Тяло на рампа с триене: намиране на прага на триенето в покой

1 · Предскажи

Тяло седи на фиксирана рампа 30°, задържано от триенето в покой. Ако намалиш триенето между тялото и рампата, ще започне ли да се плъзга — и в какъв момент?

Прилагат се две правила по ред. Тялото се държи за всяко μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58, независимо от масата — а щом се пусне, μk, не μs, определя колко бързо ускорява.
Тялото ще се плъзга малко повече всеки път, когато намалиш μs, дори докато μs е още над tan(30°) — триенето просто отслабва постепенно.
По-тежко тяло се нуждае от по-ниско μs, за да започне да се плъзга от по-леко — масата също влияе на прага.

2 · Постановка

Отвори настройката рампа с триене. Отбележи фиксирования ъгъл на наклон (30°) и тялото, което седи на нея, задържано статично от триене.
Ползвай панела Свойства (или споделена връзка), за да зададеш коефициентите на триене в покой (μs) и при движение (μk) на тялото за този опит. Дръж μk ≤ μs — приложението го налага, защото повърхност не може да захваща по-слабо в покой, отколкото при плъзгане. Масата остава фиксирана.
Пусни симулацията за няколко секунди и прочети скоростта на тялото от сензора. Запиши дали е останало в покой или е започнало да се плъзга.

3 · Събери данни

Маса на тялото (kg)	Триене в покой (μs)	Триене при движение (μk)
1.00	0.90	0.40
2.00	0.70	0.40
3.00	0.50	0.40
2.00	0.50	0.30
2.00	0.50	0.20

Чертай гравитационната сила по рампата (ос y) спрямо масата на тялото (ос x) за всичките пет опита. Права ли е връзката? Какво представя наклонът? Три реда ползват същата маса — споделят ли и същата движеща сила?

4 · Анализирай

За всеки ред изчисли tan(30°) и сравни със стойността си μs. Предсказва ли това сравнение дали тялото остава в покой?
Редове 1–2 стоят; редове 3–5 се плъзгат с три различни скорости. Обясни защо масата изпада и от двете — условието за триене в покой и ускорението при плъзгане, макар тези редове да ползват три различни маси.

5 · Надгради

Има два начина да пуснеш тялото: намали μs, докато падне под tan(30°) ≈ 0.577, или изостри рампата, докато ъгълът мине atan(μs) ≈ 35°. Опитай и двата. Наистина ли са едно и също условие, записано по два начина?
Подметката на туристически ботуш и гладка вечерна обувка имат много различни μs на една и съща мокра пътека. Обясни, в термините на този експеримент, защо едната е много по-безопасна на стръмен склон от другата.

Физиката зад този експеримент

Компонента на гравитацията по наклона

F = m·a, приложено с a = g sin θ, дава частта от теглото на тялото, която го дърпа надолу по склона. Триенето в покой трябва да я отменя изцяло, за да стои тялото; щом се плъзга, триенето при движение отменя само част от нея.

Сила на триенето при движение

Щом тялото реално се плъзга, триенето спира да е праг и става определена сила: f = μk·m·g·cos θ, където μk е коефициентът на КИНЕТИЧНО триене. Тя се изважда от компонентата на гравитацията по склона, така че тялото ускорява с g(sin θ − μk·cos θ) вместо безтриеневото g·sin θ. Масата се съкращава изцяло от това выражение — затова плъзгащите се редове долу не зависят от нея.

← Назад към експеримента

Механика

138 безплатни работни листа по физика за печат