Cơ học

Mặt phẳng nghiêng có ma sát

Quan sát khối đứng yên — rồi giảm hệ số ma sát tĩnh (μs) cho đến khi vượt qua ngưỡng (μs = tan 30° ≈ 0,58) và bắt đầu trượt.

Mặt phẳng nghiêng có ma sát — mô phỏng Cơ học tương tác. Quan sát khối đứng yên — rồi giảm hệ số ma sát tĩnh (μs) cho đến khi vượt qua ngưỡng (μs = tan 30° ≈ 0,58) và bắt đầu trượt. Phòng thí nghiệm vật lý ảo miễn phí trên trình duyệt với phép đo SI trực tiếp và hướng dẫn từng bước.

Ma sát tĩnh trên mặt phẳng nghiêng

Ma sát chống lại sự trượt. Trên mặt phẳng nghiêng, khối đứng yên cho đến khi thành phần trọng lực theo dốc vượt quá ma sát tĩnh cực đại.

Góc tới hạn thỏa mãn tan θ = μ. Dưới góc đó khối vẫn đứng yên; trên góc đó khối trượt. Mặt phẳng nghiêng của preset này cố định ở 30°; hãy giảm hệ số ma sát tĩnh (μs) của khối trong Inspector cho đến khi nó xuống dưới tan 30° ≈ 0,58 và tìm ra ngưỡng.

• μₛ = tan θ_tới hạn
• F_ma sát ≤ μₛ N

Tóm tắt điều tra

Lập kế hoạch câu hỏi trước khi bạn mở phòng thí nghiệm

Bản tóm tắt phản ánh trang được kết xuất trước: câu hỏi dẫn dắt, các dự đoán cạnh tranh, vai trò của biến, các định luật chi phối, phần thiết lập và các gợi ý phân tích, mở rộng vẫn hiển thị theo thứ tự này.

Câu hỏi lái xe

Một khối nằm trên một đoạn đường dốc cố định 30°, hiện được giữ cố định bằng lực ma sát tĩnh. Nếu bạn giảm ma sát giữa khối và đoạn đường, liệu nó có bắt đầu trượt không - và tại thời điểm nào?

Dự đoán cân nặng

• Hai quy tắc áp dụng lần lượt. Khối đứng yên với mọi μs ≥ tan(30°) ≈ 0,58, bất kể khối lượng — và một khi đã bứt ra, chính μk chứ không phải μs quyết định nó tăng tốc nhanh đến đâu.
• Khối sẽ trượt thêm một chút mỗi khi bạn giảm μs, ngay cả khi μs vẫn ở trên tan(30°) - lực ma sát chỉ yếu đi dần dần.
• Khối nặng hơn cần μs thấp hơn để bắt đầu trượt so với khối nhẹ hơn - khối lượng cũng ảnh hưởng đến ngưỡng.

Vai trò thay đổi

Những gì bạn đặt:

• Khối khối (kg)
• Ma sát tĩnh (μs)
• Ma sát trượt (μk)

Những gì bạn đo lường:

• Lực hấp dẫn dọc theo đoạn đường nối (N)
• Tốc độ sau 1 s (m/s)

Cuộc điều tra diễn ra như thế nào

1. Mở cài đặt trước Ma sát Ramp. Lưu ý góc nghiêng cố định của đoạn đường nối (30°) và khối nằm trên đó, hiện được giữ tĩnh do ma sát.
2. Dùng bảng Thuộc tính (hoặc một liên kết chia sẻ) để đặt hệ số ma sát nghỉ (μs) và ma sát trượt (μk) của khối cho lần thử này. Giữ μk ≤ μs — ứng dụng buộc phải như vậy, vì một bề mặt không thể bám kém hơn khi đứng yên so với khi đang trượt. Khối lượng giữ nguyên.
3. Chạy mô phỏng trong vài giây và đọc tốc độ của khối từ đầu dò. Ghi lại xem nó đứng yên hay bắt đầu trượt.

phương trình điều khiển

Thành phần trọng lực dọc theo mặt phẳng nghiêng — F = m·a

Áp dụng F = m·a với a = g sin θ cho ta phần trọng lượng của khối kéo nó xuống dọc mặt nghiêng. Ma sát nghỉ phải triệt tiêu hoàn toàn phần này thì khối mới đứng yên; một khi khối đã trượt, ma sát trượt chỉ triệt tiêu được một phần.

Lực ma sát trượt — f_k = μ_k·m·g·cos θ

Ngay khi khối thực sự trượt, ma sát thôi không còn là một ngưỡng mà trở thành một lực xác định: f = μk·m·g·cos θ, trong đó μk là hệ số ma sát TRƯỢT. Lực này bị trừ khỏi thành phần trọng lực dọc theo mặt phẳng nghiêng, nên khối tăng tốc với g(sin θ − μk·cos θ) thay vì g·sin θ khi không có ma sát. Khối lượng bị triệt tiêu hoàn toàn khỏi biểu thức đó — đó là lý do các hàng trượt bên dưới không phụ thuộc vào nó.

Bảng tính có thể in được yêu cầu học sinh làm gì

• Đối với mỗi hàng, hãy tính tan(30°) và so sánh nó với giá trị μs của bạn. Sự so sánh đó có dự đoán liệu khối có đứng yên hay không?
• Hàng 1–2 đứng yên; hàng 3–5 trượt với ba tốc độ khác nhau. Hãy giải thích vì sao khối lượng biến mất KHỎI CẢ điều kiện ma sát nghỉ LẪN gia tốc trượt, dù các hàng này dùng ba khối lượng khác nhau.

Nơi điều này xuất hiện bên ngoài phòng thí nghiệm

• Có hai cách làm khối bứt ra: hạ μs xuống dưới tan(30°) ≈ 0,577, hoặc dựng mặt nghiêng dốc lên cho tới khi góc vượt quá atan(μs) ≈ 35°. Hãy thử cả hai. Chúng có thật sự là cùng một điều kiện viết theo hai cách không?
• Đế giày đi bộ đường dài và giày đế mềm có giá trị μs rất khác nhau trên cùng một con đường ướt. Hãy giải thích, theo thí nghiệm này, tại sao cái này trên sườn dốc lại an toàn hơn cái kia.

• AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
• AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
• IB Physics — A.3 Work, energy and power
• General High School Physics — Work, energy & power
• NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
• Middle School Physical Science — Force, mass, and motion

1. Chào mừng đến mặt phẳng nghiêng có ma sát
2. Chọn khối
3. Nhấn Phát
4. Tìm ma sát tới hạn
5. Mở dữ liệu
6. Hoàn thành!

Mở mô phỏng tương tác để xây dựng hoạt cảnh, nhấn Chạy và khám phá với các phép đo trực tiếp và bài hướng dẫn.

Mở phòng thí nghiệm tương tác →

Tải tài liệu thí nghiệm →

Định Luật II Newton