Mehanika

Kosina s trenjem

Gledaj kako blok ostaje na mjestu — a zatim smanji trenje mirovanja (μs) dok ne klizne preko praga (μs = tan 30° ≈ 0.58).

Kosina s trenjem — interaktivna simulacija: Mehanika. Gledaj kako blok ostaje na mjestu — a zatim smanji trenje mirovanja (μs) dok ne klizne preko praga (μs = tan 30° ≈ 0.58). Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.

Trenje mirovanja na kosini

Trenje se suprotstavlja klizanju. Na kosini blok ostaje na mjestu dok komponenta gravitacije niz padinu ne premaši maksimalno trenje mirovanja.

Kritični kut zadovoljava tan θ = μ. Ispod tog kuta blok miruje; iznad njega blok klizi. Kosina ovog postava fiksna je na 30°; smanji koeficijent trenja mirovanja bloka (μs) u ploči Svojstva dok ne padne ispod tan 30° ≈ 0.58 i pronađi prag.

• μₛ = tan θ_critical
• F_friction ≤ μₛ N

Sažetak istraživanja

Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij

Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.

Središnje pitanje

Blok stoji na fiksnoj kosini od 30°, trenutno držan trenjem mirovanja. Ako smanjiš trenje između bloka i kosine, hoće li početi kliziti — i u kojoj točki?

Predviđanja za odvagnuti

• Primjenjuju se dva pravila redom. Blok se drži za svaki μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58, bez obzira na masu — a jednom kad popusti, μk, a ne μs, određuje koliko brzo ubrzava.
• Blok će kliznuti malo više sa svakim smanjenjem μs, čak i dok je μs još iznad tan(30°) — trenje samo postupno slabi.
• Težem bloku treba niži μs za početak klizanja od lakšem — masa utječe i na prag.

Uloge varijabli

Što postavljaš:

• Masa bloka (kg)
• Trenje mirovanja (μs)
• Trenje klizanja (μk)

Što mjeriš:

• Sila gravitacije duž kosine (N)
• Brzina nakon 1 s (m/s)

Kako istraživanje teče

1. Otvori postav Kosina s trenjem. Zabilježi fiksni kut nagiba kosine (30°) i blok na njoj, trenutno držan trenjem u mirovanju.
2. Koristi ploču Svojstva (ili dijeljenu poveznicu) za postavljanje koeficijenata trenja mirovanja (μs) i klizanja (μk) bloka za ovaj pokušaj. Drži μk ≤ μs — aplikacija to nameće, jer površina ne može slabije hvatati u mirovanju nego tijekom klizanja. Masa ostaje fiksna.
3. Pokreni simulaciju nekoliko sekundi i očitaj brzinu bloka sa sonde. Zabilježi je li ostao u mirovanju ili počeo kliziti.

Odgovarajuća jednadžba

Komponenta gravitacije duž kosine — F = m·a

F = m·a primijenjeno s a = g sin θ daje dio težine bloka koji ga vuče niz padinu. Trenje mirovanja mora ga potpuno poništiti da blok ostane na mjestu; jednom kad blok klizi, trenje klizanja poništava samo dio.

Sila trenja klizanja — f_k = μ_k·m·g·cos θ

Kad blok stvarno klizi, trenje prestaje biti prag i postaje određena sila: f = μk·m·g·cos θ, gdje je μk koeficijent trenja KLIZANJA. Oduzima se od komponente gravitacije duž padine, pa blok ubrzava s g(sin θ − μk·cos θ) umjesto s g·sin θ bez trenja. Masa se iz tog izraza potpuno poništava, zato klizni redci dolje ne ovise o njoj.

Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade

• Za svaki redak izračunaj tan(30°) i usporedi sa svojom vrijednošću μs. Predviđa li ta usporedba je li blok u mirovanju?
• Redci 1–2 ostaju na mjestu; redci 3–5 klize, tri različite brzine. Objasni zašto masa ispada iz OBJE uvjeta — i iz trenja mirovanja i iz ubrzanja klizanja, iako ti redci koriste tri različite mase.

Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija

• Postoje dva načina da blok pusti: smanji μs dok ne padne ispod tan(30°) ≈ 0.577, ili pojačaj kosinu dok kut ne prijeđe atan(μs) ≈ 35°. Isprobaj oba. Jesu li doista isti uvjet zapisan na dva načina?
• Podplat planinarske čizme i glatka svečana cipela imaju vrlo različite vrijednosti μs na istoj mokroj stazi. Objasni, u terminima ovog pokusa, zašto je jedna mnogo sigurnija na strmoj padini od druge.

• 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

1. Dobro došli u kosinu s trenjem
2. Odaberi blok
3. Pritisni Pokreni
4. Pronađi kritično trenje
5. Otvori podatke
6. Uspjelo ti je!

Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.

Otvori interaktivni laboratorij →

Preuzmi radni list →

Drugi Newtonov zakon