ก้อนบนพื้นเอียงมีแรงเสียดทาน หาเกณฑ์แรงเสียดทานสถิต

1 · ทำนาย

ก้อนหนึ่งวางบนพื้นเอียง 30° คงที่ ถูกยึดไว้ด้วยแรงเสียดทานสถิต ถ้าลดแรงเสียดทานระหว่างก้อนกับพื้นเอียง ก้อนจะเริ่มไถลหรือไม่ — และที่จุดใด

• มีกฎสองข้อตามลำดับ ก้อนอยู่นิ่งสำหรับ μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58 ใด ๆ ไม่ขึ้นกับมวล — และเมื่อปล่อยตัวแล้ว μk ไม่ใช่ μs เป็นตัวกำหนดความเร่ง
• ก้อนจะไถลเพิ่มขึ้นทีละน้อยทุกครั้งที่ลด μs แม้ μs ยังสูงกว่า tan(30°) — แรงเสียดทานแค่อ่อนลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป
• ก้อนหนักต้องการ μs ต่ำกว่าก้อนเบาจึงจะเริ่มไถล — มวลกระทบเกณฑ์ด้วย

2 · จัดเตรียม

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ Friction Ramp สังเกตมุมเอียงคงที่ (30°) กับก้อนที่วางอยู่ ซึ่งถูกแรงเสียดทานยึดนิ่งไว้
2. ใช้แผงคุณสมบัติ (หรือลิงก์แชร์) ตั้งสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต (μs) และจลน์ (μk) ของก้อนสำหรับรอบนี้ รักษา μk ≤ μs — แอปบังคับไว้ เพราะพื้นผิวจับตอนหยุดนิ่งไม่ได้แย่กว่าตอนไถล มวลคงที่
3. รันการจำลองสองสามวินาทีแล้วอ่านอัตราเร็วก้อนจากโพรบ บันทึกว่านิ่งอยู่หรือเริ่มไถล

3 · เก็บข้อมูล

เขียนกราฟแรงโน้มถ่วงตามพื้นเอียง (แกน y) กับมวลก้อน (แกน x) จากทั้งห้ารอบ เป็นเส้นตรงหรือไม่ ความชันแทนอะไร สามแถวใช้มวลเดียวกัน — แรงขับเดียวกันด้วยหรือไม่

4 · วิเคราะห์

1. สำหรับแต่ละแถว คำนวณ tan(30°) แล้วเทียบกับค่า μs ของคุณ การเปรียบเทียบนั้นทำนายว่าก้อนจะนิ่งอยู่หรือไม่
2. แถว 1–2 อยู่นิ่ง แถว 3–5 ไถลด้วยอัตราสามแบบ อธิบายว่าเหตุใดมวลจึงหายไปจากทั้งเงื่อนไขแรงเสียดทานสถิตและความเร่งขณะไถล แม้แถวเหล่านี้ใช้มวลสามค่าต่างกัน

5 · ต่อยอด

1. มีสองวิธีให้ก้อนปล่อยตัว ลด μs จนต่ำกว่า tan(30°) ≈ 0.577 หรือทำพื้นเอียงชันจนมุมเกิน atan(μs) ≈ 35° ลองทั้งสองวิธี ทั้งคู่เป็นเงื่อนไขเดียวกันที่เขียนสองแบบจริงหรือ
2. พื้นรองเท้าเดินป่ากับพื้นรองเท้าหนังเรียบมีค่า μs ต่างกันมากบนเส้นทางเปียกเดียวกัน อธิบายในบริบทการทดลองนี้ว่าเหตุใดรองเท้าหนึ่งจึงปลอดภัยกว่ามากบนลาดชัน

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง