اصطکاک
اگر جسمی را بر روی سطحی بلغزانیم یا تلاش کنیم که بلغزانیم، حرکت بر اثر اتصال بین جسم و سطح، با مقاومت رو به رو خواهد شد. مقاومت در برابر حرکت، با تک نیروی به نام نیروی اصطکاک یا به طور ساده اصطکاک در نظر گرفته می‌شود. این نیرو در امتداد سطح و مخالف با جهت حرکت است. گاهی برای ساده کردن یک وضعیت، اصطکاک ناچیز در نظر گرفته می‌شود (به چنین سطحی، سطح بدون اصطکاک گفته می‌شود.)
نیروهای اصطکاک در زندگی روزانه‌ی ما گریز ناپذیر هستند اگر نمی‌توانستیم بر آنها غلبه کنیم، هر جسم متحرکی را متوقف می‌کردند. و هر میله‌ی در حال دورانی را از چرخش بازمی‌داشتند. حدود ۲۰% سوخت مصرف شده در اتومبیل، صرف غلبه بر اصطکاک موتور و اصطکاک مسیر حرکت آن می‌شود. از طرف دیگر، اگر اصطکاک اصلا وجود نداشت، نمی
نیروهای اصطکاک در زندگی روزانه‌ی ما گریز ناپذیر هستند اگر نمی‌توانستیم بر آنها غلبه کنیم، هر جسم متحرکی را متوقف می‌کردند. و هر میله‌ی در حال دورانی را از چرخش بازمی‌داشتند. حدود ۲۰% سوخت مصرف شده در اتومبیل، صرف غلبه بر اصطکاک موتور و اصطکاک مسیر حرکت آن می‌شود. از طرف دیگر، اگر اصطکاک اصلا وجود نداشت، نمی‌توانستیم اتومبیلی را برانیم، روی زمین راه برویم یا دوچرخه سواری کنیم؛ نمی‌توانستیم قلمی را در دست بگیریم و اگر هم می‌توانستیم، قادر به نوشتن چیزی نبودیم. میخ‌ها و پیچ‌ها بدون استفاده می‌ماندند، پارچه‌های بافته شده می‌گسستند و گره‌ها باز می‌شدند.
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
سه آزمایش:
۱.کتابی را روی پیشخوان افقی بلندی به حالت لغزش پرت می‌کنیم. همان طور که انتظار داریم، سرعت کتاب کند و سرانجام متوقف می‌شود. این بدان معناست که کتاب باید شتابی موازی سطح پیشخوان و در سوی مخالف سرعتش داشته باشد. بنابراین، بر اساس قانون دوم نیوتون نتیجه می‌گیریم که باید نیرویی موازی سطح پیشخوان به کتاب و در سوی مخالف سرعتش، وارد آید.
۲.کتاب را به طور افقی هل می‌دهیم، به گونه‌ای که با سرعت ثابت در امتداد سطح پیشخوان حرکت کند. آیا نیروی شما تنها نیروی وارد بر کتاب است؟ خیر، چرا که در این صورت کتاب شتابدار می‌شد. بر اساس قانون دوم نیوتون درمی‌یابیم که باید نیروی دومی وجود داشته باشد که در جهت مخالف نیروی شما ولی به همان بزرگی باشد؛ تا این دو نیرو به تعادل برسند. این نیروی دوم، نیروی اصطکاک است؛ که موازی با پیشخوان بر کتاب وارد می‌شود.
۳.یک صندوق سنگین را به طور افقی هل می‌دهیم. ولی صندوق حرکت نمی‌کند. از قانون دوم نیوتون در می‌یابیم که باید نیروی دومی نیز بر صندوق وارد شود؛ تا اثر نیروی ما را خنثی کند. افزون بر این، این نیروی دوم باید در جهت مخالف نیروی ما و به همان بزرگی باشد؛ تا این دو نیرو به تعادل برسند. این نیروی دوم، همان نیروی اصطکاک است. صندوق را محکم تر هل می‌دهیم. باز هم تکان نمی‌خورد. روشن است که بزرگی نیروی اصطکاک می‌تواند تغییر کند؛ به گونه‌ای که باز نیروها به حالت تعادل باقی بمانند. حال با تمام زور خود صندوق را هل می‌دهیم. صندوق شروع به لغزیدن می‌کند. ظاهرا، نیروی اصطکاک یک مقدار بیشینه دارد که وقتی نیروی ما از آن بیشتر شود، صندوق شروع به لغزیدن می‌کند.
انواع نیروی اصطکاک
در شکل اول، قطعه‌ای روی سطح میز به حالت سکون قرار دارد. و در آن نیروی گرانشی با نیروی عمودی به تعادل رسیده است. در شکل دوم، نیروی وارد بر قطعه سعی در کشیدن آن به سمت چپ دارد. در مقابل، نیروی اصطکاک که در جهت راست وارد می‌شود، این نیرو را خنثی می‌کند. نیروی، نیروی اصطکاک ایستایی نامیده می‌شود. این قطعه، حرکت نمی‌کند.
شکل سوم نشان می‌دهد که اگر بزرگی نیروی وارد شده را افزایش دهیم، نیروی اصطکاک ایستایی نیز افزیش می یابد؛ و قطعه ساکن می‌ماند. ولی وقتی نیروی وارد شده به بزرگی معینی برسد، قطعه که در تماس با میز است، از جا کنده می‌شود؛ و به سمت چپ شتاب می‌گیرد. شکل چهارم نیروی اصطکاکی که از آن پس با حرکت مخالف می‌کند، نیروی اصطکاک جنبشی، نامیده می‌شود.
معمولا بزرگی نیروی اصطکاک جنبشی، که بر جسم در حال حرکت وارد می‌شود، از بزرگی بیشینه‌ی نیروی اصطکاک ایستایی، که بر جسم ساکن وارد می‌شود، کوچک‌تر است. بنابراین، اگر بخواهیم قطعه را در امتداد سطح با سرعت ثابت حرکت دهیم، معمولا باید مشابه آنچه در شکل ث نشان داده شده، با شروع حرکت قطعه، نیروی وارد شده را کاهش دهیم.
دید میکروسکوپی
در اصل، نیروی اصطکاک جمع برداری نیروهای بی شماری است؛ که بین اتم‌های سطح یک جسم و اتم‌های سطح جسم دیگر عمل می‌کنند.
اگر دو سطح فلزی، کاملا صیقل داده شده و تمیز شوند و در خلا بسیار خوبی روی هم گذاشته شوند، نمی‌توان آنها روی هم لغزاند؛ چون سطح‌ها بسیار صاف اند؛ بسیاری از اتم‌های یک سطح در تماس با بسیاری از اتم‌های سطح دیگرند و سطح‌ها در یک آن، تشکیل یک تک قطعه‌ی فلزی را می‌دهند. البته، معمولا چنین تماس اتم به اتم زیادی ناممکن است. حتی یک سطح صیقل یافته هم بسیار دور از آن چیزی است که در مقیاس اتمی صاف در نظر گرفته شود. افزون بر این، سطح‌های جسم‌هایی که هر روزه با آنها سر و کار داریم، دارای لایه‌هایی از اکسیدها و سایر آلودگی هاست که این پدیده‌ی تک قطعه شدن را کاهش می‌دهند.
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
وقتی دو سطح معمولی روی هم قرار داده شوند، فقط نقاط برجسته با هم تماس پیدا می‌کنند و گویی با هم جوش می‌خورند. این جوش‌ها هنگامی که یک نیروی وارد شده بخواهد سطح‌ها را روی هم بلغزاند، ایجاد اصطکاک ایستایی می‌کنند.
اگر نیروی وارد شده آنقدر بزرگ باشد که بتواند یک سطح را روی سطح دیگر بکشد، نخست این جوش‌ها پاره می‌شوند؛ و پس از آن جوش‌ها به طور مدام باز تشکیل و پاره می‌شوند؛ و بدین ترتیب، نقطه‌های تماس تصادفی ساخته می‌شوند. نیروی اصطکاک جنبشی ƒxکه با حرکت مخالفت می‌کند؛ جمع برداری نیروها در چندین نقطه‌ی تماس تصادفی است.
اگر دو سطح، محکم‌تر به هم فشار داده شوند، نقطه‌های بیشتری جوش می‌دهند. در این صورت، برای لغزاندن آنها روی یکدیگر به نیروی بزرگ‌تری نیاز است. بنابراین، مقدار بیشینه‌ی نیروی اصطکاک ایستایی ƒx بیشتر می‌شود. وقتی سطح‌ها را روی هم بلغزانیم، نقطه‌های بیشتری جوش آنی می‌خورند؛ و در نتیجه، نیروی اصطکاک جنبشی ƒx نیز بیشتر خواهد شد.
اغلب، حرکت لغزشی یک سطح روی سطح دیگر حرکتی نامنظم است؛ زیرا دو سطح به تناوب به هم می‌چسبند و سپس می‌لغزند.
مثال ۱
نیروی افقی ۱۶N قطعه‌ای را با سرعت ثابت روی سطح افقی به حرکت درمی‌آورد. اگر دو قطعه‌ی مشابه را روی آن قرار دهیم، چه نیروی افقی مجموعه را باسرعت ثابت حرکت می‌دهد؟
پاسخ
در ابتدا، نیروی افقی ۱۶N قطعه را با سرعت ثابت حرکت می‌دهد:
اگر دو قطعه‌ی مشابه، روی قطعه‌ی اولی قرار دهیم، نیروی وزن و در نتیجه نیروی عمودی تکیه گاه سه برابر می‌شود. بنابراین، اصطکاک (fˊk) سه برابر می‌شود:
اگر دو قطعه‌ی مشابه، روی قطعه‌ی اولی قرار دهیم، نیروی وزن و در نتیجه نیروی عمودی تکیه گاه سه برابر می‌شود. بنابراین، اصطکاک (fˊk) سه برابر می‌شود:
