גם במהלך שנות הלימודים, בכיתה ז' או ח', כל אחד מתוודע לתפיסה חדשה של פיזיקה דינמית - חיכוך. עם זאת, רבים, לאחר שהתבגרו, שוכחים מהו חיכוך וכיצד פועל הכוח הזה. בוא ננסה להבין את הנושא הזה.
הגדרת המושג
חיכוך היא תופעה שיש לה את המשמעות הבאה: כאשר שני גופים באים במגע זה עם זה, נוצרת אינטראקציה מיוחדת במקום המגע ביניהם, המונעת מהגופים להמשיך לנוע זה ביחס לזה. ברור שניתן לחשב את ערך האינטראקציה של הגופים הללו. כוח החיכוך מאפיין אינטראקציה זו מבחינה כמותית. אם מתרחש חיכוך בין גופים נוקשים (לדוגמה, אינטראקציה של ספר עם מדף ספרים או תפוח עם שולחן), אז אינטראקציה זו נקראת חיכוך יבש.
יש להבין שחיכוך הוא כוח בעל אופי אלקטרומגנטי. זה אומר שהגורם לכוח זה הוא האינטראקציה בין החלקיקים המרכיבים גוף זה או אחר.
מהו חיכוך?
בשל מגוון הפריטים הקיימים בעולמנו, אתה יכוללקבוע שלכל אחד מהם יש מבנה משלו ויש לו מאפיינים בודדים. המשמעות היא שהאינטראקציה בין פריטים שונים תהיה שונה. להבנה נכונה של המהות והפתרון המוכשר של בעיות רבות בפיזיקה, נהוג להפריד מותנית בין שלושה סוגי חיכוך. אז בואו ננתח כל אחד בנפרד:
- החיכוך הראשון הוא החיכוך הסטטי המתרחש כאשר אין תנועה יחסית של שני גופים. אנו יכולים לראות דוגמאות שלו בכל מקום, כי הכוח שנוצר על ידי החיכוך הזה שומר על איזון עצמים. למשל, סחורה על מסוע נע, מסמר שננעץ בקיר או אדם שעומד על הרצפה.
- חיכוך החלקה הוא חיכוך שני בתנאי. ערך ההחלקה מוגדר כך: כאשר מופעל על גוף בשיווי משקל כוח גדול מכוח החיכוך הסטטי, כוח החיכוך המחליק מתחיל לפעול, והגוף זז.
- ולבסוף, חיכוך מתגלגל, שמסביר את האינטראקציה של שני גופים, שאחד מהם מתגלגל על פני השטח של השני. ההבדל בחיכוך הגלגול וההחלקה מוסבר בכך שבכל תנועה, אזורי הגוף נעקרים לאורך משטח המגע, ובמקום קשרים בין-מולקולריים שבורים, נוצרים חדשים. ובמקרה שבו הגלגל מתגלגל מבלי להחליק, הקשרים המולקולריים נשברים הרבה יותר מהר כאשר חלקי הגלגל מורמים מאשר בעת החלקה. מסתבר שכוח החיכוך המתגלגל קטן מכוח ההחלקה.
היכן וכיצד ניתן להשתמש בחיכוך?
חיכוך הואתופעה שאין לה תחליף, שבלעדיה לא נוכל לעשות דברים אלמנטריים: ללכת, לשבת או פשוט להחזיק חפצים בידיים. לכן, אל תזלזל בחשיבות החיכוך. כפי שאמר הפיזיקאי הצרפתי גיום: "אם לא היה חיכוך, כדור הארץ שלנו היה ללא חספוס אחד, זה היה כמו טיפת נוזל."
אולי הדוגמה הטובה ביותר המאפיינת את החיכוך בצורה המדויקת ביותר היא פעולת גלגל. עוד בעת העתיקה הבחינו שכוחות החיכוך המתגלגלים נמוכים בהרבה מכוחות החיכוך ההחלקה. היתרונות הבלתי ניתנים להכחשה של חיכוך גלגול הם שגרמו לאנשים לשים בולי עץ או גלילים כדי להעביר משאות כבדים ומגושמים. עם הזמן, אנשים שיפרו את הידע שלהם על התכונות המדהימות של חיכוך מתגלגל, צפו בתנועה של עצמים בהשפעת כוחות החיכוך, ולבסוף המציאו את הגלגל! בעולם המודרני, אי אפשר לדמיין חיים בלי החלקים הבלתי ניתנים להחלפה האלה, כי גלגלים הם ה"מנועים" השניים של כל תחבורה!
איך לחשב את הערך של כוח החיכוך?
כמו לכל כוח אחר, לכוח החיכוך יש ערכים שלמים. על מנת לקבוע במדויק כמה כוח נדרש לתנועה או סוגים אחרים של עבודה, יש צורך לחשב את כוח החיכוך הסטטי. מהנדסים עושים זאת בדרך כלל כאשר, למשל, הם בונים מפעלים או ממציאים מכשירים חדשים. עם זאת, אפילו תלמידי בית ספר רגילים מתמודדים עם משימות מסוימות שבהן נדרש לחשב את כוח החיכוך. אז לספור את זהערך, אתה רק צריך להשתמש בנוסחה פשוטה: Ffriction=KN, כאשר k הוא מקדם החיכוך. הערך של כל המקדמים תלוי תמיד במשטח האובייקט שעליו הגוף נע או מקיים אינטראקציה. "N" בנוסחה שלנו פירושו כוח התגובה של התמיכה על הגוף. זה תלוי בעיקר במסה של הגוף שנמצא במגע עם פני השטח של התמיכה.
חשב את ערך הכוח בבעיה
נניח שגוף בעל מסה m=3 ק ג נמצא על לוח אופקי. מקדם החיכוך בין לוח העץ לגוף הוא 0.3 איך מוצאים את ערך כוח החיכוך? זה מאוד פשוט, כל מה שאתה צריך לעשות הוא לחבר את הערכים שלנו לנוסחה. צריך רק לקחת בחשבון ש-N במקרה הזה שווה למשקל הגוף (לפי החוק ה-3 של ניוטון). אז, הכוח הרצוי הוא (mg)k=(3 kg10 m/s2)0, 3=9 H.
