Основное содержание
Физика
Course: Физика > Модуль 3
Урок 5: Наклонные поверхности и трение- Составляющие сил на наклонных поверхностях
- Ускорение куска льда на наклонной поверхности
- Сила трения, удерживающая кусок дерева в состоянии покоя
- Силы трения, удерживающей кусок дерева в состоянии покоя (правки)
- Сила трения сохраняет скорость постоянной
- Сравнение трения покоя и трения скольжения
- Примеры трения покоя и трения скольжения
- Что такое трение?
- Что такое наклонные поверхности?
Что такое наклонные поверхности?
Поверхности не бывают идеально горизонтальными. Учимся работать с углами!
Что такое наклонная плоскость?
Горки в парке, пандусы для подъёма и заезда, рампы для погрузки и разгрузки фур — это всё примеры наклонных плоскостей. Наклонная плоскость — это диагонально расположенная поверхность, на которой предметы могут лежать (или стоять), скользить (вверх или вниз) или катиться (вверх или вниз).
Наклонные плоскости полезны, поскольку позволяют найти силу, необходимую для вертикального перемещения предметов. Это один из шести так называемых классических простейших механизмов.
Как использовать второй закон Ньютона с наклонными плоскостями?
Чаще всего мы решаем задачи с силами, прибегая ко второму закону Ньютона для горизонтали и вертикали. Но в случае с наклонными плоскостями нас чаще всего интересует движение параллельно наклонной поверхности, поэтому удобнее всего использовать второй закон Ньютона в параллельном и перпендикулярном наклонной плоскости направлениях.
Это значит, что мы, как правило, будем применять второй закон Ньютона перпендикулярно \perp и параллельно \parallel поверхности наклонной плоскости.
Поскольку тело, как правило, скользит параллельно наклонной поверхности и не движется перпендикулярно ей, почти всегда мы будем полагать, что a, start subscript, \perp, end subscript, equals, 0.
Как найти \perp и \parallel составляющие силы притяжения?
Поскольку мы будем применять второй закон Ньютона перпендикулярно и параллельно поверхности наклонной плоскости, нам надо будет разложить силу притяжения Земли на перпендикулярную и параллельную составляющие.
Эти составляющие силы притяжения Земли показаны на схеме ниже. Будьте внимательны: многие часто путаются, какую именно функцию — start text, с, и, н, у, с, end text или start text, к, о, с, и, н, у, с, end text — следует взять для каждой из составляющих.
Чему равна сила нормальной реакции F, start subscript, N, end subscript для тела, лежащего на наклонной поверхности?
Сила нормальной реакции F, start subscript, N, end subscript всегда направлена перпендикулярно поверхности. Значит, сила нормальной реакции наклонной плоскости также перпендикулярна самой плоскости.
Если в направлении, перпендикулярном наклонной плоскости, нет ускорения, то силы в этом направлении должны уравновешивать друг друга. Если взглянуть на схему ниже, мы увидим, что сила нормальной реакции должна быть равна перпендикулярной составляющей силы притяжения, только так результирующая сила в этом направлении будет равна нулю.
Иными словами, если тело лежит на наклонной плоскости или скользит по ней:
Как решаются задачи на наклонные поверхности?
Пример 1. Катание на санках
Ребёнок скатывается с горки на санках. Угол между горкой и горизонтом равен theta, equals, 30, start superscript, o, end superscript, а коэффициент трения скольжения между санками и горкой равен mu, start subscript, k, end subscript, equals, 0, comma, 150. Суммарная масса ребёнка и санок равна 65, comma, 0, start text, space, к, г, end text.
С каким ускорением санки скатятся с горки?
Начнём с диаграммы сил.
Воспользуемся вторым законом Ньютона в направлении, параллельном наклонной плоскости, и получим:
Пример 2. Пандус для автомобиля
Некая женщина строит дом и хочет знать, под каким углом нужно построить бетонный пандус к гаражу, чтобы автомобиль мог стоять на нём, не съезжая. Она знает, что коэффициент трения покоя между шинами и бетонным покрытием равен 0, comma, 75.
Под каким максимальным углом к горизонту нужно построить бетонный пандус, чтобы припаркованный на нём автомобиль мог стоять, при этом не съезжая вниз?
Начнём со второго закона Ньютона для параллельного направления.
0, equals, m, g, start text, s, i, n, end text, theta, minus, F, start subscript, s, start text, space, м, а, к, с, end text, end subscript, start text, left parenthesis, п, р, е, д, п, о, л, а, г, а, е, м, comma, space, ч, т, о, space, end text, F, start subscript, s, end subscript, start text, space, р, а, в, н, о, space, м, а, к, с, и, м, а, л, ь, н, о, м, у, space, з, н, а, ч, е, н, и, ю, space, end text, F, start subscript, s, start text, space, м, а, к, с, end text, end subscript, right parenthesis
Хотите присоединиться к обсуждению?
Пока нет ни одной записи.