اصطکاک: کاربرد استاتیک در طراحی ماشین

علت فیزیکی مقاومتی که اصطکاک در برابر حرکت سطوحی که روی یکدیگر می‌لغزند ایجاد می‌کند را می‌توان یا با فرض درهم‌قفل‌شدگی زبری‌های سطوح توضیح داد که نمی‌توان آنها را جدا کرد مگر اینکه تسلیم شوند یا بشکنند یا از روی برجستگی‌های یکدیگر بلند شوند؛ یا با این فرض که مولکول‌های سطوح دو صفحهٔ در تماس آنقدر به هم نزدیک هستند که چسبندگی ایجاد می‌کنند که برای ایجاد حرکت باید بر آن غلبه کرد؛ تنها آزمایش می‌تواند ما را قادر سازد تا واقعیت این علل مختلف را تعیین کنیم. —کولن، Théorie des Machines Simples (1779).

برای فصل حاضر، کاربرد اصول ایستایی را در حل تعدادی از مسائل برگرفته از زمینهٔ طراحی ماشین در نظر خواهیم گرفت.

تحلیل نیروهای درگیر در اعضای مختلف یک ماشین یکی از نخستین گام‌ها در طراحی هر ماشینی است، و خواهیم دید که اصول ایستایی، همان‌طور که در بالا بسط دادیم، نقش بسیار مهمی در این تحلیل نیرو ایفا می‌کنند.

در بسیاری از مسائلی که حل کرده‌ایم، بیان کرده‌ایم که نیروهای بین سطوح در تماس، عمود بر سطوح تماس هستند، یعنی واکنش‌ها بدون اصطکاک بوده‌اند. اکنون می‌خواهیم ماهیت واقعی این واکنش‌ها را دقیق‌تر بررسی کنیم و در تحلیل خود اثرات نیروهای اصطکاکی را که در تمام مسائل فیزیکی باید تا حدی وجود داشته باشند، بگنجانیم.

این نیروهای اصطکاکی گاهی اوقات عناصر نامطلوبی از یک موقعیت فیزیکی را نشان می‌دهند، زیرا با آنها اتلاف انرژی همراه خواهد بود. در مواقع دیگر ممکن است بخواهیم از نیروهای اصطکاکی بهره ببریم، مانند مورد ترمزها، کلاچ‌ها و برخی انواع سیستم‌های پیشران.