Przyspieszenie powierzchni bez tarcia: wyczerpujące wglądy i fakty

Przyspieszenie powierzchni bez tarcia reprezentuje sposób, w jaki ciało porusza się po powierzchni bez tarcia ze stałą prędkością.

Gdy powierzchnia jest pozbawiona tarcia, żadna siła wypadkowa ruchu nie zatrzymuje jego ruchu. W związku z tym ciało nadal porusza się z tą samą prędkością. Z tego powodu interpretujemy „bez tarcia” jako „poruszanie się bez zatrzymywania się”. Zdarzenie braku przyspieszenia nazywane jest „przyspieszeniem powierzchni bez tarcia”.

Kiedy dwa ciała przyspieszają, aby się ze sobą ślizgać, doświadczają przeciwstawnych sił w punkcie styku powierzchni, które je spowalniają. Jedną z przeciwstawnych sił jest normalna siła który działa prostopadle do powierzchni, a drugi to a siła tarcia który działa stycznie do powierzchni. Te przeciwstawne siły dostarczają energię wewnętrznym cząsteczkom ciała, które zmieniają swoje odległości międzyatomowe, co prowadzi do spowolnienia ruchu ciała. 

Ciała o powierzchniach pozbawionych tarcia nie odkształcają się, ponieważ ich odległość międzyatomowa pozostaje taka sama podczas ruchu. Na takiej powierzchni pozbawionej tarcia, normalna siła działająca w górę przechodzi przez środek. W konsekwencji poruszające się ciało doświadcza zera moment obrotowy lub zero sił wokół jego środka. Dlatego siły wypadkowe nie mogą zwalniać ani przyspieszać ciała, a ruch obrotowy i translacyjny ciała nie może zostać zmieniony.

Odtąd, jeśli ciało porusza się po powierzchni tarcia, będzie się poruszać w nieskończoność bez przyspieszania lub zmiany ruchu.

Przeczytaj Więcej Przyspieszenie nachylonej płaszczyzny.

Jakie jest przyspieszenie na powierzchni pozbawionej tarcia?

Przyspieszenie na powierzchni pozbawionej tarcia to ciągły ruch ciała przy braku siły reakcji.

Przyspieszenie na dowolnej powierzchni to miara siły wywieranej przez powierzchnię. Siła tarcia, która ma zatrzymać ruch, jest eliminowana na powierzchni pozbawionej tarcia. Ponieważ siły wypadkowe działające na ciało stają się zerowe, przyspieszenie na powierzchniach pozbawionych tarcia również wynosi zero.

As Pierwsza zasada dynamiki Newtona stany – przyłożona siła mięśniowa powoduje, że ciało porusza się w kierunku siły z jednakową prędkością. Jak Druga zasada dynamiki Newtona stany – ciało jest przyspieszone, równoznaczne z zaaplikowanym muskularny siła.  

F= ma …………(*)

W przeciwieństwie do pierwszego prawa, drugie prawo wyjaśnia również sytuację, w której siła wypadkowa działająca na obiekt nie jest równa zeru. Oznacza to, że różne siły powodują różne przyspieszenia obiektu. 

As Trzecia zasada dynamiki Newtowna stany – istnieje siła reakcji na przyłożoną siłę wywieraną przez powierzchnię drugiego ciała, gdy występuje tarcie między dwiema powierzchniami. 

"The siła tarcia jest wprost proporcjonalna do siły normalnej. “

F_Fric  = μF_N

Natomiast μ to współczynnik tarcia.

Wygładzając powierzchnię na różne sposoby, zmniejszamy współczynnik tarcia μ powierzchni zależny od chropowatości powierzchni. Na tak pozbawionej tarcia powierzchni na ciało działa tylko siła normalna, ale wzdłuż jego ruchu, gdy ciało zaczyna się ślizgać. Żadne siły reakcji nie są w stanie oprzeć się ruchowi ciała. Dlatego dotychczasowy ciało porusza się w kierunku poziomym lub po torze przyłożonej siły z stała prędkość na powierzchniach pozbawionych tarcia. 

Zgodnie z Prawo ruchu Newtona, ciało będzie się stale poruszać stałym ruchem, chyba że zastosujemy do niego niewielką ilość siły. Zwykle siła tarcia przeciwstawia się stałemu ruchowi. Ale na powierzchnia bez tarciajednak nie ma siły, aby wytrzymać ruch. To ciało będzie podróżować bez przerwy. 

Przeczytaj Więcej Prawa dynamiki Newtona.

Jak powierzchnia beztarciowa wpływa na przyspieszenie?

Powierzchnia cierna wpływa na przyspieszenie ciała poprzez eliminację siły tarcia, która przeciwstawia się ruchowi.

Kiedy ciało ślizga się po szorstkiej powierzchni, szybko zwalnia, aby odpocząć dzięki sile tarcia. Ale jeśli wygładzimy powierzchnię, aby wyeliminować siłę tarcia, ciało dalej się ślizga. W ten sposób powierzchnia tarcia wpływa na przyspieszenie ciała do ślizgania się po prostej drodze w nieskończoność.

Załóżmy, że przykładamy siłę pchania do bloku, który spoczywa na stole. Najpierw blok ślizga się po powierzchni stołu pod wpływem siły pchania, ale po pewnym czasie zatrzymuje się z powodu siła tarcia ze stołu. Różne rodzaje tarcie siła – np. przesuwny tarcie i walcowanie tarcie, przeciwstawić się ruchowi ciała i zapobiec poślizgowi ciała. 

Jeśli sprawimy, że powierzchnia stołu się wygładzi, czas, jaki upłynął między blokiem zacznie się ślizgać, a reszta wzrośnie. Załóżmy, że powierzchnia stołu staje się pozbawiona tarcia, tak że tarcie staje się prawie nieistotne. W takim przypadku blok przesuwa się po prostej ścieżce, nie wymagając żadnej siły, aby przejść na większą odległość.

Powierzchnia pozbawiona tarcia nie pozwala na przyspieszenie żadnego obiektu, chyba że przyspieszymy go z zewnętrzną niezrównoważoną siłą. np. upuszczanie. Wszelkie inne siły działające równolegle do powierzchni pozbawionej tarcia powodowałyby ślizganie się ciała, ponieważ siła tarcia jest nieobecna. Ruchome ciało nie może poruszać się na boki po powierzchni pozbawionej tarcia.

Samolot bez tarcia nie istnieje w prawdziwym życiu. Pomimo swojego nieistnienia samolot bez tarcia ma znaczącą wartość w projektowaniu jezdni, silników, silników itp.

Przeczytaj Więcej Tarcie ślizgowe.

Jak znaleźć przyspieszenie obiektu na zboczu bez tarcia?

Przyspieszenie na beztarciowym nachylenie jest określane przez rozłożenie siły grawitacyjnej na obiekcie na dwie części.

Na zboczu pozbawionym tarcia obiekt porusza się równolegle do płaszczyzny. Siła normalna i grawitacyjna składowa prostopadła znoszą się nawzajem, ponieważ obie siły działają w tym samym kierunku. Stąd tylko grawitacyjna składowa równoległa przyspiesza obiekt na zboczu pozbawionym tarcia.

Każdy obiekt przyspiesza na pozbawionej tarcia powierzchni nachylonej płaszczyzny. Możemy zmierzyć jego przyspieszenie lub obliczyć, określając składową masy opadającą w dół zbocza i wprowadzającą Druga zasada dynamiki Newtona.

Kiedy obiekt ślizga się po zboczu pozbawionym tarcia, siła normalna N jest wywierana na niego przez powierzchnię i siła grawitacji wywierana jest przez ziemię, która jest ciężarem obiektu. Siła normalna jest prostopadła, a siła grawitacji jest skierowana pionowo w dół do powierzchni.

Ponieważ zbocze jest pozbawione tarcia, obiekt przyspiesza wzdłuż zbocza i jest dalej ograniczany równolegle do jego powierzchni w miarę postępu. Dlatego siła wypadkowa, taka jak siła normalna N i składowa y siły grawitacji (mgcosθ), prostopadła do nachylenia, musi wynosić zero. W rezultacie tylko składowa x siły grawitacji (mgsinθ) jest równoległa do nachylenia – przyspieszając obiekt na powierzchni pozbawionej tarcia.

