فارسی
ماساژ اصطکاکی (Friction massage)
ماساژ اصطکاکی (Friction massage)
اصطکاک (Friction)
در این مقاله به شناخت اصطکاک (از دید فیزیکی) می‌پردازیم:
اصطکاک نیروی مقاومی است که در برابر حرکت اجسام از سطح به وجود می‌آید (نیرویی که در برابر حرکت نسبی سطوح جامد، لایه‌های سیال و عناصر مادی که روی هم می‌لغزند، مقاومت می‌کند). این نیرو فقط در خلاف جهت لغزش است و با لغزش اجسام مخالفت می‌کند. برای ایجاد لغزش در اجسام باید نیرویی بزرگ‌تر از نیروی اصطکاک در جهت حرکت، اعمال کرد (نیروی اصطکاک همواره بر حرکت مخالفت نمی‌کند.). اگر نیروی اصطکاک نباشد ماشین نمی‌تواند ترمز کند و راه رفتن روی زمین، حرکت دوچرخه و... غیر ممکن نمی‌باشد.
انواع اصطکاک (Types of friction)
1. اصطکاک خشک (Dry friction):
نیرویی است که با حرکت جانبی نسبی دو سطح جامد در تماس، مخالف است (هرگاه بین دو جسم ماده سومی مانند روغن، آب و.. وجود نداشته باشد، اصطکاک به وجود آمده را اصطکاکِ خشک می‌نامند.). اصطکاک خشک به اصطکاک ایستا (چسبندگی) بین سطوح غیر متحرک و اصطکاک جنبشی بین سطوح متحرک تقسیم می‌شود. به استثنای اصطکاک اتمی یا مولکولی، اصطکاک خشک عموماً از برهمکنش ویژگی‌های سطحی به وجود می‌آید که به نام اصطکاک شناخته می‌شوند. اصطکاک یک نیروی غیر محافظه کار است، کار انجام شده در برابر اصطکاک وابسته به مسیر است. در حضور اصطکاک، مقداری انرژی جنبشی همیشه به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود، بنابراین انرژی مکانیکی حفظ نمی‌شود.
اصطکاک خشک می‌تواند انواع مختلفی از ناپایداری‌ها را در سیستم‌های مکانیکی ایجاد کند که در غیاب اصطکاک رفتاری پایدار نشان می‌دهند. این ناپایداری‌ها ممکن است ناشی از کاهش نیروی اصطکاک با افزایش سرعت لغزش، انبساط مواد به دلیل تولید گرما در طول اصطکاک (ناپایداری‌های ترمو الاستیک) یا اثرات دینامیکی خالص لغزش دو ماده الاستیک (آدامز) باشد. -بی ثباتی مارتینز). دومی در ابتدا در سال 1995 توسط جورج جی آدامز و جوآئو آرمنیو کوریا مارتینز برای سطوح صاف کشف شد و بعداً در سطوح ناهموار دوره‌ای یافت شدند. به طور خاص، تصور می‌شود که ناپایداری‌های دینامیکی مرتبط با اصطکاک مسئول صدای جیغ ترمز و «آواز» چنگ شیشه‌ای هستند، پدیده‌هایی که شامل چسبندگی و لغزش هستند که به عنوان افت ضریب اصطکاک با سرعت مدل‌سازی می‌شوند.
یک مورد عملی مهم، خود نوسانی سیم‌های سازهای آرشه‌ای مانند ویولن، ویولن سل، گردی گوردی، ارهو و غیره است.
ناپایداری‌های اصطکاکی می‌توانند منجر به تشکیل الگوهای خود سازمان‌یافته جدید (یا "ساختارهای ثانویه") در سطح مشترک لغزنده شوند، مانند لایه‌های سه‌گانه تشکیل‌شده در محل که برای کاهش اصطکاک و سایش در مواد به اصطلاح، خود روان کننده استفاده می‌شوند.
2. اصطکاک سیال (Fluid friction):
اصطکاک بین لایه‌های یک سیال چسبناک را توصیف می‌کند که نسبت به یکدیگر در حال حرکت هستند. با حرکت جسم جامد بر سطح جسم جامدی دیگر، نیرویی موازی سطح تماس به هریک از دو جسم از طرف جسم دیگر، وارد می‌شود که نیروی اصطکاک جنبشی نام دارد. نیروی
اصطکاک جنبشی از برهمکنش بین دو سطحی که نسبت به هم متحرک می‌باشند و با هم تماس دارند به وجود می‌آید. جهت نیروی اصطکاک جنبشی در خلاف جهت حرکت جسم است. در اکثر اوقات نیروی اصطکاک ایستایی بزرگ‌تر از نیروی اصطکاک جنبشی است. طبق قانون اول نیوتن که قانون اینرسی هم نامیده می‌شود، جسم در حال سکون تمایل دارد در حالت سکون باقی بماند و چنانچه حرکت یکنواخت دارد به حرکت خود ادامه دهد. زمانی که به جسمی ساکن نیرو وارد می‌شود تا شروع به حرکت کند باید بر نیروی اینرسی و نیروی اصطکاک غلبه کرد؛ اما زمانی که جسم در حال حرکت یکنواخت و بدون شتاب است تنها غلبه بر نیروی اصطکاک وجود دارد، پس به نیروی کمتری نیاز خواهد بود؛ مانند راه رفتن بر روی زمین که علت آن اصطکاک جنبشی است.
اصطکاک سیال بین لایه‌های سیالی که نسبت به یکدیگر در حال حرکت هستند رخ می‌دهد. این مقاومت داخلی در برابر جریان، ویسکوزیته (Viscosity) نامیده می‌شود. در اصطلاحات روزمره، ویسکوزیته یک سیال، به عنوان "غلظت" آن توصیف می‌شود؛ بنابراین، آب "رقیق" است و ویسکوزیته کمتری دارد، در حالی که عسل " غلیظ" است و ویسکوزیته بالاتری دارد. هرچه سیال خاصیت لزجی کمتری داشته باشد، تغییر شکل یا حرکت آن آسان‌تر است. تمام سیالات واقعی (به جز اَبَر سیال‌ها) مقداری مقاومت در برابر برش دارند و بنابراین چسبناک هستند. برای اهداف آموزشی و توضیحی، استفاده از مفهوم یک سیال غیر لزج یا یک سیال ایدئال که در برابر برش مقاومتی ندارد و چسبناک نیست، مفید است.
3. اصطکاک روغن‌کاری شده یا تَر (Lubricated friction):
اصطکاک روغن‌کاری شده نوعی اصطکاک سیال است که در آن یک سیال دو سطح جامد را از هم جدا می‌کند. روان کاری تکنیکی است که برای کاهش سایش یک یا هر دو سطح در مجاورت نزدیک به یکدیگر با قرار دادن ماده‌ای به نام روان کننده بین سطوح استفاده می‌شود.
در بیشتر موارد بار اعمال شده توسط فشار ایجاد شده در سیال به دلیل مقاومت ویسکوز اصطکاکی در برابر حرکت سیال روان کننده بین سطوح حمل می‌شود. روان کاری کافی باعث می‌شود که تجهیزات بدون ساییدگی ملایم و بدون تنش یا تشنج بیش از حد در یاتاقان‌ها کار مداوم و روان تجهیزات را انجام دهند. هنگامی که روغن‌کاری از کار می‌افتد، فلز یا اجزای دیگر می‌توانند به طور مخرب روی یکدیگر ساییده شوند و باعث گرما و احتمالاً آسیب یا خرابی شوند.
4. اصطکاک پوستی (Skin friction):
جزئی از نیروی کشش است (نیروی مقاوم در برابر حرکت سیال در سراسر سطح بدن). اصطکاک پوستی از تعامل بین مایع و پوست بدن به وجود می‌آید و مستقیماً با ناحیه‌ای از سطح بدن که در تماس با مایع است، ارتباط دارد. اصطکاک پوست از معادله درگ پیروی می‌کند و با مجذور سرعت افزایش می‌یابد.
اصطکاک پوست در اثر کشش چسبناک در لایه مرزی اطراف جسم ایجاد می‌شود. دو راه برای کاهش اصطکاک پوست وجود دارد: روش اول این است که بدنه متحرک (مانند دست) را طوری شکل دهید که جریان صاف (هموار، روان و نرم) مانند ایرفویل* امکان پذیر باشد. روش دوم این است که تا حد امکان طول و سطح مقطع جسم متحرک (مانند دست) را کاهش دهید (جدول زیر).
*ایروفیل یا ماهیواره، هَوابُر یا اِیرفُویل (airfoil (American English) or aerofoil (British English)) نام شکل ویژه‌ای است که مقطع بال هواپیما یا برخی از تیغه‌های صنعتی مثل ملخ‌ها و پروانه‌ها دارند.
جسمی که این شکل را داشته باشد با حرکت در شاره‌ای مانند هوا یا آب (بر پایه اصل برنولی) نیروی برآر ایجاد می‌کند. عامل اصلی پرواز هواپیما همین شکل ماهیواره مقطع بال آن است که با حرکت در هوا و ایجاد نیروی برآری که بیشتر از نیروی وزن هواپیما (و در جهت مخالف نیروی وزن) است باعث پرواز هواپیما می‌شود.
چهار نیروی وارد بر هوابر:
1. مقاومت هوا (Drag)
2. بالا برنده (Lift)
3. جلو برنده (Thrust)
4. وزن (Weight)
5. اصطکاک داخلی (Internal friction):
اصطکاک داخلی نیروی مقاومت در برابر حرکت بین عناصر تشکیل دهنده یک ماده جامد است در حالی که تغییر شکل می‌یابد. تغییر شکل پلاستیک در جامدات یک تغییر غیر قابل 
برگشت در ساختار مولکولی داخلی یک جسم است. این تغییر ممکن است به دلیل (یا هر دو) نیروی اعمال شده یا تغییر دما باشد. تغییر شکل یک جسم را کرنش یا تنش (Strain) می‌گویند. نیروی ایجاد کننده آن استرس (Stress) نامیده می‌شود.
تغییر شکل الاستیک در جامدات تغییر قابل برگشت در ساختار مولکولی داخلی یک جسم است. استرس لزوماً باعث تغییر دائمی نمی‌شود. همان‌طور که تغییر شکل رخ می‌دهد، نیروهای داخلی با نیروی اعمال شده مخالفت می‌کنند. اگر تنش اعمال شده خیلی زیاد نباشد، این نیروهای متضاد ممکن است به طور کامل در برابر نیروی اعمال شده مقاومت کنند و به جسم اجازه دهند حالت تعادل جدیدی به خود بگیرد و با حذف نیرو به شکل اولیه خود بازگردد که به عنوان تغییر شکل الاستیک یا الاستیسیته (Elastic deformation or elasticity) شناخته می‌شود.
6. نیروی اصطکاک ایستایی (Static friction):
هرگاه به جسمی که بر یک سطح افقی در حالت سکون است نیروی افقی وارد شود و جسم حرکت نکند و در حال سکون باقی بماند، نشانگر آن است که برآیند نیروهای وارده بر آن صفر است. پس نیرویی به اندازه نیروی وارده، بر جسم وارد می‌شود که نیروی F را خنثی می‌کند. این نیرو، نیروی اصطکاک ایستایی نامیده می‌شود و از برهمکنش بین دو سطحی که نسبت به هم ساکن هستند و با هم در تماس‌اند به وجود می‌آید. اگر نیروی F را بزرگ‌تر کنیم به طوری که جسم در آستانه حرکت قرار گیرد، در این حالت نیروی اصطکاک در آستانه حرکت نامیده می‌شود که برابر با بیشینه نیروی اصطکاک ایستایی است.
نیروی در آستانه حرکت در یک نقطه اتفاق می‌افتد که مشخصه‌ای برای محاسبه ضریب اصطکاک ایستایی می‌باشد، چنانچه نیروی اعمالی به جسم بیشتر از حد آستانه حرکت شود ضریب اصطکاک جنبشی درگیر خواهد شد که مقدار آن از مقدار ایستایی کمتر است همچنین شتاب جسم در آستانه حرکت صفر می‌باشد.
f = μ N
هنگامی که سطوح در تماس نسبت به یکدیگر حرکت می‌کنند، اصطکاک بین دو سطح، انرژی جنبشی را به انرژی گرمایی تبدیل می‌کند (یعنی کار را به گرما تبدیل می‌کند). این ویژگی می‌تواند عواقب چشمگیری را مانند استفاده از اصطکاک ایجاد شده از مالش قطعات چوب به یکدیگر برای ایجاد آتش داشته باشد. هر زمان که حرکت همراه با اصطکاک اتفاق بیفتد، انرژی جنبشی به انرژی حرارتی تبدیل می‌شود، برای مثال هنگامی که یک سیال چسبناک به هم زده می‌شود. یکی دیگر از پیامدهای مهم بسیاری از انواع اصطکاک می‌تواند سایش باشد که ممکن است منجر به کاهش عملکرد یا آسیب به قطعات شود. اصطکاک (Friction) جزء علم تریبولوژی است.
اصطکاک در تأمین کشش (Traction) برای تسهیل حرکت در خشکی مطلوب و مهم است. اکثر وسایل نقلیه زمینی برای شتاب، کاهش سرعت و تغییر جهت به اصطکاک متکی هستند. کاهش ناگهانی کشش می‌تواند باعث از دست دادن کنترل و تصادف شود.
اصطکاک خود یک نیروی اساسی نیست. اصطکاک خشک از ترکیب چسبندگی بین سطحی، زبری سطح، تغییر شکل سطح و آلودگی سطح ناشی می‌شود. پیچیدگی این فعل و انفعالات، محاسبه اصطکاک از اصول اولیه را غیرعملی می‌سازد و استفاده از روش‌های تجربی برای تحلیل و توسعه نظریه را ضروری می‌سازد.
توضیح بیشتر درباره اصطکاک استاتیک (Static friction):
هنگامی که جرم حرکت نمی‌کند، جسم اصطکاک ایستا را تجربه می‌کند. با افزایش نیروی اعمال شده تا زمانی که شیء حرکت کند، اصطکاک افزایش می‌یابد. شیء، پس از حرکت، اصطکاک جنبشی را تجربه می‌کند که کمتر از حداکثر اصطکاک استاتیکی است.
اصطکاک ایستا اصطکاک بین دو یا چند جسم جامد است که نسبت به یکدیگر حرکت نمی‌کنند. به عنوان مثال، اصطکاک استاتیک می‌تواند مانع از لغزش یک جسم به پایین یک سطح شیب‌دار شود. ضریب اصطکاک استاتیکی که معمولاً به عنوان μs نشان داده می‌شود، معمولاً از ضریب اصطکاک جنبشی بالاتر است. قبل از اینکه یک جسم بتواند حرکت کند، باید نیروی اصطکاک ساکن با نیروی اعمالی غلبه کند.
نمونه‌ای از اصطکاک ایستا نیرویی است که از لغزش چرخ خودرو هنگام غلتش روی زمین جلوگیری می‌کند. حتی اگر چرخ در حرکت است، تکه‌ای از لاستیک که در تماس با زمین است نسبت به زمین ثابت است، بنابراین به جای اصطکاک جنبشی، ایستا است.
حداکثر مقدار اصطکاک استاتیک، زمانی است که حرکت قریب‌الوقوع می‌باشد، گاهی اوقات به عنوان اصطکاک محدود کننده نامیده می‌شود (Limiting friction)، اگرچه این اصطلاح به طور کلی استفاده نمی‌شود.
قوانین اصطکاک خشک (Laws of dry friction):
ویژگی‌های اولیه اصطکاک لغزشی یا جنبشی (Sliding or Kinetic) با آزمایش در قرون 15 تا 18 کشف شد و به صورت سه قانون تجربی بیان شد:
- قانون اول آمونتون: نیروی اصطکاک با بار اعمال شده نسبت مستقیم دارد.
- قانون دوم آمونتون: نیروی اصطکاک مستقل از ناحیه ظاهری تماس است.
- قانون اصطکاک کولن: اصطکاک جنبشی مستقل از سرعت لغزش است.
| نیروی اصطکاک (Friction force): همیشه در جهتی اعمال می‌شود که مخالف حرکت (برای اصطکاک جنبشی) یا حرکت بالقوه (برای اصطکاک استاتیک) بین دو سطح وجود دارد. |
7. اصطکاک جنبشی (Kinetic friction):
اصطکاک جنبشی که به عنوان اصطکاک دینامیکی (dynamic friction) یا اصطکاک لغزشی (sliding friction) نیز شناخته می‌شود، زمانی اتفاق می‌افتد که دو جسم نسبت به یکدیگر حرکت می‌کنند و به یکدیگر ساییده می‌شوند (مانند سورتمه روی زمین). ضریب اصطکاک جنبشی معمولاً به صورت μk نشان داده می‌شود و معمولاً کمتر از ضریب اصطکاک استاتیک برای همان مواد است.
مدل‌های جدید نشان می‌دهند که چگونه اصطکاک جنبشی می‌تواند بزرگ‌تر از اصطکاک استاتیک باشد. اکنون درک می‌شود که اصطکاک جنبشی، در بسیاری از موارد، به جای ناهمواری‌های به هم پیوسته، عمدتاً ناشی از پیوند شیمیایی بین سطوح است.
منشأ اصطکاک جنبشی در مقیاس نانو را می‌توان با ترمودینامیک توضیح داد. هنگام لغزش، سطح جدیدی در پشت یک تماس واقعی لغزشی تشکیل می‌شود و سطح موجود در جلوی آن ناپدید می‌شود. از آنجایی که تمام سطوح شامل انرژی سطح ترمودینامیکی هستند، باید برای ایجاد سطح جدید، کار صرف شود و انرژی به عنوان گرما در حذف سطح، آزاد می‌شود؛ بنابراین، نیرویی برای حرکت دادن قسمت پشتی تماس مورد نیاز است و گرمای اصطکاکی در جلو آزاد می‌شود.
زاویه اصطکاک:
برای کاربردهای خاص، تعریف اصطکاک استاتیک بر حسب حداکثر زاویه‌ای که یکی از آیتم‌ها قبل از آن شروع به لغزش می‌کند، مفیدتر است. به آن زاویه اصطکاک (Angle of friction or Friction angle) می‌گویند که به این صورت تعریف می‌شود:
tanθ = μs
که در آن θ زاویه افقی و μs ضریب استاتیک اصطکاک بین اجسام است. این فرمول همچنین می‌تواند برای محاسبه μs از اندازه گیری‌های تجربی زاویه اصطکاک استفاده شود.
انواع دیگر اصطکاک
مقاومت غلتشی (Rolling resistance):
مقاومت غلتشی نیرویی است که در برابر غلتش یک چرخ یا شیء دایره‌ای دیگر در امتداد یک سطح ناشی از تغییر شکل در جسم یا سطح، مقاومت می‌کند. به طور کلی نیروی مقاومت غلتشی کمتر از نیروی مربوط به اصطکاک جنبشی است. مقادیر معمولی برای ضریب مقاومت غلتشی 0.001 است. یکی از رایج‌ترین نمونه‌های مقاومت غلتشی، حرکت تایرهای وسایل نقلیه موتوری در جاده است، فرآیندی که گرما و صدا را به عنوان اثرهای جانبی تولید می‌کند. رول کردن در ماساژ به دو صورت انجام می‌شود، با دست و با ابزار.
اصطکاک ترمز (Braking friction):
هر چرخ مجهز به ترمز می‌تواند نیروی عقب انداز زیادی ایجاد کند که معمولاً به منظور کُند و متوقف کردن وسیله نقلیه یا قطعه‌ای از ماشین‌آلات دوار است. اصطکاک ترمز با اصطکاک غلتشی متفاوت است زیرا ضریب اصطکاک برای اصطکاک غلتشی کوچک است در حالی که ضریب اصطکاک برای اصطکاک ترمز با انتخاب مواد برای لنت ترمز، بزرگ طراحی شده است.
اثر تریبوالکتریک (Triboelectric effect):
مالش مواد غیر مشابه بر روی یکدیگر می‌تواند باعث ایجاد بار الکترواستاتیکی شود که در صورت وجود گازها یا بخارات قابل اشتعال می‌تواند خطرناک باشد. هنگامی که تجمع (بار) استاتیکی تخلیه می‌شود، انفجار می‌تواند در اثر احتراق مخلوط قابل اشتعال ایجاد شود.
اصطکاک کمربند (Belt friction)
اصطکاک تسمه یک ویژگی فیزیکی است که از نیروهای وارد بر تسمه پیچیده شده به دور یک قرقره، هنگامی که یک انتهای آن کشیده می‌شود، مشاهده می‌شود.. کشش حاصل که در هر دو انتهای تسمه عمل می‌کند را می‌توان با معادله اصطکاک تسمه مدل‌سازی کرد.
کاهش اصطکاک
1. استفاده از تجهیزات (Devices):
د
ستگاههایی مانند چرخ‌ها، بلبرینگ‌ها، رولربرینگ‌ها و بالشتک هوا یا انواع دیگر یاتاقان‌های سیال می‌توانند اصطکاک لغزشی را به نوع بسیار کوچک‌تری از اصطکاک غلتشی تبدیل کنند.
بسیاری از مواد ترموپلاستیک مانند نایلون، HDPE و PTFE معمولاً در یاتاقان‌های کم کننده اصطکاک استفاده می‌شوند.
2. روان کننده‌ها (Lubricants):
یک راه متداول برای کاهش اصطکاک استفاده از روان کننده‌ای مانند روغن، آب یا گریس است که بین دو سطح قرار می‌گیرد و اغلب ضریب اصطکاک را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد. علم اصطکاک و روان کاری را تریبولوژی (Tribology) می‌نامند. فن‌آوری روان کننده هنگامی رخ می‌دهد که روان کننده‌ها با کاربرد علم، به ویژه برای اهداف صنعتی یا تجاری ترکیب می‌شوند.
روان کننده‌ها برای غلبه بر اصطکاک، همیشه نباید مایعات رقیق، متلاطم یا جامدات پودری مانند گرافیت و تالک باشند. در روان کاری آکوستیک در واقع از صدا به عنوان روان کننده استفاده می‌کند. راه دیگر برای کاهش اصطکاک بین دو قسمت، قرار دادن نوسان در مقیاس میکرو بر روی یکی از قطعات است. در ماساژ نیز برای کاهش اصطکاک بین دست درمانگر و بدن مراجعه کننده از روغن استفاده می‌کنیم.
انرژی اصطکاک (Energy of friction)
طبق قانون بقای انرژی، هیچ انرژی‌ای در اثر اصطکاک از بین نمی‌رود، اگرچه ممکن است در سیستم مورد نظر از بین برود. انرژی از اشکال دیگر به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود.
منابع:
0 نظر