« الفيزياء - الصف العاشر"

تذكر ما هو الاحتكاك.
ما هي العوامل التي يرجع إليها؟
لماذا تتغير سرعة حركة الكتلة على الطاولة بعد الدفع؟

نوع آخر من القوى التي يتم تناولها في الميكانيكا هو قوى الاحتكاك. تعمل هذه القوى على طول أسطح الأجسام عندما تكون على اتصال مباشر.

تمنع قوى الاحتكاك في جميع الأحوال الحركة النسبية للأجسام الملامسة. وفي ظل ظروف معينة، تجعل قوى الاحتكاك هذه الحركة مستحيلة. ومع ذلك، فهي لا تبطئ حركة الأجسام فحسب. في عدد من الحالات المهمة عمليًا، لا يمكن أن تحدث حركة الجسم بدون تأثير قوى الاحتكاك.

يسمى الاحتكاك الذي يحدث أثناء الحركة النسبية للأسطح المتلامسة للأجسام الصلبة الاحتكاك الجاف.

هناك ثلاثة أنواع من الاحتكاك الجاف: الاحتكاك الساكن، والاحتكاك المنزلق، والاحتكاك المتدحرج.

احتكاك الراحة.

حاول تحريك كتاب سميك ملقى على الطاولة بإصبعك. تطبق عليه بعض القوة، موجهًا على طول سطح الطاولة، ويظل الكتاب في حالة سكون. وبالتالي، تنشأ قوة بين الكتاب وسطح الطاولة، موجهة بشكل معاكس للقوة التي تؤثر بها على الكتاب، ومساوية لها تمامًا في المقدار. هذه هي قوة الاحتكاك tr. تدفع الكتاب بقوة أكبر، لكنه يظل في مكانه. وهذا يعني أن قوة الاحتكاك tr تزداد بنفس المقدار.

تسمى قوة الاحتكاك المؤثرة بين جسمين ساكنين بالنسبة لبعضهما البعض بالقوة الاحتكاك الساكن.

إذا أثرت على جسم قوة موازية للسطح الذي يوجد عليه، وظل الجسم ساكنا، فهذا يعني أنه تؤثر عليه قوة احتكاك ساكنة t، مساوية في المقدار وموجهة في الاتجاه المعاكس للقوة. القوة (الشكل 3.22). وبالتالي، يتم تحديد قوة الاحتكاك السكوني من خلال القوة المؤثرة عليها:

إذا كانت القوة المؤثرة على جسم في حالة سكون تتجاوز ولو قليلًا الحد الأقصى لقوة الاحتكاك السكوني، فسيبدأ الجسم في الانزلاق.

تسمى القيمة الأكبر لقوة الاحتكاك التي لم يحدث فيها الانزلاق بعد أقصى قوة احتكاك ساكنة.

لتحديد الحد الأقصى لقوة الاحتكاك الساكن، هناك قانون كمي بسيط جدًا، ولكنه ليس دقيقًا جدًا. يجب أن تكون هناك كتلة على الطاولة مع مقياس ديناميكي متصل بها. دعونا نجري التجربة الأولى. دعونا نسحب حلقة الدينامومتر ونحدد الحد الأقصى لقوة الاحتكاك الساكن. يتم التأثير على الكتلة بالجاذبية m والقوة رد فعل طبيعييدعم 1، قوة الشد 1، نوابض الدينامومتر والحد الأقصى لقوة الاحتكاك الساكن tr1 (الشكل 3.23).

دعونا نضع كتلة أخرى مماثلة على الكتلة. ستزداد قوة ضغط القضبان الموجودة على الطاولة بمقدار مرتين. وفقًا لقانون نيوتن الثالث، فإن قوة رد الفعل الطبيعية للدعم 2 ستزداد أيضًا بمقدار مرتين. وإذا قمنا بقياس قوة الاحتكاك السكوني القصوى مرة أخرى، فسنرى أنها زادت بقدر ما زادت القوة 2، أي مرتين.

بالاستمرار في زيادة عدد القضبان وقياس أقصى قوة للاحتكاك الساكن في كل مرة، سنقتنع بذلك

>القيمة القصوى لمعامل قوة الاحتكاك الساكن تتناسب مع معامل قوة رد الفعل العمودية للدعامة.

إذا قمنا بالإشارة إلى وحدة الحد الأقصى لقوة الاحتكاك الساكن بواسطة F tr. كحد أقصى، يمكننا أن نكتب:

ف. الحد الأقصى = μN (3.11)

حيث μ هو معامل التناسب يسمى معامل الاحتكاك. يميز معامل الاحتكاك كلا من أسطح الاحتكاك ولا يعتمد فقط على مادة هذه الأسطح، ولكن أيضًا على جودة معالجتها. يتم تحديد معامل الاحتكاك تجريبيا.

تم تأسيس هذا الاعتماد لأول مرة من قبل الفيزيائي الفرنسي سي. كولومب.

إذا قمت بوضع الكتلة على الوجه الأصغر، فإن F tr. لن يتغير الحد الأقصى

لا تعتمد قوة الاحتكاك الساكن القصوى على منطقة التلامس بين الأجسام.

تتراوح قوة الاحتكاك الساكن من صفر إلى قيمة قصوى تساوي μN. ما الذي يمكن أن يسبب تغيرا في قوة الاحتكاك؟

النقطة هنا هي هذا. عندما يتم تطبيق قوة معينة على جسم ما، فإنه يتحرك قليلاً (بشكل غير محسوس للعين)، ويستمر هذا الإزاحة حتى يتم وضع الخشونة المجهرية للأسطح بالنسبة لبعضها البعض بطريقة تجعلها، عند ربطها ببعضها البعض، يؤدي إلى ظهور قوة توازن القوة. ومع زيادة القوة، سيتحرك الجسم مرة أخرى قليلًا بحيث تلتصق أصغر المخالفات السطحية ببعضها البعض بشكل مختلف، وتزداد قوة الاحتكاك.

وفقط عند > F tr. الحد الأقصى تحت أي ظرف من الظروف الموقف النسبيخشونة السطح، قوة الاحتكاك غير قادرة على موازنة القوة، وسيبدأ الانزلاق.

اعتماد معامل قوة الاحتكاك المنزلق على المعامل قوة التمثيلهو مبين في الشكل 3.24.

عند المشي والجري، يتعرض باطن القدمين للاحتكاك الساكن ما لم تنزلق القدم. تؤثر نفس القوة على العجلات الدافعة للسيارة. تتأثر العجلات المدفوعة أيضًا بقوة احتكاك ساكنة، ولكن هذه المرة تكبح الحركة، وهذه القوة أقل بكثير من القوة المؤثرة على العجلات الدافعة (وإلا فلن تتمكن السيارة من التحرك).

لفترة طويلة، كان هناك شك في إمكانية تشغيل قاطرة بخارية على قضبان ناعمة. لقد اعتقدوا أن قوة الاحتكاك التي تكبح العجلات المدفوعة ستكون مساوية لقوة الاحتكاك المؤثرة على العجلات الدافعة. حتى أنه تم اقتراح تجهيز عجلات القيادة ووضع قضبان تروس خاصة لها.

انزلاق الاحتكاك.

عند الانزلاق، تعتمد قوة الاحتكاك ليس فقط على حالة أسطح الاحتكاك، ولكن أيضًا على السرعة النسبية للأجسام، وهذا الاعتماد على السرعة معقد للغاية. تظهر التجربة أنه في كثير من الأحيان (وإن لم يكن دائمًا) في بداية الانزلاق، عندما تكون السرعة النسبية لا تزال منخفضة، تصبح قوة الاحتكاك أقل إلى حد ما من الحد الأقصى لقوة الاحتكاك الساكن. عندها فقط، مع زيادة السرعة، تنمو وتبدأ في تجاوز F tr. الأعلى.

ربما لاحظت أنه من الصعب تحريك جسم ثقيل، مثل الصندوق، ولكن بعد ذلك يصبح تحريكه أسهل. يتم تفسير ذلك على وجه التحديد من خلال انخفاض قوة الاحتكاك عند حدوث الانزلاق بسرعة منخفضة (انظر الشكل 3.24).

عند سرعات الحركة غير العالية نسبيًا، تختلف قوة الاحتكاك المنزلق قليلًا عن قوة الاحتكاك الساكن القصوى. لذلك يمكن اعتبارها ثابتة تقريبًا وتساوي الحد الأقصى لقوة الاحتكاك الساكن:

F tr ≈ F tr. الحد الأقصى = ميكرون.

يمكن تقليل قوة الاحتكاك المنزلق عدة مرات باستخدام مادة التشحيم - غالبًا طبقة رقيقة من السائل (عادةً نوع من الزيوت المعدنية) - بين أسطح الاحتكاك.

لا يمكن لأي آلة حديثة، مثل محرك السيارة أو الجرار، أن تعمل بدون تزييت. يتم توفير نظام تشحيم خاص في تصميم جميع الآلات.

الاحتكاك بين طبقات السائل المجاورة للأسطح الصلبة أقل بكثير من الاحتكاك بين الأسطح الجافة.

الاحتكاك المتداول.

إن قوة الاحتكاك المتداول أقل بكثير من قوة الاحتكاك المنزلق، لذلك فإن دحرجة جسم ثقيل أسهل بكثير من تحريكه.

تعتمد قوة الاحتكاك على السرعة النسبية للأجسام. وهذا هو اختلافها الرئيسي عن قوى الجاذبية والمرونة التي تعتمد فقط على المسافات.

قوى المقاومة أثناء حركة الأجسام الصلبة في السوائل والغازات.

عندما يتحرك جسم صلب في سائل أو غاز، فإنه يتأثر بقوة السحب للوسط. يتم توجيه هذه القوة ضد سرعة الجسم بالنسبة للوسط وتبطئ الحركة.

السمة الرئيسية لقوة المقاومة هي أنها تظهر فقط في حالة وجودها الحركة النسبيةالجسم والبيئة.
قوة الاحتكاك الساكن في السوائل والغازات غائبة تمامًا.

وهذا يؤدي إلى حقيقة أنه بجهد يديك يمكنك تحريك جسم ثقيل، على سبيل المثال، قارب عائم، بينما تحريك القطار بيديك، على سبيل المثال، أمر مستحيل بكل بساطة.

يعتمد معامل قوة المقاومة F c على حجم وشكل وحالة سطح الجسم، وعلى خصائص الوسط (السائل أو الغاز) الذي يتحرك فيه الجسم، وأخيرًا، على السرعة النسبية لحركة الجسم. الجسم والوسط.

تظهر الطبيعة التقريبية لاعتماد معامل قوة المقاومة على معامل السرعة النسبية للجسم في الشكل 3.25. عند سرعة نسبية تساوي الصفر، لا تؤثر قوة السحب على الجسم (F c = 0). ومع زيادة السرعة النسبية، تنمو قوة السحب ببطء في البداية، ثم تنمو بشكل أسرع فأسرع. عند سرعات الحركة المنخفضة يمكن اعتبار قوة المقاومة متناسبة طرديا مع سرعة حركة الجسم بالنسبة للوسط:

F ج = ك 1 υ، (3.12)

حيث k 1 هو معامل المقاومة، حسب الشكل والحجم وحالة سطح الجسم وخصائص الوسط - لزوجته. لا يمكن حساب المعامل k 1 نظرياً للأجسام ذات الشكل المعقد، بل يتم تحديده تجريبياً.

عند السرعات العالية للحركة النسبية، تتناسب قوة السحب طرديًا مع مربع السرعة:

و ج = ك 2 υ 2 , υ, (3.13)

حيث k 2 هو معامل المقاومة المختلف عن k 1 .

أي من الصيغ - (3 12) أو (3.13) - يمكن استخدامها في حالة معينة يتم تحديدها تجريبيا. على سبيل المثال، بالنسبة لسيارة الركاب، يُنصح باستخدام الصيغة الأولى عند سرعة 60-80 كم/ساعة تقريبًا، أما عند السرعات الأعلى، فيجب استخدام الصيغة الثانية.

يجب التغلب على هذه القوة من أجل تحريك جسمين متلامسين بالنسبة لبعضهما البعض. يحدث أثناء الحركات الدقيقة (على سبيل المثال، أثناء التشوه) للأجسام الملامسة. إنه يعمل في الاتجاه المعاكس لاتجاه الحركة النسبية المحتملة.

الحد الأقصى لقوة الاحتكاك الساكن في أبسط تقريب: حيث k 0 هو معامل الاحتكاك الساكن، N هي قوة رد الفعل الداعمة العادية.

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

انظر ما هو "الاحتكاك في الراحة" في القواميس الأخرى:

الاحتكاك الساكن- احتكاك جسمين بإزاحات صغرية دون إزاحات كلية. [GOST 27674 88] المواضيع: الاحتكاك والتآكل والتشحيم في الاحتكاك الساكن ... دليل المترجم الفني

الاحتكاك الساكن- 3.3 الاحتكاك الساكن: احتكاك جسمين بإزاحات صغرية دون إزاحة كلية. المصدر: ST TsKBA 057 2008: تجهيزات خطوط الأنابيب. معاملات الاحتكاك في وحدات التسليح... كتاب مرجعي للقاموس لمصطلحات التوثيق المعياري والتقني

الاحتكاك الساكن- rimties trintis Statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. احتكاك الراحة احتكاك الراحة vok. هافتريبونج، و؛ روهيريبونج، ف روس. الاحتكاك الساكن، ن برانك. frettement de repos, m… Fizikos terminų žodynas

الاحتكاك الساكن- الاحتكاك الساكن الاحتكاك عند السكون النسبي لجسمين متلامسين. كود IFToMM: 3.5.47 القسم: ديناميكيات الآليات... نظرية الآليات والآلات

ولهذا المصطلح معاني أخرى، انظر الاحتكاك الإشعاعي. الاحتكاك هو عملية التفاعل بين الأجسام أثناء حركتها النسبية (الإزاحة) أو عندما يتحرك الجسم في وسط غازي أو سائل. وإلا فإنه يسمى الاحتكاك... ... ويكيبيديا

التأثير الميكانيكي بين المواد الصلبة، والذي يحدث في أماكن اتصالهم ويمنع الحركة النسبية للأجسام في الاتجاه الموجود في مستوى اتصالهم. التمييز: الاحتكاك الساكن بين ساكنين متبادلين ... ... قاموس البناء

احتكاك- - عملية تحدث على سطح التلامس بين الأجسام سواء في حالة السكون أو في الحركة المتبادلة. … … موسوعة مصطلحات وتعاريف وشروحات مواد البناء

ميكانيكي المقاومة التي تنشأ في مستوى التلامس بين جسمين مضغوطين ضد بعضهما البعض عندما يكونان قريبين. متحرك. تتعلق قوة المقاومة F الموجهة في الاتجاه المعاكس. حركة جسم معين تسمى قوة الاحتكاك المؤثرة على هذا الجسم. ت… الموسوعة الفيزيائية

ميكانيكي المقاومة التي تنشأ في مستوى التلامس بين جسمين متلامسين عندما يكونا قريبين. متحرك. تتعلق قوة المقاومة F الموجهة في الاتجاه المعاكس. حركة الأجسام تسمى تدريب القوة. تلفزيون. عملية تبديد...... الموسوعة الفيزيائية

قوة الاحتكاك هي قوة المقاومة الميكانيكية التي تنشأ في مستوى التلامس بين جسمين مضغوطين ضد بعضهما البعض أثناء حركتهما النسبية.

يتم توجيه قوة المقاومة المؤثرة على الجسم بعكس الحركة النسبية لجسم معين.

تنشأ قوة الاحتكاك لسببين: 1) السبب الأول والرئيسي هو أنه عند نقاط التلامس تنجذب جزيئات المواد لبعضها البعض، ويجب بذل جهد للتغلب على تجاذبها. تتلامس الأسطح الملامسة مع بعضها البعض فقط في مناطق صغيرة جدًا. مساحتها الإجمالية هي 0.01 ÷ 0.001 0.01 \div 0.001 من إجمالي منطقة الاتصال (الظاهرة). عند الانزلاق، لا تبقى منطقة الاتصال الفعلية دون تغيير. سوف تتغير قوة الاحتكاك (الانزلاق) أثناء الحركة. إذا تم الضغط على الجسم الذي ينزلق بقوة أكبر على الجسم الذي يحدث عليه الانزلاق، فإنه بسبب تشوه الأجسام، فإنستزداد مساحة نقاط التلامس (وقوة الاحتكاك) بما يتناسب مع قوة الضغط.

$$F_\text(tr) \sim F_\text(prij)$$

2) والسبب الثاني لحدوث قوة الاحتكاك هوهذا هو وجود خشونة (مخالفات) الأسطح وتشوهها عندما يتحرك جسم على طول سطح جسم آخر. يعتمد عمق الاختراق (الاشتباك) على الخشونةقوة الضغط، ويعتمد حجم التشوهات على ذلك. وهذا الأخير بدوره يحدد حجم قوة الاحتكاك: F tr ∼ F prj F_\mathrm(tr) \sim F_\mathrm(prj) .

أما في الانزلاق النسبي فيحدث كلا السببين، وبالتالي فإن طبيعة التفاعل تكون على شكل علاقة بسيطة:

F tr = μ N - \boxed(F_\mathrm(tr) =\mu N)\ - قوة الاحتكاك المنزلقة (صيغة كولوم - أمونتون)، حيث

μ - \mu\ - معامل الاحتكاك المنزلق،

N - N\ - قوة رد الفعل الداعمة مساوية لقوة الضغط.

يختلف حجم معامل الاحتكاك باختلاف مجموعات مواد الاحتكاك، حتى مع نفس المعاملة (تعتمد قوى الجذب والخصائص المرنة على نوع المادة).

إذا كان هناك مادة تشحيم بين أسطح الاحتكاك، فإن قوة الجذب ستتغير بشكل ملحوظ (ستنجذب الجزيئات الأخرى، وسيتم استبدال قوة الاحتكاك المنزلقة جزئيًا بقوة الاحتكاك اللزج، وهو ما سنتناوله أدناه).

إذا تم التأثير على جسم مستلقي على سطح أفقي بقوة أفقية F → \vec F , فإن الحركة لن تكون ناجمة عن هذه القوة إلا عندما تصبح أكبر من قيمة معينة (μ N) (\mu N) .قبل أن تبدأ الحركة الخارجية يتم تعويض القوة بقوة الاحتكاك الساكن.












أرز. 13

إن قوة الاحتكاك الساكنة تكون دائماً مساوية للقوة الخارجية الموازية للسطح، وتنشأ بسبب التجاذب بين الجزيئات في مناطق نقاط التلامس وتشوه الخشونة.

تختلف قوة الاحتكاك الساكن في أجزاء مختلفة من السطح الذي ستحدث الحركة على طوله. إذا كان الجسم يقع على السطح لفترة طويلة، فبسبب الاهتزازات (وهي موجودة دائمًا على سطح الأرض)، ستزداد مساحة نقاط التلامس قليلاً. لذلك، لبدء التحرك، سيتعين عليك التغلب على قوة احتكاك أكبر قليلاً من قوة الاحتكاك المنزلقة. وتسمى هذه الظاهرة بظاهرة الركود. نواجه هذه الظاهرة، على سبيل المثال، عند نقل الأثاث في الغرفة. (في الشكل 13، هناك مبالغة كبيرة في تفوق الاحتكاك الساكن على الاحتكاك المنزلق).

نستخدم قوة الاحتكاك الساكن للتحرك على الزلاجات أو ببساطة عند المشي.

تتعلق أنواع قوى الاحتكاك المدروسة بالاحتكاك الجاف أو الاحتكاك الخارجي. ولكن هناك نوع آخر من قوة الاحتكاك - الاحتكاك اللزج.

عندما يتحرك الجسم في سائل أو غاز، تحدث عمليات معقدة للغاية لتبادل الجزيئات بين طبقات السائل أو الغاز المتدفق. وتسمى هذه العمليات بعمليات النقل.

عند السرعات المنخفضة لحركة الجسم بالنسبة للغاز أو السائل، سيتم تحديد قوة المقاومة بالتعبير:

F tr = 6 π η r v - \boxed(F_\mathrm(tr) = 6\pi \eta r v)\ - قانون ستوكس للكرة، حيث

η - \eta\ - لزوجة المادة التي يتحرك فيها الجسم؛

r - r\ - متوسط ​​الحجم العرضي (نصف القطر) للجسم؛

v - v\ - السرعة النسبية للجسم؛

6 π - 6\pi\ - المعامل المطابق للشكل الكروي للجسم.

يمكن التوصل إلى استنتاج حول حجم السرعة (سواء كانت كبيرة أو صغيرة) من خلال تحديد معامل بلا أبعاد يسمى رقم رينولدز:

R e = ρ r v η - \boxed(Re = \frac(\rho r v)(\eta))\ - رقم رينولدز، حيث

ρ - \rho\ هي كثافة المادة التي يتحرك فيها الجسم.

إذا ر ه< 1700 Re движение газа (жидкости) вокруг тела ламинарное (слоистое), и скорости можно считать малыми.

إذا كان R e > 1700 Re > 1700، عندها تكون حركة الغاز (السائل) حول الجسم مضطربة(مع اضطراب)، ويمكن اعتبار السرعات عالية.

في الحالة الأخيرة، يتم إنفاق معظم الطاقة الحركية للجسم على تكوين الدوامات، مما يعني أن قوة الاحتكاك تصبح أكبر ويتوقف الاعتماد عن أن يكون خطيًا.

F tr = k v 2 ρ S - \boxed(F_\mathrm(tr) = kv^2\rho S)\ - قوة الاحتكاك اللزج عند السرعات العالية، حيث

S - S\ - مساحة المقطع العرضي للجسم،

ك - ك\ - ثابت، اعتمادًا على الأبعاد العرضية للجسم.

في كثير من الأحيان يمكن رؤية الصيغة الأخيرة على النحو التالي:

رقم رينولدز الذي تم اختياره ليكون 1700 1700 يتم تحديده فعليًا من خلال المشكلة (الشروط) المحددة ويمكن أن يأخذ قيمًا أخرى بنفس الترتيب. ويفسر ذلك حقيقة أن اعتماد قوة الاحتكاك اللزج على السرعة أمر معقد: عند سرعة معينة الاعتماد الخطييبدأ في الانهيار، وبسرعة معينةيصبح هذا الاعتماد من الدرجة الثانية.

أرز. 14

في الفترة من v 1 v_1 إلى v 2 v_2 درجة تأخذ القيم الكسرية(الشكل 14) . يصف رقم رينولدز حالة النظام الديناميكي الذي تتحرك فيه الطبقاتبقايا الصفحي، ويعتمد بقوة على الظروف الخارجية. على سبيل المثال: كرة فولاذية تتحرك في الماء بعيدًا عن حدود السائل (في المحيط، البحيرة)، تحافظ على الحركة الصفائحية للطبقاتعند R e = 1700 Re = 1700 , ونفس الكرة تتحرك في أنبوب عمودي نصف قطره أكبر قليلاً من الكرة، مملوء بالماء، عند R e = 2 Re = 2سوف يتسبب في دوامة الماء حول الكرة. (لاحظ أن رقم رينولدز ليس هو الوحيد المستخدم لوصف مثل هذه الحركة. على سبيل المثال، يستخدمون أيضًاأرقام فرود وماخ.)

دع جسمًا صغيرًا يكون على مستوى مائل بزاوية ميل أ (الشكل 14.3، أ). هيا نكتشف: 1) ما قوة الاحتكاك إذا انزلق جسم على مستوى مائل؟ 2) ما قوة الاحتكاك إذا كان الجسم مستلقيًا بلا حراك؟ 3) عند أي قيمة دنيا لزاوية الميل أ يبدأ الجسم في الانزلاق عن المستوى المائل.

أ) ب)

قوة الاحتكاك ستكون يعرقلوبالتالي، سيتم توجيه الحركة لأعلى على طول المستوى المائل (الشكل 14.3، ب). بالإضافة إلى قوة الاحتكاك، تؤثر أيضًا قوة الجاذبية وقوة رد الفعل العمودي على الجسم. دعونا نقدم نظام الإحداثيات هو، كما هو موضح في الشكل، وأوجد إسقاطات كل هذه القوى على محاور الإحداثيات:

X: Fآر X = –Fآر, ن اكس = 0, ملغ X = ملغسينا.

ي:Fآر ي = 0, نيويورك = ن, ملغ Y = –ملغ cosa.

نظرًا لأن الجسم لا يمكنه التسارع إلا على مستوى مائل، أي على طول المحور Xفمن الواضح أن إسقاط متجه التسارع على المحور يسيكون دائمًا صفرًا: و ي= 0، وهو ما يعني مجموع إسقاطات جميع القوى على المحور ييجب أن يكون أيضًا صفرًا:

Fآر ي + N Y + ملغ Y= 0 Þ 0 + ن – ملغكوزا = 0 Þ

ن = ملغ cosa. (14.4)

فإن قوة الاحتكاك المنزلقة حسب الصيغة (14.3) تساوي:

F tr.sk = م ن =م ملغ cosa. (14.5)

إذا كان الجسم تقعثم مجموع إسقاطات كل القوى المؤثرة على الجسم على المحور Xيجب أن يساوي الصفر:

Fآر X + ن اكس + مجم اكس= 0 Þ – Fآر + 0 + ملغسينا = 0 Þ

Fت.ب = ملغسينا. (14.6)

إذا قمنا بزيادة زاوية الميل تدريجيًا، فستكون القيمة ملغسوف يزداد سينا ​​تدريجيًا، مما يعني أن قوة الاحتكاك الساكن ستزداد أيضًا، والتي دائمًا "تتكيف تلقائيًا" مع التأثيرات الخارجية وتعوضها.

ولكن، كما نعلم، فإن "إمكانيات" قوة الاحتكاك الساكن ليست غير محدودة. عند زاوية ما 0، سيتم استنفاد "مورد" قوة الاحتكاك الساكن بالكامل: ستصل إلى قيمتها القصوى، قوة متساويةانزلاق الاحتكاك. عندها ستكون المساواة صحيحة:

F tr.sk = ملغسينا 0 .

استبدال هذه المساواة بالقيمة F tr.sk من الصيغة (14.5) نحصل على: m ملغكوسا 0 = ملغسينا 0 .

بتقسيم طرفي المساواة الأخيرة على ملغ cosa 0 نحصل على:

Þ أ 0 = أركتغم.

لذا، فإن الزاوية "أ" التي يبدأ عندها الجسم بالانزلاق على طول مستوى مائل تعطى بالصيغة:

أ 0 = أركتغم. (14.7)

لاحظ أنه إذا كانت a = 0، فيمكن للجسم إما أن يستلقي بلا حراك (إذا لم تلمسه)، أو ينزلق بسرعة ثابتة أسفل المستوى المائل (إذا دفعته قليلاً). اذا كان< a 0 , то тело «стабильно» неподвижно, и легкий толчок не произведет на него никакого «впечатления». А если a >0 فإن الجسم سينزلق عن المستوى المائل بتسارع ودون أي صدمات.

المشكلة 14.1.رجل يحمل زلاجتين متصلتين ببعضهما البعض (الشكل 14.4، أ)، تطبيق القوة Fبزاوية أ إلى الأفقي. كتل الزلاجات متماثلة ومتساوية ت. معامل احتكاك العدائين على الثلج م. أوجد تسارع المزلجة وقوة الشد تالحبال بين الزلاجات، وكذلك القوة F 1، حيث يجب على الشخص أن يسحب الحبل حتى تتحرك الزلاجة بالتساوي.

Fأكون م	أ)	ب)أرز. 14.4
أ = ? ت = ? F 1 = ?

حل. دعونا نكتب قانون نيوتن الثاني لكل مزلجة في الإسقاطات على المحور Xو في(الشكل 14.4، ب):

أنا في: ن 1 + Fسينا – ملغ = 0, (1)

س: Fكوزا - ت-م ن 1 = أماه; (2)

ثانيا في: ن 2 – ملغ = 0, (3)

س: ت-م ن 2 = أماه. (4)

من (١) نجد ن 1 = ملغ-Fسينا، من (3) و (4) نجد ت =م ملغ + + أماه.استبدال هذه القيم ن 1 و توفي (2) نحصل على

.

أستعاض أوفي (٤) نحصل على

ت= م ن 2 + أماه= م ملغ + الذي - التي =

م ملغ + ت .

لايجاد F 1، دعونا نساوي التعبير ل أإلى الصفر:

إجابة: ; ;

.

قف! قرر بنفسك: B1، B6، C3.

المشكلة 14.2.جسدين مع الجماهير تو ممربوطة بخيط، كما هو موضح في الشكل. 14.5، أ. ما التسارع الذي يتحرك به الجسم؟ مإذا كان معامل الاحتكاك على سطح الطاولة م . ما هو التوتر الخيط ت؟ ما قوة الضغط على محور الكتلة؟

ت مم	حل. لنكتب قانون نيوتن الثاني بالإسقاطات على المحور X 1 و X 2 (الشكل 14.5، ب)، معتبرا أن: X 1: ت -م ملغ = أماه, (1) X 2: ملغ - T = أماه. (2) بحل نظام المعادلتين (1) و (2) نجد:
أ = ? ت = ? ر = ?

إذا لم تتحرك الأحمال.

إجابة: 1) إذا ت < mم، الذي - التي أ = 0, ت = ملغ, ; 2) إذا ت³م م، الذي - التي ، , .

قف! قرر بنفسك: B9–B11، C5.

المشكلة 15.3.جسدين مع الجماهير ت 1 و ت 2 متصلان بخيط ملقى فوق كتلة (الشكل 14.6). جسم ت 1 على مستوى مائل بزاوية ميل أ. معامل الاحتكاك حول المستوى م. كتلة الجسم ت 2 معلقة على الخيط. أوجد تسارع الأجسام، وقوة شد الخيط، وقوة ضغط القالب على المحور بشرط ذلك ت 2 < ت 1 . خذ بعين الاعتبار tga > m.

أرز. 14.7

لنكتب قانون نيوتن الثاني بالإسقاطات على المحور X 1 و X 2، نظرا لذلك و:

X 1: ت 1 زسينا – ت -م م 1 زكوزا = م 1 أ,

X 2: تي – م 2 ز = م 2 أ.

, .

لأن أ>0 ثم

إذا لم يتم استيفاء عدم المساواة (1)، ثم الحمل ت 2 هو بالتأكيد لا يتحرك لأعلى! ثم هناك خياران آخران ممكنان: 1) النظام بلا حراك؛ 2) البضائع ت 2 يتحرك للأسفل (والحمل ت 1، على التوالي، أعلى).

