المحتوى

• لتخطو
• طريقة 1 من 2: عمل سطح أكثر خشونة
• الطريقة 2 من 2: زيادة المقاومة في سائل أو غاز
• تحذيرات

هل سبق لك أن تساءلت عن سبب دفء يديك عند فركهما معًا بسرعة أو لماذا يمكنك بالفعل إشعال حريق عن طريق فرك اثنين من العصي معًا؟ الجواب هو الاحتكاك! عندما يحتك سطحان ببعضهما البعض ، فإنهما سيواجهان حركة بعضهما البعض على المستوى المجهري. ستولد هذه المقاومة طاقة على شكل حرارة ، والتي يمكنك استخدامها لتدفئة يديك ، وإشعال النار ، وما إلى ذلك. وكلما زاد الاحتكاك ، سيتم إطلاق المزيد من الطاقة ، لذا اعرف كيفية زيادة الاحتكاك بين اثنين متحركين. تمنحك الأجزاء الموجودة في النظام الميكانيكي بشكل أساسي الفرصة لتوليد قدر كبير من الحرارة!

لتخطو

طريقة 1 من 2: عمل سطح أكثر خشونة

1. قم بإنشاء المزيد من نقاط الاتصال "الخشنة" أو اللاصقة. عند انزلاق مادتين أو احتكاكهما ببعضهما البعض ، يمكن أن تحدث ثلاثة أشياء: الزوايا الصغيرة والشقوق والمخالفات على السطح يمكن أن تعلق ؛ يمكن أن يتشوه أحد السطحين أو كلاهما استجابة للحركة ؛ وفي النهاية ، يمكن للذرات الموجودة في أي سطح أن تبدأ في التفاعل مع بعضها البعض. لأغراض عملية ، كل هؤلاء الثلاثة يفعلون نفس الشيء: خلق الاحتكاك. يعتبر انتقاء الأسطح الكاشطة (مثل ورق الصنفرة) أو المشوه (مثل المطاط) أو اللزج (مثل الصمغ وما إلى ذلك) طريقة سهلة لزيادة الاحتكاك.
   • يمكن أن تساعد الكتب المدرسية التقنية والموارد المماثلة بشكل كبير في اختيار المواد لاستخدامها في زيادة الاحتكاك. معظم مواد البناء القياسية لها "معامل احتكاك" معروف - أي مقياس لمقدار الاحتكاك الناتج مع الأسطح الأخرى. يتم سرد معاملات الاحتكاك لعدد قليل من المواد المعروفة أدناه (تشير القيمة الأعلى إلى احتكاك أعلى):
   • ألومنيوم على ألومنيوم: 0.34
   • خشب على خشب: 0.129
   • الخرسانة الجافة على المطاط: 0.6-0.85
   • الخرسانة الرطبة على المطاط: 0.45-0.75
   • الجليد على الجليد: 0.01
2. ادفع السطحين معًا بقوة أكبر. ينص تعريف أساسي في الفيزياء على أن الاحتكاك الذي يتعرض له جسم ما يتناسب مع القوة الطبيعية (لغرضنا هذه القوة مساوية لتلك التي يدفع بها الجسم ضد الآخر). هذا يعني أنه يمكن زيادة الاحتكاك بين سطحين إذا تم دفع الأسطح معًا بقوة أكبر.
   • إذا سبق لك استخدام أقراص الفرامل (على سبيل المثال ، تلك الموجودة في سيارة أو دراجة) ، فقد رأيت هذا المبدأ قيد التنفيذ. في هذه الحالة ، بالضغط على الفرامل ، يتم دفع مجموعة من الكتل المولدة للاحتكاك على أقراص معدنية متصلة بالعجلات. كلما ضغطت بقوة على المكابح ، زاد الضغط على الكتل على الأقراص وسيزداد الاحتكاك. يتيح لك ذلك إيقاف السيارة بسرعة ، ولكنه أيضًا يطلق الكثير من الحرارة ، ولهذا السبب غالبًا ما تكون أنظمة الكبح شديدة السخونة بعد الفرملة الشديدة.
3. أوقف أي حركة نسبية. هذا يعني أنه إذا تحرك أحد الأسطح بالنسبة إلى سطح آخر ، فإنك توقفه. حتى الآن ركزنا على متحرك (أو "الانزلاق") الاحتكاك - الاحتكاك الذي يحدث عندما يحتك جسمان أو سطحان ببعضهما البعض. في الواقع ، هذا النوع من الاحتكاك يختلف عن ثابتة الاحتكاك - الاحتكاك الذي يحدث عندما يبدأ جسم ما في التحرك ضد جسم آخر. في الأساس ، يكون الاحتكاك بين جسمين أكبر عندما يبدآن في التحرك ضد بعضهما البعض. بمجرد أن يتحركوا ، يقل الاحتكاك. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل من الصعب تحريك جسم ثقيل بدلاً من إبقائه.
   • لملاحظة الفرق بين الاحتكاك الساكن والديناميكي ، جرب التجربة البسيطة التالية: ضع كرسيًا أو قطعة أثاث أخرى على أرضية ناعمة في منزلك (وليس على بساط أو سجادة). تأكد من أن الأثاث لا يحتوي على أي "دبابيس" واقية في الأسفل أو أي نوع آخر من المواد التي تسهل الانزلاق على الأرض. جرب الأثاث فقط ادفع بقوة كافية حتى تبدأ في التحرك. يجب أن تلاحظ أنه بمجرد أن يبدأ الأثاث في التحرك ، يصبح الدفع على الفور أسهل بكثير. هذا لأن الاحتكاك الديناميكي بين الأثاث والأرضية أصغر من الاحتكاك الساكن.
4. قم بإزالة السوائل من بين الأسطح. يمكن أن تقلل السوائل مثل الزيت والشحوم والفازلين وما إلى ذلك بشكل كبير من الاحتكاك بين الأشياء والأسطح. هذا لأن الاحتكاك بين مادتين صلبتين عادة ما يكون أعلى بكثير من الاحتكاك بين المواد الصلبة والسائل بينهما. لزيادة الاحتكاك ، يمكنك إخراج جميع السوائل الممكنة من المعادلة ، مع الأجزاء "الجافة" فقط التي تسبب الاحتكاك.
   • جرب التجربة البسيطة التالية للحصول على فكرة عن المدى الذي يمكن أن تقلل به السوائل من الاحتكاك: افرك يديك معًا إذا كانتا باردة وتريد تسخينهما. يجب أن تكون قادرًا على ملاحظة أنه يزداد دفئًا من الفرك على الفور. ثم ضع كمية لا بأس بها من المستحضر على راحة يدك وحاول أن تفعل الشيء نفسه مرة أخرى. لا ينبغي أن يكون من الأسهل فرك يديك معًا بسرعة فحسب ، بل ستلاحظ أيضًا أنهما تصبحان أقل سخونة.
5. قم بإزالة العجلات أو الحوامل لإنشاء احتكاك منزلق. تعاني العجلات والناقلات والأشياء الأخرى "المتدحرجة" من نوع خاص من الاحتكاك يسمى الاحتكاك المتدحرج. يكون هذا الاحتكاك دائمًا أقل من الاحتكاك الناتج عن تحريك الجسم نفسه فوق الأرض. - هذا هو السبب في أن هذه الأشياء تميل إلى التدحرج وليس الانزلاق على الأرض. لزيادة الاحتكاك في النظام الميكانيكي ، يمكنك إزالة العجلات والحوامل وما إلى ذلك بحيث تنزلق الأجزاء بعضها ببعض ، لا تتدحرج.
   • ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، الفرق بين سحب وزن ثقيل على الأرض في عربة مقابل وزن مكافئ في عربة. تحتوي العربة على عجلات ، لذلك يكون سحبها أسهل من العربة التي تسحب على طول الأرض بينما تولد الكثير من الاحتكاك المنزلق.
6. زيادة اللزوجة. الأجسام الصلبة ليست هي الأشياء الوحيدة التي يمكن أن تخلق الاحتكاك. المواد السائلة (السوائل والغازات مثل الماء والهواء ، على التوالي) يمكن أن تخلق أيضًا احتكاكًا. يعتمد مقدار الاحتكاك الذي يولده السائل عندما يتدفق عبر مادة صلبة على عدة عوامل. من أسهل طرق التحكم في اللزوجة - وهذا ما يشار إليه عمومًا باسم "السماكة". بشكل عام ، السوائل ذات اللزوجة العالية (تلك "السميكة" ، "اللزجة" ، إلخ.) سوف تسبب احتكاكًا أكثر من السوائل الأقل لزوجة (تلك "السائلة" و "السائلة").
   • على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك الفرق في الجهد الذي يتعين عليك القيام به عندما تنفخ الماء من خلال القش مقابل نفخ العسل من خلال القش. الماء ليس شديد اللزوجة وسوف يتحرك بسهولة عبر القش. العسل أكثر صعوبة في النفخ من خلال القش. وذلك لأن اللزوجة العالية للعسل تولد الكثير من المقاومة وبالتالي الاحتكاك عندما يتم نفخه عبر أنبوب ضيق مثل القش.

الطريقة 2 من 2: زيادة المقاومة في سائل أو غاز

1. زيادة لزوجة السائل. الوسيط الذي ينتقل من خلاله الجسم يمارس قوة على الجسم الذي يحاول ككل إلغاء قوة الاحتكاك على الجسم. كلما كان السائل أكثر كثافة (وبالتالي أكثر لزوجة) ، يتحرك الجسم الأبطأ عبر هذا السائل تحت تأثير قوة معينة. على سبيل المثال: ستسقط قطعة من الرخام في الهواء أسرع بكثير من تسقطها من خلال الماء ، ومن خلال الماء أسرع مما تسقط من خلال الشراب.
   • يمكن زيادة لزوجة معظم السوائل عن طريق خفض درجة الحرارة. على سبيل المثال: تسقط قطعة من الرخام بشكل أبطأ من خلال شراب بارد منها خلال شراب في درجة حرارة الغرفة.
2. زيادة المنطقة المعرضة للهواء. كما هو موضح أعلاه ، يمكن أن تولد المواد السائلة مثل الماء والهواء احتكاكًا عندما تتدفق عبر المواد الصلبة. تسمى قوة الاحتكاك التي يتعرض لها جسم ما أثناء تحركه عبر مادة سائلة بالمقاومة (اعتمادًا على الوسط ، يُطلق على هذا أيضًا اسم "مقاومة الهواء" ، "مقاومة الماء" ، إلخ.). ومن خصائص المقاومة أن الجسم مع مقطع عرضي أكبر - أي جسم ذو مظهر جانبي أكبر أثناء تحركه عبر السائل - يواجه مقاومة أكبر. هذا يعطي السائل سطحًا أكبر للضغط عليه ، مما يزيد من الاحتكاك مع الجسم أثناء تحركه خلاله.
   • افترض أن كل حصاة وورقة تزن جرامًا واحدًا. إذا تركنا كليهما يسقطان في نفس الوقت ، فسوف تسقط الحصاة بشكل مستقيم للأسفل بينما ستدور الورقة لأسفل ببطء. هذا هو المكان الذي ترى فيه مقاومة الهواء قيد التشغيل - يدفع الهواء ضد السطح الكبير والواسع للورقة مما يخلق مقاومة والورقة تسقط ببطء أكثر من الحصاة ، التي لديها مقطع عرضي ضيق نسبيًا.
3. اختر شكلاً بمقاومة أكبر. على الرغم من أن المقطع العرضي لكائن ما هو جيد جنرال لواء هو مؤشر على حجم المقاوم ، في الواقع حسابات المقاوم أكثر تعقيدًا. تتصرف الأشكال المختلفة بطرق مختلفة في السوائل التي تمر من خلالها - وهذا يعني أن بعض الأشكال (مثل الألواح المسطحة) تكون أكثر مقاومة من غيرها (مثل الكرات) المصنوعة من نفس المادة. نظرًا لأن مقياس الحجم النسبي لمقاومة الهواء يسمى أيضًا "معامل السحب" ، يُقال إن الأشكال ذات المقاومة الكبيرة للهواء لها معامل سحب أعلى.
   • تأمل ، على سبيل المثال ، أجنحة الطائرة. يسمى شكل الجناح النموذجي للطائرة أ الجنيح. يتحرك هذا الشكل السلس والضيق والمستدير بسهولة عبر الهواء. معامل السحب منخفض جدًا - 0.45. من ناحية أخرى ، يمكنك أن تتخيل أن للجناح زوايا حادة أو على شكل كتلة أو يشبه المنشور. تولد هذه الأجنحة الكثير من الاحتكاك لأنها تولد الكثير من المقاومة أثناء الطيران. وبالتالي ، يكون للمنشورات معامل سحب أكبر من ملامح الجناح - حوالي 1.14.
4. اجعل الكائن أقل انسيابية. ظاهرة أخرى تتعلق بمعاملات السحب المختلفة للأشكال المختلفة هي أن الكائنات التي تحتوي على "انسيابية" أكبر وأكثر تربيعًا تولد بشكل عام سحبًا أكبر من الكائنات الأخرى. تتكون هذه الأشياء من خطوط خشنة ومستقيمة وعادة لا تضيق باتجاه الخلف. من ناحية أخرى ، غالبًا ما تكون الأشياء الانسيابية أكثر تقريبًا وتناقصًا نحو الخلف - مثل جسم السمكة.
   • على سبيل المثال ، الطريقة التي تم بها تصميم السيارة العائلية المتوسطة اليوم مقارنة بنفس النوع منذ عقود. في الماضي ، كانت السيارات ممتلئة بشكل أكبر ولديها خطوط مستقيمة ومستطيلة. اليوم ، أصبحت معظم السيارات العائلية أكثر انسيابية وتقريبًا بهدوء إلى حد كبير. يتم ذلك عن قصد - يعني الشكل الانسيابي أن السيارة تتعرض لسحب أقل ، مما يقلل من جهد المحرك لتحريك السيارة (ويقلل من المسافة المقطوعة بالميل للوقود).
5. استخدم المواد التي تسمح بمرور هواء أقل. تسمح بعض المواد بمرور السوائل والغازات. بمعنى آخر ، هناك ثقوب يمر بها السائل. هذا يضمن أن سطح الجسم الذي يدفع السائل تجاهه يصبح أصغر ، وبالتالي تكون المقاومة أقل.تظل هذه الخاصية صالحة حتى لو كانت الثقوب مجهرية - طالما أن الثقوب كبيرة بما يكفي للسماح بمرور السائل / الهواء ، فسوف تقل المقاومة. هذا هو السبب في أن المظلات ، المصممة لتوليد الكثير من مقاومة الهواء وبالتالي تقليل سرعة سقوط شخص ما أو شيء ما ، مصنوعة من الحرير الخفيف أو النايلون القوي وليس مرشحات القطن أو القهوة.
   • لإعطاء مثال على هذه الخاصية في العمل ، فكر في ما يحدث لمضرب بينج بونج عندما تقوم بحفر بعض الثقوب فيه. يصبح من الأسهل بعد ذلك تحريك المجداف بسرعة. تسمح الثقوب للهواء بالمرور أثناء تأرجح المضرب ، مما يقلل بشكل كبير من المقاومة ويسمح للمجداف بالتحرك بشكل أسرع.
6. زيادة سرعة الجسم. أخيرًا ، بغض النظر عن شكل الجسم أو مدى نفاذية المادة المكونة منه ، فإن المقاومة التي يواجهها ستزداد دائمًا كلما تحركت بشكل أسرع. كلما تحرك الجسم بشكل أسرع ، زادت سيولة الجسم ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة المقاومة. يمكن أن تتعرض الكائنات التي تتحرك بسرعات عالية جدًا للاحتكاك الشديد بسبب المقاومة العالية ، لذلك عادة ما يتم تبسيط هذه الكائنات هناك وإلا فإنها ستنهار بسبب قوة المقاومة.
   • لنأخذ مثلا طائرة Lockheed SR-71 "Blackbird" ، وهي طائرة تجسس تجريبية صنعت خلال الحرب الباردة. واجهت Blackbird ، التي يمكن أن تطير بسرعات أكبر من Mach 3.2 ، مقاومة شديدة من تلك السرعات العالية ، على الرغم من تصميمها الانسيابي - وهي شديدة بما يكفي لتوسيع جسم الطائرة المعدني بسبب الحرارة الناتجة عن الاحتكاك من الهواء أثناء الطيران. .

تحذيرات

• يمكن للاحتكاك الشديد أن يطلق الكثير من الطاقة على شكل حرارة! على سبيل المثال ، أنت لا تريد حقًا لمس تيل الفرامل في سيارتك بعد أن تضغط بقوة على الفرامل!
• يمكن أن تتسبب القوى العظمى التي يتم إطلاقها عند سحبها عبر سائل في حدوث أضرار هيكلية لهذا الجسم. على سبيل المثال ، إذا قمت بلصق الجانب المسطح من قطعة رقيقة من الخشب الرقائقي في الماء أثناء الإبحار في قارب سريع ، فمن المحتمل أن يتمزق إلى أشلاء.