חיכוך

במכניקה, חיכוך הוא כוח הפועל באזור המגע של שני גופים הנמצאים במגע זה עם זה, ופועל באופן שמתנגד לתנועה יחסית בין הגופים, או לנטייה לתנועה כזו. הכוח נוצר כאשר על שני הגופים פועלת מערכת של שני כוחות ניצבים זה לזה: כוח ניצב לשטח המגע, הלוחץ את הגופים זה לזה (כוח שנוצר בדרך כלל כתגובה לכוח הכובד), וכוח נוסף, הפועל על אחד הגופים במקביל לאזור המגע. כוח החיכוך הוא למעשה כוח תגובה לכוח המקביל, והפוך לכיוון תנועת הגוף. גודלו המרבי של כוח החיכוך תלוי בגודל הכוח הניצב ובסוג החומר ממנו עשויים שני הגופים.
לחיכוך יש השלכות טכנולוגיות רבות, והמדע העוסק בחקר החיכוך, השחיקה והשימון נקרא טריבולוגיה (Tribology).

סימון

באופן כללי כוח החיכוך מסומן כך:

כאשר האות F הגדולה מציינת שמדובר בכוח והאות f הקטנה היא קיצור של המילה חיכוך באנגלית - Friction.
ישנם מספר סוגים של כוחות חיכוך. כאשר רוצים להתייחס לכוח חיכוך ספציפי, מחליפים את האות הקטנה f, באות אחרת המייצגת את אותו הסוג.
לדוגמה: חיכוך סטטי - , חיכוך קינטי - .

השפעת מקדם החיכוך על עצמת כוח החיכוך

מתוך משוואת מקדם החיכוך ניתן לראות ש:
כלומר, כוח החיכוך מושפע מגודל מקדם החיכוך, כך שככל שמקדם החיכוך גדל כך גדל גם כוח החיכוך.

סוגי חיכוך

מבדילים בין סוגים שונים של תצורות בהן כוח החיכוך מופיע: חיכוך סטטי, חיכוך קינטי, חיכוך גלגול, גרר.

חיכוך קינטי

חיכוך קינטי (Kinetic friction) הוא כוח החיכוך בין גופים הנמצאים בתנועה אחד ביחס לשני.
כוח החיכוך הקינטי מקביל למשטח שמפעיל אותו על הגוף ומנוגד לכיוון התנועה.
גודלו של כוח החיכוך הקינטי שווה למקדם החיכוך הקינטי כפול הכוח הנורמלי שהמשטח מפעיל על הגוף. כלומר:
כתוצאה מכך, עצמתו של כוח החיכוך הקינטי קבועה לכל אורך תנועתו של הגוף על אותו המשטח (או על משטח אחר בעל מקדם חיכוך זהה), כל עוד אין שינוי בשיפוע (אשר יכול להשפיע על גודלו של הכוח הנורמלי).

חיכוך סטטי

חיכוך סטטי (Static friction) הוא כוח החיכוך בין שני גופים שאינם בתנועה זה יחסית לזה. החיכוך הסטטי גורם לגוף להישאר במקומו ומונע את החלקתו על המשטח.
כיוונו של כוח החיכוך הסטטי הוא בניגוד לכיוון של התנועה הפוטנציאלית ובמקביל למשטח.
גודלו של כוח החיכוך הסטטי אינו קבוע, משום שהוא תלוי בגודלו של הכוח החיצוני המופעל על הגוף.
עיקרון ההתמד המבוסס על חוקי התנועה של ניוטון, קובע שכאשר שקול הכוחות על גוף שווה לאפס לגוף לא תהיה תאוצה. כלומר: אם  אז .
כאשר אין תאוצה אין שינוי במהירות. כאשר הגוף נמצא במנוחה המהירות הראשונית שלו היא אפס ואם אין שינוי במהירות כך היא תישאר. כלומר, כל עוד שקול הכוחות הפועל על הגוף הוא אפס הגוף הנח לא יזוז ממקומו. 
מכך אפשר להסיק גם שאם הגוף לא זז שקול הכוחות הפועלים עליו הוא אפס. לכן אם ידוע שפועל כוח חיצוני על הגוף שגודלו שונה מאפס והגוף אינו זז, ניתן להסיק שכוח החיכוך הסטטי פועל בעצמה שווה ובכיוון מנוגד, כך ש:
כדי שהגוף יישאר במנוחה כוח החיכוך הסטטי חייב להיות שווה בעצמתו לכוח החיצוני שאליו הוא יתנגד, אחרת סכום הכוחות לא יהיה אפס והגוף יזוז. משום שעל הגוף יכולים לפעול כוחות חיצוניים בעוצמות שונות, גודלו של כוח החיכוך הסטטי אינו קבוע.
ערכו המקסימלי של כוח החיכוך הסטטי הוא:
כל עוד הכוח החיצוני המופעל על הגוף קטן או שווה לכוח החיכוך הסטטי המקסימלי, הוא לא יוכל לגרום לתנועה והגוף יישאר במקום. במצב זה גודלו של כוח החיכוך הסטטי יהיה שווה לגודלו של הכוח החיצוני. אם הכוח החיצוני יהיה גדול יותר מכוח החיכוך הסטטי המקסימלי, הגוף יתחיל לנוע וכוח החיכוך שיופעל עליו במהלך התנועה יהיה קינטי (ולא סטטי).
כוח החיכוך הסטטי המקסימלי תמיד גבוה יותר מהחיכוך הקינטי. לכך שתי סיבות מכניות. אחת היא שבמהלך תזוזה בחיכוך, כלומר תחת חיכוך קינטי, קיימת שחיקה של החלקים הנוגעים של שני הגופים, מה שהופך אותם לחלקים יותר ומקטין את החיכוך, לעומת חיכוך סטטי, שבו אין שחיקה של הגופים. סיבה שנייה היא שבמהלך חיכוך קינטי אין זמן לכל השקיעות והבליטות בשני הגופים להתאים, כיוון שהגופים יתרחקו אחד מהשני לפעמים בהתאם לשקיעות והבליטות בהם, והכוח שלוחץ אותם לא יקרב אותם לגמרי אחד לשני מיידית אלא אם הוא אינסופי. בזמן שבו הגופים לא לחוצים לגמרי אחד לשני יפעל עליהם פחות חיכוך. בניגוד לכך, בחיכוך סטטי, לשני הגופים כנראה יהיה זמן להתאים את השקיעות והבליטות בהם. 
זוהי הסיבה לכך שיותר קשה להתחיל להזיז גוף העומד על משטח לא חלק מאשר להמשיך את תנועתו מרגע שהחל בה.

חיכוך בגלגול - חיכוך ללא החלקה וחיכוך עם החלקה

חיכוך גלגול הוא כוח החיכוך בין משטח ובין גוף עגול המתגלגל עליו. ישנם שני סוגי חיכוך בגלגול. חיכוך עם החלקה, וחיכוך ללא החלקה.
חיכוך ללא החלקה אינו מאבד אנרגיה מהמערכת, זהו החיכוך של גלגלי הרכב שלנו כשאנו מאיצים או מאטים בנהיגה רגילה. כאשר האוטו מחליק (למשל בעצירה פתאומית או בשחרור קלאץ' מהיר מדי) אז החיכוך יהיה חיכוך עם החלקה. בחיכוך עם החלקה אובדת אנרגיה.
אפשר להסתכל על הליכתנו כעל גלגול ללא החלקה. גופנו מתקדם, אך המגע בין כף הרגל לרצפה אינו מחליק (ולכן אינו מאבד אנרגיה).

גרר

גרר הוא כוח החיכוך הפועל על גוף הנמצא בתנועה בתוך נוזל או גז. בדרך כלל כוח הגרר פרופורציוני למהירות או למהירות בריבוע, ותלוי בגורמים כמו הצורה של המסה הנעה בזורם, צמיגות הזורם וכדומה.
במקרה הראשון, כוח הגרר פרופורציוני למהירות (תיאור זה מתאים לזורמים בצפיפות מסוימת) , כאשר  מהירות הגוף כפונקציה של הזמן, ו- הוא קבוע. במקרה כזה, משוואת התנועה של גוף הנופל נפילה חופשית תחת השפעת כוח החיכוך עם האוויר (חשוב לציין שלעיתים החיכוך עם האוויר פרופורציוני לריבוע המהירות, וזה תלוי בגובה ממנו נזרק הגוף) היא: . ניתן להציג את המשוואה כמשוואה דיפרנציאלית התלויה במהירות: . ניתן למצוא את פתרון המשוואה בשיטת גורם האינטגרציה, והוא נתון על ידי , כאשר  מתקבל מהצבת תנאי התחלה. כמו כן, על ידי אינטגרציה פעם אחת, נוכל למצוא גם את המיקום של הגוף:  כאשר  ו- מתקבלים מהצבת תנאי התחלה.
כוח זה הוא גם אחד הכוחות שעלולים לשבש אוסצילטור הרמוני.