سطح مستوٍ عديم الاحتكاك

يُعدّ مفهوم السطح عديم الاحتكاك من كتابات غاليليو غاليلي . ففي كتابه "العلمان الجديدان" الصادر عام 1638 ، ^{[ 1 ]} قدّم غاليليو معادلةً تتنبأ بحركة جسمٍ ينزلق على سطحٍ مائل . استندت معادلته إلى تجاربه السابقة على الأجسام الساقطة سقوطًا حرًا. ^{[ 2 ]} مع ذلك، لم يستند نموذجه إلى تجارب على أجسامٍ تنزلق على سطحٍ مائل، بل إلى تصوره النظري للقوى المؤثرة على الجسم. فهم غاليليو ميكانيكا السطح المائل على أنها مزيج من متجهين أفقي ورأسي ؛ نتيجةً لتأثير الجاذبية على الجسم، والتي ينحرف مسارها بفعل ميل السطح. ^{[ 3 ]}

مع ذلك، لا تأخذ معادلات غاليليو الاحتكاك في الحسبان ، وبالتالي لا تتنبأ بدقة بنتائج التجارب العملية . ويعود ذلك إلى فقدان جزء من الطاقة عند تطبيق كتلة ما قوة عمودية غير صفرية على كتلة أخرى. لذا، ينبغي أن تكون السرعة والتسارع والمسافة المقطوعة المُلاحظة أقل مما تنبأ به غاليليو. ^{[ 4 ]} وتُفقد هذه الطاقة على شكل صوت وحرارة. مع ذلك، انطلاقًا من تنبؤات غاليليو بحركة جسم على سطح مائل في بيئة خالية من الاحتكاك، وضع الأساس النظري لتنبؤات تجريبية واقعية بالغة الأهمية. ^{[ 5 ]}

لا توجد أسطح عديمة الاحتكاك في العالم الحقيقي. مع ذلك، لو وُجدت، لكان من شبه المؤكد أن الأجسام الموجودة عليها ستتصرف تمامًا كما تنبأ غاليليو. على الرغم من عدم وجودها، إلا أنها ذات قيمة كبيرة في تصميم المحركات والطرق وحتى أحواض شاحنات السحب، على سبيل المثال لا الحصر. ^{[ 6 ]}

يمكن حساب تأثير الاحتكاك على جسم يتحرك على مستوى مائل على النحو التالي:

${\displaystyle F_{\mathrm {f} }=\mu _{\mathrm {k} }F_{\mathrm {N} },}$

أين${\displaystyle F_{\mathrm {f} }}$هي قوة الاحتكاك التي يمارسها الجسم والسطح المائل على بعضهما البعض، موازية لسطح السطح.${\displaystyle F_{\mathrm {N} }}$هي القوة العمودية التي يؤثر بها الجسم والمستوى على بعضهما البعض، والموجهة عمودياً على المستوى، و${\displaystyle \mu _{\mathrm {k} }}$هو معامل الاحتكاك الحركي . ^{[ 7 ]}

ما لم يكن المستوى المائل في فراغ ، فإن كمية صغيرة (عادة) من طاقة الوضع تُفقد أيضًا بسبب مقاومة الهواء .

• آلة أتوود
• بقرة كروية