Hvordan finder du den normale kraft og friktion et objekt på en hældning?

forståelse af kræfterne

* tyngdekraft (vægt): Tyngdekraften fungerer lige ned på objektet. Det har to komponenter:

* normal kraft (n): Komponenten af ​​tyngdekraften vinkelret på hældningen. Denne kraft forhindrer, at objektet synker ned i hældningen.

* tyngdekraft parallelt med hældningen (mg sin θ): Komponenten af ​​tyngdekraften parallelt med hældningen, som er den kraft, der har tendens til at trække genstanden ned ad hældningen.

* Friktion (f): Den kraft, der er imod objektets bevægelse (eller potentielle bevægelse) langs hældningen. Det fungerer parallelt med hældningen, overfor retningen af ​​den parallelle komponent af tyngdekraften.

* Statisk friktion: Forhindrer objektet i at bevæge sig, hvis det er i ro.

* kinetisk friktion: Handler på objektet, hvis det bevæger sig.

Find kræfterne

1. Tegn et gratis kropsdiagram: Et gratis kropsdiagram hjælper dig med at visualisere kræfterne. Tegn objektet på hældningen, og træk derefter pile, der repræsenterer:

* vægt (mg): Lige ned fra midten af ​​objektet.

* normal kraft (n): Vinkelret på hældningen og peger væk fra overfladen.

* tyngdekraft parallelt med hældningen (mg sin θ): Parallelt med hældningen og peger ned ad skråningen.

* Friktion (f): Parallelt med hældningen, der peger op ad skråningen (hvis objektet bevæger sig ned, eller hvis det er i hvile og ved at komme op).

2. Løs tyngdekraften til komponenter:

* normal kraft (n): N =mg cos θ, hvor θ er vinklen på hældningen.

* tyngdekraft parallelt med hældningen (mg sin θ): Mg sin θ

3. Bestem friktionskraften:

* Statisk friktion:

* maksimal statisk friktion: f_s, max =μ_s * n, hvor μ_s er koefficienten for statisk friktion. Dette er den maksimale kraft, statisk friktion kan udøve, før objektet begynder at bevæge sig.

* Faktisk statisk friktion: Den faktiske kraft af statisk friktion vil være lig med den kraft, der trækker genstanden ned ad hældningen (mg sin θ), hvis objektet er i hvile.

* kinetisk friktion: f_k =μ_k * n, hvor μ_K er koefficienten for kinetisk friktion.

eksempel

Lad os sige, at en blok med en masse på 10 kg er på 30 ° hældning. Friktionskoefficienterne er μ_s =0,4 og μ_k =0,2.

* Normal kraft: N =mg cos θ =(10 kg) (9,8 m/s²) cos 30 ° ≈ 84,9 n

* tyngdekraft parallelt med hældningen: Mg sin θ =(10 kg) (9,8 m/s²) sin 30 ° ≈ 49 N

Scenario 1:Blok i hvile

* maksimal statisk friktion: f_s, max =μ_s * n =(0,4) (84,9 n) ≈ 33,9 n

* Da den maksimale statiske friktion (33,9 n) er større end kraften, der trækker blokken ned (49 n), forbliver blokken i hvile. Den faktiske statiske friktionskraft er 49 n.

Scenario 2:Bloker, der bevæger sig nedad

* kinetisk friktion: f_k =μ_k * n =(0,2) (84,9 n) ≈ 17 n

Nøglepunkter

* vinkler er vigtige: Sørg for, at du bruger de korrekte vinkler (θ) i dine beregninger.

* Friktion afhænger af overfladen: Friktionskoefficienterne (μ_s og μ_k) afhænger af de materialer, der er i kontakt.

* retning betyder noget: Overvej altid styrkernes retning i forhold til objektets bevægelse (eller potentielle bevægelse).