الاحتكاك

الاحتكاك

لتوضيح فكرة الاحتكاك ادفع قطعة من الخشب على سطح منضدة افقية طويلة واتركها تشاهد تناقص سرعة القطعة الخشبية حتى تسكن مما يدل على وجود قوة مضادة لاتجاه حركتها مؤثرة فيها سببت سكونها. لذا يمكن القول ان قوة الاحتكاك هي قوة معرقلة تنشا بين السطحين في اثناء حركة احدهما على الاخر او في اثناء محاولة تحريك احدهما على الاخر. لذا فهي قوة معاكسة دائما لاتجاه الحركة.

عندما يقال ان السطح املس فهذا القول لايخرج عن كونه اصطلاحا فقط اذ لايوجد سطح املس بالمعنى الفيزيائي مطلقا. لقد اظهرت المشاهدات الدقيقة لسطوح الاجسام الصلبة والصقيلة انها تحتوي على حفر ونتؤات بابعاد تزيد بحوالي مائة مرة من قطر الذرة الواحدة من مادة ذلك السطح لذا فمن اسباب الاحتكاك تشابك النتؤات بالحفر فعندما يحتك جسم باخر تظهر دقائق صغيرة بين السطحين نتيجة لتكسر هذه النتؤات فتقل قوة الاحتكاك بينهما الى ان يصبح السطحان بدرجة من النعومة تبدا قوة الاحتكاك بالزيادة مما جعل العلماء يعتقدون بان قوة الاحتكاك في هذه الحالة ناشئة عن قوة تماسك او قوة تلاصق ذرات او جزيئات السطوح المحتكة.

وهناك تفسير اخر لاسباب الاحتكاك كون السطوح المتلامسة بعضها مع بعض تتلامس باجزاء صغيرة جدا من مساحتها ، فمن التجارب لقياس المقاومة الكهربائية ظهر ان 1/10000 من المساحة الحقيقية تلامس بعضها بعضا لذا يكون الضغط على نقاط التماس كبيرا جدا مما يؤدي الى تسطح هذه النتؤات الى ان تصبح المساحة المتلامسة قادرة على حمل ثقل الجسم وهذا يؤدي الى التحام الجزيئات المتلامسة التحاما باردا cold welding نتيجة لقوة التلاصق والتماسك بينهما ويجب ان ينفك هذا الالتحام قبل حركة السطحين بعضهما على بعض بقوة هي قوة الاحتكاك.

فوائد الاحتكاك ومضاره

للاحتكاك فوائد لاتحصى في حياتنا اليومية فبدونه لايمكن للحياة ان تستمر اذ لايمكن لشخص ان يتحرك او يسكن بغير الاحتكاك كما لايمكنه مسك الاشياء او رفعها بغير الاحتكاك ولايمكن للطعام ان يستقر في جسم الانسان وسائر المخلوقات لولا الاحتكاك ولكن للاحتكاك مضار لايمكن حصرها ايضا فعلى سبيل المثال فان حوالي 20% من الطاقة المجهزة للمحركات تتبدد بسبب الاحتكاك وان تاكل قطع المحركات وتلفها هو نتيجة للاحتكاك وعلى كل حال فان فوائد الاحتكاك اكثر من مضاره.

قوانين الاحتكاك

ان التجارب العلمية بينت ان للاحتكاك قوانين خاصة لم يتمكن العلماء من استنتاجها نظريا يمكن تلخيصها بما ياتي:

1. لاتعتمد قوة الاحتكاك على مساحة السطوح المحتكة للاجسام فالقوة اللازمة لسحب قطعة موضوعة بصورة عمودية تساوي القوة اللازمة لسحب القطعة ذاتها وهي موضوعة بصورة افقية بالرغم من ان مساحة السطح المحتك في الحالة الثانية اكبر منه في الحالة الاولى.

2. قوة الاحتكاك تتناسب طرديا مع رد الفعل العمودي بين السطحين المحتكين.

3. معامل الاحتكاك بين المواد المتماثلة اكبر من معامل الاحتكاك بين المواد المختلفة ولهذا تصنع مضاجع المحركات من مواد تختلف عن مواد محاورها المتحركة تحاشيا لكثرة تداخل النتؤات بالحفر للمواد المتماثلة فمثلا تصنع محاور المولدات الكهربائية من الفولاذ بينما تصنع مضاجعها من النحاس مثلا.

4. تقل قوة الاحتكاك بتزييت السطوح المحتكة فيصبح الاحتكاك في هذه الحالة بين المائعات الذي هو اقل بكثير مما بين الاجسام الصلبة بالاضافة الى ان الزيت يملأ الحفر الدقيقة للسطوح المحتكة فيقل تداخل النتؤات بالحفر للسطحين فتقل قوة الاحتكاك.

5. تعتمد قوة الاحتكاك بين سطحين على طبيعتهما فتكون القوة اكبر اذا كان السطحان خشنين وتقل بتاكل نتؤاتهما او نعومتهما كما ان للرطوبة ودرجة الحرارة وتلوث السطحين تاثيرا في معامل الاحتكاك بينهما.

6. معامل الاحتكاك بين جسمين يحتكان في حيز مفرغ من الهواء كبير جدا وذلك لعدم تاكسد سطوح تلك الاجسام المحتكة لخلو الحيز من الاوكسجين فاذا ادخل قليل من الهواء وتاكسدت السطوح قل معامل الاحتكاك لتلوث السطحين باكاسيد المواد المحتكة بعضها مع بعض ولهذا يضع مؤسسو الاسلاك الكهربائية مسحوقا ناعما (كالبودرة) لسحب الاسلاك داخل الانابيب الكهربائية لتقليل قوة الاحتكاك.

7. ان قوة الاحتكاك بين الاجسام الصلبة لاتتغير بصورة تذكر بتغير سرعة الاجسام المحتكة اذا كانت في حدود السرع المتوسطة وليست العالية جدا.

شكرا