F = mgsinθ …………..(1)

Porównanie równania (*) i (1), dostajemy

ma = mgsinθ

a = gsinθ ……………(2)

Podczas gdy θ to kąt nachylenia, a g to przyspieszenie grawitacyjne lub przyspieszenie wytwarzane przez siłę grawitacji. 

Na powierzchni pozbawionej tarcia siła potrzebna do przyspieszenia obiektu wynosi mgsinθ, która przyspieszy jednakowo do gsinθ.

Sprawdzając zdarzenia graniczne w nawierzchniach pozbawionych tarcia, możemy również zauważyć, że

• Brak siły wzdłuż poziomej powierzchni pozbawionej tarcia, ponieważ kąt nachylenia θ wynosi zero. 
• Siła wzdłuż pionowej powierzchni tarcia wynosi mg jako kąt nachylenia θ = 90°. 

Przeczytaj Więcej Rodzaje sił.

Jakie jest przyspieszenie obiektu zjeżdżającego po rampie bez tarcia?

Przyspieszenie obiektu zjeżdżającego po rampie bez tarcia jest mniejsze niż przyspieszenie wynikające z wartości grawitacji. 

Przyspieszenie obiektu na pozbawionej tarcia powierzchni pochyłej rampy jest równe gsinθ. Rampa ma możliwe kąty 0< θ<90°, co daje wartości 0

Jak wyjaśniliśmy wcześniej, przyspieszenie na powierzchni pozbawionej tarcia wynosi gsinθ.

Innymi słowy, na powierzchni pozbawionej tarcia masa obiektu znosi się, co przewiduje, że każdy obiekt, niezależnie od rozmiaru i masy, zsunie się na nachylonej powierzchni pozbawionej tarcia z tym samym przyspieszeniem gsinθ. 

Ponieważ g= 9.8 m/s² i θ = 30° dla rampy pochyłej. 

Podstawiając powyższe wartości do równanie (2), dostajemy

a = 9.8 grzech 30°

a = 9.8 * ½

a = 4.9 m/s²

Każdy obiekt jest zazwyczaj przyspieszany z prędkością 4.9 m/s2 na pozbawionej tarcia powierzchni nachylonej płaszczyzny.

Jeśli obiekt wystartuje z spoczynku, a następnie przejedzie odległość x, poruszając się po rampie bez tarcia w czasie t; jeden z kinematyczne równanie ruchu x=(1/2) w² staje się, x=(1/2)gsinθt²

Możemy dowiedzieć się, ile czasu zajmie obiektowi dotarcie do dna rampy.

Zwróć uwagę, że gdy pochylona rampa ma kąt 90°, przedmiot opadnie swobodnie w dół.

Przeczytaj Więcej Kinematyczne równania ruchu.

Przeczytaj także:

• Siła dośrodkowa a przyspieszenie dośrodkowe
• Jak znaleźć masę bez przyspieszenia
• Jak znaleźć przyspieszenie przy dwóch prędkościach
• Jak znaleźć współczynnik przyspieszenia
• Jak znaleźć przyspieszenie na podstawie wykresu czasu pozycji
• Czym przyspieszenie różni się od prędkości
• Jak znaleźć rachunek przyspieszenia
• Czynniki wpływające na przyspieszenie
• Jak znaleźć siłę rozciągającą przy przyspieszeniu
• Jak znaleźć przyspieszenie ze względu na kąt i współczynnik tarcia kinetycznego 2

Manisha Naika

Witam, nazywam się Manish Naik i ukończyłem studia magisterskie z fizyki na kierunku elektronika półprzewodnikowa jako specjalizacja. Mam trzyletnie doświadczenie w pisaniu artykułów na temat fizyki. Pisanie, którego celem było dostarczenie dokładnych informacji wszystkim czytelnikom, zarówno początkującym, jak i ekspertom.
W wolnym czasie uwielbiam spędzać czas na łonie natury lub zwiedzać miejsca historyczne.
Nie mogę się doczekać, aby połączyć się z Tobą za pośrednictwem LinkedIn –