تم العمل عن طريق الاحتكاك: رؤى وحقائق شاملة


الشغل المبذول بواسطة الاحتكاك يشمل إزاحة الجسم المتحرك عكس اتجاه قوة الاحتكاك.

القوة المؤثرة على الجسم تجعل الإزاحة في اتجاهه. يستخدم قانون نيوتن الثالث للحركة قوة احتكاك ضد حركة الجسم كقوة رد فعل. وبالتالي ، فإن إزاحة الجسم هي عكس قوة الاحتكاك يسمى العمل الناتج عن الاحتكاك.

قوة الاحتكاك هي قوة الاتصال المتعارضة التي يمارسها السطح لمقاومة الحركة عندما ينزلق جسمان على بعضهما البعض. إنها قوة غير محافظة تلك العروض العمل الذي تقوم به قوة قائمة على المسار الذي تعمل على طوله القوة. اعتمادًا على المسار المختار ، يمكننا إيجاد العمل المختلف الذي يقوم به الاحتكاك.

افترض أنك تدفع الطاولة عبر الغرفة لتغيير وضعها. يقاوم السطح السفلي الطاولة أولاً بقوة احتكاك حيث إنه يقاوم تمامًا قوة الدفع المطبقة لدينا. عندما نستخدم المزيد من قوة الدفع التي تتغلب على قوة الاحتكاك ، تبدأ الطاولة في التحرك. يتم تحديد القوة القصوى التي يبدأ عندها الجسم في التحرك ثم يستريح من خلال - معاملات الاحتكاك الساكنة والحركية من الجسم ، على التوالي.

عندما يكون جسمان في حالة راحة ، فإن الاحتكاك بين سطحهما يسمى "الاحتكاك الساكن". في حين أنه عندما يتحرك جسمان نسبيًا ، يكون الاحتكاك بين أسطحهما "الاحتكاك الحركي، أيضا يسمى "انزلاق الاحتكاك". حسب التعريف ، فإن الإزاحة الناتجة عن الاحتكاك الساكن هي صفر. لذلك ، فإن يتم العمل فقط عن طريق انزلاق الاحتكاك.

العمل يتم عن طريق الاحتكاك
العمل يتم عن طريق الاحتكاك
يتم العمل عن طريق انزلاق الاحتكاك
يتم العمل عن طريق انزلاق الاحتكاك على الطاولة
(ائتمان: شترستوك)

قراءة المزيد عن انزلاق الاحتكاك.

يعتمد العمل المنجز على نوع تحويل الطاقة للأجسام عند تطبيق القوة. هذا يعني أنه عندما نطبق القوة على الجسم في حالة الراحة ، يحدث تحويل الإمكانات إلى طاقة حركية - وهو ما يحدث يسرع الجسم للتحرك في اتجاه القوة المطبقة. وبالمثل ، عندما يمارس السطح احتكاكًا منزلقًا على الجسم المتحرك ، يتم تحويل طاقته الحركية مرة أخرى إلى طاقة كامنة ، والتي يبطل من حركته.

يحول الاحتكاك عملها إلى طاقة حرارية حيث نشعر ببعض الحرارة على السطح عندما تنزلق الأجسام. عندما يستقر الجسم المتحرك على السطح الأفقي ، تصبح طاقته الحركية صفراً. هذا يعني يؤدي الاحتكاك بالجسم إلى تبديد طاقته الحركية ، والتي تُقدَّر على أنها مقدار الشغل المبذول بواسطة الاحتكاك.

قراءة المزيد عن تم العمل ووحداته.

كيف تحسب العمل المنجز عن طريق الاحتكاك؟

يمكننا تحديد الشغل الناتج عن الاحتكاك من خلال التحليل التفصيلي لقوة الاحتكاك.

لحساب الشغل المنجز ، علينا أولاً تحديد القوة غير المتحفظة من السطح ، وطول المسار الإجمالي على السطح أو الإزاحة ، والأهم من ذلك ، الزاوية بين قوة الاحتكاك والإزاحة. 

من المهم تحديد القوة ، سواء كانت محافظة أو غير محافظة. هكذا نفهم أن القوة ستغير الجسم إجمالي الطاقة الميكانيكية (الحركية + الإمكانية) عندما تقوم بأي عمل. نظرًا لأن قوة الاحتكاك تعمل بشكل معاكس للجسم المتحرك ، فهي قوة غير متحفظة تغير إجمالي الطاقة الميكانيكية ، وتتضمن الحركية للطاقة الكامنة التحويل لمقاومة الحركة.

تحويلات الطاقة بسبب الاحتكاك
تحويلات الطاقة بسبب الاحتكاك (ائتمان: شترستوك)

عندما تؤثر قوة محسوسة على الجسم ، فإنها تغير الطاقة الحركية. 

نظرية العمل والطاقة التي تقول الشغل المبذول على الجسم بواسطة قوة محسوسة يساوي الفرق بين طاقتهما الحركية. 

 [اللاتكس] W_ {net} = \ Delta E_ {k} = E_ {kf} - E_ {ki} [/ اللاتكس]

إذا اكتسب الجسم الطاقة ، فإن عمله هو إيجابي. إذا فقد الجسم الطاقة ، فإن عمله هو سلبي

قوة الاحتكاك هي القوة الكلية الوحيدة المؤثرة على سطح أفقي تساوي معامل الحركة μk الاحتكاك والقوة العادية N. 

في حين أن القوة العمودية العمودية على السطح الأفقي هو mgcosθ.

لذلك ، فإن قوة الاحتكاك هي ،  

Fنقود = μkملغ ………………. (*)

تم العمل بواسطة صيغة الاحتكاك

يتم الحصول على الشغل الذي تقوم به معادلة الاحتكاك باستخدام قوى الشبكة وأيضًا نظرية الشغل والطاقة.

تلغي القوة العمودية وقوة الجاذبية ، اللتان تعملان بشكل عمودي ، بعضهما البعض لأنهما متعاكسان. لذلك ، فإن قوة الاحتكاك الأفقي Fنقود هي القوة الوحيدة المؤثرة على الجسم لإنجاز العمل. 

حساب العمل المنجز عن طريق الاحتكاك
كيف تحسب العمل المنجز عن طريق الاحتكاك؟

لنحسب صافي الشغل المبذول بواسطة قوة الاحتكاك على الصندوق المتحرك بمقدار أ الإزاحة د على طول أفقي مسار.

Wنقود = F.جمعة دكوس

نستبدل معادلة قوة الاحتكاك (*)

Wنقود = μkmg.dcosθ

نظرًا لوجود احتكاك منزلق ، فإن الزاوية بين الإزاحة والاحتكاك الانزلاقي تساوي 180 درجة ؛ مما يعطي cosθ = cos180 ° = -1.

Wنقود = - ميكرومترkملغ د

ما ورد أعلاه هو معادلة العمل المنجز بالاحتكاك.

مزيد من المعلومات حول تسريع الأسطح بدون احتكاك.

هل يتم العمل بسبب الاحتكاك سلبيًا دائمًا؟

الشغل الناتج عن الاحتكاك عادة ما يكون سالبًا بسبب و180° الزاوية بين الاحتكاك والإزاحة.

عندما نطبق القوة على السطح الخشن ، يتم استخدام الاحتكاك في الاتجاه المعاكس للقوة المطبقة. ومن ثم ، تصبح الزاوية بين الاحتكاك والإزاحة 180 درجة مما يقلل الطاقة الحركية ؛ و يعطي الشغل السلبي الذي تقوم به قوة الاحتكاك. 

مزيد من المعلومات حول إمكانية تحويل الطاقة الحركية.

تم العمل عن طريق الاحتكاك في درفلة نقية

الشغل المبذول بواسطة الاحتكاك بدون انزلاق يساوي صفرًا في التدحرج الخالص.

عندما يتدحرج الجسم تمامًا مع جسم آخر ، فإن القوة الساكنة تستخدم عموديًا على السطح الأفقي. لا يخضع الجسم المتداول لتحويل الطاقة لأن القوة الساكنة لا يمكنها إحداث إزاحتها. وبالتالي ، فإن الاحتكاك الساكن في التدحرج الخالص لا يقوم بأي عمل.  

تم عمل درفلة نقية
تم العمل عن طريق الاحتكاك في درفلة نقية

قوة الاحتكاك ذاتية الضبط. يحافظ على اتجاهه وفقًا لاتجاه القوة المطبقة لمقاومة الحركة. في التدحرج الخالص ، يتلامس الجزء السفلي من الجسم مع الأرض لفترة قصيرة ، مما يرفع الجسم لأعلى بشكل عمودي في اتجاه قوة الاحتكاك. أي الاحتكاك الساكن.

يعني المتداول النقية ترجمة أقل ومزيد من التدحرج. يقوم الاحتكاك الساكن بعمل سلبي يتم إجراؤه في حركة الترجمة - والتي تعمل على إلغاء تسريع الترجمة ، والعمل الإيجابي نفسه الذي يتم القيام به في الحركة الدورانية - مما يعني تسريع الدوران. هذا هو السبب في أن صافي العمل الناتج عن الاحتكاك الساكن يساوي صفرًا في التدحرج الخالص لذلك ، للقيام بأي عمل ، يحتاج الجسم إلى التدحرج معه انزلاق.

مزيد من المعلومات حول الاحتكاك المتداول.

العمل المنجز بالاحتكاك ايجابي ام سلبي؟

يكون العمل الذي يتم عن طريق الاحتكاك موجبًا فقط ، وسالبًا اعتمادًا على اختيار الإطار المرجعي.

بما أن القوة المؤثرة وإزاحة الجسم في نفس الاتجاه ؛ يزيد من الطاقة. لذا فإن العمل المنجز إيجابي. لكن الاحتكاك الحركي وإزاحة الجسم في الاتجاه المعاكس ؛ يقلل من طاقته. لذا فإن العمل المنجز سلبي. 

العمل المنجز بالاحتكاك ايجابي ام سلبي؟
العمل المنجز بالاحتكاك ايجابي ام سلبي؟

إذا كان الجسم ينزلق ، فإن قوة الاحتكاك المؤثرة على الجسم هي احتكاك انزلاقي ، والزاوية بين الاحتكاك الحركي والإزاحة هي 180 درجة مما يؤدي إلى عمل سالب تم القيام به.

يمكن أن يظهر العمل الناتج عن الاحتكاك إيجابيًا إذا قمنا بتغيير إطار مرجعي لأن الاحتكاك الحركي يمكن أن يظهر في اتجاه حركة الجسم. لنفترض أن صندوقًا ثقيلًا تم وضعه على بساط ، وتم انتقاؤه فجأة. حتى الصندوق ينزلق للخلف ولكنه يسافر للأمام نسبيًا بإطار مرجعي. في مثل هذه الحالة ، يكون الشغل المبذول بواسطة الاحتكاك إيجابيًا. 

مزيد من المعلومات حول الحركة النسبية.

كيف تجد العمل المنجز بواسطة الاحتكاك بدون معامل؟

يتم الحصول على الشغل المبذول بواسطة الاحتكاك بدون معامل بإجراء تجربة مستوى مائل. 

لنقم أولاً بإنشاء منحدر مائل ونضبط زاوية ميله. كلما زادت زاوية الميل ، زادت القوة المطبقة تدفع الجسم على المنحدر لأسفل. عندما نزيد القوة المؤثرة عن قوة الاحتكاك ، يمكننا إيجاد أقصى قوة احتكاك وقياس إزاحة الجسم والشغل المبذول بواسطة الاحتكاك دون معرفة معامله. 

يمكننا عمل منحدر مائل باستخدام سلسلة من الكتب والطبقة الخشبية. ثم نضبط زاوية الميل من خلال تكديس سلسلة من الكتب لتغيير ارتفاعها الأقصى. لنضع السيارة اللعبة بزاوية على المنحدر المائل ونقوم بدفعها قليلاً. مقابل قوة الدفع لدينا ، فإن قوة الاحتكاك من سطح المنحدر تعارض السيارة من الانزلاق إلى أسفل المنحدر.

ولكن إذا قمنا بزيادة الدفع ، فإن السيارة تنجح في انزلاق قوة الاحتكاك عن المنحدر. يمكننا حساب الشغل المبذول بواسطة الاحتكاك بدون معامل بقياس صافي القوى على الصندوق وإزاحته. 

اقرأ المزيد عن مستوى مائل.


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

رابط إلى 5 حقائق عن تخليق البروتين في الشبكة الإندوبلازمية

5 حقائق عن تخليق البروتين في الشبكة الإندوبلازمية

تخليق البروتين هو العملية التي من خلالها يقوم الرنا الريباسي ، الرنا الريباسي ، الرنا المرسال والأنزيمات الأخرى بترتيب الأحماض الأمينية في بروتينات. دعنا نعرف المزيد عن تخليق البروتين في ER. الإندوبلازم ...

رابط إلى هل التالي هو اقتران؟ 5 حقائق (متى ولماذا وأمثلة)

هل التالي هو اقتران؟ 5 حقائق (متى ولماذا وأمثلة)

في اللغة الإنجليزية ، لدينا فئة من الظروف ، والتي تُعرف باسم حالات الاقتران الظرفية أو الظروف المرافقة التي تؤدي الوظيفة تقريبًا أو أقل. يمكن اعتبار كلمة "التالي" بمثابة ...