لنفترض أن الحمل ت 2 يتحرك للأسفل (الشكل 14.8).

أرز. 14.8

ثم معادلات قانون نيوتن الثاني على المحور X 1 و X 2 سيبدو مثل:

X 1: ت – ر 1 زسينا – م م 1 زكوزا = م 1 أ,

X 2: م 2 ز – تي = م 2 أ.

وبحل نظام المعادلات هذا نجد:

, .

لأن أ>0 ثم

فإذا تحققت المتباينة (1)، يكون الحمل ت 2 يصعد، وإذا استوفيت المتباينة (2)، فإنه يهبط. ولذلك، إذا لم يتم استيفاء أي من هذه الشروط، أي.

,

النظام بلا حراك.

يبقى إيجاد قوة الضغط على محور الكتلة (الشكل 14.9). قوة الضغط على محور الكتلة رفي هذه الحالة يمكن العثور على قطري المعين ا ب ت ث. لأن

Ð أدك= 180° – 2,

حيث ب = 90 درجة – أ، ثم من خلال نظرية جيب التمام

ر 2 = .

من هنا .

إجابة:

1) إذا ، الذي - التي , ;

2) إذا ، الذي - التي , ;

3) إذا ، الذي - التي أ = 0; ت = ت 2 ز.

في جميع الحالات .

قف! قرر بنفسك: B13، B15.

المشكلة 14.4.على عربة وزنها متعمل القوة الأفقية F(الشكل 14.10، أ). معامل الاحتكاك بين الأحمال توالعربة تساوي م. تحديد تسارع الأحمال. ما ينبغي أن يكون الحد الأدنى من القوة F 0 للتحميل تبدأت تنزلق على العربة؟

م, ت Fم	أ)	ب)أرز. 14.10
أ 1 = ? أ 2 = ? F 0 = ?

حل. أولا، لاحظ أن القوة الدافعة للحمل تفي الحركة هي قوة الاحتكاك الساكن التي تؤثر بها العربة على الحمولة. أقصى قيمة ممكنة لهذه القوة هي م ملغ.

وفقا لقانون نيوتن الثالث، فإن الحمل يؤثر على العربة بنفس القوة - (الشكل 14.10، ب). يبدأ الانزلاق في اللحظة التي يصل فيها بالفعل إلى قيمته القصوى، لكن النظام لا يزال يتحرك كجسم واحد من الكتلة ت+ممع التسارع. ثم حسب قانون نيوتن الثاني

وبفضل هذه القوة، تتباطأ سرعة السيارات عند إشارات المرور، ويتوقف القارب في الماء، وتنزلق عجلة في حفرة. كما فهمت بالفعل، سنتعرف في هذه المقالة على كيفية حل المشكلات المتعلقة بقوة الاحتكاك.

قوة الاحتكاك هي ذات طبيعة كهرومغناطيسية. وهذا يعني أن هذه القوة تتجلى نتيجة تفاعل الجزيئات التي تتكون منها المادة.

هل تريد المزيد من المفيد و معلومات مثيرة للاهتمامبواسطة مواضيع مختلفة؟ اشترك في قناتنا على التليجرام.

ما تحتاج لمعرفته حول قوة الاحتكاك لحل المسائل

الاحتكاك هو أحد أنواع التفاعل بين الأجسام التي تحدث عندما تتلامس.

يتم توجيه قوة الاحتكاك دائمًا في الاتجاه المعاكس للحركة وبشكل مماسي للأسطح الملامسة. يحدث الاحتكاك الجاف بين الأجسام الصلبة، وعندما تتحرك الأجسام في السوائل أو الغازات فإنها تشير إلى احتكاك لزج.

لقد حددنا بالفعل طبيعة هذه القوة. وبالإضافة إلى ذلك، عليك أن تعرف أن هناك أنواع مختلفةقوى الاحتكاك:

• الاحتكاك الساكن؛
• انزلاق الاحتكاك؛
• الاحتكاك المتداول (عندما تتدحرج الأجسام فوق بعضها البعض)؛
• مقاومة الوسط (للحركة في السائل).

فيما يلي مثال على أنواع قوى الاحتكاك: الكتلة موضوعة على الطاولة ولا يلمسها أحد. في هذه الحالة، تعمل الجاذبية وقوة رد الفعل الأرضية العادية فقط. إذا بدأنا في دفع الكتلة، ولكن بقوة لتحريكها، فسوف تؤثر عليها قوة احتكاك ساكنة، والتي، وفقًا لقانون نيوتن الثالث، تساوي القوة الخارجية المطبقة على الكتلة. قوة الاحتكاك الساكنة لها قيمة محدودة. إذا كانت القوة الخارجية أكبر من هذه القيمة، فستبدأ الكتلة في الانزلاق على طول الطاولة. في هذه الحالة، يتحدثون عن قوة الاحتكاك المنزلقة. وإليك أبسط صيغة لقوة الاحتكاك:

"Mu" هو معامل الاحتكاك المنزلق. وهي كمية لا أبعاد لها، وتعتمد على مواد الأجسام المتفاعلة ونوعية أسطحها. معامل الاحتكاك لا يتجاوز الوحدة.

عند حل المسائل الفيزيائية البسيطة، غالبًا ما يتم اعتبار قوة الاحتكاك المنزلقة مساوية لأقصى قوة احتكاك ساكنة.

أسئلة حول موضوع "قوة الاحتكاك"

السؤال رقم 1.على ماذا تعتمد قوة الاحتكاك؟

إجابة.دعونا نلقي نظرة على الصيغة أعلاه، وسوف يأتي الجواب لك. تعتمد قوة الاحتكاك على خواص الأجسام المتلامسة، وقوة رد الفعل الطبيعي للدعامة، وسرعة الحركة النسبية للأجسام.

السؤال 2.هل تعتمد قوة الاحتكاك على مساحة ملامسة الأسطح؟

إجابة.لا، المساحة لا تؤثر على قوة الاحتكاك.

السؤال 3.ما هي الطرق التي يمكنك من خلالها تقليل أو زيادة قوة الاحتكاك؟

إجابة.يمكنك تقليل معامل الاحتكاك عن طريق جعل الاحتكاك الجاف لزجًا. لزيادة قوة الاحتكاك، من الضروري زيادة الضغط عليها.

السؤال 4.الجسم في حالة سكون على متن طائرة. وهل تؤثر عليه قوة الاحتكاك؟

إجابة.إذا لم يكن هناك أي تأثير على الجسم قوى خارجيةفإن قوة الاحتكاك السكوني حسب قانون نيوتن الثالث تساوي صفرًا.

السؤال 5.أي من هذه القوى هي الأكبر من حيث الحجم: قوة الاحتكاك السكوني، أم قوة الاحتكاك المتدحرج، أم قوة الاحتكاك المنزلق؟

إجابة.قوة الاحتكاك المنزلقة لها أهمية قصوى.

السؤال 6.ما هي بعض الأمثلة؟ عمل مفيدقوى الاحتكاك؟

إجابة. ومن بين الاستخدامات المفيدة لقوة الاحتكاك، يمكننا تسليط الضوء على تشغيل الفرامل عربة، إنتاج النار من قبل الناس البدائيين.

مشاكل الاحتكاك مع الحلول

بالمناسبة! هناك خصم لقرائنا 10% على أي نوع من العمل.

المهمة رقم 1. إيجاد قوة الاحتكاك

حالة

ينزلق جسم كتلته ٥ كيلوجرامات على سطح أفقي. قوة الاحتكاك المنزلق تساوي 20 N. أوجد قوة الاحتكاك إذا انخفضت كتلة الجسم إلى النصف وظل معامل الاحتكاك ثابتًا.

حل

دعونا نطبق الصيغ:

إجابة: 10 ن.

المهمة رقم 2. إيجاد معامل الاحتكاك

حالة

ينزلق جسم على مستوى أفقي. أوجد معامل الاحتكاك إذا كانت قوة الاحتكاك 5 نيوتن، وقوة ضغط الجسم على المستوى 20 نيوتن.

حل

قوة ضغط الجسم على المستوى تساوي قوة رد فعل الدعم الطبيعي.

إجابة: 0,25

المهمة رقم 3. إيجاد قوة الاحتكاك ومعامل الاحتكاك

حالة

متزلج كتلته 60 كجم، وسرعته 10 م/ث عند نهاية الهبوط، توقف بعد 40 ثانية من نهاية الهبوط. تحديد قوة الاحتكاك ومعامل الاحتكاك.

حل

أولًا، دعونا نوجد العجلة التي يتحرك بها المتزلج. ثم باستخدام قانون نيوتن الثاني نجد القوة المؤثرة عليه:

إجابة: 15 ن؛ 0.025.

المهمة رقم 4. إيجاد قوة الاحتكاك

حالة

يتحرك جسم كتلته 20 كجم بشكل منتظم على سطح أفقي تحت تأثير قوة ثابتة موجهة بزاوية 30° على السطح وتساوي 75 N. ما معامل الاحتكاك بين الكتلة والمستوى؟

حل

أولًا، دعونا نستخدم قانون نيوتن الثاني، حيث أن التسارع يساوي صفرًا. ثم نجد إسقاطات القوة على المحورين الرأسي والأفقي:

إجابة: 0,4

المهمة رقم 5. إيجاد قوة الاحتكاك الساكن

حالة

صندوق كتلته ١٠ كجم وُضع على أرضية أفقية. معامل الاحتكاك بين الأرض والصندوق يساوي 0.25. تؤثر قوة مقدارها 16 N على الصندوق في الاتجاه الأفقي، فهل سيتحرك؟ ما قوة الاحتكاك بين الصندوق والأرضية؟

حل

دعونا نحسب الحد الأقصى لقوة الاحتكاك الساكن:

وبما أن القوة المطبقة أقل من الحد الأقصى لقوة الاحتكاك الساكن، فسيظل الصندوق في مكانه. قوة الاحتكاك بين الأرض والصندوق، حسب قانون نيوتن الثالث، تساوي القوة المطبقة.

إجابة: 16 ن.

هل تحتاج إلى مساعدة في حل المشكلات أو المهام الأخرى؟ اتصل بها على