Mecànica
Rampa amb fricció
Observa com el bloc es queda quiet — després baixa la fricció estàtica (μs) fins que llisqui passat el llindar (μs = tan 30° ≈ 0.58).
Rampa amb fricció — simulació interactiva de Mecànica. Observa com el bloc es queda quiet — després baixa la fricció estàtica (μs) fins que llisqui passat el llindar (μs = tan 30° ≈ 0.58). Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.
Fricció estàtica en una rampa
La fricció s'oposa al lliscament. En una rampa, el bloc es queda quiet fins que la component descendent de la gravetat supera la fricció estàtica màxima.
L'angle crític compleix tan θ = μ. Per sota d'aquell angle el bloc reposa; per sobre, llisca. La rampa d'aquest predefinit és fixa a 30°: baixa el coeficient de fricció estàtica del bloc (μs) al panell de Propietats fins que caigui per sota de tan 30° ≈ 0.58 i troba el llindar.
- μₛ = tan θ_critical
- F_friction ≤ μₛ N
Resum de la investigació
Planifica la pregunta abans d'obrir el laboratori
El resum reflecteix la pàgina prerenderitzada: la pregunta conductora, les prediccions rivals, els rols de les variables, les lleis que governen, la configuració, l'anàlisi i les preguntes d'extensió es mantenen visibles i en aquest ordre.
Pregunta conductora
Un bloc jeu en una rampa fixa de 30°, subjectat per la fricció estàtica. Si baixes la fricció entre el bloc i la rampa, començarà a lliscar? I en quin punt?
Prediccions a valorar
- S'apliquen dues regles en ordre. El bloc aguantat per qualsevol μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58, independentment de la massa; i un cop es deixa anar, és μk, no μs, el que fixa com d'accelera.
- El bloc relliscarà una mica més cada vegada que baixis μs, encara que μs sigui per sobre de tan(30°): la fricció simplement es debilita gradualment.
- Un bloc més pesant necessita un μs més baix per començar a lliscar que un de lleuger: la massa també afecta el llindar.
Rols de les variables
El que tu defines:
- Massa del bloc (kg)
- Fricció estàtica (μs)
- Fricció cinètica (μk)
El que tu mesures:
- Força gravitatòria al llarg de la rampa (N)
- Velocitat després d'1 s (m/s)
Com funciona la investigació
- Obre el predefinit de Rampa amb fricció. Anota l'angle fix de la rampa (30°) i el bloc que hi jeu, actualment immòbil per fricció.
- Fes servir el panell de Propietats (o un enllaç compartit) per definir els coeficients de fricció estàtica (μs) i cinètica (μk) del bloc d'aquesta prova. Mantén μk ≤ μs: l'aplicació ho imposa, perquè una superfície no pot agafar menys en repòs del que fa mentre llisca. La massa queda fixa.
- Executa la simulació uns segons i llegeix la velocitat del bloc a la sonda. Enregistra si s'ha quedat en repòs o ha començat a lliscar.
Equació governant
Component gravitatòria al llarg del pla — F = m·a
F = m·a aplicat amb a = g sin θ dóna la part del pes del bloc que l'estira pendent avall. La fricció estàtica l'ha de cancel·lar del tot perquè el bloc es quedi quiet; un cop el bloc llisca, la fricció cinètica només en cancel·la una part.
Força de fricció cinètica — f_k = μ_k·m·g·cos θ
Un cop el bloc llisca de debò, la fricció deixa de ser un llindar i esdevé una força definida: f = μk·m·g·cos θ, on μk és el coeficient de fricció CINÈTICA. Es resta de la component gravitatòria al llarg del pendent, de manera que el bloc acelera a g(sin θ − μk·cos θ) en lloc de la g·sin θ sense fricció. La massa desapareix completament d'aquesta expressió, i per això les files de lliscament de sota no en depenen.
El que el full imprimible demana treballar a l'alumne
- Per a cada fila, calcula tan(30°) i compara-ho amb el teu valor de μs. Aquesta comparació prediu si el bloc es queda en repòs?
- Les files 1–2 es queden quietes; les 3–5 llisquen a tres ritmes diferents. Explica per què la massa desapareix de TANTES la condició de fricció estàtica com de l'acceleració de lliscament, tot i que aquestes files fan servir tres masses diferents.
On apareix això més enllà del laboratori
- Hi ha dues maneres de fer deixar anar el bloc: baixar-ne el μs fins que caigui per sota de tan(30°) ≈ 0.577, o fer la rampa més pronunciada fins que l'angle passi atan(μs) ≈ 35°. Prova totes dues. Són realment la mateixa condició escrita de dues maneres?
- Una sola de bota de muntanya i una sabata llisa tenen valors de μs molt diferents al mateix camí mullat. Explica, en termes d'aquest experiment, per què una és molt més segura en un pendent pronunciat que l'altra.
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Force, mass, and motion
- Benvingut a Rampa amb fricció
- Selecciona el bloc
- Prem Reprodueix
- Troba la fricció crítica
- Obre les dades
- Ho has aconseguit!
Obre la simulació interactiva per construir l'escena, prem Reprodueix i explora amb mesures en directe i un tutorial guiat.
Obre el laboratori interactiu →
Descarrega el full de treball →