إبطاء حركة الجسم المتحرك
تعرف قوة الاحتكاك (بالإنجليزية: Frictional Force) بأنها القوة التي تقاوم وتحد من حركة الأجسام، وتنشأ هذه القوة بين سطحيّ جسمين نتيجةً لتلاصق هذين السطحين وتحركهما باتجاهين متعاكسين، فالاحتكاك هو القوة التي تُقاوم حركة سطح عند ملامسته لسطح آخر، ويمكن أن تنشأ قوة الاحتكاك بين الأسطح في الحالات المختلفة، والتي تشمل الأسطح الصلبة والسائلة والغازية.
يوجد الاحتكاك في جميع أوجه الحياة فمثلًا، تستطيع السيارة السير على الطريق بشكل ثابت وبخط مستقيم بسبب قوة الاحتكاك الناتجة بين عجلات السيارة وسطح الطريق الخشن، إذ إن قوة الاحتكاك تحمي السيارة من الانزلاق.
يواجه الجسم المتحرك عند ملامسته لسطح ما قوة الاحتكاك، بحيث تؤثر قوة الاحتكاك على الجسم المتحرك باتجاه مُعاكس لاتجاه حركة الجسم الأصلية، فتعمل على ممُانعة حركة الجسم، وبالتالي تؤدي إلى إيقاف حركة الجسم أو تبطيئها، مما يؤدي إلى تقليل المسافة التي يستطيع الجسم أن يقطعها، فكلما زادت قوة الاحتكاك زادت قدرتها على إبطاء الأجسام والعمس صحيح.
فمثلًا، من الصعب جدًا على الشخص أن يتوقف بسهولة عن الحركة في بركة من الماء، وذلك لأن سطح بركة الماء ناعم وزلق وبالتالي يؤثر بقوة احتكاك قليلة جدًا.
إيقاف الجسم المتحرك عن الحركة
تنشأ قوة الاحتكاك بين سطحين متحركين أو ساكنين، فهي تعمل على التأثير بقوة بعكس اتجاه الجسم المتحرك، مما يؤدي إلى إيقاف حركة الجسم المتحرك أو تبطيئها، وقد تكون هذه إحدى مضار قوة الاحتكاك، ويعتمد إيقاف قوة الاحتكاك للجسم عن الحركة على عاملين، هما:
- أن يكون معامل احتكاك السطح كبيرًا.
- أن تكون قوة الاحتكاك أكبر من قوة حركة الجسم، مما يؤدي إلى إيقاف حركة الجسم.
فمثلًا، تتمتع الأسطح الناعمة بمعامل احتكاك قليل مما يؤثر على الأجسام بقوة احتكاك أقل مقارنةً بما تؤثر به الأسطح الخشنة على الأجسام التي تتمتع بمعامل احتكاك أكبر، وكلما زادت خشونة السطح يزيد معامل الاحتكاك وتزداد قوة الاحتكاك وبالتالي قد توقف حركة الأجسام المتحركة، فيمكن للسيارة أن تتحرك على الطريق العادي، بينما لا يمكن ذلك على الطرق المليئة بالنتوءات والصخور.
ممانعة الجسم الساكن للحركة
عندما تنشأ قوة الاحتكاك بين سطحين ساكنين فإنها تؤدي إلى تثبيتهما، أي إبقائهما في الحالة الساكنة، ويكون ذلك بأن قوة الاحتكاك تعمل على مقاومة أي قوة خارجية تحاول التأثير على السطحين من أجل تحريكهما، ولذلك تبقى الأجسام في حالتها الساكنة، إلا عندما تؤثر قوة خارجية على السطحين قيمتها أكبر من قيمة قوة الاحتكاك بين السطحين، مما يؤدي إلى تحريك السطحين عن بعضهما البعض.
وتتراوح قيمة قوة الاحتكاك بين الأسطح التي تؤدي إلى تحرك الأجسام من حالتها الساكنة بين صفر إلى أقل قيمة قوة يمكنها تحريك السطح من مكانه، هذه القيمة هي التي تتغلب على قيمة قوة الاحتكاك التي تمنع حركة السطح، وكلما زادت قوة الاحتكاك زادت قدرتها على تثبيت الأجسام في مكانها.
فمثلًا: تكون قوة الاحتكاك كبيرة جدًا في حال اصطفاف السيارة، بينما تكون أقل في حالة الورقة الموضوعة في حالة سكون على الطاولة، ولذلك تحتاج السيارة إلى قوة كبيرة جدًا لتمكنها من التحرك وتجاوز قيمة الاحتكاك، بينما تحتاج الورقة إلى قوة أقل بكثير حتى تتجاوز قوة الاحتكاك الواقعة عليها وتتحرك من حالة السكون.
أثر معامل الاحتكاك على قوة الاحتكاك
يُعرف معامل الاحتكاك (بالإنجليزية: coefficient of friction) بأنه نسبة قوة الاحتكاك التي تنشأ بين الأجسام فتُمانع حركتها، إلى نسبة القوى الطبيعية التي تؤثر على الأجسام من السطح الواقعة عليه، وعادةً ما يتم حساب قيمة معامل الاحتكاك من خلال التجربة، لكن يجب العلم أن قوة الاحتكاك لا تعتمد على مقدار السرعة التي يتحرك بها السطحين، ويتم التعبير عن معامل الاحتكاك عبر العلاقة الآتية:
معامل الاحتكاك = قوة الاحتكاك / القوة العامودية
وبالرموز:
م ح = ق ح / ق ض
بالرموز الإنجليزية:
μ = F/ N
حيث أن:
- μ أو م ح: معامل الاحتكاك، ويختلف باختلاف السطح.
- F أو ق ح: قوة الاحتكاك (Frictional Force)، وتقاس بوحدة نيوتن.
- N أو ق ض : القوة العامودية أو الضاغطة (Normal Force)، وتقاس بوحدة نيوتن.
ويعتمد مقدار القوة التي تؤثر بها قوة الاحتكاك على حركة الجسم على معامل قوة الاحتكاك بين السطحين المُتلامسين، فكلما زادت قيمة معامل الاحتكاك زادة قوة الاحتكاك التي تؤثر بين الأسطح المتلامسة، فالعلاقة بينهما طردية.
فمثلًا عادةً ما تتمتّع الأسطح الناعمة أو الملساء بمعامل احتكاك قليل، مما يعني أنها تؤثر على الأسطح الملامسة بقوة احتكاك قليلة، وقد تكون قيمة هذه القوة قليلة فلا تُذكر، أما الأسطح الخشنة، فعادةً ما يكون لها قوة احتكاك عالية، وقد تصل إلى منع الجسم من الحركة وليس فقط إبطاء حركته.
تطبيقات قوة الاحتكاك
يوجد لقوة الاحتكاك الأثر الكبير في حياة الإنسان، ولها العديد من الفوائد والمضار، وفيما يأتي بعض تطبيقات قوة الاحتكاك اليومية:
- تُمكن قوة الاحتكاك الشخص من المشي بصورة ثابتة وبخط مستقيم، وهذه تعد إحدى أهم فوائد قوة الاحتكاك.
- تساعد على الكتابة على اللوح، أو الورق.
- تحمي قوة الاحتكاك من اصطدام النيازك بالأرض، فتعمل على زيادة درجة حرارة النيزك عند اصطدامه بغلاف الأرض الخارجي، وبالتالي احتراقه وتقليل حجمه قبل الوصول إلى الأرض.
- تساعد قوة الاحتكاك على تثبيت السلم على الحائط، وعلى تثبيت المسمار في الحائط.
- تساعد قوة الاحتكاك على توليد طاقة حرارية فتُمكن من إشعال النار.
- تساعد على التقاط الأشياء ومنع انزلاقها، مثل التقاط كرة السلة، أو حمل كأس من الماء.
- تساعد على تحليق الطائرات والطيور، وتحليق الطائرات الورقية.
تعد قوة الاحتكاك من أكثر الظواهر الفيزيائية التي تمت دراستها، وذلك لأثرها الكبير في حياة الإنسان، فتعمل قوة الاحتكاك على ممانعة حركة الأجسام عند ملامستها للأسطح، فتُؤثر على الأجسام بقوة عكسية لاتجاه الحركة وتؤدي إلى إيقافها أو تبطيئها، لكن من آثارها العظيمة في الحياة أنها تُمكّن من المشي بصورة ثابتة وبخط مستقيم، كما تمكن من إشعال عود الثقاب، وتساعد على الكتابة وطيران الطائرات، وغيرها من الفوائد العظيمة في حياة الإنسان.
