بود."
شاید بهترین مثالی که اصطکاک را با دقت بیشتر مشخص می کند، عملکرد چرخ است. حتی در دوران باستان، مشاهده شد که نیروهای اصطکاک غلتشی بسیار کمتر از نیروهای اصطکاک لغزشی است. این مزایای غیرقابل انکار اصطکاک نورد بود که باعث شد مردم برای جابجایی بارهای سنگین و حجیم کنده یا غلتک قرار دهند. با گذشت زمان، مردم دانش خود را در مورد خواص شگفت انگیز اصطکاک غلتشی افزایش دادند، حرکت اجسام را تحت تأثیر نیروهای اصطکاک مشاهده کردند و در نهایت چرخ را اختراع کردند! در دنیای مدرن، تصور زندگی بدون این قطعات غیر قابل تعویض غیرممکن است، زیرا چرخ ها دومین "موتور" هر حمل و نقل هستند!
چگونه مقدار نیروی اصطکاک را محاسبه کنیم؟
مانند هر نیروی دیگری، نیروی اصطکاک دارای مقادیر صحیح است. به منظور تعیین دقیق میزان نیروی مورد نیاز برای حرکت یا سایر انواع کار، لازم است نیروی اصطکاک ساکن محاسبه شود. مهندسان معمولاً این کار را زمانی انجام می دهند که مثلاً کارخانه می سازند یا دستگاه های جدیدی اختراع می کنند. با این حال، حتی دانش آموزان عادی مدرسه با وظایف خاصی مواجه هستند که در آن محاسبه نیروی اصطکاک لازم است. بنابراین برای شمردن آنمقدار، فقط باید از یک فرمول ساده استفاده کنید: Fاصطکاک=KN، که k ضریب اصطکاک است. مقدار همه ضرایب همیشه به سطح جسمی که جسم روی آن حرکت می کند یا برهم کنش دارد بستگی دارد. "N" در فرمول ما به معنای نیروی واکنش تکیه گاه روی بدن است. این در درجه اول به جرم بدنی که با سطح تکیه گاه در تماس است بستگی دارد.
مقدار نیروی موجود در مسئله را محاسبه کنید
فرض کنید جسمی به جرم m=3 کیلوگرم روی یک تخته افقی قرار دارد. ضریب اصطکاک بین تخته چوبی و بدنه 0.3 است چگونه مقدار نیروی اصطکاک را بدست آوریم؟ بسیار ساده است، تنها کاری که باید انجام دهید این است که مقادیر ما را به فرمول متصل کنید. فقط باید در نظر بگیرید که N در این مورد برابر با وزن بدن است (طبق قانون 3 نیوتن). بنابراین، نیروی مورد نظر (mg)k=(3 کیلوگرم10 m/s2)0، 3=9 H.
