خطوات الاستخدام
الخطوة الأولى: أدخل معامل الاحتكاك (μ). معامل الاحتكاك هو قيمة بلا أبعاد تعبر عن خشونة السطحين المتلامسين. يتراوح عادة بين 0 و1، لكن يمكن أن يتجاوز 1 في مواد مثل المطاط على الخرسانة. هناك نوعان: معامل الاحتكاك السكوني (μs) للجسم الساكن، ومعامل الاحتكاك الحركي (μk) للجسم المتحرك. عادة ما يكون μs > μk. يجب تحديد النوع المناسب لحالتك.
الخطوة الثانية: أدخل القوة العمودية (N). القوة العمودية هي القوة التي يؤثر بها السطح على الجسم عمودياً على سطح التلامس. على سطح أفقي بدون قوى رأسية إضافية، تكون N = mg حيث m الكتلة وg تسارع الجاذبية (9.81 م/ث²). في حالة وجود قوى مائلة أو أسطح مائلة، قد تختلف القوة العمودية. على منحدر بزاوية θ، تكون N = mg cosθ. تأكد من استخدام القوة العمودية الصحيحة.
الخطوة الثالثة: احسب قوة الاحتكاك (F) باستخدام القانون: F = μ × N. هذه القوة تعاكس اتجاه الحركة أو الاتجاه المحتمل للحركة. إذا كان الجسم ساكناً، فهذه أقصى قوة احتكاك سكوني قبل البدء في الحركة. إذا كان متحركاً، فهي قوة الاحتكاك الحركي التي تعيق الحركة. لاحظ أن الاحتكاك لا يعتمد على مساحة التلامس، فقط على طبيعة السطحين والقوة العمودية.
أمثلة محلولة
تطبيقات عملية على الاحتكاك بخطوات الحل كاملة.
الحل
لحساب القوة اللازمة لبدء الحركة، نستخدم الاحتكاك السكوني الأقصى. القوة العمودية N = mg = 20 × 9.81 = 196.2 نيوتن. قوة الاحتكاك السكوني القصوى F_smax = μs × N = 0.5 × 196.2 = 98.1 نيوتن. لذا نحتاج إلى قوة أفقية أكبر من 98.1 نيوتن لبدء الحركة. بعد الحركة، نحتاج إلى التغلب على الاحتكاك الحركي للحفاظ على سرعة ثابتة. F_k = μk × N = 0.3 × 196.2 = 58.86 نيوتن. لذا القوة المطلوبة للحركة المنتظمة هي 58.86 نيوتن. لاحظ أن الاحتكاك الحركي أقل من السكوني.
الحل
على السطح المائل، القوة العمودية N = mg cosθ = 10 × 9.8 × cos25° = 98 × 0.9063 = 88.82 نيوتن. قوة الاحتكاك الحركي F_k = μk × N = 0.2 × 88.82 = 17.76 نيوتن. اتجاه الاحتكاك يعاكس الحركة (أي للأعلى على المنحدر). مكون الوزن الموازي للمنحدر F_parallel = mg sinθ = 98 × sin25° = 98 × 0.4226 = 41.42 نيوتن. القوة المحصلة F_net = F_parallel - F_k = 41.42 - 17.76 = 23.66 نيوتن. التسارع a = F_net / m = 23.66 / 10 = 2.366 م/ث². إذن يتحرك الجسم لأسفل المنحدر بتسارع مقداره 2.37 م/ث².
أمثلة محسوبة
قيم مُدخَلة ونتيجة محسوبة فعليًا بواسطة الاحتكاك.
قيم مُدخَلة قياسية
- معامل الاحتكاك
- 1
- القوة العمودية (ن)
- 50
قيم مُدخَلة مرتفعة
- معامل الاحتكاك
- 5
- القوة العمودية (ن)
- 85
قيم مُدخَلة منخفضة
- معامل الاحتكاك
- 0.1
- القوة العمودية (ن)
- 10