قوة الاحتكاك وتسارع الجاذبية المركزية: 5 حقائق

سنناقش في هذه المقالة 5 حقائق تتعلق بقوة الاحتكاك وتسارع الجاذبية.

قبل البدء بالحقائق التفصيلية المتعلقة بقوة الاحتكاك و تسارع الجاذبية نحتاج إلى فكرة أساسية عن قوة الاحتكاك وتسارع الجاذبية. قوة الاحتكاك هي القوة التي تقاوم حركة انزلاق الجسم أو السطح على الآخر.

إذا كان الجسم يسافر على طول مسار دائري مع تغيير في اتجاه سرعته ، فإن تسارعه يُعرف باسم تسارع الجاذبية. تعمل قوة الجاذبية المركزية على ذلك الجسم ، وهذا هو سبب إنشاء تسارع الجاذبية.

كيف ترتبط قوة الاحتكاك بعجلة الجاذبية؟

لوصف العلاقة بين قوة الاحتكاك و تسارع الجاذبية علينا أن نأخذ مثالاً على سيارة تتحرك في منحنى مسطح. المنحنى عبارة عن منحنى لا يتعامل مع البنوك. أثناء تحرك السيارة على الطريق ، يجب أن يكون هناك ميل لانزلاقها.

لكنها لا تنزلق ، لماذا؟ الجواب هو الاحتكاك الساكن. تعمل قوة الاحتكاك الساكن في الاتجاه المعاكس لحركة السيارة على الطريق وهذا هو سبب عدم انزلاقها. القوة الوحيدة التي تؤثر على إطارات السيارة في الاتجاه الأفقي هي قوة الاحتكاك الساكن. 

نعلم جميعًا أن قوة الجاذبية المركزية مطلوبة من قبل السيارة للتحرك في منحنى غير منحني. لذلك هنا يجب أن تكون قوة الاحتكاك الساكن هي قوة الجاذبية. التعبير الرياضي لقوة الاحتكاك الساكن يساوي Fs= μ.N حيث تشير N إلى القوة العادية و μ تشير إلى معامل الاحتكاك الساكن. 

N العادي يعادل وزن السيارة التي تعمل في الاتجاه الهبوطي. لذلك ، Fs= μ.N = μ.mg الآن نعلم جميعًا أن التعبير الرياضي لقوة الجاذبية المركزية هو Fc = بالسيارات2/ r حيث تشير v و r إلى سرعة السيارة ونصف قطر المنحنى على التوالي.

لذلك ، Fs= μ.N = ميكروغرام = F.c = بالسيارات2/r

                        v2/ ص = ميكروغرام

هنا التعبير الرياضي لـ تسارع الجاذبية هو v2 / r. ومن ثم يمكننا القول أنه يمكننا حساب قيمة تسارع الجاذبية من قوة الاحتكاك. العلاقة بين قوة الاحتكاك و تسارع الجاذبية هو v2 / r = ميكروغرام.

قوة الاحتكاك وتسارع الجاذبية
قوة الاحتكاك وتسارع الجاذبية من ويكيبيديا

هل يمكن لقوى الاحتكاك أن تنتج تسارعات جاذبة؟

يمكن أن يساعدنا أحد الأمثلة الشائعة جدًا على التعامل مع الطرق في فهم ما إذا كانت قوى الاحتكاك قادرة على الإنتاج تسارع الجاذبية. في البداية نحتاج أن نعرف ما هي مصرفية الطرق؟ أحيانًا نرى إطارات سيارات تنزلق أثناء الانعطاف على الطريق. 

لإزالة هذا الاحتمال من الانزلاق يتم توفير قوة الجاذبية للسيارة. تُعرف ظاهرة الحفاظ على الزاوية لتقليل احتمالية انزلاق السيارة باسم البنوك من الطريق.

هناك 3 أنواع من الخدمات المصرفية. هنا سيتم توضيح فقط حالة كيف يمكن لقوى الاحتكاك أن تنتج تسارعات جاذبة. إذا كانت الزاوية المصرفية عند الصفر ، يمكن لقوى الاحتكاك فقط إنتاج الجاذبية المركزية التسارع. 

