Sürtünme Rampasındaki Blok: Statik Sürtünme Eşiğini Bulma

1 · Tahmin Et

Bir blok, halihazırda statik sürtünmeyle yerinde tutulan 30°'lik sabit bir rampanın üzerinde durmaktadır. Blok ile rampa arasındaki sürtünmeyi azaltırsanız, blok kaymaya başlayacak mı ve hangi noktada?

Sırayla iki kural işler. μs ≥ tan(30°) ≈ 0,58 olan her durumda blok, kütleden bağımsız olarak yerinde kalır — ve bir kez kurtulduğunda ne kadar hızlı ivmeleneceğini μs değil μk belirler.
μs hala tan'ın (30°) üzerinde olsa bile, μs'yi her indirdiğinizde blok biraz daha kayacaktır; sürtünme giderek zayıflar.
Daha ağır bir bloğun kaymaya başlamak için daha hafif bir bloktan daha düşük μs'ye ihtiyacı vardır; kütle de eşiği etkiler.

2 · Kurulum

Sürtünme Rampası ön ayarını açın. Rampanın sabit eğim açısına (30 °) ve üzerinde duran bloğun şu anda sürtünme nedeniyle statik tutulduğuna dikkat edin.
Bu deneme için blokun statik (μs) ve kinetik (μk) sürtünme katsayılarını Özellikler panelinden (veya paylaşılan bir bağlantıdan) ayarlayın. μk ≤ μs koşulunu koruyun — uygulama bunu zorunlu kılar, çünkü bir yüzey dururken kayarkenkinden daha az tutamaz. Kütle sabit kalır.
Simülasyonu birkaç saniye çalıştırın ve bloğun hızını probtan okuyun. Hareketsiz mi kaldığını yoksa kaymaya mı başladığını kaydedin.

3 · Veri Toplayın

Blok Kütlesi (kg)	Statik Sürtünme (μs)	Kinetik sürtünme (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

...üç satır aynı kütleyi kullanıyor — bunların eğim boyunca yerçekimi kuvveti de aynı mı?

4 · Analiz et

Her satır için tan(30°) değerini hesaplayın ve bunu μs değerinizle karşılaştırın. Bu karşılaştırma bloğun hareketsiz kalıp kalmayacağını öngörüyor mu?
1–2. satırlar yerinde kalır; 3–5. satırlar üç farklı hızla kayar. Bu satırlarda üç farklı kütle kullanılmasına rağmen kütlenin HEM statik sürtünme koşulundan HEM de kayma ivmesinden neden düştüğünü açıklayın.

5 · Uzat

...ya da rampa açısını atan(μs) ≈ 35°'yi geçene dek dikleştirmek.
Bir yürüyüş botu tabanı ve pürüzsüz bir elbise ayakkabısı aynı ıslak zeminde çok farklı μs değerlerine sahiptir. Bu deneye dayanarak dik bir yokuşta neden birinin diğerine göre daha güvenli olduğunu açıklayın.

Bu Deneyin Arkasındaki Fizik

Eğim Boyunca Yerçekimi Bileşeni

a = g sin θ ile uygulanan F = m·a, blok ağırlığının onu eğim aşağı çeken bileşenini verir. Blokun yerinde kalması için statik sürtünmenin bunu tamamen dengelemesi gerekir; blok bir kez kaymaya başladığında kinetik sürtünme bunun yalnızca bir kısmını dengeler.

Kinetik sürtünme kuvveti

Blok gerçekten kaymaya başladığı anda sürtünme bir eşik olmaktan çıkıp belirli bir kuvvete dönüşür: f = μk·m·g·cos θ; burada μk KİNETİK sürtünme katsayısıdır. Bu kuvvet, eğim boyunca etkiyen yerçekimi bileşeninden çıkarılır; böylece blok sürtünmesiz g·sin θ yerine g(sin θ − μk·cos θ) ile ivmelenir. Kütle bu ifadeden tamamen sadeleşir — aşağıdaki kayma satırlarının kütleye bağlı olmamasının nedeni budur.

← Deneye geri dön

Mekanik

138 Ücretsiz Yazdırılabilir Fizik Laboratuvarı Çalışma Kağıdı