Σώμα σε ράμπα τριβής: Εύρεση κατωφλίου στατικής τριβής

1 · Πρόβλεψε

Ένα σώμα κάθεται σε σταθερή ράμπα 30°, συγκρατούμενο αυτή τη στιγμή από στατική τριβή. Αν μειώσεις την τριβή μεταξύ σώματος και ράμπας, θα αρχίσει να ολισθαίνει — και σε ποιο σημείο;

• Ισχύουν δύο κανόνες με τη σειρά. Το σώμα κρατιέται για οποιοδήποτε μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58 ανεξαρτήτως μάζας — και μόλις αφεθεί, είναι το μk, όχι το μs, που ορίζει πόσο γρήγορα επιταχύνει.
• Το σώμα θα γλιστράει λίγο περισσότερο κάθε φορά που μειώνεις το μs, ακόμη όταν το μs είναι ακόμη πάνω από tan(30°) — η τριβή απλώς αποδυναμώνεται σταδιακά.
• Ένα βαρύτερο σώμα χρειάζεται χαμηλότερο μs για να αρχίσει να ολισθαίνει από ένα ελαφρύτερο — η μάζα επηρεάζει και το κατώφλι.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή Τριβή σε ράμπα. Σημείωσε τη σταθερή γωνία κλίσης της ράμπας (30°) και το σώμα που κάθεται πάνω της, συγκρατούμενο αυτή τη στιγμή στατικά από τριβή.
2. Χρησιμοποίησε το πάνελ Ιδιότητες (ή κοινόχρηστο σύνδεσμο) για να ρυθμίσεις τους συντελεστές στατικής (μs) και κινητικής (μk) τριβής του σώματος για αυτή τη δοκιμή. Κράτα μk ≤ μs — η εφαρμογή το επιβάλλει, αφού μια επιφάνεια δεν μπορεί να πιάνει λιγότερο σε ηρεμία από όσο κατά την ολίσθηση. Η μάζα μένει σταθερή.
3. Τρέξε την προσομοίωση για λίγα δευτερόλεπτα και διάβασε την ταχύτητα του σώματος από τον αισθητήρα. Κατέγραψε αν παρέμεινε σε ηρεμία ή άρχισε να ολισθαίνει.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χάραξε τη Βαρυτική δύναμη κατά τη ράμπα (άξονας y) έναντι της Μάζας σώματος (άξονας x) για και τις πέντε δοκιμές. Είναι η σχέση ευθεία γραμμή; Τι αναπαριστά η κλίση; Τρεις γραμμές χρησιμοποιούν την ίδια μάζα — μοιράζονται και την ίδια κινητήρια δύναμη;

4 · Ανάλυση

1. Για κάθε γραμμή, υπολόγισε tan(30°) και σύγκρινέ το με την τιμή μs σου. Προβλέπει αυτή η σύγκριση αν το σώμα μένει σε ηρεμία;
2. Οι γραμμές 1–2 μένουν ακίνητες· οι γραμμές 3–5 ολισθαίνουν, σε τρεις διαφορετικούς ρυθμούς. Εξήγησε γιατί η μάζα εξαφανίζεται ΚΑΙ από τη συνθήκη στατικής τριβής ΚΑΙ από την επιτάχυνση ολίσθησης, παρότι αυτές οι γραμμές χρησιμοποιούν τρεις διαφορετικές μάζες.

5 · Επέκταση

1. Υπάρχουν δύο τρόποι να αφήσεις το σώμα να γλιστρήσει: μείωσε το μs του μέχρι να πέσει κάτω από tan(30°) ≈ 0.577, ή απότομισε τη ράμπα μέχρι η γωνία να ξεπεράσει atan(μs) ≈ 35°. Δοκίμασε και τα δύο. Είναι πραγματικά η ίδια συνθήκη γραμμένη με δύο τρόπους;
2. Το πέλμα ενός ορειβατικού μποτίου και ένα λείο σαλότι έχουν πολύ διαφορετικές τιμές μs στο ίδιο βρεγμένο μονοπάτι. Εξήγησε, με όρους αυτού του πειράματος, γιατί το ένα είναι πολύ πιο ασφαλές σε απότομη πλαγιά από το άλλο.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής