Comprensione delle forze
* Gravity (peso): La forza di gravità agisce direttamente sull'oggetto. Ha due componenti:
* Forza normale (N): Il componente della gravità perpendicolare all'inclinazione. Questa forza impedisce all'oggetto di affondare nell'inclinazione.
* Forza di gravità parallela all'inclinazione (mg sin θ): La componente della gravità parallela all'inclinazione, che è la forza che tende a tirare l'oggetto nell'inclinazione.
* attrito (f): La forza che si oppone al movimento (o potenziale movimento) dell'oggetto lungo l'inclinazione. Agisce parallelo all'inclinazione, di fronte alla direzione della componente parallela della gravità.
* Attrito statico: Impedisce all'oggetto di muoversi se è a riposo.
* Attrito cinetico: Agisce sull'oggetto se si sta muovendo.
Trovare le forze
1. Disegna un diagramma del corpo libero: Un diagramma del corpo libero ti aiuta a visualizzare le forze. Disegna l'oggetto sull'inclinazione, quindi disegna le frecce che rappresentano:
* Peso (mg): Direttamente dal centro dell'oggetto.
* Forza normale (N): Perpendicolare alla pendenza, puntando lontano dalla superficie.
* Forza di gravità parallela all'inclinazione (mg sin θ): Parallelo alla pendenza, indicando il pendio.
* attrito (f): Parallelamente all'inclinazione, indicando il pendio (se l'oggetto si muove verso il basso o se è a riposo e sta per muoversi).
2. Risolvi la gravità in componenti:
* Forza normale (N): N =mg cos θ, dove θ è l'angolo dell'inclinazione.
* Forza di gravità parallela all'inclinazione (mg sin θ): mg sin θ
3. Determina la forza di attrito:
* Attrito statico:
* Attrito statico massimo: f_s, max =μ_s * n, dove μ_s è il coefficiente di attrito statico. Questa è la massima forza che l'attrito statico può esercitare prima che l'oggetto inizi a muoversi.
* Attrito statico effettivo: La forza effettiva dell'attrito statico sarà uguale alla forza che tira l'oggetto lungo l'inclinazione (mg sin θ) se l'oggetto è a riposo.
* Attrito cinetico: f_k =μ_k * n, dove μ_k è il coefficiente di attrito cinetico.
Esempio
Diciamo che un blocco con una massa di 10 kg è su una pendenza di 30 °. I coefficienti di attrito sono μ_s =0,4 e μ_k =0,2.
* Forza normale: N =mg cos θ =(10 kg) (9,8 m/s²) cos 30 ° ≈ 84,9 n
* Forza di gravità parallela all'inclinazione: mg sin θ =(10 kg) (9,8 m/s²) sin 30 ° ≈ 49 n
Scenario 1:blocco a riposo
* Attrito statico massimo: f_s, max =μ_s * n =(0.4) (84,9 N) ≈ 33,9 n
* Poiché l'attrito statico massimo (33,9 N) è maggiore della forza che tira verso il basso (49 N), il blocco rimane a riposo. L'attuale forza di attrito statico è 49 n.
Scenario 2:Blocco muoversi verso il basso
* Attrito cinetico: f_k =μ_k * n =(0.2) (84,9 N) ≈ 17 N
Punti chiave
* Gli angoli sono importanti: Assicurati di usare gli angoli corretti (θ) nei tuoi calcoli.
* l'attrito dipende dalla superficie: I coefficienti di attrito (μ_s e μ_k) dipendono dai materiali in contatto.
* Direzione conta: Considera sempre la direzione delle forze in relazione al movimento (o potenziale movimento) dell'oggetto.
