مثال على الاحتكاك السكوني والحركي

مثال على الاحتكاك السكوني والحركي “القوة وقوانين نيوتن للحركة”

هناك صندوق خشبي كتلته 5 كيلو جرام، وهو موضوع على أرض ترابية، ومعامل الاحتكاك السكوني بينه وبين التراب يساوي 0,6

أما معامل الاحتكاك الحركي فيساوي 0,55. افترض أنك بدأت بدفع هذا الصندوق من الاتجاه الأفقي بقوة 100N.

فما الذي سيحصل؟ على فرض أن قوة الاحتكاك ومقاومة الهواء معدومتان، سيكون هناك قوة واحدة في الاتجاه الأفقي وهي ال 100N هذه.

وكما تعلمون القوة تساوي الكتلة × التسارع، أي أن التسارع يساوي 20 متر × الثانية تربيع في الاتجاه الأيمن.

لكن في هذه الحالة، توجد قوة احتكاك؛ لذلك فالوضع مختلف تماماً.

معامل الاحتكاك هو النسبة بين مقدار القوة اللازمة لتحريك الصندوق ويرمز لها ب fe ومقدار قوة التلامس بين المكعب والأرض وهي نفسها القوي العمودية التي تؤثر بها الأرض على صندوق ورمزها fn بعد أن يبدأ الصندوق بالحركة هذا المعامل يساوي مقدار قوة الاحتكاك ff على مقدار قوة التلامس، أي القوة العمودية؛ وهذا الأمر منطقي؛ إذ كلما زادت قوة التلامس، وزادت قوة الضغط بين السطحين كلما زادت القوة اللازمة للتحريك.

وفي الحالتين تكون قوة الاحتكاك بعكس اتجاه الحركة.

ما هي القوة المطلوبة للتغلب على قوة الاحتكاك في حالة السكون؟

قوة الجاذبية على الصندوق تساوي 9,8 متر في الثانية تربيع × 5 كيلوجرام = 49 كيلوجرام متر في الثانية. أو 49 نيوتن باتجاه الأسفل.

لديكم أيضاً القوة العمودية؛ وهي موجودة لأن الصندوق لا يتسارع إلى الأسفل، أي يجب أن يكون هناك قوة تُوزن قوة الجاذبية، وتساوي في هذه الحالة 49 نيوتن إلى الأعلى.

يُصبح لدينا هُنا مقدار القوة اللازمة لتحريك الصندوق ÷ القوة العمودية وتساوي 49 نيوتن = 0,6.

ومقدار القوة اللازمة للتحريك = 49 نيوتن × 0,6، وبما أن معامل الاحتكاك ليس له وحده فإن الوحدة هنا هي نيوتن، ويساوي 29,4 نيوتن.

إذن هذه هي القوة المطلوبة للتغلب على الاحتكاك السكوني، وفي هذه الحالة القوة المؤثرة = 100 نيوتن، وقوة الاحتكاك السكوني = 29,4 نيوتن.

وفي اللحظة التي ينتقل فيها الصندوق من السكون إلى الحركة تكون القوة المحصلة = 100 – 29,4 إلى اليمين، أي 70,6 نيوتن.

أقسموا هذه ال 70,6 نيوتن على كتلة 5 كيلوغرام.

التسارع في تلك اللحظة = 14,12 متر في الثانية تربيع باتجاه اليمين.

وبعد أن يبدأ الصندوق بالحركة يبدأ دور معامل الاحتكاك الحركي، ويكون مقدار قوة الاحتكاك عكس اتجاه الحركة، وكما تعلمون القوة العمودية = 49 نيوتن، وبضرب الطرفين في 49 تحصلون على: 49 نيوتن × 0,55 = 26,95 نيوتن، وهي قوة الاحتكاك؛ وهي بعكس اتجاه الحركة.