Blok na klančini s trenjem: iskanje praga trenja mirovanja

1 · Predvidi

Blok sedi na fiksni klančini 30°, trenutno držan na mestu s trenjem mirovanja. Če znižaš trenje med blokom in klančino, bo zdrsel — in pri kateri točki?

Veljata dve pravili po vrsti. Blok drži za vsak μs ≥ tan(30°) ≈ 0,58, ne glede na maso — in ko spusti, je μk, ne μs, tisti, ki določa, kako hitro pospešuje.
Blok bo zdrsel nekoliko bolj vsakič, ko znižaš μs, tudi ko je μs še nad tan(30°) — trenje se le postopoma slabša.
Težji blok potrebuje nižji μs za začetek drsenja kot lažji — masa vpliva tudi na prag.

2 · Pripravi

Odpri prednastavitev Klančina s trenjem. Zabeleži fiksni naklon klančine (30°) in blok na njej, trenutno držan mirno s trenjem.
S ploščo Lastnosti (ali deljeno povezavo) nastavi koeficienta trenja mirovanja (μs) in gibanja (μk) bloka za ta poskus. Drži μk ≤ μs — aplikacija to vsiljuje, ker površina v mirovanju ne more oprijemati manj kot med drsenjem. Masa ostaja fiksna.
Zaženi simulacijo za nekaj sekund in odčitaj hitrost bloka s sonde. Zabeleži, ali je ostal v mirovanju ali začel drseti.

3 · Zberi podatke

Masa bloka (kg)	Trenje mirovanja (μs)	Trenje gibanja (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

Nariši težnostno silo vzdolž klančine (os y) proti masi bloka (os x) za vseh pet poskusov. Je razmerje premica? Kaj predstavlja naklon? Tri vrstice imajo isto maso — ali imajo tudi isto pogonsko silo?

4 · Analiziraj

Za vsako vrstico izračunaj tan(30°) in primerjaj s svojo vrednostjo μs. Ali ta primerjava napoveduje, ali blok ostane v mirovanju?
Vrstici 1–2 mirujeta; vrstice 3–5 drsijo s tremi različnimi merami. Razloži, zakaj masa izpade iz OBEH pogojev — trenja mirovanja in pospeška drsenja — čeprav te vrstice uporabljajo tri različne mase.

5 · Razširi

Obstajata dva načina, da blok spusti: znižaj μs, dokler ne pade pod tan(30°) ≈ 0,577, ali poostrji klančino, dokler kot ne preseže atan(μs) ≈ 35°. Preizkusi oba. Sta res isto pogoj, zapisan na dva načina?
Podplat pohodniškega čevlja in gladek elegantni čevelj imata zelo različna μs na isti mokri stezi. Razloži z očmi tega poskusa, zakaj je eden na strmem pobočju precej varnejši od drugega.

Fizika za tem poskusom

Težnostna komponenta vzdolž klančine

F = m·a uporabljen s a = g sin θ da del teže bloka, ki ga vleče po pobočju dol. Trenje mirovanja ga mora popolnoma izničiti, da blok ostane na mestu; ko blok drsi, kinetično trenje izniči le del.

Sila trenja gibanja

Ko blok res drsi, trenje ni več prag, ampak določena sila: f = μk·m·g·cos θ, kjer je μk koeficient KINETIČNEGA trenja. Odšteje se od težnostne komponente vzdolž pobočja, tako da blok pospešuje z g(sin θ − μk·cos θ) namesto z g·sin θ brez trenja. Masa iz tega izraza popolnoma izpade, zato drseče vrstice spodaj niso odvisne od nje.

← Nazaj na poskus

Mehanika

138 brezplačnih natisljivih fizikalnih delovnih listov