قوة الاحتكاك: هذه المشكلة المتعبة [الأرشيف]

مشاهدة النسخة كاملة : قوة الاحتكاك: هذه المشكلة المتعبة

د. محمد قيصرون ميرزا

24-04-2009, 17:58

بسم الله الرحمن الرحيم

أسئلة للتفكير والمتابعة.

الأخوة والأخوات الأعزاء. موضوع قوة الاحتكاك من المواضيع الشائكة أحياناً على الرغم من بساطته.
وهذه أسئلة يشير إليها بعض طلبتي أحببت أن أشارككم بها ونتدارسها معا.

السؤال الأول: لماذا تكون إطارات السيارات الجديدة عالية الخشونة بدلاً من أن تكون ناعمة (حتى لايكون هناك احتكاك بينها وبين الطريق)؟
هل نحتاج للاحتكاك عندما تسير السيارة على الطريق؟ وإن كان الأمر كذلك فأي احتكاك ؟ ساكن أم حركي؟

السؤال الثاني: من المعروف أن قوة الاحتكاك بين جسم وسطح خشن تتجه دوماً بعكس الجهة التي يتحرك فيها الجسم أو التي يحاول الحركة نحوها. لكننا لو وضعنا كتاب على الطاولة ودفعنا الطاولة أفقياً (دون أن نلمس الكتاب) لتحرك الكتاب معها مما يعني أن القوة المحركة له هي قوة الاحتكاك (لأن وزنه للأسفل ورد فعل السطح للأعلى). فكيف صار أن الاحتكاك بجهة الحركة؟

مارأيكم؟

aLFa

25-04-2009, 16:23

برأيي أن الاطارات يجب أن تكون خشنةحتى تكون الشوارع هي نقطة الارتكاز التي تستند اليها السارات وزيادة الخشونة تفيد في تثبيت السيارة على الطريق وتقليل الانحراف القسري على الطرقات هذا بانسبة للسؤال الأول
أما السؤال ثاني فهو لماذا تحرك الكتاب مع الطاولة؟؟؟:emot30_astonishe:
ممممممممم قوة الحتكاك أجبرت الكتاب على أن يبقى ساكنا بالنسبة للطاولة لأنه لا يملك طاقة حركية تسمح له بالبقاء مكانه بسبب القصور الذاتي
هذا ليس جوابا لكن مجرد تخمين:confused:

د. محمد قيصرون ميرزا

26-04-2009, 06:10

بسم الله الرحمن الرحيم

أحييك على هذا التفكير والتحليل العلمي. وكلامك صحيح تماماً.

أولاً: الاحتكاك مهم جداً حتى تستطيع إطارات السيارة "الإمساك" بأرض الطريق فيدور الإطار وتتحرك السيارة للأمام.
والمهم جداً أن نلاحظ أن هذا الاحتكاك هو احتكاك سكوني وليس حركي (لماذا؟ هل يمكنك إعطاء إجابة؟)، ولذا لاتضيع فيه طاقة بتاتاً (شغل قوة الاحتكاك الساكن تساوي الصفر دوماً).

وهذا يطرح سؤال جديد: متى تضيع طاقة (مما يسبب تحولها لحرارة وذوبان الإطار مع الوقت)؟

وأما بالنسبة للكتاب فإجابتك متميزة فعلاً وقليل من يحاول التفكير فيها.
فالكتاب يحاول أن يبقى في مكانه بسبب قصوره الذاتي. فإذا تحركت الطاولة لليمين مثلاً فإن الكتاب يظهر وكأنه يحاول الحركة لليسار. ولذا يؤثر عليه سطح الطاولة بقوة احتكاك ساكن لليمين فيتحرك الكتاب "مع الطاولة لليمين" (طالما بقيت سرعة الطاولة صغيرة بحيث لاتتجاوز قيمة قوة الاحتكاك الساكن العظمى).
فقوة الاحتكاك لازالت بعكس الاتجاه الذي يحاول الكتاب الحركة نحوه، كما هو واجب.

وآمل أن تحاول الإجابة على السؤالين الجديدين.

أشكرك وأتمنى لك دوام التوفيق والنجاح، وبارك الله فيك.

nuha1423

27-04-2009, 08:10

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

وآمل أن تحاول الإجابة على السؤالين الجديدين.

أين السؤالين؟؟؟

شـكــ وبارك الله فيك ـــرا لك ... لك مني أجمل تحية .

د. محمد قيصرون ميرزا

27-04-2009, 12:44

بسم الله الرحمن الرحيم

أشكرك جزيل الشكر على متابعتك وأنتظر أن أسمع رأيك في السؤالين المذكورين وهما:

السؤال الأول: لماذا يكون الاحتكاك بين إطارات السيارة والطريق سكونياً، ومتى يصير حركياً؟

السؤال الثاني: متى تضيع طاقة خلال حركة السيارة نتيجة التماس بين إطاراتها والطريق؟ (لعل الأثر الذي تتركه الإطارات يعطي فكرة عن الإجابة !!).

مع كل التحية والتقدير

nuha1423

27-04-2009, 18:45

mkuri

27-04-2009, 19:13

د. محمد قيصرون ميرزا

27-04-2009, 21:05

اسعد الله اوقاتك استاذي
ذكرتنا بالنقاشات الممتعة في محاضراتك
ساحاول الاجابة وانشالله اوفق
طالما تدور الاطارات دون انزلاق فهو احتكاك سكوني ... حيث لاتنتقل افقيا جسم الاطار على الارض
اذا انزلقت ففيكون احتكاك حركي ويسبب تآكل الاطاروحرارة على الطريق هنا تفقد الطاقة

بارك الله فيك وبعلمك ... هذه هي الإجابة الصحيحة فعلاً.
دوران الإطار بدون أن ينزلق يعني أن نقطة تماس الإطار مع الأرض لاتتحرك بتاتاً بل "تلمس" الأرض في تلك النقطة وتدور لتحل نقطة أخرى محلها، وهكذا دواليك.
فالاحتكاك سكوني، ولهذا يدور الإطار.
والإجابة الثانية صحيحة طبعاً وتدل على فهمك العميق للمادة، لأنه عندما لايدور الإطار (عندما نطبق المكابح) يبقى نفس الجزء من الإطار على تماس مع الأرض وبالتالي يصير الاحتكاك حركياً وتضيع طاقة تتحول لحرارة فيذوب الإطار ويترك اثراُ على الأرض على شكل خط أسود.

وفقك الله، وآمل مشاركتك بأسئلة للمنتدى علنا نستفيد كلنا من تبادل هذه الأفكار والآراء إن شاء الله.

د. محمد قيصرون ميرزا

27-04-2009, 21:11

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

يكون الاحتكاك سكونياً طالما لم تبدأ السيارة بالحركة

ويصبح حركياً عند حركة السيارة وطول فترة تحركها

أما السؤال الثاني:

طالما تتحرك السيارة فهي تفقد طاقة وكلما زاد الاحتكاك بذلت طاقة أكثر

الشكر الجزيل لك أخي الفاضل على ملاحظاتك القيمة وتفكيرك بالموضوع. وكما ذكرت أنا في مطلع المشاركة الأصلية، فإن الاحتكاك من القوى الغامضة بعض الشئ.
ولهذا فلو أن السيارة لم تتحرك لما كان هناك قوة احتكاك من أي نوع، لأنها توجد إذا تحرك جسم أو حاول الحركة على سطح خشن.
أما عندما تتحرك السيارة، فأرجو أن تجد تفسيراً في الرد على المشاركة من الأخ الكريم mkuri.

وبالتوفيق دائماً إن شاء الله.

nuha1423

29-04-2009, 07:48

بسم الله الرحمن الرحيم

بارك الله فيك وجزاك الخيراً

nuha1423

02-05-2009, 23:10

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

دكتورنا الفاضل

أرجو أن توضح لنا بشكل مختصر قوة الاحتكاك هذه المشكلة المتعبة ومتى يكون الاحتكاك حركي ومتى يكون سكوني

يبدو أن الموضوع أعقد مما تخيلت

وجزاك الله خيراً

د. محمد قيصرون ميرزا

03-05-2009, 00:50

بسم الله الرحمن الرحيم

الأخت الفاضلة، السلام عليكم ورحمة الله وبركاته، وبعد

قد يبدو موضوع الاحتكاك صعب بعض الشئ لكنه بالحقيقة بسيط ومنطقي إذا انتبهنا لأسبابه وفهمنا كيفية نشوء الاحتكاك بين جسمين.

ويمكن تلخيص النقاط الأساس على النحو التالي:

تنشأ قوة الاحتكاك بين سطحي جسمين متماسين (ككيس رمل نجره على الأرض) إذا تحرك أحدهما بالنسبة للآخر، أو حاول الحركة عليه ولم ينجح.

ونقول إن الاحتكاك ساكن إذا بقيت نقاط التماس بين السطحين ثابتة بالنسبة لبعضها تماماً (ككتاب موضوع على سطح طاولة أفقية تتحرك لكنه ساكن عليها)، أما إذا انزلقت نقاط التماس بينهما فالاحتكاك حركي (كأن ندفع الكتاب على سطح الطاولة بحيث ينزلق عليه) !!!

وتكون جهة قوة الاحتكاك في كل الحالات معاكسة للجهة التي يتحرك نحوها الجسم على السطح الخشن أو يحاول الحركة نحوها.

فإذا تحرك جسم على سطح خشن تكون قوة الاحتكاك حركية (kinetic friction)، وتعطى قيمتها بعلاقة بسيطة تتناسب مع رد فعل السطح N الذي يتحرك عليه الجسم، أي

Fk=(mu)k N

حيث mu)k ) ثابت التناسب الذي يسمى معامل الاحتكاك الحركي بين الجسمين المتماسين، ويعتمد على خواصهما فقط كنوع المادة التي صنعا منها، ودرجة الحرارة والرطوبة واللزوجة بينهما، وغير ذلك، لكنه مستقل عن كتلتيهما.

أما إذا حاول جسم الحركة على سطح خشن ولم ينجح في محاولته فإن قوة الاحتكاك تكون سكونية (Static friction) وتعتمد قيمتها على مقدار المحاولة التي يقوم بها الجسم. فتتراوح من الصفر (عندما لايحاول الجسم الحركة بتاتاً، ككتاب موضوع على طاولة افقية ولايدفعه أحد) إلى قيمة عظمى لاتتجاوزها (عندما ندفع الكتاب رويداً رويداً إلى أن يصير على وشك الحركة) وعندئذ تصير قيمة قوة الاحتكاك الساكن معطاة بالعلاقة:

Fs)max=(mu)s N ) ء

حيث mu)s ) ثابت التناسب الذي يطلق عليه اسم معامل الاحتكاك الساكن، ويشبه معامل الاحتكاك الحركي في أنه يعتمد على خواص الأجسام المتماسة فقط كنوع المادة التي صنعا منها، ودرجة الحرارة والرطوبة واللزوجة بينهما، وغير ذلك، لكنه مستقل عن كتلتيهما.

ويجب التنويه إلى أن العلاقتين السابقتين تربطان بين قيمة قوة الاحتكاك وقيمة رد فعل السطح لابين اتجاهيهما، لأن رد فعل السطح عمودي عليه بينما قوة الاحتكاك موازية له.

ويتم عادة تحديد معامل الاحتكاك الحركي والساكن تجريبياً وإعداد جداول خاصة بذلك.

وكمثال على ماتقدم:

لو كان لدينا صندوق خشب كتلته 30 كغ موضوع على أرض اسمنتية أفقية، فيكون رد فعل السطح مساوياً لوزنه أي N=300 نيوتن تقريباً (بفرض أن تسارع الجاذبية الأرضية يساوي 10 متر/ث مربع تماماً لسهولة الحساب).

فإذا تركنا الصندوق في مكانه ولم ندفعه بتاتاً فإنه لايخضع لأي قوة احتكاك.

الآن: لنفترض أننا وجدنا من الجداول معامل الاحتكاك الساكن 0.4 والحركي 0.2 مثلاً.

ولنحسب قيمة قوة الاحتكاك الحركي التي يخضع لها هذا الصندوق لو تحرك على الأرض فنجد:

[Fk=(0.2)(300)=60 N

فلو دفعنا الصندوق بقوة 150 نيوتن مثلاً (أكبر من 60 نيوتن) فسيتحرك تحت تأثير محصلة قوى تساوي 90 نيوتن (الفرق بين القوتين).

لكن لودفعنا الصندوق بقوة 70 نيوتن فقط مثلاً ، فهل سيتحرك ياترى؟ لمعرفة ذلك نحسب أكبر قوة احتكاك ساكن يمكن أن يؤثر بها السطح الخشن عليه، فنكتب:

Fs)max=(0.4)(300)=120 N ) ء

فنستنتج أن السطح الخشن سيمنع الجسم من الحركة طالما كانت القوة التي تدفعه أقل من 120 نيوتن.

ففي حالة قوة دافعة تساوي 70 نيوتن فإنه لايتحرك (ولكنه يحاول الحركة)، مما يعني أن محصلة القوى عليه تساوي الصفر. أي أن قوة الاحتكاك الساكن في هذه الحالة تساوي 70 نيوتن. ولو زدنا قوة الدفع تدريجياً لتصير 75، 80، 90، 110، 119، 120، فإن قوة الاحتكاك تزداد في كل حالة وتصير مساوية لهذه القوة ليبقى الجسم ساكناً.

لكن لو صارت قوتنا أكبر من 120 نيوتن فإن الجسم يتحرك ويتحول الاحتكاك لحركي وتتغير قيمة قوة الاحتكاك إلى 60 نيوتن فقط !

آمل أن تجدي فيما تقدم مايفيدك.

والله أعلى وأعلم وفوق كل ذي علم عليم.

nuha1423

03-05-2009, 21:37

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

بارك الله فيك وجزاك كل خير

توضحت الفكرة تماماً الآن

جزاك الله كل خير وجعلها في موازين حسناتك

ودمت بخير

تحياتي

المتفيزق

05-05-2009, 23:19

أحسن الله إليك أبا إيمان... لقد طرحت أفكارا رائعة حقا... وهذا مما يخلط فيه الدارسون أيما خلط لا سيما ما تفضلتم به في قصة الصندوق الذي يتحرك أو يحاول أن يتحرك بفعل قوة ما ... بالفعل وهذا ما أضناني في إحدى المناقشات في منتدى الفيزياء التعليمي (مع مدرس متمكن جدا في الواقع) حول زيادة ميو (اقصد معامل الاحتكاك) طالما زادت القوة على الجسم حال سكونه... ولقد اضطررت في النهاية أن أترك النقاش لئلا يتحول إلى جدل عقيم وانتصار للرأي فقط ... والمقصد أن الجسم طالما لم يتحرك فإن قوة الاحتكاك يجب أن تخضع لقانون نيوتن الثالث في أن لكل فعل رد فعل يساوية ويضاده (اقصد يساويه قيمة ويضاده في الاتجاه) ومن هنا تزداد القوة لكن أكبر قوة (وهذا بيت القصيد وهي نقطة هامة جدا بالفعل) لن تتجاوز القوة السكونية التي نحسبها من ميو مضروبة في رد الفعل ... كلام رائع حقا...

المتفيزق

05-05-2009, 23:20

أود أن أشير هنا إلى نقطة هامة أيضا يا سيدي وهي قصة القوة الاحتكاكية عند دوران السيارات على الطرق الدائرية (المنعطفات) حيث نستخدم في حسابها (اقصد القوة التي تحقق الدوران) معامل الاحتكاك السكوني ... وقد يذهل الطالب بالفعل ويظن أن الكتاب قد أخطأ (خطأ مطبعي يا سيدي!!!) والحقيقة أن القوة بالفعل قوة سكونية وما ذلك إلا لأن السيارة لا تنزلق بمعنى أنها ثابتة في مسارها وإلا فما معنى الثبات على المسار ... نعم ربما انزلقت في حركتها للامام وقلنا إن هناك قوة احتكاك ديناميكية أو حركية لكن ليس إلى اليمين واليسار بالتأكيد تماما كما نتصور قطارا على سكة حديد فهل نتحدث عن حركة للعجلات يمنة ويسرة ؟؟؟ بالتأكيد لا ... إن الحركة هي فقط للأمام (او الخلف) وهنا أيضا يمكن اعتبار السيارة ثابتة (ساكنة!!!) على مسارها ولذا استخدمنا المعامل السكوني ... هذه نقطة يخلط فيها الطلاب أيضا...

المتفيزق

05-05-2009, 23:26

وثم نقطة يمكن إثارتها وقد أشرتم إلى طرف منها ... وهي تحول الجسم بين القوة السكونية والحركية ... فعندما أشرح هذا الموضوع للطلاب عادة أتعمد أن أضرب مثالا بجسم يؤثر عليه قوة ما وهناك احتكاك بالتأكيد (نحسب السكوني والحركي) ... طبيعي أن الجسم لن يتحرك طالما أن القوة المحركة أقل من قوة الاحتكاك العظمى الاستاتيكية... نعم ...لكن لو أصبحت القوة أكبر بمقدار 1 نيوتن جدلا ... ماذا يكون ؟؟؟ سوف يتحرك النظام ...وقد يخطئ الدارس فيحسب تسارعا مقداره هذا الـ 1 نيوتن مقسوما على الكتلة وهنا يكون قد وقع في خطأ فادح... لماذا؟؟؟ لأنه عندئذ يغفل نقطة هامة جدا وهي أن الجسم ما إن بدأ بالحركة حتى أصبحت المعاوقة حركية يعني يجب أن تطرح القوة المعاوقة الديناميكية من القوة المحركة وبذلك يكون الفرق كبيرا نسبيا ...
على سبيل المثال لو كانت القوة المؤثرة 21 نيوتن وقوة المقاومة السكونية 20 نيوتن بينما الحركية 15 نيوتن فإن مجرد تحرك الجسم يجعل القوة المحصلة الخارجية 6 نيوتن وليس 1 نيوتن ... فانتبه لذلك...
وبارك الله في أستاذنا على طرح الموضوع الجميل

د. محمد قيصرون ميرزا

06-05-2009, 12:12

بسم الله الرحمن الرحيم

بارك الله فيك أخي العزيز د. مازن على هذه الملاحظات القيمة والأفكار المبدعة في النقاش مع طلبتك.
كلنا بحاجة للاستزادة من أفكار بعضنا بعضاً وما تراه أنت من زاوية معينة قد يضئ لي وسيلة طرح جديدة لموضوع أو مواضيع. فلك جزيل الشكر، ووفقك الله عزوجل دائماً.

مع كل الاحترام والتقدير، أخي الكريم

nuha1423

06-05-2009, 12:47

بسم الله الرحمن الرحيم

جزاكم الله خيراً جميعاً

aLFa

06-05-2009, 15:51

شكرا لكم و أرجو أن تتموا نقاشكم الجميل وطرح الأسئلة المفيدة في هذه المشكلة ( الاحتكاك)
وجزاكم الله خيرا