تعريف الاحتكاك
يُعرّف الاحتكاك بأنه قوة مقاومة حركة جسم لجسم آخر يتحرك في اتجاهه أو عكسًا منه ، و(بالإنجليزية: Friction) لكنه لا يعد قوة رئيسية مثل الجاذبية أو قوة المجال الكهرومغناطيسي، كما يعرف الاحتكاك أيضًا بأنه القوة التي تقاوم انزلاق أو دحرجة جسم صلب على آخر.
وقد تكون قوة الاحتكاك مثل تلك اللازمة للمشي والتي تمنع الانزلاق مفيدة إلا أنها تفقد الجسم قدرًا من طاقته.
على سبيل المثال؛ يُستهلك نحو 20% من قوة محرك السيارة للتغلب على قوى الاحتكاك في الأجزاء المتحركة، كما يرجع السبب الرئيسي في نشأة قوى الاحتكاك بين المعادن إلى قوى الجذب المعروفة باسم الالتصاق بين مناطق تلامس أسطح المعادن.
معامل الاحتكاك
يصف معامل الاحتكاك (بالإنجليزية: Coefficient of Friction) نسبة القوة بين جسمين والقوة التي تضغط عليهم معًا، وتتراوح قيمته من الصفر إلى الواحد الصحيح، وتختلف القيمة باختلاف نوع المادة المستخدمة وسطحها، فالأجسام الخشنة تحصل على قيمة معامل احتكاك أكبر من الأجسام الناعمة،
ويُرمز لمعامل الاحتكاك رياضيًا بالرمز اليوناني μ، أما المعادلة المستخدمة في حساب معامل الاحتكاك هي:
μ = F / N
معامل الاحتكاك = قوة الاحتكاك / القوة العادية
حيث إن:
معامل الاحتكاك.
قوة الاحتكاك.
القوة العادية.
أنواع الاحتكاك
يوجد نوعان أساسيان من الاحتكاك، هما المتحرك والساكن، بينما يوجد نوعان آخران أحدهما يحدث في السوائل ويسمى الاحتكاك المائع أو اللزوجة والآخر للأجسام المنزلقة، وفيما يأتي أنواع الاحتكاك:
الاحتكاك الساكن
يُعرّف الاحتكاك الساكن (بالإنجليزية: Static Friction) بأنه قوة الاحتكاك التي تعمل بين الأسطح عندما تكون في حالة راحة على بعضها البعض، ومن أمثلة ذلك: التزلج على الجليد، وتوليد الحرارة عن طريق فرك اليدين معًا، وضع مصباح على الطاولة.
الاحتكاك المتحرك
يُعرّف الاحتكاك المتحرك (بالإنجليزية: Kinetic Friction) بأنه القوة التي تعمل بين الأسطح المتحركة، إذ إن الجسم المتحرك يواجه قوة معاكسة لحركته، تعتمد في مقدارها على قيمة معامل الاحتكاك الحركي بين المادتين، والاحتكاك الحركي هو جزء من كل شيء ويتداخل مع حركة جسمين أو أكثر.
فعلى سبيل المثال: إذا كانت السيارة متحركة فعند إيقافها يجب الضغط على المكابح مما يولد قوة احتكاك.
الاحتكاك الانزلاقي
الاحتكاك الانزلاقي (بالإنجليزية: Sliding Friction) هو الاحتكاك الذي يؤثر على الأجسام عندما تنزلق فوق بعضها البعض، ويكون مقدار القوة المبذولة للتغلب عليه أقل من تلك التي تبذل في الاحتكاك الساكن، فيلاحظ أن من السهل تحريك قطعة من الأثاث على الأرض بدأت في الحركة فعليًا بعدما كانت في حالة السكون.
ومن الأمثلة على الاحتكاك المنزلق؛ الكتابة باستخدام القلم على الورقة بسهولة، فالاحتكاك الناتج عن هذا الانزلاق هو الذي يترك ما كتب أو رسم على الورقة.
