Blok na třecí rampě: hledání prahu statického tření

1 · Predikuj

Blok leží na pevné rampě 30°, držený na místě statickým třením. Když snížíš tření mezi blokem a rampou, začne klouzat — a v jakém okamžiku?

Platí dvě pravidla postupně. Blok drží pro jakékoli μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58 bez ohledu na hmotnost — a jakmile povolí, určuje rychlost zrychlení μk, ne μs.
Blok sklouzne o kousek víc při každém snížení μs, i když μs je stále nad tan(30°) — tření jen postupně slábne.
Těžší blok potřebuje nižší μs ke klouzání než lehčí — hmotnost taky ovlivňuje práh.

2 · Sestavení

Otevři předvolbu Třecí rampa. Poznamenej pevný sklon rampy (30°) a blok na ní, momentálně držený třením v klidu.
V panelu Vlastnosti (nebo sdíleným odkazem) nastav pro tento pokus součinitele statického (μs) a kinetického (μk) tření bloku. Drž μk ≤ μs — aplikace to vynucuje, protože povrch nemůže v klidu držet méně než při klouzání. Hmotnost zůstává pevná.
pusť simulaci pár sekund a odečti rychlost bloku ze sondy. Zapiš, zda zůstal v klidu, nebo začal klouzat.

3 · Sbírej data

Hmotnost bloku (kg)	Statické tření (μs)	Kinetické tření (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

Grafuj gravitační sílu podél rampy (osa y) proti hmotnosti bloku (osa x) pro všech pět pokusů. Je vztah přímka? Co představuje směrnice? Tři řádky používají stejnou hmotnost — sdílejí také stejnou hnací sílu?

4 · Analyzuj

Pro každý řádek spočti tan(30°) a porovnej se svou hodnotou μs. Predikuje toto srovnání, zda blok zůstane v klidu?
Řádky 1–2 zůstávají ležet; řádky 3–5 klouzou třemi různými rychlostmi. Vysvětli, proč hmotnost vypadává z PODMÍNKY statického tření i ze zrychlení při klouzání, i když tyto řádky používají tři různé hmotnosti.

5 · Rozšiř

Existují dvě cesty, jak blok pustit: snížit jeho μs pod tan(30°) ≈ 0.577, nebo zpříčit rampu, dokud úhel nepřejde atan(μs) ≈ 35°. Zkus obě. Je to opravdu tatáž podmínka napsaná dvěma způsoby?
Podešev turistické boty a hladká společenská bota mají velmi různé μs na té samé mokré stezce. Vysvětli ve smyslu tohoto experimentu, proč jedna je na strmém svahu mnohem bezpečnější než druhá.

Fyzika za tímto experimentem

Gravitační složka podél nakloněné roviny

F = m·a aplikované s a = g sin θ dává část tíhy bloku, která ho táhne po svahu dolů. Statické tření ji musí úplně vyrušit, aby blok zůstal ležet; jakmile blok klouže, kinetické tření vyruší jen její část.

Síla kinetického tření

Jakmile blok opravdu klouže, tření přestává být prahem a stává se určitou silou: f = μk·m·g·cos θ, kde μk je součinitel KINETICKÉHO tření. Odečítá se od gravitační složky po svahu, takže blok zrychluje g(sin θ − μk·cos θ) místo beztresného g·sin θ. Hmotnost se z toho výrazu úplně vykracuje, proto klouzavé řádky níže na ní nezávisí.

← Zpět na experiment

Mechanika

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky