Mechanika
Równia z tarciem
Obserwuj, jak blok trzyma miejsce — a potem obniż jego tarcie statyczne (μs), aż prześlizgnie się za progiem (μs = tan 30° ≈ 0.58).
Równia z tarciem — interaktywna symulacja: Mechanika. Obserwuj, jak blok trzyma miejsce — a potem obniż jego tarcie statyczne (μs), aż prześlizgnie się za progiem (μs = tan 30° ≈ 0.58). Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Tarcie statyczne na równi
Tarcie przeciwstawia się ślizganiu. Na równi blok spoczywa, dopóki składowa grawitacji wzdłuż zbocza nie przekroczy maksymalnego tarcia statycznego.
Kąt krytyczny spełnia tan θ = μ. Poniżej tego kąta klocko pozostaje w spoczynku; powyżej klocko się ślizga. Pochylnia tego presetu jest ustalona na 30°; obniż współczynnik tarcia statycznego klocka (μs) w panelu właściwości, aż spadnie poniżej tan 30° ≈ 0.58, i znajdź próg.
- μₛ = tan θ_critical
- F_friction ≤ μₛ N
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Blok leży na równi o stałym kącie 30°, utrzymywany w miejscu tarciem statycznym. Jeśli zmniejszysz tarcie między blokiem a równią, zacznie się ślizgać — i w którym momencie?
Prognozy do rozważenia
- Obowiązują dwie reguły po kolei. Blok trzyma dla każdego μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58, niezależnie od masy — a gdy puści, to μk, nie μs, wyznacza, jak szybko przyspiesza.
- Blok będzie się ślizgał trochę bardziej przy każdym zmniejszeniu μs, nawet gdy μs wciąż jest powyżej tan(30°) — tarcie po prostu stopniowo słabnie.
- Cięższy blok potrzebuje niższego μs, by zacząć się ślizgać, niż lżejszy — masa też wpływa na próg.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Masa bloku (kg)
- Tarcie statyczne (μs)
- Tarcie kinetyczne (μk)
Co mierzysz:
- Siła grawitacji wzdłuż równi (N)
- Prędkość po 1 s (m/s)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset Równia z tarciem. Zanotuj stały kąt nachylenia równi (30°) i leżący na niej blok, utrzymywany w spoczynku tarciem.
- Użyj panelu Właściwości (albo udostępnionego linku), aby ustawić współczynniki tarcia statycznego (μs) i kinetycznego (μk) bloku dla tej próby. Utrzymuj μk ≤ μs — aplikacja tego pilnuje, bo powierzchnia nie może trzymać słabiej w spoczynku niż podczas ślizgania. Masa pozostaje stała.
- Uruchom symulację na kilka sekund i odczytaj prędkość bloku z sondy. Zapisz, czy pozostał w spoczynku, czy zaczął się ślizgać.
Równanie rządzące
Składowa grawitacji wzdłuż równi — F = m·a
Zastosowanie F = m·a z a = g sin θ daje składową ciężaru klocka ciągnącą go w dół pochylni. Tarcie statyczne musi ją całkowicie znosić, by klocko stał na miejscu; gdy klocko się ślizga, tarcie kinetyczne znosi tylko część.
Siła tarcia kinetycznego — f_k = μ_k·m·g·cos θ
Gdy klocko faktycznie się ślizga, tarcie przestaje być progiem i staje się określoną siłą: f = μk·m·g·cos θ, gdzie μk to współczynnik tarcia KINETYCZNEGO. Jest ono odejmowane od składowej grawitacji wzdłuż pochylni, więc klocko przyspiesza z g(sin θ − μk·cos θ) zamiast z beztarciowego g·sin θ. Masa z tego wyrażenia skraca się całkowicie — dlatego wiersze ślizgu poniżej od niej nie zależą.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla każdego wiersza oblicz tan(30°) i porównaj z wartością μs. Czy to porównanie przewiduje, czy blok pozostaje w spoczynku?
- Wiersze 1–2 trzymają miejsce; wiersze 3–5 się ślizgają, w trzech różnych tempach. Wyjaśnij, dlaczego masa wypada z WARUNKU tarcia statycznego i z przyspieszenia ślizgania, choć te wiersze używają trzech różnych mas.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Są dwa sposoby, by blok puścił: zmniejsz μs poniżej tan(30°) ≈ 0.577 albo ostrożnie zwiększ kąt równi ponad atan(μs) ≈ 35°. Wypróbuj oba. Czy to naprawdę ten sam warunek zapisany dwa razy?
- Podeszwa buta turystycznego i gładkiego półbuta mają bardzo różne μs na tej samej mokrej ścieżce. Wyjaśnij w kategoriach tego eksperymentu, dlaczego jeden jest znacznie bezpieczniejszy na stromym zboczu.
- 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
- Witamy w równi z tarciem
- Zaznacz blok
- Naciśnij Play
- Znajdź tarcie krytyczne
- Otwórz dane
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →