الاحتكاك والتسخين – الذرات عند سطح التلامس

ماذا تعرض

عندما ينزلق سطحان أحدهما على الآخر، تتشابك النتوءات الدقيقة فيهما وتقاوم قوة الاحتكاك الحركة. وتحسب المحاكاة هذه القوة بالعلاقة F = μ·N، حيث μ معامل الاحتكاك الذي يكبر كلما كان السطح أخشن، وN القوة العمودية التي تضغط القالب على الطاولة. والشغل المبذول ضد الاحتكاك لا يضيع، بل يتحول إلى طاقة حرارية: فتهتز ذرات سطح التلامس بسرعة أكبر وترتفع درجة حرارتها، وقد تنفصل بعض الذرات إذا اشتدت السخونة، وهذا هو التآكل. وعند التوقف عن السحب تنتقل الحرارة إلى الوسط المحيط ويبرد السطح تدريجيًا حتى يبلغ درجة حرارة الغرفة.

طريقة الاستخدام

اسحب القالب البرتقالي ذهابًا وإيابًا على الطاولة، وراقب في منطقة التلامس المكبّرة اهتزاز الذرات ومقياس الحرارة. غيّر «القوة العمودية» واختر «السطح» بين «أملس» و«متوسط» و«خشن»، ثم قارن قوة الاحتكاك ومقدار ارتفاع درجة الحرارة لكل متر. واصل السحب على سطح خشن حتى تنفصل الذرات، ثم توقف وراقب التبريد، أو اضغط «تبريد» للعودة إلى البداية. ألغِ «تكبير الذرات» لترى الطاولة وحدها.

المعاملات القابلة للتغيير

• القوة العمودية 5–50 N
• سطح التلامس أملس, متوسط, خشن
• إظهار العرض المكبّر للذرات

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا ترتفع درجة حرارة سطح التلامس أسرع عند اختيار السطح الخشن مع القوة العمودية نفسها؟
2. إلى أي شكل من أشكال الطاقة يتحول الشغل المبذول في سحب القالب ضد الاحتكاك؟
3. لماذا تنفصل بعض الذرات عن السطح عندما يصبح ساخنًا جدًا، وكيف يرتبط ذلك بتآكل الأجسام؟