Blok na kosini s trenjem: traženje praga trenja mirovanja

1 · Predviđanje

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?

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.

2 · Postava

Otvori postav Kosina s trenjem. Zabilježi fiksni kut nagiba kosine (30°) i blok na njoj, trenutno držan trenjem u mirovanju.
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.
Pokreni simulaciju nekoliko sekundi i očitaj brzinu bloka sa sonde. Zabilježi je li ostao u mirovanju ili počeo kliziti.

3 · Prikupljanje podataka

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

Nacrtaj silu gravitacije duž kosine (y-os) naspram mase bloka (x-os) za svih pet pokušaja. Je li odnos pravac? Što predstavlja nagib? Tri retka koriste istu masu — dijele li i istu pogonsku silu?

4 · Analiza

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.

5 · Proširenje

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.

Fizika iza ovog pokusa

Komponenta gravitacije duž kosine

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

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.

← Natrag na pokus

Mehanika

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis