Pracownia: tarcie i przyspieszenie na równi pochyłej

Potrzebne wiadomości: Składowe sił, tarcie statyczne, ruch przyspieszony i analiza filmu.

Stanowisko i dane

Przygotuj krótki, niski tor z ogranicznikami i miękkim zatrzymaniem. Nauczyciel sprawdza jego stabilność. Użyj lekkiego wózka albo walca, bez ciężkich kul i bez toru prowadzącego poza blat. Kamerę ustaw prostopadle do płaszczyzny ruchu, a skalę w tej samej płaszczyźnie. Zmierz kąt równi lub jej wysokość i długość. Puszczaj od spoczynku bez pchnięcia, powtarzając nagranie.

Odczytaj s(t) od chwili puszczenia. Dla stałego a i zerowej prędkości początkowej wykres s(t²) jest prostą o nachyleniu a/2. Niewielki błąd początku czasu albo pchnięcie przy starcie zakrzywia ten wykres. Pomiar dwóch punktów nie wykryje tak dobrze tego problemu jak dłuższa seria.

Porównanie z teorią

Ślizgający się punkt bez tarcia ma a=g sinα. Jednorodny walec toczący się bez poślizgu ma a=2g sinα/3. Różnicę wyjaśnia energia i dynamika obrotu, nie mniejsze g dla walca. Wózek z kołami wymaga własnego modelu bezwładności kół; nie jest automatycznie punktem bez tarcia ani pełnym walcem.

Zmieniaj kąt przy niezmienionym przedmiocie, a następnie rodzaj przedmiotu przy stałym kącie. Nie mieszaj obu zmian w jednym porównaniu. W raporcie zamieść punkty, niepewności i reszty względem modelu. Opór toczenia, poślizg i odkształcenia mogą powodować odchylenia; brak zgodności nie uzasadnia dowolnego poprawiania danych.

Próg ruszenia i tarcie statyczne

W osobnej próbie połóż lekki klocek na tej samej zabezpieczonej równi i zwiększaj kąt bardzo powoli. Zapisz kąt tuż przed samoczynnym ruszeniem, bez stukania i popychania. Zabezpiecz klocek przed spadnięciem z toru. Na progu mg sinα jest równe maksymalnej sile tarcia μₛmg cosα, więc μₛ=tanα. Powtórz ustawienie, oceniając rozrzut kątów. Podczas późniejszego poślizgu tarcie kinetyczne może być inne; z samego przyspieszenia toczącego się walca nie wyznaczamy tym wzorem μₛ.

Zadania do tego tematu

• Przyspieszenie z nachylenia s od kwadratu czasu
• Walec i punkt ślizgający się na równi o tym samym kącie
• Kąt ruszenia klocka jako pomiar tarcia statycznego

Dalsza lektura

Materiał referencyjny