نخستین وبسایت تربیت بدنی وعلوم ورزشی

betrool

نیرو؛ اصطحکاک

نيروى کششى و جاذبه که از طرف زمين بر اجسام وارد مى‌گردد وزن آن جسم خوانده مى‌شود. نيروهاى ديگرى هم هستند که اسم خاص براى آنها تعيين شده است يکى از اين نيروها نيرويى است که در موقع حرکت يک جسم بر روى جسم ديگر ظاهر مى‌گردد. اين نيرو هميشه مخالف و يا مانع بازدارندهٔ حرکت مى‌باشد که آن اصطحکاک مى‌ناميم.

 

در شرايط مختلف ماهيت اصطحکاک متفاوت است. دو نوع از انواع اصطحکاک را در اينجا مورد بررسى قرار مى‌دهيم:

 ۱. اصطحکاک در حرکت سُر خوردن

 ۲. اصطحکاک در حرکت غلتيدن

۳. اصطحکاک‌هاى چرخشى لغزنده از نوع بلبرينگ مى‌باشد که چون پيچيده است و مورد استفادهٔ زيادى در انجام‌ مهارت‌هاى ورزشى ندارد، از آن صرف‌نظر مى‌کنيم.

اصطکاک در حرکت غلتيدن

بازيکن باتجربه در فوتبال موقعى که وارد ميدان غيرعادى بازى مى‌شود (زمين گل‌آلود، برفي، خيس و غيره) ابتدا وضعيت زمين را کاملاً مطالعه و بررسى مى‌کند، زيرا ممکن است حتى نوع چمن و بلند و کوتاه بودن آن بر روى مهارت‌هاى او اثر گذارد. همين‌طور بازيکن هاکى و يا گلف که براى آنها موضوع غلتيدن توپ روى زمين بازى مطرح است، بازيکنان باتجربه قبل از شروع بازى آن را به دقت بررسى مى‌کنند.

 

بازيکنان در مثال‌هاى فوق چه اين کار را بکنند و چه نکنند با موضوع غلتيدن توپ روى زمين بازى مواجه هستند و بايد به مفهوم اين نوع از اصطکاک توجه داشته باشند به‌خصوص در شرايط غيرعادى که هم توپ و هم زمين مى‌تواند تغيير وضع و شکل دهد. با اينکه اين شرايط ممکن است خيلى محسوس نباشند ولى مى‌توانند موانعى را براى غلتيدن توپ روى زمين به‌وجود آورند.

 

تجارب ورزشى به ما نشان مى‌دهند که اثر اصطکاک غلتيدن به‌مراتب کمتر از اثر اصطکاک سُر خوردن مى‌باشد. ضريب اصطکاک سُر خوردن به‌طور عادى بين ۱/۰ تا ۰/۱ متغير است، در صورتى که مى‌دانيم ارزش عددى ضريب اصطکاک غلتيدن رقم کوچکى حدود ۰۰۱/۰ مى‌باشد و هرگاه اين ضريب به صفر برسد معناى آن اين است که سطح کاملاً صيقل شده است و هيچ‌گونه اصطکاکى وجود ندارد. به‌عبارت ديگر اصطکاک غلتيدن از نظر مقدار چيزى در حدود يک صدم تا يک‌هزارم اصطکاک سُر خوردن مى‌باشد.

 

مقدار اصطکاک غلتيدن به‌غير از ساير عوامل به

 - نوع و ماهيت و جنس توپ، سطحى که در عمل غلتيدن درگير است.

 - عکس‌العمل طبيعى

 

- به قطر توپ بستگى نير بستگى دارد. از اين سه عامل، اولى بيشتر از دو عامل ديگر در ورزش مورد توجه قرار مى‌گيرد. عموماً در شرايط عادى نمى‌توان کار چندانى در مورد اين عوامل انجام داد زيرا نوع و جنس توپ، زمين و نوع کف‌پوش توسط مقررات تعيين مى‌شود. اما آنچه مى‌توان در اين زمينه انجام داد اين است که در شرايط غيرعادى عوامل و شرايط اثرگذار را شناخت و براساس اين شناخت مبادرت به اجراء مهارت کرد. مثلاً چنانچه چمن زمين فوتبال بلند و خيس باشد در آن صورت اصطکاک غلتيدن زياد است و براى پاس‌هاى زمينى بايد اين موضوع را مدّنظر قرار داد و در نتيجه ضربه‌هاى وارد شده بر توپ را بر آن اساس تنظيم نمود و فن و يا مهارت موردنظر را عوض کرد. بنابراين فوتباليست و يا بازيکن هاکى در صورتى که در زمين چمن بلند بازى کند مى‌تواند از پاس‌هاى هوايى براى رساندن توپ به هم‌بازى خود به جاى پاس زمينى که احياناً به او نخواهد رسيد استفاده نمايد.

اصطکاک در حرکت سُر خوردن

اصطکاک موقعى در عمل خود را نشان مى‌دهد که حرکتى وجود داشته باشد. به‌طور مثال صفحهٔ وزنه‌اى را را که روى زمين قرار گرفته است در نظر بگيريد (شکل A). در اين حالت صفحهٔ وزنه تحت تأثير دو نيروى W و R قرار مى‌گيرد که اولى ناشى از وزن صفحه و دومى عکس‌العملى است که از طرف زمين بر آن وارد مى‌شود. تحت تأثير عملکرد اين دو نيرو صفحهٔ وزنه تمايلى براى سُر خوردن روى زمين نشان نمى‌دهد و بنابراين در اين حالت اصطکاکى وجود ندارد که در جهت مخالف حرکت عمل کند. حال چنانچه وزنه‌بردارى با پاى خود نيرويى به صفحهٔ وزنه وارد کند (شکل B) صفحهٔ وزنه روى زمين سُر مى‌خورد که در آن حالت اصطکاک به‌وجود آمده و در جهت مخالف حرکت صفحهٔ وزنه عمل مى‌کند.


اصطحکاک

نيروى اصطکاک در مقابل نيروهايى که باعث سُرخوردن يک جسم روى ديگرى مى‌شوند قرار مى‌گيرد.

يکى ديگر از ويژگى‌هاى اصطکاک آن است که تا زمانى که حرکت به‌وقوع نپيوسته است مقدار آن برابر با مقدار نيرويى است که براى حرکت جسم به‌کار رفته است به عبارت ديگر تا آن لحظه (لحظهٔ شروع حرکت) اصطکاک اثر نيروى حرکتى را منتفى کرده است و لذا عمل سُرخوردن ديده نمى‌شود. موقعى که اصطحاک از نظر مقدار به حد اعلاء خود مى‌رسد سُرخوردن عملاً در شرف وقوع است. براى روشن شدن اين مفهوم از بازيکن فوتبال آمريکايى که مشغول هل دادن مانع مى‌باشد استفاده مى‌کنيم (شکل C). فرض کنيم که حد اعلاء اصطکاک مانع برابر با ۱۲۵ کيلوگرم باشد. هرگاه بازيکن فوتبال نيروى افقى برابر با ۹۰ کيلوگرم بر مانع وارد کند مقدار نيروى اصطکاک نيز برابر با ۹۰ کيلوگرم خواهد بود و مانع در جهت افقى سُر نخواهد خورد. چنانچه فوتباليست نيروى افقى وارد شده را زياد کرده، و به ۱۲۵ کيلوگرم برساند باز ملاحظه مى‌کنيم که مانع روى زمين سُر نخواهد خورد (شکل D) و سرانجام وقتى بازيکن نيروى وارد شده را يکي، دو کيلوگرم از مقدار ۱۲۵ کيلوگرم بيشتر مى‌کند آن وقت مانع شروع به سُرخوردن مى‌نمايد زيرا نيروى اصطکاک ديگر قادر نخواهد بود که نيروى افقى را کاملاً خنثى کند و در واقع به مجرد اينکه مانع شروع به لغزيدن روى زمين بکند از حد اعلاء اصطکاک کاسته خواهد شد.


اصطحکاک

تا زمانى که لغزيدن قريب‌الوقوع است، با افزايش نيروهاى لغزشى نيروى اصطکاک نيز زياد مى‌شود. موقعى که نيروهاى لغزشى بيشتر از نيروى اصطکاک مى‌گردد جسم شروع به لغزيدن مى‌کند در اين لحظه نيروى اصطکاک از نظر مقدار کاهش پيدا مى‌کند.

در ورزش وضعيت‌هاى زيادى وجود دارند که ورزشکار سعى مى‌کند بين دو سطح اصطکاک بيشترى به‌وجود آورد و از عمل سُر خوردن جلوگيرى نمايد. دروازه‌بان در فوتبال دستکش مخصوصى به‌دست مى‌کند تا از سُر خوردن توپ در دست خود جلوگيرى به عمل آورد، ژيمناست دست‌هاى خود را قبل از انجام حرکت روى وسيلهٔ ورزشى به پودر منيزيم آغشته مى‌سازد تا بتواند ميله را محکم در دست خود نگه دارد و از سُر خوردن دست جلوگيرى نمايد. پرنده با نيزه از باندهاى چسبنده به همين منظور استفاده مى‌کند، کفش‌هاى بسکتبال طورى ساخته مى‌شوند که کف آنها روى کف‌پوش زمين سُر نخورد و حداکثر اصطکاک به‌وجود آيد.

 

گاهى نيز در ورزش ديده مى‌شود براى اجراء مهارت بايد اصطکاک را به حداقل رسانيد. مثلاً اسکى‌بازى را در نظر بگيريد که مى‌خواهد روى برف نکوبيده اسکى کند و از اين موضوع رنج مى‌برد زيرا سطح برف کاملاً صيقل‌زده نشده و اصطکاک موجود درآن مانع اجراء مهارت‌هاى مربوط به اسکى مى‌شود. بنابراين ملاحظه مى‌گردد که در مثال‌هاى فوق گاهى اوقات ورزشکار براى اجراء مهارت‌هاى ورزشى نياز به وجود اصطکاک دارد و در برخى مواقع اصطکاک را مانع کار خود مى‌بيند.

 

براى به‌دست آوردن اصطکاک مطلوب در ورزش موردنظر ورزشکاران سعى مى‌کنند تغييراتى روى سطح يک و يا هر دو جسم که روى هم مى‌لغزند بدهند (مانند کفش بسکتبال، استفاده از پودر منيزيم، واکس زدن به چوب‌هاى اسکى و غيره).

 

روش ديگر براى افزايش مقدار اصطکاک آن است که نيرويى را که دو سطح برخوردکننده را در مقابل هم قرار مى‌دهد افزايش دهيم. کوهنوردى را که در شکل F مشغول فرود مى‌باشد ملاحظه مى‌کنيد. براى اين منظور کوهنورد وضعيت بدن خود را از حالت نقطه‌چين به وضعيت خطوط پيوسته در مى‌آورد زيرا او مى‌داند هرقدر خود را از ديواره دور کرده و به عقب متمايل شود خط نيرويى که به‌وسيلهٔ طناب ايجاد شده است پاى او را محکم‌تر روى سنگ مى‌فشارد. بنابراين کوهنورد با اين عمل خود کمک مى‌کند تا دو سطح برخوردکننده (کف پاها و ديوارهٔ کوه) محکمتر يکديگر را بگيرند و شانس و احتمال سُر خوردن پاهاى کوهنورد از اين طريق کمتر مى‌شود. بنابراين هرقدر کوهنورد بيشتر بدن خود را به عقب متمايل کند، مقدار نيرويى که به‌وسيلهٔ طناب پاهاى او را بر روى ديواره کوه مى‌فشارد زيادتر مى‌گردد. اين افزايش نيرو هم در جهت و هم در مقدار نيروى حاصل مى‌باشد.


اصطحکاک

کوهنوردى را نشان مى‌دهد که در حال افزايش اصطحکاک بين پاها و صخره مى‌باشد. او اين کار را با خم شدن به عقب انجام مى‌دهد.

بازيکن فوتبال آمريکايى نيز با استفاده از همين روش مى‌تواند اصطکاک را کم و يا زياد کند، او مى‌تواند نيروى نگه‌دارندهٔ سطح دو جسم (مانع و زمين) را به‌وسيلهٔ راندن مانع به جلو و بالا کم کند در صورتى که اگر فقط مانع به جلو رانده شود اين عمل سخت‌تر انجام مى‌گردد. بازيکن از راه تجربه به زودى خود متوجه اين مطلب مى‌شود. اما مربى او براى افزايش مقدار اين نيرو راه حل ساده‌اى را مورد استفاده قرار مى‌دهد. او با ايستادن روى پايه مانع مى‌تواند نيروى اصطکاک را بيشتر کند.

 

از مثال‌هاى فوق‌الذکر به‌خوبى روشن مى‌شود که از دو طريق مى‌توان اصطکاک بين دو جسم را تغيير داد:

 

۱. به‌وسيلهٔ تغيير شکل ظاهرى سطح و يا سطوح برخوردکننده

 

۲. به‌وسيلهٔ تعويض نيروهايى که دو سطح را روى هم حفظ مى‌کند اين اطلاعات و يافته‌هاى علمى را مى‌توان در دو جمله به شرح زير خلاصه نمود. جملهٔ اول که گاهى اوقات به‌عنوان قانون اول اصطکاک مطرح مى‌شود چنين تعريف مى‌گردد:

 

براى دو سطح خشک، حد اعلاء اصطکاک مساوى با عکس‌العمل طبيعى ضرب در ضريب ثابتى مى‌باشد که ارزش عددى اين ضريب فقط بستگى به نوع و ماهيت سطوح برخوردکننده دارد به‌عبارت جبري:

 

F=ΠR

 

که در آن F = حد اعلاى اصطکاک، R = عکس‌العمل طبيعى و Π = ضريب ثابتى مى‌باشد که به‌عنوان ضريب حد اعلاء اصطکاک شناخته شده است و لذا چنانچه بازيکن فوتبال آمريکايى را در نظر بگيريم، هرگاه وزن مانع ۱۶۰ کيلوگرم و برابر با عکس‌العمل طبيعى مانع باشد و حد اعلاء اصطکاک برابر با ۱۲۸ کيلوگرم باشد، ضريب اصطکاک برابر با:

 

F=ΠR و Π =F/R =۱۲۸/۱۶۰=۰.۸

 

خواهد بود.

 

حال چنانچه بازيکن با هل دادن مانع به جلو و به بالا و يا به‌عبارت ديگر با بلند کردن قسمتى از مانع از زمين وزن مانع را که به‌وسيلهٔ قرار گرفتن آن روى زمين تعيين شده است کم کند در نتيجه با اين عمل خود از عکس‌العمل طبيعى مانع کاسته است. بازيکن با اين عمل خود حد اعلاء اصطکاک را نيز کم کرده است. هرگاه از ارزش عددى عکس‌العملى طبيعى ۴۴ کيلوگرم کم شده باشد کاهش حد اعلاء اصطکاک به اندازهٔ ۸/۰ اين مقدار است.

 

F=ΠR F=۰.۸×۱۱۶ و F= ۹۲.۸

 

Fکيلوگرم ۳۵.۲=۹۲.۸-۱۲۸ مقدار کاهش

 

تذکر:

 

(در به‌کار بردن اين مثال بايد فرض کرد که پايهٔ مانع و سطح چمن دو سطح خشک مى‌باشند).

 

يکى از وجوه اهميت معادلهٔ F=ΠR آن است که به ما نشان مى‌دهد که حد اعلاء اصطکاک به مقدار سطح برخورد بين دو جسم هيچ‌گونه وابستگى ندارد. بنابريان هرگاه کليهٔ شرايط ديگر مساوى باشند شخصى که از سراشيبى تند و لغزنده‌اى پايين مى‌آيد شمارهٔ کفش او چه ۴۰ و چه ۴۴ باشد تفاوتى در احتمال لغزيدن او وجود نخواهد داشت.

 

جملهٔ دوم عملاً مشابه جملهٔ اول است و مقدار اصطکاک را در حالى که جسم در حالى که جسم در حال سُرخوردن است مورد توجه قرار مى‌دهد و معادلهٔ جبرى آن به‌صورت زير مى‌باشد:

 

Fs=ΠsR

 

که در آن Fs = اصطکاک سُرخوردن، R = عکس‌العمى طبيعى مانند قبل و Πs = ضريب اصطکاک در حال سُرخوردن مى‌باشد که در هر حالت مقدار آن از ضريب حد اعلاء اصطکاک کمتر است. اين مطلب با تجارب روزانه ما کاملاً مطابقت دارد زيرا پيوسته تجربه کرده‌ايم که حفظ حرکت جسم لغزنده راحت‌تر از شروع حرکت لغزيدن انجام مى‌شود.

 

مقالات بیشتر در مبحث نیرو:

نیرو

قوانین نیوتن

ضربه

Back to top
ردیاب آنلاین خودرو ردیاب خودرو