Πώς βρίσκετε την κανονική δύναμη και την τριβή ένα αντικείμενο σε κλίση;
Κατανόηση των δυνάμεων
* βαρύτητα (βάρος): Η δύναμη της βαρύτητας δρα κατ 'ευθείαν προς τα κάτω στο αντικείμενο. Έχει δύο συστατικά:
* Κανονική δύναμη (n): Το συστατικό της βαρύτητας κάθετα στην κλίση. Αυτή η δύναμη εμποδίζει το αντικείμενο να βυθιστεί στην κλίση.
* δύναμη βαρύτητας παράλληλη με την κλίση (mg sin θ): Το συστατικό της βαρύτητας παράλληλα με την κλίση, η οποία είναι η δύναμη που τείνει να τραβήξει το αντικείμενο κάτω από την κλίση.
* τριβή (f): Η δύναμη που αντιτίθεται στην κίνηση του αντικειμένου (ή πιθανή κίνηση) κατά μήκος της κλίσης. Λειτουργεί παράλληλα με την κλίση, απέναντι από την κατεύθυνση του παράλληλου συστατικού της βαρύτητας.
* Στατική τριβή: Αποτρέπει το αντικείμενο να κινείται εάν είναι σε κατάσταση ηρεμίας.
* Κινητική τριβή: Λειτουργεί στο αντικείμενο εάν κινείται.
Βρίσκοντας τις δυνάμεις
1. Σχεδιάστε ένα ελεύθερο διάγραμμα σώματος: Ένα δωρεάν διάγραμμα σώματος σας βοηθά να απεικονίσετε τις δυνάμεις. Σχεδιάστε το αντικείμενο στην κλίση και, στη συνέχεια, τραβήξτε βέλη που αντιπροσωπεύουν:
* βάρος (mg): Ευθεία κάτω από το κέντρο του αντικειμένου.
* Κανονική δύναμη (n): Κάθετα προς την κλίση, δείχνοντας μακριά από την επιφάνεια.
* δύναμη βαρύτητας παράλληλη με την κλίση (mg sin θ): Παράλληλα με την κλίση, δείχνοντας την κλίση.
* τριβή (f): Παράλληλα με την κλίση, δείχνοντας την κλίση (εάν το αντικείμενο κινείται προς τα κάτω ή αν είναι σε ηρεμία και πρόκειται να κινηθεί προς τα πάνω).
2. Επίλυση βαρύτητας σε εξαρτήματα:
* Κανονική δύναμη (n): N =mg cos θ, όπου θ είναι η γωνία της κλίσης.
* δύναμη βαρύτητας παράλληλη με την κλίση (mg sin θ): mg sin θ
3. Προσδιορίστε τη δύναμη τριβής:
* Στατική τριβή:
* Μέγιστη στατική τριβή: f_s, max =μ_s * n, όπου μ_s είναι ο συντελεστής στατικής τριβής. Αυτή είναι η μέγιστη δύναμη στατική τριβή μπορεί να ασκήσει πριν αρχίσει να κινείται το αντικείμενο.
* Πραγματική στατική τριβή: Η πραγματική δύναμη της στατικής τριβής θα είναι ίση με τη δύναμη που τραβάει το αντικείμενο κάτω από την κλίση (mg sin θ) εάν το αντικείμενο βρίσκεται σε ηρεμία.
* Κινητική τριβή: f_k =μ_k * n, όπου μ_k είναι ο συντελεστής κινητικής τριβής.
Παράδειγμα
Ας πούμε ότι ένα μπλοκ με μάζα 10 κιλά είναι σε κλίση 30 °. Οι συντελεστές τριβής είναι μ_s =0,4 και μ_k =0,2.
* Κανονική δύναμη: N =mg cos θ =(10 kg) (9,8 m/s2) cos 30 ° ≈ 84,9 n
* δύναμη βαρύτητας παράλληλη με την κλίση: mg sin θ =(10 kg) (9,8 m/s2) sin 30 ° ≈ 49 n
Σενάριο 1:Block at REST
* Μέγιστη στατική τριβή: f_s, max =μ_s * n =(0,4) (84,9 n) ≈ 33,9 n
* Δεδομένου ότι η μέγιστη στατική τριβή (33,9 N) είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη που τραβάει το μπλοκ κάτω (49 N), το μπλοκ παραμένει σε ηρεμία. Η πραγματική στατική δύναμη τριβής είναι 49 n.
Σενάριο 2:μπλοκ που κινείται προς τα κάτω
* Κινητική τριβή: F_K =μ_k * n =(0.2) (84.9 n) ≈ 17 n
Βασικά σημεία
* Οι γωνίες είναι σημαντικές: Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε τις σωστές γωνίες (θ) στους υπολογισμούς σας.
* Η τριβή εξαρτάται από την επιφάνεια: Οι συντελεστές της τριβής (μ_s και μ_k) εξαρτώνται από τα υλικά σε επαφή.
* Η κατεύθυνση έχει σημασία: Πάντα να εξετάζετε την κατεύθυνση των δυνάμεων σε σχέση με την κίνηση (ή την πιθανή κίνηση) του αντικειμένου.
