חיכוך הוא הכוח שמתנגד לתנועה של עצם. כדי לעצור חפץ נע, הכוח חייב לפעול בכיוון ההפוך לכיוון התנועה. לדוגמה, אם אתה דוחף כדור ששוכב על הרצפה, הוא יזוז. כוח הדחיפה מזיז אותו למקום אחר. בהדרגה הכדור מאט ומפסיק לנוע. הכוח שמתנגד לתנועה של עצם נקרא חיכוך. בטבע ובטכנולוגיה, יש מספר עצום של דוגמאות להפעלת כוח זה.
סוגי חיכוך
ישנם סוגים שונים של חיכוך:
להב החלקה שנע על פני קרח הוא דוגמה להחלקה. כשהמחליק נע סביב המשטח, החלק התחתון של המחליקים נוגע ברצפה. מקור החיכוך הוא המגע בין משטח הלהב לקרח. משקלו של חפץ וסוג המשטח עליו הוא נע קובעיםכמות ההחלקה (חיכוך) בין שני עצמים. חפץ כבד מפעיל יותר לחץ על המשטח עליו הוא מחליק, כך שיהיה יותר חיכוך החלקה. מכיוון שהחיכוך נובע מכוחות משיכה בין משטחי העצמים, כמות החיכוך תלויה בחומרים של שני העצמים המקיימים אינטראקציה. נסה להחליק על אגם חלק ותמצא את זה הרבה יותר קל מאשר החלקה על כביש כורכר מחוספס
- חיכוך מנוחה (לכידות) - הכוח המתרחש בין 2 גופים המגעים ומונע התרחשות תנועה. לדוגמה, כדי להזיז ארון, לפטיש מסמר או לקשור שרוכי נעליים, אתה צריך להתגבר על כוח ההידבקות. יש הרבה דוגמאות דומות של חיכוך בטבע ובטכנולוגיה.
- כשאתה רוכב על אופניים, המגע בין הגלגל לכביש הוא דוגמה לחיכוך מתגלגל. כאשר חפץ מתגלגל על משטח, הכוח הנדרש כדי להתגבר על חיכוך גלגול קטן בהרבה מזה הנדרש כדי להתגבר על החלקה.
חיכוך קינטי
כשדחפת את הספר על השולחן והוא זז למרחק מסוים, הוא חווה את החיכוך של חפצים נעים. כוח זה ידוע ככוח החיכוך הקינטי. הוא פועל על משטח אחד של משטח אחר כאשר שני משטחים מתחככים זה בזה מכיוון שאחד המשטחים או שניהם נעים. אם תשים ספרים נוספים על גבי הספר הראשון כדי להגביר את הכוח הנורמלי, כוח החיכוך הקינטי יהיהלהגדיל.
יש את הנוסחה הבאה: Ffriction=ΜFn.כוח החיכוך הקינטי שווה למכפלת מקדם החיכוך הקינטי והכוח הנורמלי. קיים קשר ליניארי בין שני הכוחות הללו. מקדם החיכוך הקינטי מקשר בין כוח החיכוך לכוח הרגיל. מכיוון שמדובר בכוח, היחידה למדידתו היא ניוטון.
חיכוך סטטי
דמיין שאתה מנסה לדחוף ספה על הרצפה. אתה לוחץ עליו במעט כוח, אבל הוא לא זז. כוח החיכוך הסטטי פועל בתגובה לכוח, בניסיון לגרום לתנועה של עצם נייח. אם אין כוח כזה על העצם, כוח החיכוך הסטטי הוא אפס. אם יש כוח שמנסה לגרום לתנועה, אז השני יגדל לערכו המקסימלי לפני שהתגבר עליו, והתנועה תתחיל.
נוסחה לתצוגה זו: Ffriction=ΜsFn. כוח החיכוך הסטטי קטן או שווה למכפלת מקדם החיכוך הסטטי Μ (s) והכוח הנורמלי F (n). בדוגמה של הספה, כוח החיכוך הסטטי המרבי מאזן את הכוח של האדם שדוחף אותה עד שהספה מתחילה לזוז.
מדידת מקדמי חיכוך
מה קובע את כוח החיכוך? בטבע ובטכנולוגיה, החומרים מהם עשויים משטחים משחקים תפקיד מסוים. לדוגמה, דמיינו לנסות לשחק כדורסל תוך כדי גרביים במקום נעלי ספורט. יכול להיותלהחמיר משמעותית את הסיכויים שלך לזכות. הנעל עוזרת לספק את הכוח הדרוש כדי לבלום ולשנות כיוונים במהירות תוך כדי ריצה על המשטח. יש יותר חיכוך בין הנעליים שלך למגרש כדורסל מאשר בין הגרביים שלך לרצפת עץ מלוטשת.
מקדמים שונים מראים באיזו קלות אובייקט אחד יכול להחליק מעל אחר. המדידות המדויקות שלהם די רגישות לתנאי פני השטח ונקבעות בניסוי. משטחים רטובים מתנהגים בצורה שונה מאוד ממשטחים יבשים.
פיסיקה: כוח החיכוך בטבע ובטכנולוגיה
אתה חווה חיכוך כל הזמן ואתה צריך לשמוח שזה אפשרי. הכוח הזה הוא שעוזר לשמור על עצמים נייחים במקום, ואדם לא נופל בזמן הליכה. מהו חיכוך? בטבע ובטכנולוגיה ניתן למצוא דוגמאות בכל שלב. אולי אתה לא מבין את זה, אבל אתה כבר מכיר היטב את הכוח הזה. היא מתרחשת בכיוון ההפוך לתנועה, ובגלל זה, זהו כוח המשפיע על תנועתם של עצמים.
