ماهية قوة التلامس
قوة التلامس هي المقاومة التي تبديها الأجسام الصلبة لحركة بعضها البعض، سواء كانت هذه الحركة في نفس الاتجاه أو في اتجاه معاكس. تعرف بالإنجليزية بـ (Friction)، ولكنها تصنف كقوة ثانوية وليست أساسية كالجاذبية أو القوة الكهرومغناطيسية. تعرف أيضًا بأنها القوة التي تعيق انزلاق أو دوران جسم صلب على سطح آخر. قد تكون قوة التلامس مفيدة، مثل تلك التي تمكننا من المشي دون انزلاق، ولكنها في الوقت نفسه تتسبب في فقدان الجسم جزءًا من طاقته. على سبيل المثال، تستهلك حوالي 20% من قوة محرك السيارة للتغلب على قوى التلامس في الأجزاء المتحركة. السبب الرئيسي في نشوء قوى التلامس بين المعادن يرجع إلى قوى التجاذب المعروفة باسم الالتصاق بين مناطق تلامس الأسطح المعدنية.
مقياس قوة التلامس
مقياس قوة التلامس (Coefficient of Friction) يصف النسبة بين القوة التي تبذل بين جسمين والقوة الضاغطة عليهما. تتراوح قيمته بين الصفر والواحد الصحيح، وتختلف هذه القيمة باختلاف نوع المادة وخشونة سطحها. الأجسام الخشنة لديها قيمة مقياس قوة تلامس أكبر من الأجسام الناعمة. يُرمز لمقياس قوة التلامس رياضيًا بالحرف اليوناني μ. المعادلة المستخدمة في حسابه هي:
μ = F / N
مقياس قوة التلامس = قوة التلامس / القوة العمودية
حيث إن:
- μ: مقياس قوة التلامس.
- F: قوة التلامس.
- N: القوة العمودية.
أصناف قوى التلامس
هناك نوعان رئيسيان من قوى التلامس: المتحركة والساكنة. بالإضافة إلى ذلك، يوجد نوع آخر يحدث في السوائل ويسمى قوة التلامس المائعة أو اللزوجة، ونوع رابع للأجسام المنزلقة.
قوة التلامس الساكنة
قوة التلامس الساكنة (Static Friction) هي القوة التي تنشأ بين الأسطح عندما تكون في حالة سكون بالنسبة لبعضها البعض. أمثلة على ذلك: التزلج على الجليد، وتوليد الحرارة عن طريق فرك اليدين معًا، ووضع مصباح على الطاولة.
قوة التلامس الحركية
قوة التلامس الحركية (Kinetic Friction) هي القوة التي تنشأ بين الأسطح المتحركة. الجسم المتحرك يواجه قوة معاكسة لحركته، وتعتمد هذه القوة على قيمة مقياس قوة التلامس الحركي بين المادتين. قوة التلامس الحركية جزء لا يتجزأ من حركة جسمين أو أكثر. على سبيل المثال، عند إيقاف سيارة متحركة، يجب الضغط على المكابح، مما يولد قوة تلامس.
قوة التلامس الانزلاقية
قوة التلامس الانزلاقية (Sliding Friction) هي القوة التي تؤثر على الأجسام عندما تنزلق فوق بعضها البعض. مقدار القوة اللازمة للتغلب عليها أقل من تلك اللازمة للتغلب على قوة التلامس الساكنة. يلاحظ أنه من الأسهل تحريك قطعة أثاث على الأرض بعد أن بدأت في الحركة بالفعل. من الأمثلة على قوة التلامس الانزلاقية الكتابة بالقلم على الورق بسهولة، حيث أن قوة التلامس الناتجة عن هذا الانزلاق هي التي تترك الكتابة أو الرسم على الورقة.
قوة التلامس المائعة
قوة التلامس المائعة (Fluid Friction) هي القوة التي تنشأ بين طبقات السائل عندما تتحرك بالنسبة لبعضها البعض، مثل تدفق الحبر في القلم، أو السباحة في البحر أو في حوض السباحة.
استخدامات قوة التلامس
تلعب قوة التلامس دورًا هامًا في العديد من العمليات التي يقوم بها البشر في حياتهم اليومية، مثل:
- إشعال عود الثقاب.
- تنظيف الأسنان باستخدام الفرشاة لإزالة الجزيئات العالقة بها.
- مسح الأسطح وتنظيفها من الأتربة والغبار.
- الكتابة على الأسطح.
- استخدام الممحاة.
- فرك اليدين لتدفئتهم.
- المشي على الطريق.
- تقليب صفحات الكتاب أثناء المذاكرة أو القراءة.
- حرائق الغابات.
- التزحلق على الجليد، أو النزول من أعلى لأسفل على المنزلق.
- مكابح الدراجات أو السيارات.
- بكرة سحب المياه من البئر.
- شد الحبل.
- السباحة في البحر أو حمامات السباحة.
- تدفق الحبر في القلم.
أهمية قوة التلامس
لقوة التلامس العديد من المزايا التي قد لا نلاحظها في كثير من الأحيان، مثل:
- المشي والدوران والتوقف: من دون قوة التلامس، سيكون المشي صعبًا للغاية، حيث أن قوة التلامس توفر للإنسان القوة التي تدفعه للأمام وتساعده على الالتفاف. إذا انعدمت قوة التلامس، سيصبح المشي شبه مستحيل.
- ارتداء الخاتم والقبعة والحزام: عند محاولة ارتداء قبعة أو أي شيء آخر، يجب الإمساك به. بدون وجود قوة التلامس، سيكون ذلك صعبًا وسيحتاج المرء إلى مواد لاصقة ليتمكن من التمسك بما يريد ارتداءه.
- نقل الطاقة: في الأجزاء الميكانيكية، تساعد قوة التلامس بين أجزاء الآلة على نقل الطاقة. بدونها، ستنزلق الأجزاء ولن يكون هناك اتصال بينها لنقل الطاقة.
- إشعال النار: على مر العصور، استُخدمت الحرارة الناتجة عن فرك جسمين في إشعال النيران، وهي من تطبيقات قوة التلامس. كما يمكن إشعال عود الثقاب عن طريق قوة التلامس.
- حماية الأرض من الكويكبات: إذ تحترق الكويكبات التي تقترب من الأرض نتيجة لاحتكاكها مع الغلاف الجوي.
عيوب قوة التلامس
بالرغم من أهمية قوة التلامس في العديد من جوانب الحياة اليومية، إلا أن لها عيوبًا من أهمها:
- إنتاج حرارة غير مرغوب فيها: قد تكون الحرارة الناتجة عن احتكاك أغصان الأشجار الجافة ببعضها البعض سببًا في نشوب الحرائق في الغابات.
- تقليل كفاءة الآلات: في الآلات مثل محركات السيارة، يوجد العديد من الأجزاء الصغيرة المرتبطة ببعضها البعض وتتحرك باستمرار، مما ينشأ عنه قوى تلامس تعيق من حركتها، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة المحرك وبالتالي استهلاك وقود إضافي.
- زيادة المخاطر البيئية: ينتج عن ارتفاع معدلات استهلاك الوقود للتغلب على قوى التلامس مخاطر تضر بالبيئة.
- إنتاج ضوضاء غير مرغوب فيها: ينشأ عن قوة التلامس أصواتًا عالية تسبب تلوثًا سمعيًا للإنسان.
- زيادة البلى: تتسبب قوة التلامس في بلى الأشياء، إذ إنها تقلل من عمرها. فبدون قوة التلامس، ستستمر لفترة أطول.
- صعوبة تنظيف الأسطح: في بعض الأحيان، تكون قوة التلامس بين جزيئات الغبار والأسطح قوية جدًا، فيحتاج حينئذٍ إلى منظفات خاصة لتنظيفها.
