Plokk hõõrdumise kaldpinnal: statsionaarse hõõrdumise läve leidmine

1 · Ennusta

Plokk asub fikseeritud 30° kaldpinnal, hoitud paigal statsionaarse hõõrdumise poolt. Kui alandad ploki ja kaldpinna vahel hõõrdumist, kas ta hakkab libisema — ja millisel hetkel?

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.

2 · Seadista

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.

3 · Kogu andmeid

Ploki mass (kg)	Paigalsehõõrdumine (μs)	Libisemishõõrdumine (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

Joonista kõigi viie katse jaoks gravitatsioonijõud piki kaldpinda (y-telg) ploki massi (x-telg) suhtes. Kas seos on sirge? Mida tõus tähistab? Kolm rida kasutavad sama massi — kas nad jagavad ka sama ajamijõudu?

4 · Analüüsi

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.

5 · Laienda

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.

Selle eksperimendi füüsika

Gravitatsiooni komponent piki kaldpinda

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

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.

← Tagasi eksperimendi juurde

Mehhaanika

138 tasuta prinditavat füüsika töölehte