כוחות חיכוך

כוחות חיכוך מוכרים לנו היטב מחיי היום יום. רוב הגופים הנעים שאנו מכירים מושפעים במידה זו או אחרת מכוחות חיכוך. כדורגל המתגלגל על משטח מאיט ועוצר כתוצאה מכח החיכוך שמפעיל עליו המשטח, מטוס יאיט אם לא יפעל המנוע שלו כל הזמן בגלל החיכוך שמפעיל עליו האוויר. ועוד דוגמאות רבות.

אנחנו נעסוק בעיקר בכוחות חיכוך שמפעילים משטחים על גופים שנמצאים עליהם.

בניגוד לכח הנורמלי, הפועל בכיוון מאונך למשטח, כח החיכוך פועל תמיד בכיוון משיק למשטח.

אנו מסמנים את כח החיכוך בעזרת האות f (עבור המילה האנגלית friction-חיכוך).כח החיכוך פרופורציונלי תמיד לכח הנורמלי שבין הגוף לבין המשטח. כלומר, גודלו של כח החיכוך הוא f=m×N. האות m נקראת "מקדם החיכוך" שהוא מספר המאפיין את החומרים מהם עשויים המשטח והגוף שעליו.

ישנם שני סוגים של כוחות חיכוך שמשטחים יכולים להפעיל, סטטי וקינטי. נפרט את תכונותיו היסודיות של כל אחד מהם:

כח חיכוך סטטי-

כמו הכח הנורמלי, גם כח החיכוך הסטטי הוא כח תגובה. כאשר אנחנו מנסים לדחוף את הספה בסלון, אנחנו שמים בקלות לב לכך שאם בדחיפתה נשקיע כח קטן מדי, הספה תישאר במנוחה. עובדה זו מוכיחה שישנו כח הפועל כנגד כח הדחיפה שלנו, ומבטל אותו, כל עוד איננו דוחפים בכח גדול מספיק.

אותו הכח נתון ע"י מקדם החיכוך הסטטי, בין הגוף לבין המשטח, המצויין ב- sm. האות s באה מהמילה 'סטטי', כיוון שכח זה פועל עבור גופים נייחים, ומנסה לבטל כוחות שמנסים להזיז אותם.

כח ההתנגדות המקסימלי כתוצאה מחיכוך סטטי הוא .

כח חיכוך דינמי-

כח החיכוך הדינמי הוא כח שמפעיל המשטח על גוף שנע עליו. בניגוד לכח החיכוך הסטטי, הוא אינו כח תגובה, והוא יכול לפעול בפני עצמו כל עוד הגוף נמצא בתנועה.

לרוב, מקדם החיכוך הדינמי, km, קטן ממקדם החיכוך הסטטי. כח החיכוך הדינמי הנובע ממקדם החיכוך הדינמי הוא .

נתבונן בסרטון המציג את דרך ההתנהגות של כוחות חיכוך

כוחות גרר

כשאבן צוללת במים, פועל עליה כח הכבידה, ואכן, בתחילת תנועתה היא נעה לרוב בתאוצה. עם זאת, זמן מה לאחר מכן מהירותה מתייצבת והופכת לקבועה. מהירות קבועה משמעותה כח המבטל את כח הכבידה, ואכן, המים מפעילים על האבן כח כלפי מעלה.

גודל הכח יחסי לגודל מהירותה של האבן.

נצפה בסרט המסביר עוד על כח הגרר של המים:

האוויר מפעיל גם הוא כח גרר על גופים הנעים בו. עם זאת, כח הגרר של האוויר תלוי בריבוע המהירות.