Blok na rampe s trením: hľadanie prahu statického trenia

1 · Predikuj

Blok sedí na pevnej rampe 30°, držaný na mieste trením v pokoji. Ak znížiš trenie medzi blokom a rampou, začne sa kĺzať — a v ktorom bode?

Platia dve pravidlá porade. Blok drží pri každom μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58 bez ohľadu na hmotnosť — a keď sa pustí, je to μk, nie μs, čo určuje, ako rýchlo sa zrýchľuje.
Blok sa posunie o kúsok viac pri každom znížení μs, aj keď μs je stále nad tan(30°) — trenie len postupne slabne.
Ťažší blok potrebuje nižšie μs na rozkĺzanie než ľahší — hmotnosť ovplyvňuje aj prah.

2 · Priprav

Otvor predvolbu Rampa s trením. Poznamenaj pevný uhol sklonu rampy (30°) a blok na nej, momentálne držaný v pokoji trením.
Použi panel Vlastnosti (alebo zdieľaný odkaz) na nastavenie súčiniteľov trenia v pokoji (μs) a v pohybe (μk) bloku pre tento pokus. Drž μk ≤ μs — aplikácia to vynucuje, pretože povrch nemôže pri pokoji držať menej než pri kĺzaní. Hmotnosť zostáva pevná.
Spusti simuláciu na pár sekúnd a prečítaj rýchlosť bloku zo sondy. Zaznamenaj, či zostal v pokoji, alebo sa rozkĺzal.

3 · Zbieraj údaje

Hmotnosť bloku (kg)	Trenie v pokoji (μs)	Trenie v pohybe (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

Zaznamenaj gravitačnú silu pozdĺž rampy (os y) verzus hmotnosť bloku (os x) pre všetkých päť pokusov. Je závislosť priamka? Čo predstavuje sklon? Tri riadky používajú rovnakú hmotnosť — zdieľajú aj rovnakú hnaciu silu?

4 · Analyzuj

Pre každý riadok vypočítaj tan(30°) a porovnaj so svojou hodnotou μs. Predikuje toto porovnanie, či blok zostane v pokoji?
Riadky 1–2 zostávajú; riadky 3–5 sa kĺžu tromi rôznymi rýchlosťami. Vysvetli, prečo hmotnosť vypadáva z BOTH podmienky trenia v pokoji aj zrýchlenia kĺzania, hoci tieto riadky používajú tri rôzne hmotnosti.

5 · Rozšír

Existujú dva spôsoby, ako blok pustiť: zníž jeho μs pod tan(30°) ≈ 0.577, alebo spevni rampu, kým uhol neprejde atan(μs) ≈ 35°. Skús obe. Sú to naozaj rovnaká podmienka napísaná dvoma spôsobmi?
Podrážka turistickej obuvi a hladká spoločenská topánka majú veľmi odlišné μs na tej istej mokrej chodníku. Vysvetli v termínoch tohto experimentu, prečo jedna je oveľa bezpečnejšia na strmom svahu než druhá.

Fyzika za týmto experimentom

Zložka tiaže pozdĺž naklonenej roviny

F = m·a aplikované s a = g sin θ dáva časť tiaže bloku, ktorá ho ťahá po svahu nadol. Trenie v pokoji ju musí úplne vyrušiť, aby blok zostal; keď sa blok kĺže, trenie v pohybe vyruší len jej časť.

Sila trenia v pohybe

Keď sa blok naozaj kĺže, trenie prestáva byť prahom a stáva sa určitou silou: f = μk·m·g·cos θ, kde μk je súčiniteľ KINETICKÉHO trenia. Odráta sa od zložky tiaže pozdĺž svahu, takže blok sa zrýchľuje g(sin θ − μk·cos θ) namiesto beztrenej g·sin θ. Hmotnosť sa z výrazu úplne vyruší, prečo kĺzavé riadky nižšie na nej nezávisia.

← Späť na experiment

Mechanika

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky