اصطکاک لغزشی در مقابل اصطکاک ایستایی

همان طور که در درس قبلی  اشاره شد، نیروی اصطکاک نیرویی است که توسط سطح به جسم در حال حرکت روی آن و یا به جسمی که سعی دارد روی آن حرکت کند وارد می شود. با توجه به اهداف این درس دو نوع اصطکاک داریم –اصطکاک لغزشی زمانی وجود دارد که جسمی روی سطح می لغزد. به عنوان مثال، یک جعبه که روی کف اتاق سر می خورد. سطح اتاق در برابر حرکت جعبه مقاومت می کند. ما می گوییم کف اتاق با جعبه اصطکاک دارد. یک مثال برای اصطکاک لغزشی، اصطکاک ناشی از حرکت جعبه روی کف اتاق است. اگر یک ماشین توسط یک ضربه ی ناگهانی به پدال ترمز ( نه نگه داشتن پدال ترمز ) متوقف می شود، یک نیروی اصطکاک لغزشی توسط سطح جاده به چرخ های اتومبیل وارد می شود. این نیروی اصطکاک، اصطکاک لغزشی است، چون ماشین روی سطح جاده می لغزد. نیروی اصطکاک لغزشی با داشتن ضریب اصطکاک و نیروی نرمالی که توسط سطح به جسم وارد می شود محاسبه می گردد. فرمول این است:

نمادد لغزش µ نماد ضریب اصطکاک لغزشی بین دو سطح است. مقدار این ضریب اول از همه بستگی به طبیعت سطوحی دارد که با هم در تماسند. در بیشتر سطوح این ضریب کمی به متغیرهای دیگری مثل سطح تماس، دما و غیره وابسته می شود. مقادیر لغزش µ برای انواع سطوح به طور تقریبی محاسبه شده و در اغلب کتاب های راهنما فهرست شده اند.مقدار لغزش µ کمک می کند که بتوانیم میزان نسبی چسبندگی یا جذب دو سطح را با هم اندازه بگیریم. وقتی مولکول ها سطح تمایل بیشتری دارند به هم بچسبند، ضریب بزرگتر است و نیروی اصطکاک هم بیشتر است.

نیروی اصطکاک می تواند زمانیکه دو سطح روی هم نمی لغزند، نیز وجود داشته باشد- اصطکاک ایستایی. این اصطکاک زمانی به وجود می آید که سطح دو جسم نسبت به هم ساکنند و یک نیرو به یکی از دو جسم وارد می شود تا آن را نسبت به سایر اشیا به حرکت در آورد.

فرض کنید یک جعبه را با نیروی 5 نیوتن روی کف اتاق هل می دهید. جعبه ممکن است در جای خود باقی بماند. اصطکاک ایستایی بین کف اتاق و جعبه مانع از آن می شود که جعبه به حرکت درآید. اصطکاک ایستایی نیرویی را که شما برای به حرکت درآوردن جعبه به آن وارد می کنید، خنثی می کند و جعبه ی ساکن، در حالت سکون باقی می ماند. وقتی نیروی اعمالی به جعبه 5 نیوتن است، نیروی اصطکاک ایستایی هم 5 نیوتن است. حال فرض کنید جعبه ی بزرگی را با 25 نیوتن نیرو هل می دهید و جعبه هنوز در جای خودش است. اصطکاک ایستایی 25 نیوتن خواهد بود. حال فرض کنید شما نیرو را به 26 نیوتن افزایش می دهید و جعبه نهایتا از حالت سکون خارج شده، تکان خورده و شروع به حرکت می کند. سطوح کف اتاق و جعبه تنها می توانستند 25 نیوتن نیروی اصطکاک ایستایی برای مقابله با نیروی اعمالی شما فراهم کنند. اکنون این دو سطح نمی توانند نیروی اصطکاک ایستایی معادل 26 نیوتن وارد کنند. مقدار نیروی اصطکاک ایستایی از سطحی که چسبندگی بیشتری دارد نتیجه می شود. در این مورد نیروی اصطکاک ایستایی از 0 ( اگرهیچ نیرویی به جعبه وارد نشود ) تا 25 نیوتن است ( اگر جعبه را با نیروی 25 نیوتن هل دهید ) این رابطه به صورت زیر تعریف می شود:

نماد ایستایی µ ، نماد ضریب اصطکاک ایستایی بین دو سطح است. مثل ضریب اصطکاک لغزشی، این ضریب نیز به انواع سطوحی که می خواهند روی هم بلغزند بستگی دارد. عموما برای یک سطح مشخص، مقدار ضریب اصطکاک ایستایی بزرگتر از ضریب اصطکاک لغزشی است. بنابراین برای غلبه بر اصطکاک، برای حرکت کردن یک شی از حالت سکون نسبت به زمانی که شی در حالت حرکت است و می خواهیم در حرکت بماند، نیروی بیشتری لازم است.

در این بخش باید مفهوم نیروهایی که در درس قبلی لیست شده بود به خوبی درک شود. در نهایت شما باید به اندازه ی کافی درباره ی این نیروها بدانید تا بتوانید با خواندن یک توصیف یک موقعیت فیزیکی، تشخیص دهید که در این موقعیت کدام نیروها وجود دارند و بتوانید دیاگرام نیرو را که مقادیر و جهت نیروها را تعیین می کند، رسم کنید.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: بهاره امینی