الاحتكاك المائع
الاحتكاك المائع (بالإنجليزية: Fluid Friction) وهو الاحتكاك الذي ينشأ بين طبقات السائل عندما تتحرك بالنسبة لبعضها البعض، مثل تدفق الحبر في القلم، ومثل السباحة في البحر أو في حوض السباحة.
تطبيقات على الاحتكاك
يلعب الاحتكاك دورًا هامًا في العديد من العمليات التي يقوم بها البشر في حياتهم اليومية، مثل:
- إشعال عود الثقاب.
- تنظيف الأسنان باستخدام الفرشاة لإزالة الجزيئات العالقة بها.
- مسح الأسطح وتنظيفها من الأتربة والغبار.
- الكتابة على الأسطح.
- استخدام الممحاة.
- فرك اليدين لتدفئتهم.
- المشي على الطريق.
- تقليب صفحات الكتاب أثناء المذاكرة أو القراءة.
- حرائق الغابات.
- التزحلق على الجليد، أو النزول من أعلى لأسفل على المنزلق.
- مكابح الدراجات أو السيارات.
- بكرة سحب المياه من البئر.
- شد الحبل.
- السباحة في البحر أو حمامات السباحة.
- تدفق الحبر في القلم.
أهمية الاحتكاك
للاحتكاك العديد من المزايا التي يغفل عنها أو لا تمر بالأذهان، مثل:
من دون الاحتكاك سيصبح عسيرًا على الناس المشي، إذ إن الاحتكاك يوفر للإنسان قوة تدفعه للأمام، ويساعده أيضًا على الالتفاف، فإذا انعدم الاحتكاك سيصعب المشي.
- ارتداء الخاتم والقبعة والحزام
عند محاولة ارتداء قبعة أو أي شيء آخر، فيجب الإمساك به، فبدون وجود الاحتكاك لصعب على المرء ذلك ولاحتاج إلى مواد لاصقة ليستطيع التمسك بما يريد ارتداءه.
ففي الأجزاء الميكانيكية يساعد الاحتكاك بين أجزاء الآلة على نقل الطاقة، فبدونه ستنزلق الأجزاء ولن يكون هناك اتصال بينها لنقل الطاقة.
على مر العصور استُخدمت الحرارة الناتجة عن فرك جسمين في إشعال النيران، وهي من تطبيقات الاحتكاك، كما يمكن إشعال عود الثقاب عن طريق الاحتكاك.
حماية الأرض من الكويكبات
إذ تحترق الكويكبات التي تقترب من الأرض نتيجة لاحتكاكها مع الغلاف الجوي.
مساوئ الاحتكاك
بالرغم من أهمية الاحتكاك في العديد من جوانب الحياة اليومية إلا أن له مساوئ من أهمها:
- إنتاج حرارة غير مرغوب فيها
قد تكون الحرارة الناتجة عن احتكاك أغصان الأشجار الجافة ببعضها البعض سببًا في نشوب الحرائق في الغابات.
ففي الآلات مثل محركات السيارة يوجد العديد من الأجزاء الصغيرة المرتبطة ببعضها البعض وتتحرك باستمرار، فينشأ عنها قوى احتكاك تُعيق من حركتها ، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة المحرك وبالتالي استهلاك وقود إضافي.
ينتج عن ارتفاع معدلات استهلاك الوقود للتغلب على قوى الاحتكاك مخاطر تضر بالبيئة.
- إنتاج ضوضاء غير مرغوب فيها
ينشأ عن الاحتكاك أصواتًا عالية تسبب تلوث سماعي للإنسان.
يتسبب الاحتكاك في بلى الأشياء، إذ إنه يقلل من عمرها، فبدون الاحتكاك ستستمر لفترة أطول.
في بعض الأحيان يكون الاحتكاك بين جزيئات الغبار والأسطح قويًا جدًا، فيحتاج حينئذٍ إلى منظفات خاصة لتنظيفها.
