اصطکاک
اصطکاک \estekāk\، نیرویی مقاوم در برابر لغزش یا چرخش یک جسم صُلب روی جسم صُلب دیگر. نیروهای اصطکاک در هنگام پیاده‌روی جلو سُرخوردن را می‌گیرند؛ این نیروها مقاومت فراوانی در برابر لغزش پدید می‌آورند. برای نمونه، حدود 20٪ از توان موتور خودروها صرف غلبه بر نیروهای اصطکاک در اجزای متحرک آنها می‌شود.
سالها بر سر چیستی فرایندی که علت اصلی اصطکاک است، بحث و گفت‌وگو بود، اما امروزه می‌دانیم که نزدیک به 80٪ از نیروی اصطکاک ناشی از چسبندگی، و باقی‌ماندۀ آن ناشی از زبری سطوح است. هنگامی که دو سطح در تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند، میان آنها نقاط بسیاری پدید می‌آیند که به‌شدت به هم فشرده‌اند. این نقاط درهم‌تنیده که نقاط پیوند نامیده می‌شوند، در مقیاس خرد، با یکدیگر پیوندهای مولکولی تشکیل می‌دهند و این پیوندها در برابر حرکت جسم مقاومت می‌کنند. بنابراین، اگر جسم در حال حرکت باشد، این پیوندها پی‌درپی برقرار و شکسته می‌شوند و به این ترتیب انرژی هدر می‌رود.
عامل مهم دیگر اصطکاک، زبری است. نواحی زبر در تماس سطوح دو جسم، با هم درگیر می‌شوند و از حرکت یکدیگر جلوگیری می‌کنند. سهم زبری در اصطکاک نسبتاً کم است. با این حال، مواد سخت روی مواد نرم کندگی و شیار پدید می‌آورند که این فرایند موجب اتلاف انرژی و فرسایش جسم نرم می‌شود.
اگرچه اصطکاک با کاهش زبری کاهش می‌یابد، صاف‌شدن بیش‌از حد سطوح نیز، به‌علت افزایش اثر نیروهای الکتروستاتیکی بین اتمها، موجب افزایش اصطکاک می‌شود.
دو اصل تجربی ساده، اصطکاک در اجسام صلب لغزنده را توصیف می‌کند: نخست آنکه اندازۀ اصطکاک یک جسم تقریباً مستقل از مساحت سطح تماس آن است؛ برای نمونه، هنگامی که آجری را روی میزی بکشیم، چه آجر ایستاده باشد و چه خوابیده، نیروی اصطکاک یکسان است. دوم آنکه اصطکاک متناسب با وزن یا باری است که دو سطح را روی هم می‌فشرد؛ یعنی اگر 3 آجر را روی هم بگذاریم و روی میز بلغزانیم، نیروی اصطکاک آن 3 برابر نیرویی است که در لغزاندن یک آجر وجود دارد.
نسبت نیروی اصطکاک (F) به بار (L) ثابت است. این نسبت ثابت، که ضریب اصطکاک نام دارد، معمولاً با حرف یونانی μ (مو) نشان داده می‌شود. ضریب اصطکاک از نظر ریاضی به‌صورت رابطۀ μ=F / L بیان می‌شود. چون هم نیروی اصطکاک و هم بار در واحد نیرو (نیوتن) اندازه‌گیری می‌شوند، ضریب اصطکاک با عددی بدون بُعد مشخص می‌شود. مثلاً اندازۀ ضریب اصطکاک برای یک یا چند آجر که روی میز چوبی همواری کشیده شوند، نزدیک به 5 / 0 است؛ یعنی نیرویی برابر نصف وزن آجرها برای غلبه بر نیروی اصطکاک و به حرکت درآوردن آنها با سرعت ثابت لازم است. جهت نیروی اصطکاک مخالف جهت حرکت جسم لغزنده است.
اصطکاک میان دو جسم که نسبت به هم متحرک‌اند، مانند کتابی که روی میزی سُر می‌خورد یا ترمزهایی که چرخ را از حرکت بازمی‌ایستانند، اصطکاک جنبشی نامیده می‌شود، اما اصطکاک میان سطوحی که نسبت به یکدیگر حرکت ندارند، اصطکاک ایستایی نام دارد. مقدار این اصطکاک بین صفر، و کمترین نیروی لازم برای آغاز حرکت، تغییر می‌کند. نیروی لازم برای آغاز حرکت یا غلبه بر اصطکاک ایستایی، همیشه بزرگ‌تر از نیروی لازم برای تداوم حرکت یا غلبه بر اصطکاک جنبشی است.
اصطکاک غلتشی هنگامی رخ می‌دهد که چرخ، گوی یا غلتکی آزادانه روی سطحی بغلتد، همان‌گونه که در یاتاقان ساچمه‌ای (بُلبرینگ) یا یاتاقان غلتکی (رولِربرینگ) رخ می‌دهد.
یکی از عوامل ایجاد اصطکاک غلتشی، انرژی‌ای است که در تغییر شکل دو جسم درگیر با هم هدر می‌رود. حتى اگر گوی سختی روی سطح همواری بغلتد، گوی اندکی پهن می‌شود و سطح هموار نیز در نواحی تماس تا اندازه‌ای گود می‌گردد. تغییر شکل یا فشردگی برگشت‌پذیر که در بخش پیشین منطقۀ تماس گوی با سطح پدید می‌آید، مانعی برای حرکت است که هنگامی که هر دو جسم دوباره در بخش پسین منطقۀ تماسشان به شکل نخستِ خود بازمی‌گردند نیز کاملاً جبران نمی‌شود. اتلاف انرژی درونی در این حالت همانند اتلافی است که باعث می‌شود توپِ رهاشده پس‌از برخورد با زمین، تا همان ارتفاع پیشین بالا نیاید. عامل مهم دیگر نحوۀ جدا شدن نقاطی است که در اثر فشار به یکدیگر پیوند خورده‌اند. این نقاط در حرکات غلتشی بسیار آسان‌تر از حرکات لغزشی از یکدیگر جدا می‌شوند. ضریب اصطکاک لغزشی مـواد معمولاً 100 تـا 000‘1 برابر بزرگ‌تر از ضریب اصطکاک غلتشی آنها ست. از نظر تاریخی، این برتری در جایگزینی سورتمه با چرخ نمود یافته است.
کاهش مقدار اصطکاک در ماشینها، کارایی آنها را افزایش می‌دهد. هر اندازه اصطکاک کمتر شود، انرژی کمتری به‌شکل گرما هدر می‌رود؛ همچنین سر و صدا و فرسایش نیز کاهش می‌یابد. برای کاهش اصطکاک، معمولاً دو روش به کار می‌رود: روش نخست کاستن زبری دو سطح تماس است؛ برای نمونه، هنگام لغزاندن قطعه‌های چوب روی یکدیگر، سنباده‌زدن آنها از مقدار اصطکاک میانشان می‌کاهد. روش دوم بهره‌گیری از روان‌سازها، مانند روغن و گریس، است که با کاهش تماس بین سطوح زبر، اصطکاک را کم می‌کنند. ذرات روان‌ساز به‌سادگی روی یکدیگر می‌لغزند و به‌نحو چشمگیری اصطکاک بین سطوح را کاهش می‌دهند. روان‌سازها با کاهش اصطکاک، اتلاف انرژی به‌صورت گرما را کاهش می‌دهند و فرسایش سطوح دستگاه بر اثر اصطکاک را نیز کم می‌کنند.
اصطکاکی که در اثر حرکت جسم در درون یک شاره (مایع یا گاز) پدید می‌آید، اصطکاک شاره نام دارد. این اصطکاک میان جسم و شاره عمل می‌کند و مانع حرکت جسم می‌شود. این نیرو به شکل و ابعاد جسم و سرعت آن، و نیز گران‌روی شاره بستگی دارد. گران‌روی که معیاری برای اندازه‌گیری مقاومت شاره است، بستگی به نوع شاره دارد و از اصطکاک میان مولکولهای شاره سرچشمه می‌گیرد.
مآخذ
Americana, 2006; Britannica, 2010; Columbia, 6th edition; Encarta, 2009.