Ó bytnakloněnýs třeníje považován za jednoduchý stroj a je také jednou z nejběžnějších a každodenních aplikací Newtonovy zákony. Jedná se o rovnou plochu uspořádanou v šikmém úhlu vzhledem k vodorovnému směru, na kterou je umístěn předmět, který je vystaven působení síly síly a tření, druhé vyrobené tlakovou silou, známé jako normální síla, působí mezi povrchem a tělem.
Pro lepší pochopení daného tématu se podívejme na myšlenky třecí síly v nakloněné rovině a v nakloněné rovině. Poté bude řešení cvičení, které zahrnuje šikmé roviny s třením, dobré pochopení toho, jak by měly být použity Newtonovy tři zákony, zejména základní princip dává dynamika.
Podívejte se také: Jak řešit cvičení o Newtonových zákonech - krok za krokem
nakloněná rovina
nakloněná rovina je typ jednoduchého stroje, který se skládá z povrchu uspořádaného pod úhlem k vodorovnému směru. Tímto způsobem, když je těleso podepřeno na tomto povrchu, váhová síla působící na tělo ve směru vertical má nyní horizontální komponentu, takže tělo může klouzat po rovině, pokud žádná jiný síla jednat podle toho.
Následující obrázek ukazuje situaci, kdy je těleso o hmotnosti m podepřeno na nakloněné rovině pod úhlem θ ve vztahu ke směru x (horizontálně). Všimněte si, že v důsledku sklonu začne váhová síla (P) prezentovat komponenty P.X a Py.
Analýzou obrázku je možné vidět, že PX je opačná strana (C.O.) než úhel θ a ten Py, v důsledku toho je přilehlá strana (C.A) k tomuto úhlu, z tohoto důvodu, tyto komponenty lze zapsat z hlediska funkcí sinus a kosinusnásledujícím způsobem:
Při řešení cvičení, která zahrnují nakloněnou rovinu, je nutné, aby Newtonův druhý zákon aplikovat v obou směrech x a y. Proto říkáme, že vektorový součet sil (výsledná síla) ve směru xa ve směru y se musí rovnat součinu těstoviny x a y složkami akcelerace:
Je důležité si uvědomit, že pokud je tělo v klidu nebo stále klouže konstantní rychlostí, pak jeho zrychlení bude nutně rovno 0, podle Newtonův první zákon, zákon setrvačnosti.
Třecí síla na nakloněnou rovinu
Třecí síla (Fdokud) vzniká, když dojde ke kontaktu mezi povrchy, které nejsou dokonale hladké, tato síla má původmikroskopický a je úměrnýna kompresní sílu, kterou vyvíjí jedno tělo na druhé, známý jako normální síla.
Vzorec použitý k výpočtu třecí síly je uveden níže, zkontrolujte jej:
μ - koeficient tření
m - hmotnost (kg)
G - gravitace (m / s²)
Na předchozím obrázku je také ukázáno, že sílanormální Ne, alespoň ve většině cvičení, rovná se y složce hmotnosti, to platí vždy, když ve směru y nepůsobí jiné síly než tíha a normální síly.
Existují dva případy třecí síly, statická třecí síla a dynamická třecí síla. První případ se vztahuje na situaci, kdy je tělo v klidu, druhý souvisí se situací, kdy tělo klouže po nakloněné rovině.
Síla statického tření je vždy úměrná síle, která se snaží uvést tělo do pohybu toto se zvyšuje ve stejném poměru, dokud tělo nezačne klouzat po rovině nakloněný. V tomto případě pro výpočet třecí síly musíme použít součinitelvtřenídynamický, který má vždy nižší hodnotu než koeficient statického tření.
Pamatujte, že třecí síla vždy působí v opačném směru, ze kterého tělo klouže po nakloněné rovině, a to ovlivní algebraické znaménko, které mu bylo přiděleno během řešení podle pozitivní orientace směrů xay.
Podívejte se také: Volný pád - co to je, příklady, vzorec a cvičení
Nakloněná rovina s třením
Třecí nakloněná rovina ve své nejjednodušší formě zahrnuje působení váhové síly a třecí síly. Tady je třisituacích o nichž lze v tomto ohledu uvažovat: a První, ve kterém je tělo statické; The pondělí, když tělo klouže konstantní rychlostí; a Třetí, ve kterém tělo klouže zrychleným způsobem.
Na první a druhý případ, čistá síla ve směru xay je nulová. To, co je odlišuje, je ve skutečnosti jen koeficient tření, který je v prvním případě statický a ve druhém dynamický. V posledním případě se použije koeficient dynamického tření, ale výsledná síla je nenulová, a proto se rovná hmotnosti těla vynásobené zrychlením.
Abychom uvedli do praxe a lépe porozuměli teorii nakloněné roviny s třením, je nutné vyřešit některá cvičení, že?
Podívejte se také: Nejdůležitější témata mechanické fyziky pro Enema
Cvičení řešená na šikmé rovině s třením
Otázka 1) (UERJ) Blok dřeva je vyvážen na 45 ° nakloněné rovině vzhledem k zemi. Intenzita síly, kterou blok vyvíjí kolmo na nakloněnou rovinu, se rovná 2,0 N. Mezi blokem a nakloněnou rovinou se intenzita třecí síly v newtonech rovná:
a) 0,7
b) 1.0
c) 1.4
d) 2.0
Šablona: písmeno D
Řešení:
Prohlášení uvádí, že blok je v rovnováze, to znamená, že výsledná síla na něm by měla být rovna 0, navíc je normální síla mezi blokem a nakloněnou rovinou rovna 2,0 N. Na základě těchto informací nás cvičení požádá o výpočet intenzity třecí síly.
Pokud bychom v tomto rozlišení bez rozdílu použili vzorec třecí síly, uvědomili bychom si, že některá data nebyla informována výrokem, jako je například koeficient statického tření, navíc bychom udělali chybu, protože tento vzorec by umožňoval vypočítáme maximální hodnotu statické třecí síly a nikoli statickou třecí sílu, na kterou je nutně vyvíjeno blok.
K vyřešení cvičení je proto nutné si uvědomit, že jakmile se blok zastaví, síly ve směru x, v tom, který je rovnoběžný s nakloněnou rovinou, je tedy složka hmotnosti ve směru x zrušena (StrX) a třecí síla, která je opačná k této součásti, mají stejné moduly, zkontrolujte:
Po zvážení vektorového součtu směrů xay jsme začali řešit výrazy získané červenou barvou, pozorujte:
V předchozím výpočtu jsme zjistili, jaká byla hmotnost P těla, poté na základě rovnosti mezi silou. tření a Px vypočítáme hodnotu této síly, která se rovná 2,0 N, takže správnou alternativou je písmeno D.
Otázka 2) (PUC-RJ) Blok klouže z klidu dolů po nakloněné rovině, která svírá s horizontálou úhel 45 °. S vědomím, že během pádu je zrychlení bloku 5,0 m / s² a vzhledem k g = 10 m / s² můžeme říci, že koeficient kinetického tření mezi blokem a rovinou je:
a) 0,1
b) 0,2
c) 0,3
d) 0,4
e) 0,5
Šablona:
Řešení:
Abychom cvičení vyřešili, musíme použít Newtonův 2. zákon ve směru xay. Začněme tím, že to uděláme pro směr x, takže si musíme pamatovat, že čistá síla v tomto směru musí být rovna hmotnosti krát zrychlení:
Po výměně PX a Fdokud, zjednodušíme masy přítomné ve všech termínech, pak tyto termíny reorganizujeme tak, aby byl izolován koeficient tření, poté jsme dosadili hodnoty do získaného vzorce a použili The distribuční vlastnictví v posledním kroku získání hodnoty rovné 0,3 pro koeficient tření, proto je správnou alternativou písmeno c.
Autor: Rafael Hellerbrock
Učitel fyziky
Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/plano-inclinado-com-atrito.htm