חיכוך סטטי וחיכוך קינטי.

שלב 1 מתוך 6

הגבול של החיכוך הסטטי

חיכוך סטטי פועל בין משטחים שלא מחליקים זה על זה. הוא מתאים את עצמו לכוח שמנסה להזיז, אבל רק עד גבול, שתלוי במשטחים ובכוח הנורמלי:

$f_s \le \mu_s N$⁠

$\mu_s$⁠ הוא מקדם החיכוך הסטטי, מספר בלי יחידות שתלוי בשני המשטחים: בערך $0.1$⁠ לקרח, $0.4$⁠ לעץ על עץ ו־$0.8$⁠ לגומי. אחיזת המשטח בסצנה היא $\mu_s$⁠.

על מדרון הגוש מחזיק כל עוד הרכיב שמושך במורד לא עובר את הגבול: $m g \sin\theta \le \mu_s\, m g \cos\theta$$m g \sin\theta \le$$\mu_s\, m g \cos\theta$⁠. מחלקים את שני האגפים ב־$m g \cos\theta$⁠:

$\tan\theta \le \mu_s$$\tan\theta \le$$\mu_s$⁠

הגוש מתחיל להחליק בזווית שהטנגנס שלה הוא $\mu_s$⁠. זה הסימן האדום על מד הזווית.

הלוח קבוע ב־$30^\circ$⁠, והמשטח הוא קרח, אז הגוש מחליק. חשבו מה הערך הקטן ביותר של $\mu_s$⁠ שמחזיק אותו במקום, ואז הגדילו את אחיזת המשטח ובדקו.

שלב 2 מתוך 6

גוש כבד יותר

בתנאי שמצאנו, $\tan\theta \le \mu_s$$\tan\theta \le$$\mu_s$⁠, אין מסה בכלל: היא הצטמצמה. עכשיו הלוח ב־$21^\circ$⁠ והמשטח עץ, $\mu_s = 0.4$⁠, והגוש של 1 kg מחזיק. נכפיל את המסה של הגוש. נבאו מה יקרה.

שלב 3 מתוך 6

חיכוך קינטי

כשהגוש כבר מחליק, החיכוך עליו הוא חיכוך קינטי. הוא כבר לא מתאים את עצמו: הוא קבוע, נגד כיוון ההחלקה, וגודלו

$f_k = \mu_k N$⁠

מקדם החיכוך הקינטי $\mu_k$⁠ קטן בדרך כלל מ־$\mu_s$⁠. לכן קשה יותר להתחיל להזיז ארון כבד מאשר להמשיך להזיז אותו. בסצנה $\mu_k$⁠ הוא שלושה רבעים מ־$\mu_s$⁠: לעץ, $\mu_k = 0.3$⁠.

עכשיו הלוח ב־$35^\circ$⁠, והגוש של 1 kg מחליק. חשבו את כוח החיכוך עליו. אחר כך בחרו פועל תחת הצגת הכוחות: התווית של החץ שבמעלה הלוח אומרת עכשיו חיכוך קינטי.

שלב 4 מתוך 6

במורד המדרון

לאורך הלוח פועלים על הגוש המחליק שני כוחות: הרכיב של המשקל במורד, $m g \sin\theta$⁠, והחיכוך הקינטי במעלה, $\mu_k\, m g \cos\theta$⁠. הכוח השקול הוא ההפרש ביניהם, והחוק השני נותן את התאוצה:

$a = \frac{m g \sin\theta - \mu_k\, m g \cos\theta}{m} = g\,(\sin\theta - \mu_k \cos\theta)$$a =$$\frac{m g \sin\theta - \mu_k\, m g \cos\theta}{m} =$$g\,(\sin\theta - \mu_k \cos\theta)$⁠

גם כאן המסה מצטמצמת. חשבו את התאוצה של הגוש במורד הלוח, ב־$35^\circ$⁠ ועם $\mu_k = 0.3$⁠.

שלב 5 מתוך 6

לבחור תאוצה

עכשיו הפוך: בוחרים את התאוצה ומחפשים את המדרון. הלוח ב־$20^\circ$⁠ והגוש מחזיק. שנו את זווית המדרון כך שהגוש יחליק בתאוצה של כ־2 m/s². התווית של החץ הירוק מראה את הכוח השקול, ובגוש של 1 kg המספר שלה שווה לתאוצה.

שלב 6 מתוך 6

לסיכום

• חיכוך סטטי מתאים את עצמו לכוח שמנסה להזיז, עד גבול: $f_s \le \mu_s N$⁠.
• על מדרון גוש מתחיל להחליק כש־$\tan\theta > \mu_s$⁠, בלי קשר למסה שלו.
• חיכוך קינטי פועל נגד ההחלקה, וגודלו קבוע: $f_k = \mu_k N$⁠, ובדרך כלל $\mu_k < \mu_s$⁠.
• גוש שמחליק במורד מדרון מאיץ ב־$a = g\,(\sin\theta - \mu_k \cos\theta)$$a =$$g\,(\sin\theta - \mu_k \cos\theta)$⁠, גם הוא בלי תלות במסה.