Mehhaanika
Hõõrdumise kaldpind
Jälgi, kuidas plokk paigal püsib — siis alanda selle statsionaarset hõõrdumist (μs), kuni see libiseb üle läve (μs = tan 30° ≈ 0,58).
Hõõrdumise kaldpind — interaktiivne Mehhaanika simulatsioon. Jälgi, kuidas plokk paigal püsib — siis alanda selle statsionaarset hõõrdumist (μs), kuni see libiseb üle läve (μs = tan 30° ≈ 0,58). Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.
Statsionaarne hõõrdumine kaldpinnal
Hõõrdumine seisab libisemisele vastu. Kaldpinnal jääb plokk paigale, kuni gravitatsiooni allamäge komponent ületab maksimaalse statsionaarse hõõrdumise.
Kriitiline nurk rahuldab tan θ = μ. Allpool seda nurka jääb plokk paigale; ülalpool libiseb. Selle eelseadistuse kaldpind on fikseeritud 30°-le; alanda ploki statsionaarse hõõrdumise tegurit (μs) Omaduste paneelis, kuni see langeb alla tan 30° ≈ 0,58, ja leia lävi.
- μₛ = tan θ_critical
- F_friction ≤ μₛ N
Uurimise kokkuvõte
Planeeri küsimus enne labori avamist
Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.
Juhtküsimus
Plokk asub fikseeritud 30° kaldpinnal, hoitud paigal statsionaarse hõõrdumise poolt. Kui alandad ploki ja kaldpinna vahel hõõrdumist, kas ta hakkab libisema — ja millisel hetkel?
Kaalutavad ennustused
- Kehtivad kaks reeglit järjekorras. Plokk peab mis tahes μs ≥ tan(30°) ≈ 0,58 korral, massist sõltumata — ja kui ta lahti lubab, on see μk, mitte μs, mis määrab, kui kiiresti ta kiireneb.
- Plokk libiseb iga μs alandamisega veidi rohkem, isegi kui μs on veel üle tan(30°) — hõõrdumine lihtsalt nõrgeneb järk-järgult.
- Raskem plokk vajab libisema hakkamiseks madalamat μs kui kergem — mass mõjutab lävi samuti.
Muutujate rollid
Mida sina sead:
- Ploki mass (kg)
- Paigalsehõõrdumine (μs)
- Libisemishõõrdumine (μk)
Mida sa mõõdad:
- Gravitatsioonijõud piki kaldpinda (N)
- Kiirus 1 s pärast (m/s)
Kuidas uurimustöö käib
- Ava hõõrdumise kaldpinna eelseadistus. Pane tähele kaldpinna fikseeritud kallakunurk (30°) ja sellel istuv plokk, praegu hõõrdumise poolt paigal hoitud.
- Kasuta Omaduste paneeli (või jagatud linki), et seada selle katse jaoks ploki statsionaarse (μs) ja kineetilise (μk) hõõrdumise tegurid. Hoia μk ≤ μs — rakendus seda nõuab, sest pind ei saa paigal vähem haakida kui libisemisel. Mass püsib fikseeritud.
- Jooksuta simulatsioon mõni sekund ja loe sondilt ploki kiirus. Kirjuta üles, kas ta jäi paigale või hakkas libisema.
Juhtiv võrrand
Gravitatsiooni komponent piki kaldpinda — F = m·a
F = m·a koos a = g sin θ annab ploki raskuse osa, mis teda nõlval alla tõmbab. Statsionaarne hõõrdumine peab selle ploki paigalhoidmiseks täielikult tühistama; pärast libisemist tühistab kineetiline hõõrdumine ainult osa sellest.
Libisemishõõrdumise jõud — f_k = μ_k·m·g·cos θ
Kui plokk tõeliselt libiseb, lakkab hõõrdumine olemast lävi ja saab kindlaks jõuks: f = μk·m·g·cos θ, kus μk on KINEETILISE hõõrdumise tegur. See lahutatakse gravitatsiooni komponendist piki nõlva, seega plokk kiireneb kiirendusega g(sin θ − μk·cos θ) pigem kui hõõrdumata g·sin θ. Mass taandub sellest avaldisest täielikult — seepärast allpool olevad libisevad read sellest ei sõltu.
Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib
- Arvuta igas reas tan(30°) ja võrdle seda oma μs väärtusega. Kas see võrdlus ennustab, kas plokk jääb paigale?
- Read 1–2 jäävad paigale; read 3–5 libisevad kolmel erineval kiirusel. Selgita, miks mass taandub NII statsionaarse hõõrdumise tingimisest KUI libisemise kiirendusest, kuigi need read kasutavad kolme erinevat massi.
Kus see laborist kaugemale ilmneb
- Ploki lahtilaskmiseks on kaks viisi: alanda tema μs, kuni see langeb alla tan(30°) ≈ 0,577, või tee kaldpind järsemaks, kuni nurk ületab atan(μs) ≈ 35°. Proovi mõlemat. Kas need on tõesti sama tingimus kahel kujul?
- Matkasaapa tallal ja siledal ilusaabasil on sama märjal rajal väga erinevad μs väärtused. Selgita selle eksperimendi mõistes, miks üks on järskudel nõlvadel palju ohutum kui teine.
- 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
- Tere tulemast hõõrdumise kaldpinnale
- Vali plokk
- Vajuta Esita
- Leia kriitiline hõõrdumine
- Ava andmed
- Said hakkama!
Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.