عندما تظل زاوية الانحناء صفرًا ، يجب أن تتناوب السيارة على المنحنيات المسطحة. في هذه الحالة ، تعمل القوة العادية الموجهة لأعلى (N) على موازنة وزن (ملغ) للسيارة التي تعمل لأسفل لأنها عمودية بطبيعتها. لذلك ، N = mg ………… (1)

إذا كان الطريق سلسًا بدرجة كافية ، فلن تتمكن السيارة من الدوران لأنها ستنزلق في حالة عدم وجود قوى الاحتكاك. ولكن في حالة وجود طريق وعر ، سيتم توفير قوة الجاذبية من خلال قوة الاحتكاك (و) التي تعمل على الطريق. 

لذلك ، f = μ.N = μ.mg ………………. (2) [من المعادلة (1)]

مثل قوة الجاذبية (F.c= بالسيارات2/ r) بواسطة قوة الاحتكاك (f) وبالتالي

                        f = μ.N = μ.mg = F.c= بالسيارات2/ r [من المعادلة (2)]

لذلك ، μ.g = v2/r

                           ت = √μ.rg …………… .. (3)

هنا v = v ماكس = السرعة القصوى التي يمكن أن تحصل عليها السيارة على طريق مسطح

الخدمات المصرفية للطرق من ويكيبيديا

متى تنتج قوى الاحتكاك تسارعات الجاذبية؟

هنا يمكننا أن نأخذ مثالاً على جولة مرح. لنفترض أن شخصًا ما يقف في جولة مرح وأن جولة المرح تتحرك ولكن ليس بطريقة سريعة جدًا. ثم سيجد الشخص نفسه يقف في نفس الوضع الذي كان يقف فيه عندما كانت جولة المرح في حالة راحة. 

الآن السؤال الذي يطرح نفسه كيف يكون ذلك ممكنا بينما تتحرك جولة مرح يجب على الشخص أيضا تغيير موقفه. الجواب بسبب قوة الاحتكاك. في هذه الحالة ، فإن التسارع الذي يكتسبه الشخص هو تسارع الجاذبية وينتج بواسطة قوة الاحتكاك.

كيف تنتج قوى الاحتكاك تسارعات الجاذبية؟

هنا مرة أخرى سوف نأخذ مثال سيارة متحركة تريد أن تأخذ منعطفًا على طريق غير مرتبط بالبنوك. في الجزء السابق من هذا المفهوم تمت مناقشته بالفعل بطريقة مفصلة. لذلك ، إذا أرادت سيارة الانعطاف على طريق مستوٍ ، فسوف تنخفض. إذا لم ينزلق ، فمن المؤكد أن هناك قوة أخرى قللت من فرصة انزلاقه.

هذه القوة هي قوة الاحتكاك الساكن. يوفر قوة الجاذبية لإطارات السيارة. يتم أيضًا إنتاج التسارع الذي تكتسبه السيارة والذي يمثل عجلة الجاذبية المركزية من قوة الاحتكاك الساكن هذه.

أمثلة على قوى الاحتكاك التي تنتج تسارع الجاذبية

هنا سوف نأخذ مثالًا رياضيًا لإظهار أن قوى الاحتكاك تنتج تسارع الجاذبية.

مشكلة عددية:

سيارة تسير على طريق مسطح. ما قيمة السرعة القصوى التي يجب أن تتحرك بها السيارة لإزالة احتمال الانزلاق؟ قيمة معامل الكسر الساكن 0.4 وكتلة السيارة 100 كجم ونصف قطر الطريق 4 م. (ز = 10 م / ث2)

إجابة :

يذكر في السؤال أن الطريق مسطح. هذا يعني أن زاوية البنكية تساوي صفرًا.

ومن ثم فإن قوة الجاذبية التي تحتاجها السيارة لأخذ دورة يتم توفيرها بواسطة الاحتكاك الساكن.

 هنا μ = 0.4 ، م = 100 كجم و g = 10 م / ث2، ص = 4 م

Fs= ميكروغرام

μ.mg = mv2/r

v ماكس = v = μ.rg

v ماكس  = √0.4 × 4 × 10

v ماكس  = 4 م / ث حيث ت ماكس هي السرعة القصوى التي يجب أن تتحرك بها السيارة لإزالة احتمال الانزلاق.

في الختام

في هذه المقالة ، تم وصف العلاقة بين قوة الاحتكاك وتسارع الجاذبية جنبًا إلى جنب مع مثال رقمي بطريقة مفصلة.

انتقل إلى الأعلى