Klucis uz berzes slīpuma: miera berzes robežas atrašana

1 · Prognozē

Klucis sēž uz fiksēta 30° slīpuma, pašlaik noturēts ar miera berzi. Ja samazinsi berzi starp kluci un slīpumu, vai tas sāks slīdēt — un kurā brīdī?

Darbojas divi noteikumi pēc kārtas. Klucis noturas pie jebkura μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58, neatkarīgi no masas — un, kad tas atlaižas, ir μk, nevis μs, kas nosaka, cik ātri tas paātrinās.
Klucis slīdēs mazliet vairāk ar katru μs samazināšanu, pat kamēr μs vēl ir virs tan(30°) — berze vienkārši pakāpeniski kļūst vājāka.
Smagākam klucim vajag zemāku μs, lai sāktu slīdēt, nekā vieglākam — masa arī ietekmē robežu.

2 · Iestati

Atver berzes slīpuma eksperimentu. Ievēro slīpuma fiksēto slīpuma leņķi (30°) un uz tā sēdošo kluci, pašlaik berzes noturētu nekustīgu.
Izmanto Īpašību paneli (vai koplietojuma saiti), lai iestatītu kluča miera (μs) un slīdes (μk) berzes koeficientus šim mēģinājumam. Turi μk ≤ μs — lietotne to piespiež, jo virsma nevar satvert mazāk mierā nekā slīdēšanas laikā. Masa paliek fiksēta.
Palaid simulāciju dažas sekundes un nolasi kluča ātrumu no zondes. Ieraksti, vai tas palika mierā vai sāka slīdēt.

3 · Vāc datus

Kluča masa (kg)	Miera berze (μs)	Slīdes berze (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

Zīmē Gravitācijas spēku gar slīpumu (y ass) pret Kluča masu (x ass) visiem pieciem mēģinājumiem. Vai sakarība ir taisne? Ko apzīmē slīpums? Trīs rindas izmanto vienu un to pašu masu — vai tās arī dalās ar to pašu dzinošo spēku?

4 · Analizē

Katrai rindai izrēķini tan(30°) un salīdzini to ar savu μs vērtību. Vai šis salīdzinājums prognozē, vai klucis paliek mierā?
1.–2. rinda paliek uz vietas; 3.–5. rinda slīd ar trīs dažādiem ātrumiem. Izskaidro, kāpēc masa izkrīt no ABIEM — miera berzes nosacījuma un slīdēšanas paātrinājuma — kaut šīs rindas izmanto trīs dažādas masas.

5 · Paplašina

Ir divi veidi, kā likt klucim atlaidities: samazini tā μs, līdz tas krītas zem tan(30°) ≈ 0.577, vai padari slīpumu stāvāku, līdz leņķis pārsniedz atan(μs) ≈ 35°. Pamēģini abus. Vai tie patiešām ir viens un tas pats nosacījums divos pierakstos?
Pārgājienu zābaka zolei un glītai kurpes zolei ir ļoti atšķirīgas μs vērtības uz viena un tā paša slapta ceļa. Izskaidro šī eksperimenta terminos, kāpēc viens ir daudz drošāks uz stāvas nogāzes nekā otrs.

Fizika aiz šī eksperimenta

Gravitācijas sastādaļa gar slīpumu

F = m·a ar a = g sin θ dod kluča svara daļu, kas velk to lejup pa nogāzi. Miera berzei tā jāatceļ pilnīgi, lai klucis noturas; kad klucis slīd, slīdes berze atceļ tikai daļu no tās.

Slīdes berzes spēks

Kad klucis patiesi slīd, berze pārstāj būt robeža un kļūst par noteiktu spēku: f = μk·m·g·cos θ, kur μk ir SLĪDES berzes koeficients. To atņem no gravitācijas sastādaļas gar nogāzi, tāpēc klucis paātrinās ar g(sin θ − μk·cos θ), nevis berzes brīvo g·sin θ. Masa no šīs izteiksmes izkrīt pavisam — tāpēc slīdošās rindas zemāk no tās nav atkarīgas.

← Atpakaļ pie eksperimenta

Mehānika

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas