الرسم البياني لقوة الاحتكاك f مقابل قوة السحب المطبقة F_pull
الحالة: سكون تام (fs = F_pull)
متغيرات تجربة السحب والانطلاق
الوزن والقوة العمودية (Fg = FN):
58.8 N
الاحتكاك السكوني الأقصى (fs,max = μs·FN):
29.4 N
الاحتكاك الحركي الثابت (fk = μk·FN):
17.6 N
قوة الاحتكاك الحالية (f):
25.0 N (سكوني)
التسارع الناتج:
0.00 m/s² (ساكن)
لماذا الاحتكاك السكوني القصوى أكبر من الحركي (μs > μk)؟
• عندما يكون الجسم ساكناً، تتداخل النتوءات المجهرية بين السطحين وتتشكل روابط كهرومغناطيسية وتلاصق مجهري قوي.
• عند كسر هذه الروابط وبدء الحركة (عتبة $f_{s,\max}$)، تنزلق النتوءات فوق بعضها دون وقت كافٍ للالتصاق الكامل، فتهبط قوة الاحتكاك إلى قيمة أقل تسمى الاحتكاك الحركي $f_k$.
• عندما يكون الجسم ساكناً، تتداخل النتوءات المجهرية بين السطحين وتتشكل روابط كهرومغناطيسية وتلاصق مجهري قوي.
• عند كسر هذه الروابط وبدء الحركة (عتبة $f_{s,\max}$)، تنزلق النتوءات فوق بعضها دون وقت كافٍ للالتصاق الكامل، فتهبط قوة الاحتكاك إلى قيمة أقل تسمى الاحتكاك الحركي $f_k$.
اختبار المواد والأسطح ومساحة التلامس واختبار النتوءات المجهرية
خشب على خشب (μs=0.50, μk=0.30)
اختيار السطحين وفحص المساحة
معامل الاحتكاك السكوني (μs):
0.50
معامل الاحتكاك الحركي (μk):
0.30
القوة العمودية (FN = mg):
98.0 N
قوة الاحتكاك السكوني القصوى:
49.0 N
قوة الاحتكاك الحركي:
29.4 N
حقيقة علمية مقررة:
• مساحة السطح الظاهرية لا تؤثر إطلاقاً على قوة الاحتكاك!
• عند قلب الصندوق على الوجه الضيق، يقل عدد نقاط التلامس لكن يزداد الضغط الموضعي بنفس النسبة، فتبقى قوة الاحتكاك الكلية ثابتة دون أي تغيير.
• مساحة السطح الظاهرية لا تؤثر إطلاقاً على قوة الاحتكاك!
• عند قلب الصندوق على الوجه الضيق، يقل عدد نقاط التلامس لكن يزداد الضغط الموضعي بنفس النسبة، فتبقى قوة الاحتكاك الكلية ثابتة دون أي تغيير.
سحب الصندوق بحبل يميل بزاوية α ودراسة تخفيض القوة العمودية
FN = mg - F·sinα
زاوية السحب وقوة الاحتكاك
المركبة الساحبة أفقياً (F·cosα):
34.6 N
المركبة الرافعة رأسياً (F·sinα):
20.0 N
الوزن الكلي (Fg = mg):
78.4 N
القوة العمودية المخفضة (FN = Fg - Fy):
58.4 N
قوة الاحتكاك الحركي المخفضة (fk):
17.5 N
التسارع الأفقي المحصل (a):
2.14 m/s²
الفائدة الفيزيائية للجر بزاوية لأعلى:
• تعمل المركبة الرأسية لقوة الشد ($F\sin\alpha$) على رفع الصندوق جزئياً لأعلى.
• هذا يؤدي لتقليل القوة العمودية ($F_N = mg - F\sin\alpha$)، فتقل قوة الاحتكاك المعيقة ($f_k = \mu_k F_N$) ويسهل سحب الأجسام الثقيلة كحقائب السفر!
• تعمل المركبة الرأسية لقوة الشد ($F\sin\alpha$) على رفع الصندوق جزئياً لأعلى.
• هذا يؤدي لتقليل القوة العمودية ($F_N = mg - F\sin\alpha$)، فتقل قوة الاحتكاك المعيقة ($f_k = \mu_k F_N$) ويسهل سحب الأجسام الثقيلة كحقائب السفر!