فصل ششم: اصطکاک
در آموزش قبلی درموردبارهای گسترده صحبت کردیم. در این آموزش قصد داریم تا در مورد اصطکاک صحبت کنیم.
جسمی به جرمm درنظر بگیرید که روی یک سطح قرار دارد و نیرویP مطابق شکل 44 به آن وارد می‌شود. بین جسم و سطح اصطکاک وجود دارد. دیاگرام جسم آزاد برای این مسئله مشابه تصویر سمت راست رسم می‌شود.N نیروی عمودی سطح وF نیروی اصطکاک وارد بر جسم است. جهتنیروی اصطکاک همواره به گونه‌ای است که با حرکت جسم مخالفت کند.
شکل42- جسم روی سطح با اصطکاک
همانطور که مشاهده می‌شود، می‌توان نوشت: tanα= F/N
با افزایش نیرویP، مقدار نیروی اصطکاک هم تغییر می‌کند. منحنی تغییراتF بر حسبP را در شکل 45 می‌بینیم.
شکل43- منحنی تغییرات اصطکاک وارد بر جسم با افزایش نیرویP
این منحنی بیان می‌کند که در ابتدا با افزایش نیرویP، نیروی اصطکاک هم افزایش یافته وP= Fاست. این روند تا جایی ادامه دارد که جسم به آستانه حرکت برسد. در این نقطهاصطکاک به حداکثر مقدار خود می‌رسد که برابر است با حاصلضربنیروی عمودی سطح در ضریب اصطکاک ایستاییsμ. اگر نیرویP باز هم افزایش پیدا کند، جسم شروع به حرکت می‌کند و نیروی اصطکاک برابر می‌شود با حاصلضرب نیروی عمودی سطح در ضریب اصطکاک جنبشیkμ.
وقتیF به حداکثر مقدار خود برسد، زاویهα هم به حداکثر مقدارsφمی‌رسد و داریمtanφs=μs.
هنگام حرکت جسم همαبرابر باkφشده و داریمtanφk=μk.
مسائلاصطکاک سه دسته هستند:
1-دسته اول مسائلی هستند که در آنها می‌دانیم جسم در آستانه حرکت قرار دارد. در این صورت معادلات تعادل برای جسم برقرار است وFmax= μsNاست.
2-گاهی در سوال شرایط جسم مشخص نیست. در اینصورت فرض می‌کنیم جسم در حالت تعادل است و به کمک معادلات تعادل، نیرویF لازم برای تعادل را بدست می‌آوریم. سپس مقدارF بدست آمده را باFmaxمقایسه می‌کنیم. یکی از حالت‌های زیر اتفاق می‌افتد
جسم بی حرکت- روابط تعادل برقرار است.
جسم در آستانه حرکت- روابط تعادل برقرار است.
جسم در حال حرکت- روابط تعادل برقرار نیست.
3- دسته سوم مسائلی هستند که در آنها می‌دانیم جسم در حال حرکت قرار دارد. در این صورت دیگر معادلات تعادل برای جسم برقرار نیست وFk= μkNاست.
برای تسلط بیشتر بر این مباحث، می‌توانید کپسول آموزشی استاتیکلینوم را مشاهده کنید.