تعريف قوة الاحتكاك

مفهوم قوة الاحتكاك

تُعرّف قوّة الاحتكاك (بالإنجليزية: Frictional force) على أنّها القوة التي تُعاكس الحركة وتُمانعها ، وتنشأ هذه القوة عند تلامس سطح جسم مع سطح جسم آخر، وتُعتبر هذه القوة قوّةً فاقدةً عكسيّة تُقلّل من الشغل الناتج عن القوة الدافعة، ففي الآلات الميكانيكية كالسيارات هناك جزء من الطاقة يُستخدم لتقليل أثر قوّة الاحتكاك، ورغم ذلك فإنّ لهذه القوة فوائد عديدة فهي تُحافظ على إطارات السيارات كي تبقى على مسارها خلال قيادة السيارات، وتُعدّ أساساً لفكرة إشعال أعواد الثقاب.

أنواع قوة الاحتكاك

وفيما يأتي أنواع قوة الاحتكاك:

الاحتكاك السكوني

ينتُج الاحتكاك السكونيّ (بالإنجليزية: Static friction) عند ملامسة الأجسام غير المتحركة لبعضها البعض، ومن الأمثلة على هذا النوع من الاحتكاك؛ عندما يوضع كتاب على سطح الطاولة فلا ينزلق ويبقى ثابتاً في مكانه، ويُعدّ المشي مثالاً آخر على هذا النوع من قوى الاحتكاك، فخلال المشيّ هناك احتكاك ثابت بين القدم والأرض، وبدون هذا الاحتكاك السكونيّ فإنّ المشي سيكون صعباً وستنزلق القدمين؛ وهو أشبه بالمشي على الجليد، فالجليد لا يُسبّب احتكاكاً سكونياً كبيراً.

الاحتكاك الانزلاقي

يُسمى الاحتكاك الانزلاقي (بالإنجليزية: Sliding friction) بالاحتكاك الحركيّ أيضاً، ويُعرّف بأنّهُ الاحتكاك الذي يؤثّر على الأجسام المتحرّكة فوق سطح ما، ويكون الاحتكاك الانزلاقيّ أضعف وأقلّ تأثيراً من الاحتكاك السكونيّ، ويُفسّر سبب سهولة تحريك جسم بعد أن يكون قد بدأ بالحركة مقارنةً بتحريكه وهو في حالة السكون، ويوجد للاحتكاك الانزلاقيّ فوائد عديدة، فعلى سبيل المثال يُعدّ هذا النوع من الاحتكاك السبب الرئيسي وراء سهولة ترك علامة على الورقة بعد تحريك قلم الرصاص عليها عند البدء بالكتابة.

احتكاك المائع

يُعدّ احتكاك المائع (بالإنجليزية: Fluid friction) أحد الاحتكاكات الخاصة بالموائع؛ وتُعرّف الموائع بأنّها المواد التي يُمكن أن تتدفّق ويُمكن أن تأخذ شكل المحيط الذي يحويها، وتشمل الموائع المواد السائلة والمواد الغازية، ويوجد نوعان لاحتكاك المائع؛ يُسمّى النوع الأول بالاحتكاك الخارجيّ وهو قوة مقاومة المائع لحركة الأجسام خلاله.

فعلى سبيل المثال عند محاولة شخص وضع يده في حوض سباحة سيشعر بمقاومة عكسية لاتجاه دفع يده، كما أنّ هذا النوع من الاحتكاك سيبدو واضحاً للاعب القفز المظليّ إذ سيشعر خلال هبوطه بمقاومة الهواء له، ويتناسب هذا النوع من الاحتكاك طردياً مع سرعة الجسم المتحرّك داخل المائع، ويسمّى النوع الثاني من احتكاك الموائع بالاحتكاك الداخليّ؛ وهو احتكاك ينتُج عن التفاعلات بين جزيئات المائع.

احتكاك التدحرج

ينتُج احتكاك التدحرج (بالإنجليزية: Rolling friction) عندما تؤثّر قوة عكسية صغيرة جداً لتُقاوم حركة التدحرج لجسم معيّن، ويختلف تأثير الاحتكاك المتدحرج عن الاحتكاك الانزلاقيّ تبعاً لاختلاف نوع الحركة، فالتدحرج يتضمّن احتكاكاً إضافياً عند كلّ نقطة تلامس بين الجسم المتدحرج والسطح؛ وهذا يعني أنّه في كلّ لحظة خلال عملية التدحرج توجد نقطة تلامس جديدة بين الجسم والسطح، وبالتالي فإنّ لكلّ نقطة اتصال قوة احتكاك عكسية تُشبه في مبدئها الاحتكاك الساكن لكنّها تكون لحظيّة.

معامل الاحتكاك

يُعرّف معامل الاحتكاك (بالإنجليزية: Coefficient of friction) بأنّه النسبة بين قوة الاحتكاك التي تُقاوم الحركة بين سطحين متلامسين إلى القوة العمودية للجسم المتحرّك، ويجدر بالذكر أنّ معامل الاحتكاك ليس له وحدة قياس، ويُمكن حساب معامل الاحتكاك حسب المعادلة (μ = F/N)، حيث يُمثّل كلّ رمز في المعادلة ما يأتي:

• μ: معامل الاحتكاك.
• F: قوة الاحتكاك ووحدتها نيوتن.
• N: القوة العمودية ووحدتها نيوتن

تختلف قيمة معاملات الاحتكاك للاحتكاك الساكن والاحتكاك الانزلاقي، ففي الاحتكاك الساكن تكون القوة كاملة على الجسم، ويبقى الجسم في حالة السكون حتّى يتمّ تجاوز قوّة الاحتكاك الساكن بقوّة أكبر منها، أمّا في الاحتكاك الانزلاقي فإنّ الاحتكاك يُقاوم حركة الجسم، ففي حالة انزلاق حجر على طاولة ذات سطح خشبيّ، فإنّ معامل الاحتكاك الحركيّ للحجر يُساوي تقريباً 0.5 وهذا يعني أنّ الحجر بحاجة لقوّة تُساوي نصف وزنه للتغلّب على الاحتكاك والمحافظة على حركته بسرعة ثابتة، وتُعدّ قيمة معامل الاحتكاك الساكن للحجر نفسه ما يُقارب 0.6.

تطبيقات عملية على قوة الاحتكاك

هناك العديد من التطبيقات العملية على قوّة الاحتكاك وآثارها، ومنها ما يأتي:

• التسلّق على الصخور: يُساعد الاحتكاك متسلّقي الجبال على التسلّق على الصخور وذلك بأنّه يمنع أيديهم من الانزلاق عنها.
• تخفيف سرعة الدرّاجة الهوائية: تُستخدم في جميع الدراجات الهوائيّة فرامل وظيفتها تخفيف سرعة دوران العجلات، وهي تعتمد في عملها على زيادة قوّة الاحتكاك.
• إشعال أعواد الكبريت: يتسبّب احتكاك رأس عود الكبريت إلى تحويل جزء من الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية، وبالتالي اشتعال عود الكبريت.
• تآكل التروس في الأجزاء الميكانيكية: يؤدّي الاحتكاك بين أجزاء التروس عند حركتها إلى تآكلها ولهذا فإنّه يُنصح باستخدام أنواع من المزلّقات والسوائل التي تُقلّل من الاحتكاك لحمايتها من التلف.

الفرق بين قوة الاحتكاك وقوة الجاذبية

تُعتبر قوة الاحتكاك قوّةً ثنائيّةً تتكوّن عند اتصال جسم ما بجسم آخر، فيُقاوم كلّ جسم منهما الحركة عند نقطة الالتقاء، أمّا الجاذبية فهي قوّة طبيعية ناتجة عن تجاذب جسمين لبعضهما البعض، وهي قوة مساوية لوزن الجسم الذي تؤثّر عليه، فبدلاً من أن تسقط الأجسام فإنّها تبقى معلّقةً؛ إذ إنّ قوة الجاذبية تُساوي القوة العمودية مما يجعلها ثابتة في مكانها.

فيديو ظواهر فيزيائية

هناك العديد من الظواهر الفيزيائية في الطبيعة من حولنا، يشرحها الفيديو الآتي: