Bloc pe rampă cu frecare: aflarea pragului de frecare statică

1 · Prezice

Un bloc stă pe o rampă fixă de 30°, ținut pe loc de frecarea statică. Dacă scazi frecarea dintre bloc și rampă, va începe să alunece — și în ce punct?

Două reguli se aplică la rând. Blocul rezistă pentru orice μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58, indiferent de masă — iar odată ce cedează, μk, nu μs, stabilește cât de repede accelerează.
Blocul va aluneca puțin mai mult de fiecare dată când scazi μs, chiar cât timp μs e încă peste tan(30°) — frecarea doar slăbește treptat.
Un bloc mai greu are nevoie de un μs mai mic pentru a începe să alunece decât unul mai ușor — masa afectează și pragul.

2 · Montaj

Deschide presetarea Rampa cu frecare. Notează unghiul fix al rampei (30°) și blocul de pe ea, ținut static de frecare.
Folosește panoul Proprietăți (sau un link partajat) pentru a seta coeficienții de frecare statică (μs) și cinetică (μk) ai blocului pentru această încercare. Păstrează μk ≤ μs — aplicația impune asta, pentru că o suprafață nu poate apuca mai puțin în repaus decât în alunecare. Masa rămâne fixă.
Rulează simularea câteva secunde și citește viteza blocului de pe sondă. Înregistrează dacă a rămas în repaus sau a început să alunece.

3 · Colectează date

Masa blocului (kg)	Frecare statică (μs)	Frecare cinetică (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

Grafic cu forța gravitației de-a lungul rampei (axa y) în funcție de masa blocului (axa x) pentru toate cele cinci încercări. Relația este o dreaptă? Ce reprezintă panta? Trei rânduri folosesc aceeași masă — au și aceeași forță de antrenare?

4 · Analizează

Pentru fiecare rând, calculează tan(30°) și compară cu valoarea ta μs. Prezice comparația asta dacă blocul rămâne în repaus?
Rândurile 1–2 rămân pe loc; rândurile 3–5 alunecă, cu trei rate diferite. Explică de ce masa dispare din AMBELE condiții — a frecării statice și a accelerației de alunecare — deși aceste rânduri folosesc trei mase diferite.

5 · Extinde

Există două moduri de a face blocul să cedeze: scade-i μs până coboară sub tan(30°) ≈ 0.577, sau fă rampa mai abruptă până când unghiul trece de atan(μs) ≈ 35°. Încearcă ambele. Sunt cu adevărat aceeași condiție scrisă în două feluri?
Talpa unei bocanci de drumeție și o pantof elegan neted au valori μs foarte diferite pe același traseu umed. Explică, în termenii acestui experiment, de ce unul e mult mai sigur pe o pantă abruptă decât celălalt.

Fizica din spatele acestui experiment

Componenta gravitației de-a lungul planului înclinat

F = m·a aplicat cu a = g sin θ dă partea din greutatea blocului care îl trage în josul pantei. Frecarea statică trebuie să o anuleze complet pentru ca blocul să rămână pe loc; odată ce blocul alunecă, frecarea cinetică anulează doar o parte din ea.

Forța de frecare cinetică

Odată ce blocul chiar alunecă, frecarea nu mai e un prag, ci o forță definită: f = μk·m·g·cos θ, unde μk este coeficientul de frecare CINETICĂ. Ea se scade din componenta gravitației de-a lungul pantei, deci blocul accelerează cu g(sin θ − μk·cos θ) în loc de g·sin θ fără frecare. Masa dispare complet din expresia asta — de aceea rândurile de alunecare de mai jos nu depind de ea.

← Înapoi la experiment

Mecanică

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit