Zawartość
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Zmierz czas ruchu
- Oblicz siłę tarcia
- Wykres siły tarcia
- Nagrywaj dane rampy
Tarcie występuje na dwa sposoby: kinetyczny i statyczny. Tarcie kinetyczne działa na obiekt, który ślizga się po powierzchni, podczas gdy tarcie statyczne występuje, gdy tarcie uniemożliwia ruch obiektu. Prostym, ale skutecznym modelem tarcia jest to, że siła tarcia f jest równa iloczynowi siły normalnej N i liczby zwanej współczynnikiem tarcia μ. Współczynnik jest inny dla każdej pary materiałów, które stykają się ze sobą, w tym dla materiału, który oddziałuje ze sobą. Normalna siła jest siłą prostopadłą do granicy między dwiema powierzchniami ślizgowymi - innymi słowy, jak mocno się do siebie dociskają.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Wzór na obliczenie współczynnika tarcia wynosi μ = f ÷ N. Siła tarcia f działa zawsze w przeciwnym kierunku zamierzonego lub rzeczywistego ruchu, ale tylko równolegle do powierzchni.
Zmierz czas ruchu
Aby zmierzyć siłę tarcia, przygotuj eksperyment, w którym blok ciągnięty przez sznurek biegnący nad kołem pasowym i przymocowany do wiszącej masy przesuwa się po torze. Rozpocznij blok jak najdalej od koła pasowego, zwolnij blok i zapisz czas, t, potrzeba czasu na przemieszczenie się, L, wzdłuż toru. Gdy zwisająca masa jest niewielka, konieczne może być nieznaczne przesunięcie bloku, aby go poruszyć. Powtórz ten pomiar z różnymi wiszącymi masami.
Oblicz siłę tarcia
Oblicz siłę tarcia. Aby rozpocząć, najpierw obliczyć Fnet, siłę netto na bloku. Równanie to Fnet = 2ML ÷ t2, gdzie M jest masą bloku w gramach.
Siła przyłożona do bloku, Fapplied, jest naciągiem sznurka spowodowanym ciężarem wiszącej masy, m. Obliczyć przyłożoną siłę, Fapplied = mg, gdzie g = 9,81 metra na sekundę do kwadratu, stała przyspieszenia grawitacyjnego.
Oblicz N, siła normalna to ciężar bloku. N = Mg.
Teraz obliczyć siłę tarcia, f, różnicę między siłą przyłożoną a siłą netto. Równanie to f = Fapplied - Fnet.
Wykres siły tarcia
Wykreślić siłę tarcia f na osi y względem siły normalnej N na osi x. Nachylenie da ci współczynnik tarcia kinetycznego.
Nagrywaj dane rampy
Umieść obiekt na torze na jednym końcu i powoli unieś ten koniec, aby zrobić rampę. Zapisz kąt θ, pod którym blok zaczyna się przesuwać. Pod tym kątem efektywna siła grawitacji działająca w dół rampy jest tylko nieznacznie większa niż siła tarcia uniemożliwiająca ślizganie się bloku. Włączenie fizyki tarcia do geometrii płaszczyzny pochyłej daje prosty wzór na współczynnik tarcia statycznego: μ = tan (θ), gdzie μ jest współczynnikiem tarcia, a θ jest kątem.