قوة الاحتكاك السكوني والحركي
يقيس قوة الاحتكاك قبل بدء الحركة وأثناءها لأجسام مختلفة الكتلة، ويستنتج تناسبها مع قوة التلامس العمودية.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: القوى و الحركة : الاوليات — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٢): أنواع الاحتكاك — الجزء الأول، ص ٢٥
خطوات التجربة
افتح شاشة «الاحتكاك»، وفعّل «القوى» و«القيم» و«الكتل».
ضع الصندوق على السطح واقرأ كتلته، واحسب قوة التلامس العمودية FN = mg (خذ g = 9.8 m/s²).
زد «القوة المؤثرة» تدريجيًا وهو ساكن، ولاحظ أن «قوة الاحتكاك» تساوي القوة المؤثرة وتعاكسها، وسجّل أكبر قيمة لها قبل أن يبدأ الصندوق بالحركة.
بعد أن يتحرك الصندوق، سجّل قراءة «قوة الاحتكاك» أثناء الحركة، وقارنها بالقيمة القصوى قبل الحركة.
أعد الصندوق إلى السكون، وضع فوقه جسمًا آخر لتزيد الكتلة الكلية، ثم كرّر الخطوتين السابقتين.
نظّم النتائج في جدول: الكتلة الكلية، FN، أكبر احتكاك سكوني، الاحتكاك الحركي، ثم احسب نسبة الاحتكاك إلى FN في كل حالة.
حرّك منزلق «الاحتكاك» نحو «كثير» لتمثيل سطح أخشن، وكرّر القياس للكتلة نفسها وقارن.
الفكرة العلمية
قوة الاحتكاك قوة تنشأ من تلامس سطحين وتعاكس الحركة أو محاولة الحركة. فإذا كان الجسم ساكنًا كانت قوة الاحتكاك السكوني مساوية للقوة المؤثرة ومعاكسة لها، وتزداد معها حتى تبلغ أكبر قيمة لها عندما يصبح الجسم على وشك الحركة: fs ≤ μs FN. وبعد بدء الحركة تصير قوة الاحتكاك الحركي fk = μk FN. وعلى سطح أفقي تساوي قوة التلامس العمودية وزن الجسم FN = mg، فمضاعفة الكتلة تضاعف قوة الاحتكاك. والنسبة بين قوة الاحتكاك وFN ثابتة لسطحين معيّنين، وهي معامل الاحتكاك الذي يعتمد على نوع السطحين. وفي كتابك قوة الاحتكاك الحركي أقل من قوة الاحتكاك السكوني القصوى. والمحاكاة تستخدم قوة دفع بدل الميزان النابضي، ولا تعرض FN رقمًا فتحسبها أنت من الكتلة.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
أثّرت بقوة 100 N في صندوق ساكن فلم يتحرك. كم قوة الاحتكاك المؤثرة فيه؟
- صفر، لأنه لا يتحرك
- أكبر من 100 N، لأنه لم يتحرك
- 100 N تمامًا وبعكس اتجاه القوة المؤثرة
- تساوي وزن الصندوق
اعرض الإجابة
ج) 100 N تمامًا وبعكس اتجاه القوة المؤثرة
الصندوق ساكن فمحصّلة القوى عليه صفر، فقوة الاحتكاك السكوني تساوي القوة المؤثرة وتعاكسها. ومن يظن أن الاحتكاك يحدث فقط عند الحركة، أو أن الاحتكاك دائمًا في قيمته القصوى، يقع في المفهومين الخاطئين اللذين يذكرهما دليل المعلم.
ضاعفتَ الكتلة الكلية فوق السطح نفسه. ماذا يحدث لأكبر قوة احتكاك سكوني؟
- تتضاعف تقريبًا
- لا تتغيّر لأن السطح لم يتغيّر
- تنقص للنصف
- تتضاعف أربع مرات
اعرض الإجابة
أ) تتضاعف تقريبًا
أكبر قوة احتكاك سكوني تساوي μs FN، ومضاعفة الكتلة تضاعف FN على السطح الأفقي، فتتضاعف القوة. السطح يحدد المعامل μs لا القوة نفسها، ولهذا تبقى نسبة الاحتكاك إلى FN ثابتة في جدولك.
أي العبارات تصف ما يقوله كتابك عن قوتي الاحتكاك للسطحين نفسيهما؟
- الاحتكاك الحركي أكبر لأن الجسم متحرك
- القوتان متساويتان دائمًا
- الاحتكاك السكوني صفر دائمًا
- أكبر احتكاك سكوني أكبر من الاحتكاك الحركي
اعرض الإجابة
د) أكبر احتكاك سكوني أكبر من الاحتكاك الحركي
في السكون تتداخل نتوءات السطحين تداخلًا أكبر، فيلزم دفع أكبر لبدء الحركة، أما أثناء الحركة فلا يتسع الزمن لهذا التداخل. ولذلك يسهل الإبقاء على حركة قطعة أثاث بعد أن تبدأ. وقارن ذلك بقراءتيك في الخطوتين الثالثة والرابعة.
قرأتَ قوة احتكاك حركي مقدارها 125 N لصندوق كتلته 50 kg يتحرك على سطح أفقي. احسب معامل الاحتكاك الحركي (g = 9.8 m/s²).
اعرض الإجابة
قوة التلامس العمودية FN = mg = 50 × 9.8 = 490 N. ومعامل الاحتكاك الحركي μk = fk / FN = 125 / 490 ≈ 0.26. وهو عدد بلا وحدة لأنه نسبة بين قوتين.
لماذا يصعب دفع خزانة ممتلئة بالكتب أكثر من دفعها فارغة على الأرضية نفسها؟
اعرض الإجابة
لأن الكتب تزيد وزن الخزانة فتزيد قوة التلامس العمودية بينها وبين الأرضية. وقوة الاحتكاك تتناسب مع هذه القوة، فيلزم دفع أكبر لبدء الحركة ولاستمرارها. أما معامل الاحتكاك فلم يتغيّر لأن السطحين لم يتغيّرا.