כשאתה מזיז את הקופסה על הרצפה, החיכוך פועל נגד הקופסה בכיוון ההפוך מהקופסה. כשאתה הולך במורד הר, החיכוך פועל נגד התנועה שלך כלפי מטה. כאשר אתה מפעיל את הבלמים במכונית וממשיך לנוע לזמן מה, החיכוך פועל נגד כיוון ההחלקה שלך, מה שעוזר בסופו של דבר לעצור את ההחלקה לחלוטין.
כאשר שני עצמים "מתחככים" זה בזה, נקבעים כוחותמשיכה בין מולקולות של עצמים, הגורמת לחיכוך. בטבע ובטכנולוגיה, זה יכול להתרחש כמעט בין כל שלבי החומר - מוצקים, נוזלים וגזים. חיכוך מתרחש בין שני עצמים, כמו קופסה ורצפה, אך יכול להתרחש גם בין דגים למים שבהם הם שוחים, לבין עצמים הנופלים באוויר. לחיכוך עקב אוויר יש שם מיוחד: התנגדות אוויר.
תפקיד החיכוך בטבע, בטכנולוגיה, בחיים
חיכוך הוא חלק בלתי נפרד מהחוויה האנושית. אנחנו צריכים מתיחה כדי ללכת, לעמוד, לעבוד ולרכוב. יחד עם זאת, אנו זקוקים לאנרגיה כדי להתגבר על התנגדות לתנועה, ולכן יותר מדי חיכוך דורש עודף אנרגיה כדי לבצע עבודה, וכתוצאה מכך חוסר יעילות. במאה ה-21, האנושות מתמודדת עם האתגרים התאומים של מחסור באנרגיה והתחממות כדור הארץ כתוצאה משריפת דלקים מאובנים. לפיכך, היכולת לשלוט בחיכוך הפכה לעדיפות עליונה בעולם של היום. עם זאת, לרבים עדיין אין הבנה של הטבע הבסיסי של החיכוך.
חיכוך בטבע ובטכנולוגיה (פיזיקה) תמיד היה נושא לסקרנות. מחקר אינטנסיבי של מקורו של כוח זה החל במאה ה-16, בעקבות עבודתו החלוצית של ליאונרדו דה וינצ'י. עם זאת, ההתקדמות בהבנת טיבו הייתה איטית, ונבלמה בשל היעדר מכשיר למדידה מדויקת. הניסויים הגאונים שביצעו המדען קולומב ואחרים סיפקו מידע חשוב כדי להניח את הבסיס להבנה. החל מסוף המאה ה-19 ותחילת המאה ה-19מנועי קיטור, קטרים ולאחר מכן מטוסים הופיעו בשנות ה-1900. כמו כן, חקר החלל דורש הבנה ברורה של החיכוך והיכולת לשלוט בו.
התקדמות משמעותית ביישום ובקרה של חיכוך בטכנולוגיית הטבע, בחיי היומיום, נעשתה באמצעות ניסוי וטעייה. בתחילת המאה ה-21, נוצר מימד חדש של חיכוך בקנה מידה ננו עקב השימוש בננו-טכנולוגיות. ההבנה האנושית של חיכוך אטומי ומולקולרי מתרחבת במהירות. כיום, יעילות אנרגטית וייצור אנרגיה מתחדשת דורשים תשומת לב מיידית שכן המדע שואף להפחית את פליטת הפחמן. היכולת לשלוט בחיכוך הופכת לשלב חשוב בחיפוש אחר טכנולוגיות בר קיימא. זה המדד ליעילות אנרגטית. אם ניתן להפחית הפסדי אנרגיה מיותרים ולהגדיל את יעילות האנרגיה הנוכחית, זה ייתן זמן לפיתוח מקורות אנרגיה חלופיים.
דוגמאות לחיכוך בחיים
חיכוך הוא כוח שהוא התנגדות. זה מעכב את התנועה של אובייקט אחר על ידי הפעלת כוח מסוים. אבל מאיפה הכוח הזה? ראשית, כדאי להתחיל לשקול זאת מהרמה המולקולרית. החיכוך שאנו רואים בחיי היומיום עלול להיגרם מחספוס פני השטח. זה מה שמדענים האמינו במשך זמן רב שהוא הסיבה העיקרית להופעתו.
הדוגמאות הפשוטות ביותר של חיכוך בטבע ובטכנולוגיה הן הבאות:
- בהליכה, החיכוך מאלץ את זהמשפיע על הסוליה, נותן לנו את ההזדמנות להתקדם.
- סולם נשען על קיר לא נופל על הרצפה.
- אנשים קושרים את השרוכים שלהם.
- ללא כוח החיכוך, מכוניות לא היו מסוגלות לנסוע לא רק בעלייה, אלא גם בכביש שטוח.
- בטבע, זה עוזר לבעלי חיים לטפס על עצים.
יש הרבה נקודות כאלה, יש גם מקרים שבהם הכוח הזה, להיפך, יכול להפריע. לדוגמה, כדי להפחית את החיכוך, נותנים לדגים חומר סיכה מיוחד, שבזכותו, כמו גם מבנה הגוף היעיל, הם יכולים לנוע בצורה חלקה במים.
