چگونه اصطکاک را کاهش دهیم؟
قانون اول نیوتن بیان می کند، اگر جسمی در حال حاضر در وضعیت سکون قرار داشته باشد، همواره در این وضعیت خواهد ماند و هم چنین اگر جسمی در راستای خط مستقیم حرکت کند، در همان حالت به حرکت خود ادامه خواهد داد. فقط در صورتی این دو مدل تغییر حالت می دهند که نیرویی از بیرون آن ها را تحت تاثیر قرار داده و مجبور به تغییر حالت کند. از لحاظ تئوری این بدان معنا است که آیا شما می توانید در همان جهت و سرعتی که هستید برای همیشه حرکت کنید؟
نیروی اصطکاک، در برابر حرکت جسم که در جهت مخالف آن است مقاومت می کند. به همین دلیل زمانی که شما توپ را روی زمین می غلتانید پس از مدتی متوقف می شود. زمین و دیگر سطوح جامد، سبب اصطکاکی به نام اصطکاک خشک می شوند، اما مایعات و گازها مانند آب و هوا می توانند سبب نیروی اصطکاکی به نام اصطکاک سیال شوند.
معادله ای که برای نیروی اصطکاک به کار می رود به صورت زیر می باشد:
Ff=μFNنیروی طبیعی یک شی، نیروی عمود بر سطح از طرف شی می باشد که در تماس با سطحی است که سبب نیروی اصطکاک می شود. برای مثال اگر شما یک بلوک را در جهت افقی بر روی سطحی حرکت دهید، نیروی طبیعی زاویه 90 درجه با سطح زمین می گیرد.
2- بادکنک
3- قیچی یا کاتر
4- نی های پلاستیکی
5- خط کش یا متر
6- چسب
7- دفتریادداشت
8- قلم
مراحل کار
1- یک سوراخ در یک طرف جعبه مقوایی ایجاد کنید.
2- بادکنک را از طریق سوراخ درون جعبه جای دهید به طوری که ته بادکنک داخل جعبه باشد و سر باز آن در خارج جعبه قرار بگیرد.
3- بادکنک را باد کنید و آن را گره بزنید.
4- در حالی که هنوز سر بادکنک را با دستتان گرفته اید جعبه را روی سطح آشپزخانه، میز ویا کف قرار دهید و نقطه شروع را علامت بزنید.
7- به اولین سطح صافی که شما آزمایش را انجام دادید برگردید و نی ها را به صورت موازی بر روی آن بچینید.
8- بادکنک را باد کنید و نقطه شروع را علامت بزنید، جعبه را به همراه بادکنک درون آن روی مسیری که با نی ساختید بگذارید.
9- بادکنک را رها کنید. مسافت جابه جا شده توسط جعبه را اندازه بگیرید.
11- دو نی را زیر جعبه در راستای طول آن بچسبانید. این کار اصطکاک را بیشتر یا کمتر می کند؟ چرا؟
13- این مرحله هم مشابه مرحله 12 می باشد با این تفاوت که جعبه ای که زیر آن را نی چسباندید روی مسیری که با نی ساختید قرار دهید.
14- نتایج خود را تجزیه و تحلیل کنید. کدام مرحله بیشترین اصطکاک را دارد؟ کدام مرحله کمترین اصطکاک دارد؟
نتایج
سطوح صاف و مسطح مانند طبقه های چوبی آشپزخانه، ضریب اصطکاک کوچکی در مقایسه با سطوح زبر دارند. با قرار دادن نی های صاف و ایجاد مسیری با نی اصطکاک کمتری ایجاد می شود و ماشین بادکنکی فاصله زیادی را طی می کند. نی هایی که به زیر ماشین بادکنکی چسبیده شدند نیز به آن اجازه می دهند مسافت زیادی را طی کند.
به طور کلی، وقتی سطح تماس دو جسم زبر باشد. بر جستگی های یکی در فرو رفتگی های دیگری می رود و نیروی اصطکاک زیاد می شود.هرچه این نا همواری ها بیشتر باشد .نیروی اصطکاک نیز بیشتر می شود.مثلا دو آجر روی هم مشکل تر کشیده می شوند تا یک شیشه روی یک آجر. اما وقتی سطح تماس دو جسم خیلی صیقلی باشد ،طوری که مولکول های سطح تماس دو جسم به هم نزدیک شده در فاصله پیوندی(برد کوتاه )قرار گیرند نیروی چسبندگی سطحی عامل ایجاد اصطکاک خواهد بود.مثلا دوشیشه ی تخت روی یکدیگر به سختی کشیده می شوند واگر بین دو شیشه را خیس کنیم و آن دو را به هم فشار دهیم،هوااز بین دو شیشه خارج شده آب جای آن را می گیرد. بین مولکول های آب و شیشه ها پیوند مولکولی ایجاد می شودو شیشه روی یک دیگر بسیار سخت تر کشیده می شوند. ولی یک آجر روی یک شیشه راحت تر کشیده می شود.