או שָׁטוּחַמוטהעם חיכוךנחשבת למכונה פשוטה, כמו גם להיות אחד היישומים הנפוצים והיומיומיים ביותר של חוקי ניוטון. זהו משטח ישר, המסודר בזווית אלכסונית ביחס לכיוון האופקי, עליו מונח אובייקט הכפוף לפעולה של כוחות משקל וחיכוך, האחרון המיוצר על ידי כוח הדחיסה, המכונה כוח נורמלי, פועל בין המשטח לגוף.
להבנה טובה יותר של הנושא הנדון, בואו נסקור את הרעיונות של מישור נוטה וכוח חיכוך מישורי נוטה. לאחר מכן, פתרון תרגילים הכוללים מטוסים נוטים עם חיכוך יאפשר טוב הבנת האופן שבו יש ליישם את שלושת החוקים של ניוטון, ובמיוחד את העיקרון הבסיסי נותן דִינָמִיקָה.
ראה גם: כיצד לפתור תרגילים על חוקי ניוטון - שלב אחר שלב
מישור משופע
מישור משופע היא סוג של מכונה פשוטה המורכבת ממשטח המסודר בזווית לכיוון האופקי. באופן זה, כאשר גוף נתמך על משטח זה, כוח המשקל הפועל על הגוף בכיוון לאנכי יש כעת רכיב אופקי, כך שהגוף יכול להחליק לאורך המישור, אם אין אַחֵר כוח פעל לפי זה.
האיור הבא מראה מצב בו גוף מסה m נתמך במישור משופע בזווית θ ביחס לכיוון x (אופקי). שים לב, בגלל הנטייה, כוח המשקל (P) מתחיל להציג את רכיבי Pאיקס ו פy.
על ידי ניתוח הדמות ניתן לראות כי Pאיקס הוא הצד ההפוך (C.O.) ל- זָוִית θ וכי Py, כתוצאה מכך, הצד הצמוד (C.A) לזווית זו, מסיבה זו, ניתן לכתוב רכיבים אלה במונחים של הפונקציות סינוס וקוסינוס, באופן הבא:
כתוצאה מכך, כאשר פותרים תרגילים הכוללים מישור נוטה, יש צורך כי החוק השני של ניוטון להיות מיושם בשני הכיוונים x ו- y. לכן אנו אומרים כי סכום וקטורי של הכוחות (כוח שנוצר), בכיוון x ובכיוון y, חייב להיות שווה לתוצר של פסטה לפי רכיבי x ו- y של ה- תְאוּצָה:
חשוב לזכור שאם הגוף במנוחה או, עדיין, מחליק במהירות קבועה, אז התאוצה שלו תהיה בהכרח שווה ל- 0, על פי החוק הראשון של ניוטון, חוק האינרציה.
אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)
כוח חיכוך במישור הנטוי
כוח החיכוך (Fעד) נוצר כאשר יש מגע בין משטחים שאינם חלקים לחלוטין, כוח זה מקורומִיקרוֹסקוֹפִּי והוא יַחֲסִילכוח הדחיסה שגוף אחד מפעיל על השני, המכונה חוזק רגיל.
הנוסחה המשמשת לחישוב כוח החיכוך מוצגת למטה, בדוק אותה:
μ - מקדם חיכוך
M - מסה (ק"ג)
ז - כוח המשיכה (m / s²)
בתמונה הקודמת, מוצג גם כי כוחנוֹרמָלִי לא, לפחות ברוב התרגילים, שווה למרכיב y במשקל, זה נכון בכל פעם שאין כוחות פרט למשקל ולכוחות הנורמליים הפועלים בכיוון y.
ישנם שני מקרים של כוח חיכוך, ה- כוח חיכוך סטטי וה כוח חיכוך דינמי. המקרה הראשון חל על המצב בו הגוף נמצא במנוחה, השני קשור למצב בו הגוף מחליק במישור הנטוי.
כוח החיכוך הסטטי הוא תמיד פרופורציונלי לכוח שמנסה להניע את הגוף, ועל ידי זה, זה עולה באותה מידה כמו זה, עד שהגוף מתחיל להחליק על המטוס מוטה. במקרה זה, כדי לחשב את כוח החיכוך, עלינו להשתמש ב- מְקַדֵםבחיכוךדִינָמִי, שתמיד יש לו ערך נמוך יותר מה- מקדם חיכוך סטטי.
זכרו שכוח החיכוך תמיד פועל בכיוון ההפוך ממנו הגוף מחליק במישור הנטוי, וזה משפיע על הסימן האלגברי המוקצה לו במהלך הפתרון בהתאם לכיוון החיובי של כיווני x ו- y.
ראה גם: נפילה חופשית - מה זה, דוגמאות, נוסחה ותרגילים
מישור נוטה עם חיכוך
מישור החיכוך המוטה, בצורתו הפשוטה ביותר, כרוך בפעולה של כוח משקל וכוח חיכוך. יש שְׁלוֹשָׁהמצבים שיכולה להיחשב בעניין זה: א ראשון, בו הגוף סטטי; ה יוֹם שֵׁנִי, כאשר הגוף מחליק במהירות קבועה; וה שְׁלִישִׁי, בו הגוף מחליק בצורה מואצת.
ב מקרה ראשון ושני, הכוח נטו בכיווני x ו- y הוא אפס. מה שמייחד אותם, למעשה, הוא רק מקדם החיכוך, שבמקרה הראשון הוא סטטי, ובשני דינמי. במקרה האחרון משתמשים במקדם החיכוך הדינמי, אולם הכוח המתקבל אינו אפס ולכן הוא שווה למסת הגוף המוכפלת בתאוצה.
על מנת להוציא לפועל ולהבין טוב יותר את תיאוריית המישור הנטוי בחיכוך, נדרש לפתור כמה תרגילים, נכון?
ראה גם: הנושאים החשובים ביותר בפיזיקה מכנית עבור Enem
תרגילים שנפתרו במישור נוטה עם חיכוך
שאלה 1) (UERJ) גוש עץ מאוזן במישור משופע של 45 מעלות ביחס לקרקע. עוצמת הכוח שמפעיל הבלוק בניצב למישור הנטוי שווה ל- 2.0 N. בין הבלוק למישור הנטוי, עוצמת כוח החיכוך בניוטונים שווה ל:
א) 0.7
ב) 1.0
ג) 1.4
ד) 2.0
מָשׁוֹב: אות ד
פתרון הבעיה:
ההצהרה קובעת כי הבלוק נמצא בשיווי משקל, פירוש הדבר שהכוח שנוצר עליו להיות שווה ל- 0, יתר על כן, הכוח הרגיל בין הבלוק למישור הנטוי שווה ל- 2.0 נ ' על סמך מידע זה התרגיל מבקש מאיתנו לחשב את עוצמת כוח החיכוך.
אם, בהחלטה זו, נשתמש בנוסחת כוח החיכוך ללא הבחנה, היינו מבינים שחלק מהנתונים לא הודיעו על ידי ההצהרה, כמו מקדם החיכוך הסטטי, יתר על כן, אנו טועים, מכיוון שנוסחה זו תאפשר אנו מחשבים את הערך המרבי של כוח החיכוך הסטטי ולא את כוח החיכוך הסטטי שמופעל עליו בהכרח הבלוק.
לכן, כדי לפתור את התרגיל, יש צורך להבין שברגע שהבלוק נעצר, הכוחות בכיוון x, זה המקביל למישור הנטוי, מבטלים, אם כן, את רכיב המשקל בכיוון x (עמ 'איקס) וכוח החיכוך, ההפוך לרכיב זה, מכיל מודולים שווים, בדוק:
לאחר שבחנו את סכום הווקטור של כיווני x ו- y, התחלנו לפתור את הביטויים שהתקבלו בצבע אדום, נצפה:
בחישוב הקודם גילינו מה משקל P של הגוף, ואז התבסס על השוויון בין הכוח. של חיכוך ו- Px, אנו מחשבים את ערך הכוח הזה, השווה ל- 2.0 N, ולכן האלטרנטיבה הנכונה היא האות ד.
שאלה 2) (PUC-RJ) בלוק מחליק ממנוחה למטה מישור נוטה שעושה זווית של 45 מעלות עם האופק. בידיעה שבמהלך הנפילה, תאוצת הגוש היא 5.0 מ '/ s² ובהתחשב ב- g = 10 m / s², אנו יכולים לומר שמקדם החיכוך הקינטי בין הבלוק למישור הוא:
א) 0.1
ב) 0.2
ג) 0.3
ד) 0.4
ה) 0.5
מָשׁוֹב:
פתרון הבעיה:
כדי לפתור את התרגיל, עלינו להחיל את החוק השני של ניוטון בכיווני x ו- y. נתחיל בביצוע פעולה זו לכיוון x, לכן עלינו לזכור שכוח הרשת בכיוון זה חייב להיות שווה למסה כפול התאוצה:
לאחר החלפת Pאיקס ו- Fעד, אנו מפשטים את ההמונים הקיימים בכל המונחים, ואז אנו מארגנים מחדש את המונחים האלה, כך שה- מקדם החיכוך בודד, ואז החלפנו את הערכים בנוסחה המתקבלת והוחלנו ה רכוש חלוקתי בשלב האחרון, השגת ערך השווה ל -0.3 עבור מקדם החיכוך, ולכן האלטרנטיבה הנכונה היא האות c.
מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה
