اصطکاک

زمانیکه دو جسم با هم سایش پیدا می‌کنند، نیرویی به وجود می‌آید که در برابر این سایش مقاومت می‌کند، به این نیرو، نیروی اصطکاک می‌گویند. این نیرو باعث فشرده شدن دو جسم به همدیگر می‌شود. در سطوح صاف مقدار نیروی اصطکاک کم است برای همین ریل قطارها را صاف می‌سازند، در سطوح ناصافی که فرورفتگی‌ها و برآمدگی‌های زیادی دارند، نیروی اصطکاک زیاد است. برای کاهش سرعت جسم باید نیروی اصطکاک افزایش یابد به همین دلیل در زمستان‌ها برای تایر خودرو، از زنجیر چرخ استفاده می‌شود همچین وقتی اتومبیلی ترمز می‌کند، اصطکاک ایجاد شده باعث کاهش سرعت حرکت چرخ‌ها یا توقف آن‌ها می‌شود. اگر دو جسم به سرعت به هم ساییده شوند، اصطکاک باعث تولید حرارت می‌شود.

مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو

به عنوان مثال وقتی در هنگام سرما دو دست خود را به هم بمالید، به گرم شدن دستان خود کمک کرده اید و می‌توانید گرمای ناشی از اصطکاک را احساس کنید. تیز کردن چاقو، سمباده زدن چوب و فلز و هل دادن اجسام نمونه‌های دیگری از اصطکاک است. چون جهت این نیرو مخالف جهت حرکت اجسام است، به همین دلیل با نیرویی بزرگتر از اصطکاک، می‌توان حرکت یک جسم را سبب شد. شکل زیر نمونه‌هایی از حضور اصطکاک درزندگی روزمره را نشان می‌دهد.

عوامل موثر در اصطکاک

اصطکاک به عوامل مختلفی از جمله: جرم جسم، جنس دو سطحی که با هم در تماس هستند، شکل محل تماس، نیروی عمود بر سطح و… بستگی دارد و مستقل از مساحت سطح تماس است. شکل زیر نمایشی برای این موضوع است. با زیاد شدن نیروی عمود بر سطح که همان وزن اجسام است، برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌های دو سطح در هم بیشتر فرو رفته و اصطکاک زیاد می‌شود.

انواع نیروی اصطکاک

  • اصطکاک ایستایی
  • اصطکاک جنبشی

اصطکاک ایستایی

اگر به جسم که روی یک سطح ساکن است، نیرویی وارد شود و جسم حرکت نکند و در وضعیت ساکن بماند، نشان دهنده صفر بودن برآیند نیرو‌های وارد شده بر آن است. این نیرو که برابر با نیروی وارد شده بر جسم بوده و از برهمکنش دو جسم ساکن به وجود آمده است، نیروی اصطکاک ایستایی نام دارد. یعنی نیروی اصطکاک با نیروی F وارد شده بر جسم برابر بوده و مانع حرکت جسم می‌شود. شکل زیر نمایشی برای این موضوع است.

مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو

اگر نیروی وارد شده بر جسم بیشتر از میزان نیروی اصطکاک ایستایی باشد، جسم می‌تواند شروع به حرکت کند. به میزان این اصطکاک در این لحظه، اصطکاک در آستانه حرکت می‌گویند.

محاسبه‌ی نیروی اصطکاک ایستایی برابر با حاصل ضرب نیروی عمود بر سطح و ضریب اصطکاک بین دو جسم است. ضریب اصطکاک پرامتری بدون بعد بوده و به جنس دو سطح تماس بستگی دارد. با استفاده از رابطه زیر مقدار اصطکاک ایستایی قابل محاسبه است.

F_s=\mu _sF_Nاصطکاک جنبشی

پس از اینکه جسم در آستانه‌ی حرکت قرار گرفت با افزایش دادن مقدار نیرو جسم شروع به حرکت می‌کند و اصطکاک آن به اصطکاک جنبشی تغییر می‌یابد. به عبارت دیگر وقتی یک جسم روی یک جسم دیگر حرکت می‌کند نیروی اصطکاک جنبشی از طرف هر کدام از اجسام در حال حرکت به دیگری وارد می شود. این نیرو موازی سطح تماس و در خلاف جهت حرکت جسم خواهد بود. شکل زیر نمایش برای این موضوع استمحاسبه‌ی نیروی اصطکاک جنبشی برابر با حاصل ضرب نیروی عمود بر سطح و ضریب اصطکاک بین دو جسم است. با استفاده از رابطه زیر مقدار اصطکاک جنبشی قابل محاسبه است.

F_k=\mu _kF_N

اصطکاک از دید میکروسکوپی

در سطوح اجسام، ناهمواری‌هایی وجود دارد که معمولا با چشم غیر مسلح مشاهده نمی‌شود. در زمان لغزش و حرکت اجسام برروی هم این برامدگی‌ها بر روی هم حرکت کرده و اصطکاک به وجود می‌آید. این ناهمواری‌ها که در مقیاس میکروسکوپی هستند نشان می‌دهند که سطح تماس واقعی از سطح تماس ظاهری خیلی کوچکتر است و مساحت سطح واقعی متناسب با نیروی عمودی اعمال شده، تغییر می‌کند. مقدار تماس به ماهیت ناخالصی‌های موجود در سطح و به مدت زمان تماس نیز بستگی شدیدی دارد. شکل زبر سطح تماس میکروسکوپی دو سطح را نشان می‌دهد.

مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو