Blok di atas Tanjakan Geseran: Mencari Ambang Geseran-Statik

1 · Ramal

Satu blok duduk di atas tanjakan tetap 30°, buat masa ini ditahan di tempat oleh geseran statik. Jika anda menurunkan geseran antara blok dan tanjakan, adakah ia mula meluncur -- dan pada titik yang mana?

Dua peraturan terpakai mengikut turutan. Blok itu bertahan untuk sebarang μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58, tanpa mengira jisim -- dan setelah ia lepas, μk, bukan μs, yang menetapkan betapa pantas ia memecut.
Blok itu akan tergelincir sedikit lagi setiap kali anda menurunkan μs, walaupun μs masih di atas tan(30°) -- geseran hanya menjadi lemah secara beransur.
Blok lebih berat memerlukan μs lebih rendah untuk mula meluncur berbanding yang lebih ringan -- jisim juga menjejaskan ambang.

2 · Susun

Buka praset Tanjakan Geseran. Perhatikan sudut kecengan tetap tanjakan (30°) dan blok yang duduk di atasnya, buat masa ini dipegang statik oleh geseran.
Gunakan panel Sifat (atau pautan kongsi) untuk menetapkan pekali geseran statik (μs) dan kinetik (μk) blok bagi percubaan ini. Kekalkan μk ≤ μs -- aplikasi menguatkuasakannya, kerana satu permukaan tidak boleh mencengkam kurang ketika rehat berbanding ketika meluncur. Jisim kekal tetap.
Jalankan simulasi selama beberapa saat dan baca laju blok daripada prob. Rekodkan sama ada ia kekal rehat atau mula meluncur.

3 · Kumpul Data

Jisim Blok (kg)	Geseran Statik (μs)	Geseran Kinetik (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

Grafkan Daya Graviti Sepanjang Tanjakan (paksi-y) melawan Jisim Blok (paksi-x) bagi kelima-lima percubaan. Adakah hubungannya garis lurus? Apa yang diwakili cerun? Tiga baris menggunakan jisim yang sama -- adakah mereka juga berkongsi daya pacuan yang sama?

4 · Analisis

Bagi setiap baris, kira tan(30°) dan bandingkan dengan nilai μs anda. Adakah perbandingan itu meramalkan sama ada blok kekal rehat?
Baris 1–2 kekal pegun; baris 3–5 meluncur, pada tiga kadar berbeza. Terangkan mengapa jisim tersingkir daripada KEDUA-DUANYA syarat geseran-statik dan pecutan meluncuran, walaupun baris ini menggunakan tiga jisim berbeza.

5 · Lanjutkan

Ada dua cara membuat blok itu melepaskan diri: turunkan μs sehingga ia jatuh di bawah tan(30°) ≈ 0.577, atau curamkan tanjakan sehingga sudut melepasi atan(μs) ≈ 35°. Cuba kedua-duanya. Adakah ia benar-benar syarat yang sama ditulis dua cara?
Tapak but pendakian dan kasut kulit licin mempunyai nilai μs sangat berbeza di atas denai basah yang sama. Terangkan, dari segi eksperimen ini, mengapa yang satu jauh lebih selamat di cerun curam daripada yang satu lagi.

Fizik di Sebalik Eksperimen Ini

Komponen Graviti Sepanjang Satah Condong

F = m·a digunakan dengan a = g sin θ memberikan sebahagian berat blok yang menariknya menuruni cerun. Geseran statik mesti membatalkannya sepenuhnya supaya blok kekal pegun; setelah blok meluncur, geseran kinetik hanya membatalkan sebahagiannya.

Daya Geseran Kinetik

Setelah blok benar-benar meluncur, geseran berhenti menjadi ambang dan menjadi daya pasti: f = μk·m·g·cos θ, dengan μk pekali geseran KINETIK. Ia ditolak daripada komponen graviti sepanjang cerun, jadi blok memecut pada g(sin θ − μk·cos θ) dan bukannya g·sin θ tanpa geseran. Jisim tersingkir sepenuhnya daripada ungkapan itu, sebab itulah baris meluncuran di bawah tidak bergantung padanya.

← Kembali ke eksperimen

Mekanik

138 Lembaran Kerja Makmal Fizik Boleh Cetak Percuma