تسريع الأسطح بدون احتكاك: نظرة وحقائق شاملة


يمثل تسارع السطح غير الاحتكاك كيف يتحرك الجسم على السطح الخالي من الاحتكاك بسرعة ثابتة.

عندما يكون السطح عديم الاحتكاك ، لا توجد قوة صافية على الحركة توقف حركتها. ومن ثم ، يستمر الجسم في التحرك بنفس السرعة. هذا هو السبب في أننا نفسر كلمة "بدون احتكاك" على أنها "تتحرك بدون توقف". يتم استدعاء حدث عدم وجود تسارع على أنه "تسارع سطح بدون احتكاك".

عندما يتسارع جسمان للانزلاق مع بعضهما البعض ، فإنهما يواجهان القوى المتعارضة عند نقطة اتصالهما للأسطح التي تعمل على إبطاء تسارعهما. إحدى القوى المتعارضة هي أ قوى طبيعية الذي يعمل بشكل عمودي على السطح ، والآخر هو أ قوة الإحتكاك التي تعمل الظل على السطح. توفر هذه القوى المتعارضة الطاقة لجزيئات الجسم الداخلية التي تغير مسافاتها بين الذرية ، مما يؤدي إلى إبطاء حركة الجسم. 

الأجسام ذات الأسطح غير الاحتكاكية لا تتشوه لأن المسافة بين الذرات تبقى كما هي أثناء حركتها. على مثل هذا السطح الخالي من الاحتكاك ، تمر القوة الطبيعية المؤثرة لأعلى عبر المركز. وبالتالي ، فإن الجسم المتحرك يعاني من الصفر عزم الدوران أو صفر قوى حول مركزها. هذا هو السبب في أن قوى الشبكة لا يمكن أن تبطل من تسارع الجسم أو تسرعه ، ولا يمكن تغيير حركة الجسم الدورانية والانتقالية.

تسريع الأسطح بدون احتكاك
تسريع سطح الكرة بدون احتكاك

من الآن فصاعدا ، إذا تحرك الجسم على سطح احتكاكي ، فسوف يتحرك إلى الأبد دون تسارع أو تغيير في حركته.

السطح الخالي من الاحتكاك مقابل السطح الخشن
تسريع الأسطح بدون احتكاك
السطح الخالي من الاحتكاك مقابل السطح الخشن (ائتمان: شترستوك)

مزيد من المعلومات حول تسريع المستوى المائل.

ما هو التسارع على سطح خالٍ من الاحتكاك؟

التسارع على سطح عديم الاحتكاك هو الحركة الدائمة للجسم في غياب قوة رد الفعل.

التسارع على أي سطح هو قياس القوة التي يبذلها السطح. يتم التخلص من قوة الاحتكاك ، التي من المفترض أن توقف الحركة ، على السطح عديم الاحتكاك. نظرًا لأن القوى الكلية التي تعمل على الجسم تصبح صفرًا ، فإن التسارع في الأسطح الخالية من الاحتكاك يساوي صفرًا أيضًا.

التسارع على الأسطح الخالية من الاحتكاك
تسريع الأسطح بدون احتكاك
التسارع على الأسطح المختلفة

As قانون نيوتن الأول للحركة الحالات - القوة العضلية المطبقة تجعل الجسم يتحرك في اتجاه القوة بسرعة متساوية. كما قانون نيوتن الثاني للحركة الدول - يتم تسريع الجسم ، أي ما يعادل التطبيق عضلي قوة.  

F = أماه ……………… (*)

على عكس القانون الأول ، يشرح القانون الثاني أيضًا الوضع الذي القوة الكلية المؤثرة على الجسم ليست صفراً. هذا يعني أن القوى المختلفة تنتج تسارعات مختلفة لجسم ما. 

As قانون نيوتاون الثالث للحركة الحالات - هناك قوة رد فعل للقوة المطبقة التي يمارسها سطح الجسم الآخر عند حدوث احتكاك بين سطحين. 

"إن قوة الاحتكاك يتناسب طرديا مع القوة العادية. "

Fنقود  = μ فN

حيث أن μ هي معامل الاحتكاك.

عندما نجعل السطح أملسًا بطرق مختلفة ، فإننا نخفض معامل الاحتكاك μ للسطح الذي يعتمد على خشونة السطح. على مثل هذا السطح الخالي من الاحتكاك ، تعمل القوة العادية فقط على الجسم ولكن على طول حركته عندما يبدأ الجسم في الانزلاق. لا توجد قوى رد فعل يمكنها مقاومة حركة الجسم. لهذا السبب ال يتحرك الجسم في الاتجاه الأفقي أو على طول مسار القوة المطبقة مع بسرعة ثابتة على الأسطح عديمة الاحتكاك. 

حسب قانون نيوتن للحركة، سيتحرك الجسم بحركة ثابتة بشكل دائم ، إلا أننا نستخدم أي كمية صغيرة من القوة عليه. عادة ، تعارض قوة الاحتكاك الحركة المستمرة. ولكن في سطح عديم الاحتكاك، ومع ذلك ، لا توجد قوة لتحمل الحركة. هذا الجسد سوف يسافر باستمرار. 

مزيد من المعلومات حول قوانين نيوتن للحركة.

كيف يؤثر السطح الخالي من الاحتكاك على التسارع؟

يؤثر سطح الاحتكاك على تسارع الجسم من خلال القضاء على قوة الاحتكاك التي تعارض الحركة.

عندما ينزلق الجسم على سطح خشن ، فإنه يتسرع بسرعة ليستريح بسبب قوة الاحتكاك. ولكن إذا جعلنا السطح أكثر نعومة للتخلص من قوة الاحتكاك ، فإن الجسم ينزلق أكثر. هذه هي الطريقة التي يؤثر بها سطح الاحتكاك على تسارع الجسم في الانزلاق في مسار مستقيم إلى ما لا نهاية.

لنفترض أننا نطبق قوة دفع على كتلة تستريح على طاولة. أولاً ، ستنزلق الكتلة على سطح الطاولة بسبب قوة الدفع ، لكنها ستتوقف بعد مرور بعض الوقت بسبب ذلك قوة الاحتكاك من الطاولة. أنواع مختلفة من احتكاك القوة - مثل انزلاق احتكاك و لف احتكاك، يعارض حركة الجسم ويوقف الجسم من الانزلاق. 

يؤثر السطح الخالي من الاحتكاك على التسارع
تسريع الأسطح بدون احتكاك
يؤثر السطح الخالي من الاحتكاك على التسارع

إذا جعلنا سطح الطاولة أملسًا ، فسيبدأ الوقت المنقضي بين الكتلة في الانزلاق ، وسيزداد الباقي. لنفترض أن سطح الطاولة أصبح خاليًا من الاحتكاك بحيث يصبح احتكاكه ضئيلًا تقريبًا. في هذه الحالة ، تستمر الكتلة في الانزلاق على طول مسار مستقيم دون الحاجة إلى أي قوة لمواصلة السير لمسافة أكبر.

لا يسمح السطح الخالي من الاحتكاك بالتسارع لأي جسم إلا إذا قمنا بتسريعها بقوة خارجية غير متوازنة. على سبيل المثال ، تسقط. أي قوى أخرى تعمل بالتوازي مع سطح غير احتكاك ستجعل الجسم ينزلق لأن قوة الاحتكاك غائبة. لا يمكن للجسم المتحرك أن يتحرك في أي حركة جانبية على سطح غير احتكاك.

لا توجد طائرة عديمة الاحتكاك في الحياة الواقعية. على الرغم من عدم وجودها ، فإن الطائرة عديمة الاحتكاك لها قيمة كبيرة في تصميم الطرق والمحركات والمحركات ، إلخ.

مزيد من المعلومات حول انزلاق الاحتكاك.

كيف تجد تسارع جسم ما على منحدر غير احتكاك؟

التسارع على عديم الاحتكاك يتم تحديد الميل من خلال حل قوة الجاذبية على الكائن إلى عنصرين.

على منحدر غير احتكاك ، يتحرك الجسم بشكل موازٍ للمستوى. تلغي القوة العمودية والمكوِّن العمودي للجاذبية بعضهما البعض لأن كلا القوتين في نفس الاتجاه. ومن ثم ، فإن المكون المتوازي للجاذبية فقط هو الذي يسرع الجسم في منحدر غير احتكاك.

يتسارع أي جسم على سطح عديم الاحتكاك في مستوى مائل. يمكننا إما قياس تسارعه أو تحديده من خلال تحديد مكون الوزن الذي ينزل من المنحدر وينفذ قانون نيوتن الثاني للحركة.

عندما ينزلق جسم على منحدر غير احتكاك ، تتأثر القوة الطبيعية N عليه بسطح ، و قوة الجاذبية من الأرض ، وهي وزن الجسم. القوة العمودية متعامدة ، وقوة الجاذبية عموديًا لأسفل على السطح.

نظرًا لأن المنحدر عديم الاحتكاك ، فإن الجسم يتسارع على طول المنحدر ويتم تقييده بشكل مواز لسطحه أثناء تقدمه. لذلك ، فإن القوة الكلية ، مثل القوة العادية N والمكون y لقوة الجاذبية (mgcosθ) ، المتعامدة مع المنحدر ، يجب أن تكون صفرًا. ونتيجة لذلك ، فإن المكون x لقوة الجاذبية (mgsinθ) فقط هو الذي يوازي الميل - مما يؤدي إلى تسريع الجسم على سطح عديم الاحتكاك.

F = mgsinθ ………… .. (1)

مقارنة المعادلة (*) و 1، نحن نحصل

أماه = mgsinθ

أ = gsinθ ………………… (2)

في حين أن θ هي زاوية الميل و g هي التسارع الناتج عن الجاذبية أو التسارع الناتج عن قوة الجاذبية. 

على الأسطح الخالية من الاحتكاك ، القوة المطلوبة لتسريع الجسم هي mgsinθ ، والتي سوف تتسارع بالتساوي إلى gsinθ.

التسارع في منحدر غير احتكاك
تسريع الأسطح بدون احتكاك
التسارع في منحدر غير احتكاك

عند التحقق من أحداث الحد في الأسطح الخالية من الاحتكاك ، يمكننا أيضًا ملاحظة ذلك

  • لا توجد قوة على طول سطح أفقي خالٍ من الاحتكاك حيث أن الزاوية المائلة θ تساوي صفرًا. 
  • القوة على طول سطح احتكاك عمودي ملغ كزاوية مائلة θ = 90 درجة. 

مزيد من المعلومات حول أنواع القوات.

ما هو تسارع انزلاق جسم ما على منحدر غير احتكاك؟

تسارع انزلاق جسم على منحدر عديم الاحتكاك يكون أصغر من العجلة بسبب قيمة الجاذبية. 

تسارع جسم ما على السطح الخالي من الاحتكاك لمنحدر مائل يساوي gsinθ. للمنحدر زوايا محتملة 0 <θ <90 ° ، مع إعطاء القيم 0

كما أوضحنا سابقًا ، التسارع على سطح عديم الاحتكاك هو gsin.

بعبارة أخرى ، على سطح عديم الاحتكاك ، تلغي كتلة الجسم ، مما يتنبأ بأن أي جسم ، بغض النظر عن الحجم والكتلة ، سينزلق لأسفل على سطح مائل غير احتكاك عند نفس التسارع gsinθ. 

منذ g = 9.8 م / ث2 و θ = 30° لمنحدر مائل. 

استبدال القيم أعلاه بـ المعادلة (2)، نحن نحصل

أ = 9.8 sin 30°

أ = 9.8 * ½

أ = 4.9 م / ث2

عادة ما يتم تسريع أي جسم بمعدل 4.9 م / ث 2 على سطح عديم الاحتكاك على مستوى مائل.

إذا بدأ جسم ما من السكون ثم قطع مسافة x ، يتحرك أسفل منحدر غير احتكاك في الوقت t ؛ واحد من المعادلة الحركية للحركة س = (1/2) في2 [اللاتكس] x = \ frac {1} {2} عند ^ {2} [/ latex] يصبح ، x = (1/2) gsinθt2

[اللاتكس] x = \ frac {1} {2} g (sin \ theta) t ^ {2} [/ latex]

يمكننا معرفة الوقت الذي سيستغرقه الجسم للوصول إلى أسفل المنحدر.

[اللاتكس] t = \ sqrt {\ frac {2x} {gsin \ theta}} [/ اللاتكس]

لاحظ أنه عندما تكون زاوية المنحدر المائل 90°، كائن سيسقط بحرية إلى أسفل.

مزيد من المعلومات حول المعادلات الحركية للحركة.


مانيش نايك

مرحبًا ، أنا مانيش نايك أكملت درجة الماجستير في الفيزياء مع إلكترونيات الحالة الصلبة كتخصص. لدي ثلاث سنوات من الخبرة في كتابة المقالات في مادة الفيزياء. الكتابة ، والتي تهدف إلى توفير المعلومات الدقيقة لجميع القراء ، من المبتدئين والخبراء. في أوقات فراغي ، أحب قضاء وقتي في الطبيعة أو زيارة الأماكن التاريخية. يشرفني أن أكون جزءًا من LambdaGeeks. نتطلع إلى ربطك عبر LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/manish-ashok-naik/ أيضًا ، من أجل دليل السفر إلى ماهاراشترا ومقالات الحفاظ على التراث ، قم بزيارة موقع الويب الخاص بي Wandering Maharashtra - https://wanderingmaharashtra.com / travel-blogs /

آخر المقالات