Blokas ant trinties plokštumos: ramybės trinties ribos paieška

1 · Spėk

Blokas guli ant fiksuotos 30° plokštumos, laikomas ramybės trinties. Jei sumažinsi trintį tarp bloko ir plokštumos, ar jis pradės slysti — ir kuriuo momentu?

Galioja dvi taisyklės iš eilės. Blokas laikosi bet kokiems μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58, nepriklausomai nuo masės — o vos paleidus, greitį lemia μk, ne μs.
Blokas slys vis truputį daugiau kiekvieną kartą sumažinus μs, net kai μs vis dar viršija tan(30°) — trintis tiesiog pamažu silpnėja.
Sunkesniam blokui reikia mažesnio μs, kad pradėtų slysti, nei lengvesniam — masė taip pat veikia ribą.

2 · Paruošk

Atidaryk Trinties plokštumos eksperimentą. Pastebėk fiksuotą plokštumos pasvirimo kampą (30°) ir ant jos gulintį bloką, šiuo metu laikomą trinties.
Naudodamas Savybių skydą (arba bendrinamą nuorodą) nustatyk bloko ramybės (μs) ir judėjimo (μk) trinties koeficientus šiam bandymui. Laikyk μk ≤ μs — programa tai primeta, nes paviršius ramybėje negali laikyti silpniau nei slysdamas. Masė lieka fiksuota.
Paleisk simuliaciją keletą sekundžių ir skaityk bloko greitį iš zondo. Užsirašyk, ar jis liko rimtyje, ar pradėjo slysti.

3 · Rink duomenis

Bloko masė (kg)	Ramybės trintis (μs)	Judėjimo trintis (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

Braižyk Gravitacijos jėgą išilgai plokštumos (y ašis) prieš Bloko masę (x ašis) visiems penkiems bandymams. Ar ryšys tiesė? Ką reiškia nuolydis? Trys eilutės naudoja tą pačią masę — ar jos taip pat dalijasi tą pačią varančiąją jėgą?

4 · Analizuok

Kiekvienai eilutei apskaičiuok tan(30°) ir palygink su savo μs reikšme. Ar tas palyginimas prognozuoja, ar blokas lieka rimtyje?
1–2 eilutės laikosi; 3–5 slys trimis skirtingais tempais. Paaiškink, kodėl masė iškrenta iš ABIEJŲ — ramybės trinties sąlygos ir slydimo pagreičio — nors šios eilutės naudoja tris skirtingas mases.

5 · Išplėsk

Yra du būdai priversti bloką paleisti: sumažinti jo μs, kol kris žemiau tan(30°) ≈ 0.577, arba pastatyti plokštumą, kol kampas peržengs atan(μs) ≈ 35°. Išbandyk abu. Ar tai tikrai ta pati sąlyga, užrašyta dviem būdais?
Turistinio bato padas ir lygus dėvėtas batas turi labai skirtingus μs ant to paties šlapy tako. Remdamasis šiuo eksperimentu paaiškink, kodėl vienas yra kur kas saugesnis stačiame šlaite už kitą.

Fizika už šio eksperimento

Gravitacijos sandas išilgai plokštumos

F = m·a pritaikius su a = g sin θ duoda bloko svorio dalį, tempiančią jį žemyn šlaitu. Ramybės trintis turi ją atšaukti visą, kad blokas liktų vietoje; blokui slystant, judėjimo trintis atšaukia tik jos dalį.

Judėjimo trinties jėga

Blokui iš tikrųjų slystant, trintis nustoja būti riba ir tampa apibrėžta jėga: f = μk·m·g·cos θ, kur μk yra JUDĖJIMO trinties koeficientas. Ji atimama iš gravitacijos sando išilgai šlaito, tad blokas įgauna pagreitį g(sin θ − μk·cos θ), o ne be trinties g·sin θ. Masė iš to reiškinio iškrenta visiškai — todėl žemiau esančios slydimo eilutės nuo jos nepriklauso.

← Grįžti prie eksperimento

Mechanika

138 nemokami spausdinami fizikos darbo lapai