فوائد وأضرار الاحتكاك

محتويات

• فوائد الاحتكاك
• منع انزلاق الأجسام المتحركة
• مساعدة الطائرات والمظلات على الطيران
• إنتاج الحرارة
• احتراق الكوكيبات في الغلاف الجوي
• نقل الطاقة
• أضرار الاحتكاك
• ضياع جزء من الطاقة
• مقاومة الحركة
• تآكل الأجسام المُحتكّة
• إصدار الضجيج
• حرائق الغابات
• المراجع

فوائد الاحتكاك

يُعرف الاحتكاك بأنه القوة التي تنشأ نتيجة تلامس سطحين صلبين عند نقاط غير مرئية وغير منتظمة، مما يسبب مقاومة لحركة هذه الأجسام. تعد هذه القوة من القوى الشائعة في حياتنا اليومية، وتظهر حتى في أبسط سلوك يوميّ مثل المشي.

منع انزلاق الأجسام المتحركة

الانزلاق هو حركة الجسم السريعة والسهلة على الأسطح. يعد منع انزلاق الأجسام المتحركة أحد أهم فوائد الاحتكاك، حيث يُساعد على مقاومة حركة الأجسام المتحركة عند تلامسها، وقد يُساعد على إيقافها أيضًا. لا يمكن القيام بالعديد من الأعمال اليومية لولا وجود الاحتكاك ومنعه لانزلاق الأجسام. إليك بعض الأمثلة:

• القدرة على المشي فوق الأسطح بثبات. قوة الاحتكاك تعمل على تثبيت الأقدام أو الأحذية على السطح.
• السماح لعجلات المركبات بالتقدّم إلى الأمام دون الخوف من خطر انزلاقها.
• إمكانية الإمساك بالأشياء. لولا نشوء الاحتكاك بين اليدّ والجسم، لانزلق الجسم من قبضتنا.
• القدرة على إيقاف المركبة باستخدام الفرامل بعد أن كانت تسير بسرعة ما.
• تسهيل الكتابة بالقلم. وجود احتكاك بين كرة القلم والورقة يُساعد على الكتابة دون انزلاق القلم على الورقة.
• تثبيت الأجسام على الأسطح المائلة. لولا الاحتكاك، لكان من المستحيل تثبيت الأجسام على هذه الأسطح.

يمكن إثبات أهمية الاحتكاك من خلال مراقبة طريقة مشي شخص ما على سطح يسمح بالانزلاق بسبب ضعف قوة الاحتكاك، كالسير على الكثبان الرملية. فلولا الاحتكاك، لاضطر الإنسان لاستخدام المواد اللاصقة للتشبّث بأي جسم آخر. كما يجب اتّباع إرشادات محددة للسير بأمان خلال الشتاء بسبب الأسطح الزلقة الناتجة عن الاحتكاك القليل.

مساعدة الطائرات والمظلات على الطيران

الهواء، مثل أي سائل آخر، يمتلك خاصية اللزوجة الناشئة عن الاحتكاك بين جزيئاته الداخلية. الاحتكاك بين الهواء وأجنحة الطائرات من الجهة العلوية يساعد على تثبيت الطائرة والحفاظ عليها في الجو. بالنسبة لرياضي القفز المظليّ، تنشأ قوة الاحتكاك بين الهواء والمظلة من الجهة السفلية لإبطاء سقوطها باتّجاه الأرض بعد قيام المظلّيّ بالقفز من ارتفاع معين فتثبت المظلة في الهواء.

يساهم الاحتكاك في هبوط الطائرات أيضًا، وذلك من خلال احتكاك الطائرات عند هبوطها بالأسطح لتتباطأ تدريجيًا. مثال على ذلك هبوط الطائرات المائية، والذي يعتمد على احتكاك الطائرة بكل من الهواء والماء. إلا أنّ قوة الاحتكاك الناتجة عن ملامسة الماء أعلى، فتكون فاعليتها في إبطاء الطائرة شيئًا فشيئًا.

إنتاج الحرارة

يمكن إنتاج الطاقة الحرارية بين الأسطح الصلبة من خلال إجبار سطحين على التلامس والاحتكاك فيما بينهما، مما يؤدي إلى زيادة في درجة حرارتهما. يمكن القول بأنّ الطاقة الحركية تحوّلت إلى حرارية بفعل الاحتكاك. من الأمثلة الشائعة على ذلك؛ سحب صندوق على أرض خشنة الملمس يؤدي إلى رفع حرارة الصندوق والأرض من أسفله. بعض الأمثلة اليومية الأخرى على ذلك:

• فرك اليدين خلال الأيام الباردة لتدفئتهما.
• الحرارة الناشئة عن آلة لحام الحديد الدورانية.

احتراق الكوكيبات في الغلاف الجوي

الكويكب هو جسم صخري خامل نسبيًا مقارنة بالأجسام الأخرى يدور حول الشمس. تتسبب قوى الاحتكاك التي تنشأ بين الهواء في طبقات الغلاف الجوي والكويكبات المتّجهة نحو الأرض في نشوء طاقة حرارية ضخمة. تعمل هذه الطاقة على حرق الكويكب في طبقات الغلاف الجوي المحيط بالأرض قبل وصولها. تحترق النيازك بالمثل بسبب الاحتكاك مع الهواء في الغلاف الجوي.

تُظهر هذه الظاهرة أهمية الاحتكاك في حماية الأرض من الأجسام الفضائية. تتّجه الكويكبات إلى الأرض سنويًا، وتكون بحجم سيارة خاصّة عند وصولها الغلاف الجوّي الخاص بكوكب الأرض. لولا احترق الكويكبات، لسبّب وصولها إلى الأرض دمارًا هائلًا. من الكويكبات المرصودة حاليًا والتي يُخشى من خطرها لولا الاحتكاك هو الكويكب توتاتيس الذي يبلغ قطره أكثر من 5 كيلومتر.

نقل الطاقة

يمنع وجود قوة الاحتكاك من انزلاق أجزاء الآلات والأجهزة المختلفة عند ملامستها لبعضها البعض. بدلًا من ذلك، يُساهم وجودها في انتقال الطاقة من جزءٍ إلى آخر أثناء حركة الآلة. بهذا، يصبح بالإمكان نقل الطاقة وضمان عمل الآلات بالصورة السليمة المطلوبة. كما أنه بالإمكان تشحيم الآلات للحصول على مقدار أقل من الاحتكاك إذا كانت قيمته عالية بصورة مضرة بالآلة.

أضرار الاحتكاك

على الرغم من فوائده الجمّة التي ذُكرت سابقًا، يؤدي الاحتكاك إلى العديد من الأضرار. يمكن توضيح ذلك من خلال النقاط الآتية:

ضياع جزء من الطاقة

يعمل الاحتكاك على تحويل الطاقة من شكل إلى آخر. يؤدي إلى تحوّل الطاقة الحركية إلى حرارية عند تلامس الأجسام المتحرّكة، وبذلك يُفقد جزءٌ من الطاقة الحركية من النظام. يُعتبر هذا الجزء مفقودًا لأن ناتج هذه العملية هو تباطؤ الأجسام المتحركة وتناقص سرعتها الابتدائية. بالإضافة إلى ذلك، لا يُستفاد من الطاقة الحرارية الناتجة. مثال على ذلك حركة السوائل في الأنابيب، فالسوائل المتحركة داخل الأنابيب بسرعة معينة تتعرّض لفقدان جزء كبير من طاقتها نتيجة احتكاكها مع الأسطح الداخلية الملامسة لها. يزداد تأثر السائل بدرجة خشونة سطح الأنبوب الداخلي كلّما كانت سرعته أقل. بالنسبة لفقدان السائل جزءًا من طاقته الحركية، فإنّه يعني بالضرورة الحاجة إلى هدر المزيد من الطاقة لمضخات دفعه عبر الأنابيب.

مقاومة الحركة

قوة الاحتكاك من القوى المعاكسة لاتجاه حركة الأجسام، وبذلك تعمل على مقاومة الحركة. يكون الجهد المبذول للتغلّب على هذه القوّة أكبر. تعدّ مقاومة الهواء للحركة نوعًا من أنواع قوة الاحتكاك وأحد الأمثلة الهامّة عليها. تعمل قوة الاحتكاك على تقليل سرعة الجسم وإبطائه. كما أنّ الاحتكاك قد يتسبّب في إهدار المزيد من الطاقة للتغلّب عليه والتحرّك بسرعة.

تآكل الأجسام المُحتكّة

يؤدي الاحتكاك في الآلات إلى تلفها إذا زاد عن الحد المسموح بسبب تولّد الطاقة الحرارية بين أجزائها. مثل حركة المسنّنات والبراغي والمقابض، فتتآكل. وقد تعمل هذه الحرارة على احتراق الدوائر الداخلية. كما أنّ وجوده يؤدي إلى المزيد من الطاقة المطلوبة لإنهاء العمل المراد تنفيذه. يتسبّب هذا في هدر الكثير من المال في الإجراءات الوقائية كالتشحيم.

التشحيم من الحلول الجيّدة للتغلّب على الاحتكاك. يساعد على تقليل الطاقة الحرارية الناتجة عنه، كما يُساهم في امتصاص جزءٍ منها. يعتقد البعض بأنّ الأجزاء المصقولة في الآلات لا تتعرّض للتآكل الناتج عن الاحتكاك إلا أنّ هذا ليس صحيحًا. علميًا لكل جزء درجة خشونة معينة حتى ولو كانت قليلة وتظهر هذه العيوب عادةً عند التجريب، وتتسبّب في العديد من المشاكل. يمكن تطبيق التشحيم من خلال وضع مادة التشحيم بين الأسطح المتلامسة لزيادة كفاءة الآلة. يعدّ الزيت مكوّنًا أساسيًا لهذه المادة. تُستخدم الزيوت الصناعية والمعدنية بصورة واسعة في المجالات الصناعية، أما الزيوت النباتية فهي نادرة الاستخدام نظرًا لأدائها السيء في الأجواء الباردة. بالإضافة إلى ذلك يمكن التغلّب على أضرار الاحتكاك بالاعتماد على حركة تدحرج الأجسام فوق بعضها بدلًا من الانزلاق.

إصدار الضجيج

يؤدي احتكاك الأجسام المتلامسة إلى إصدار الضجيج المزعج. يعاني الناس في المناطق الصناعية من ضرر هذه الضوضاء بصورة كبيرة. يعد البحث عن طريقة تقلّل منها ضرورةً وحاجةً ملحّة. التشحيم من الإجراءات التي يمكن أن تخفّف من أصوات ضجيج الاحتكاك خصوصًا بعد صقل الأسطح. إلا أنّ التشحيم يجب أن يكون دوريًا لأن المادة تزول مع استمرار الاحتكاك.

حرائق الغابات

يؤدي الاحتكاك إلى إمكانية اشتعال الحرائق بصورة طبيعية في الغابات. يحدث هذا من خلال حركة الرياح السريعة المؤدية إلى احتكاك أغصان الأشجار الجافّة بقوّة، ثم اشتعالها. وينجم عن ذلك العديد من الأضرار سواء أكانت هذه الأضرار على مستوى البيئة المحيطة بالحرائق أو على مستوى أوسع. إذ تؤدي الحرائق إلى انبعاث غازات تزيد من خطر الاحتباس الحراري وتلوّث الغلاف الجوّيّ.

المراجع

• “Friction”, Britannica, Retrieved 29/09/2021.
• “What are advantages and disadvantages of friction?”, Mech content, Retrieved 29/09/2021.
• “Advantages and disadvantages of friction”, DewWool, Retrieved 29/09/2021.
• “Walking on Snow and Ice”, DMAAC, Retrieved 29/09/2021.
• “List of the Advantages of Friction”, Sciencing, Retrieved 29/09/2021.
• “What type of force does water exert on the a plane’s floats, which causes the motion of the plane to slow?”, How things fly, Retrieved 29/09/2021.
• “What is thermal energy?”, Khanacademy, Retrieved 29/09/2021.
• “Advantages And Disadvantages Of Friction | List of 10 Advantages And Disadvantages Of Friction”, A Plus Topper, Retrieved 29/09/2021.
• “Fast Facts”, JPL, Retrieved 29/09/2021.
• “How to Reduce Friction between Surfaces”, Machinery Lubrication, Retrieved 29/09/2021.
• “Energy loss due to friction”, Kevin Dusling, Retrieved 29/09/2021.
• “Types of Forces”, Physics classroom, Retrieved 29/09/2021.
• “Q20) List three disadvantages of friction .”, Lido learning, Retrieved 29/09/2021.
• “What will happen if we don’t remove friction from machines?”, Vedantu, Retrieved 29/09/2021.
• “What Will Happen if We Don’t Reduce Friction From Machine”, Byjus, Retrieved 29/09/2021.
• “Advantages and Disadvantages of Friction”, Byjus, Retrieved 29/09/2021.
• “Lubrication Basics”, Machinery lubrication, Retrieved 29/09/2021.
• Alain Le Bot, Elie Bou Chakra, Measurement of Friction Noise Versus Contact Area of Rough Surfaces Weakly Loaded, Page 1.
• “Experimental investigation of friction noise on lubricated contact”, springer Link, Retrieved 29/09/2021.