כל תנועה בטבע ובטכנולוגיה, הכרוכה בנוכחות של מגע פיזי בין גופים מוצקים, מלווה בחיכוך. במאמר זה ניתן דוגמאות לכוח החיכוך ונראה באילו מקרים הוא ממלא תפקיד שימושי, ובאילו הוא לא רצוי.
אילו סוגי חיכוך בין מוצקים הם
במאמר זה, נשקול רק דוגמאות של כוחות חיכוך הפועלים בין עצמים מוצקים שיש להם מגע פיזי זה עם זה.
אחד מסוגי החיכוך החשובים הוא חיכוך סטטי. בהתבסס על השם עצמו, ניתן להניח שהוא מתבטא כאשר גוף אחד מונח על פני השטח של גוף אחר. כולם יודעים שכדי להזיז חפץ כבד כלשהו ממקומו, יש צורך להפעיל כוח חיצוני כלשהו המכוון לאורך משטח המגע של חפץ זה והמשטח עליו הוא עומד. כוח זה מנוגד על ידי כוח החיכוך הסטטי. הוא פועל בין משטחי המגע של גופים. חיכוך של מנוחה נוצר עקב נוכחות של חספוס על המשטחים הנוגעים, לא משנה איךהם לא היו חלקים.
סוג החיכוך השני שנבחן הוא חיכוך החלקה. הוא מתעורר גם בגלל החספוס שהוזכר, כאשר הגופים מתחילים לנוע זה ביחס לזה על ידי החלקה. כיוון ונקודת היישום של כוח החיכוך המחליק זהים לחלוטין לחיכוך סטטי. ההבדל היחיד בין הכוחות הללו הוא שכוח ההחלקה תמיד קטן מכוח המנוחה.
סוג החיכוך השלישי, שממלא תפקיד בטכנולוגיה לא פחות מהשניים הראשונים, הוא חיכוך מתגלגל. כפי ששמו אומר, הוא מופיע כאשר גוף אחד מתגלגל על פני השטח של גוף אחר. הסיבה לחיכוך מתגלגל נעוצה בהיסטרזיס של דפורמציה, המובילה ל"פיזור" האנרגיה הקינטית של הגוף המתגלגל. במספר מקרים מעשיים, כוח החיכוך הזה קטן פי 10-100 או יותר מאשר סוגי החיכוך הקודמים שנחשבו.
כל סוגי כוחות החיכוך עומדים ביחס ישר לכוח תגובת התמיכה שבו האחרון פועל על הגוף המדובר.
נזק ותועלת של כוח חיכוך סטטי: דוגמאות
מכל סוגי החיכוך המוזכרים, אולי, החיכוך הסטטי הוא הכי "לא מזיק". העובדה היא שבפועל זה כמעט תמיד ממלא תפקיד שימושי. הנקודה השלילית היחידה שלו היא שהוא גדול יותר מחיכוך החלקה. העובדה האחרונה אומרת שלכל תחילת תנועה יש צורך להפעיל מאמץ רב. לדוגמה, כדי להתחיל לגלוש על שלג, תחילה עליך "לקרוע" אותם ממש מעל פני השלג.
ישנן דוגמאות רבותשימוש בכוח חיכוך סטטי. בואו נרשום אותם:
- מסמרים וברגים המחזיקים בחוזקה שני גופים מוצקים של עץ, פלסטיק ומתכת מבצעים את תפקידם באמצעות פעולת הכוח המדובר.
- הליכה של אדם, נהיגה במכוניות בכבישים נובעת מכך שהחיכוך הסטטי גדול יותר מחיכוך ההחלקה. אחרת, יהיה לנו קשה לנוע, אנשים וכלי רכב היו מחליקים במקום אחד.
- כל גוף שנשען על משטחים משופעים נובע מפעולת החיכוך הסטטי. אם האחרון לא היה קיים, אז אי אפשר היה לשים בלם יד על מכונית במדרון או כל חפץ ביתי על שולחן שיש לו נטייה קלה לאופק.
חיכוך הזזה והיתרונות שלו
בניגוד לחיכוך סטטי, הממלא בעיקר תפקיד חיובי בחיי האדם, חיכוך החלקה הוא בדרך כלל כוח מזיק. עם זאת, ניתן לתת שתי דוגמאות לכוח חיכוך החלקה שימושי:
- מכיוון שחיכוך החלקה מוביל לחימום פני השטח של עצמים (הדרך הטבעית והקלה ביותר להמיר אנרגיה מכנית לחום), ניתן להשתמש באפקט זה כדי להעלות את הטמפרטורה של גופים. אז, בימי קדם, אבותינו הציתו אש באמצעות חיכוך החלקה.
- כשהנהג רוצה לעצור את הרכב, הוא לוחץ על דוושת הבלם. במקרה זה, דיסקי הבלמים מחליקים בתוך חישוק הגלגל ומאטים את סיבובו.
חיכוך החלקה נזק
דוגמאות לפעולת החיכוך בהחלקה הן תנועה של ארון על הרצפה כשאנחנו רוצים לסדר אותו מחדש בחדר, החלקה של גולש סקי ומחליק, החלקה של גלגלי מכונית כשהם חסומים או בנסיעה בכביש חלקלק, החלקה בין חלקי השפשוף של המנגנונים של מכונות שונות.
בכל המקרים האלה, חיכוך החלקה ממלא תפקיד מזיק. דוגמאות אלו לנזק של חיכוך החלקה נובעות מכך שהוא מונע תנועה מכנית ו"אוכל" כמות מסוימת של אנרגיה קינטית (מגלשיים, גלגיליות, חלקים נעים של מכונות). בנוסף, המרה של אנרגיה מכנית לאנרגיה תרמית מובילה לחימום חלקי שפשוף. עלייה בטמפרטורה שלהם מובילה לשינוי במבנה המיקרוסקופי, אשר מפר את תכונות החומרים. לבסוף, הדוגמאות המפורטות לכוח החיכוך ההחלקה מובילות לשחיקה של משטחי השפשוף, להופעת חריצים לא רצויים עליהם ולדילול.
חיכוך מתגלגל והנזק והתועלת שלו
אם נשקול בשורש את שאלת התועלת של כוח החיכוך המתגלגל, מסתבר שהוא לא קיים כלל. ואכן, חיכוך מתגלגל תמיד מונע סיבוב מכני, הוא מוביל לבלאי של חלקים עובדים ולחימום בלתי רצוי שלהם. עם זאת, תופעת הגלגול נמצאת בשימוש נרחב בהנדסה (מיסבים, גלגלי רכב). זה מוסבר על ידי העובדה שכוח החיכוך המתגלגל קטן בהרבה מכוח ההחלקה הדומה, מה שמפחית את קנה המידה שלו בסדרי גודל.השפעה מזיקה.
עלייה וירידה בכוחות החיכוך
כפי שראינו למעלה בדוגמאות, כוחות החיכוך הסטטיים והמחליקים הם לפעמים שימושיים ולפעמים מזיקים. בהקשר זה, האנושות משתמשת זה מכבר בשיטות לשינוי סולם החיכוך, הן בכיוון של הגדלת הכוח המתאים, והן בכיוון הירידה שלו.
דוגמאות מצוינות כיצד להגביר את כוח החיכוך הן פיזור חול ומלח על הקרח בכבישים. כתוצאה מפעולות אלו חלה עלייה בחספוס פני הקרח וכתוצאה מכך עלייה בכוחות החיכוך הסטטי וההחלקה.
דרך נוספת להגביר את הכוחות המדוברים היא שימוש במשטחים מיוחדים. דוגמה בולטת היא פני השטח של צמיג החורף של מכונית, המתאפיין בדריכה עמוקה ובנוכחות של דוקרנים מתכתיים.
במהלך סקי, כמו גם במהלך סיבוב מיסבים של מנגנונים שונים, החיכוך משחק תפקיד שלילי. כדי להפחית אותו, משתמשים בחומרי סיכה מיוחדים, לרוב על בסיס שומנים (שעווה, ליתול).
