Musiałeś zauważyć, że prędkość obiektu wzrasta, gdy zjeżdża po zboczu. Czy dzieje się tak z powodu siły działającej na obiekt w wyniku grawitacji na zboczu?
Prędkość obiektu na zboczu określają dwie główne siły. Pierwszą rzeczą jest stromość zbocza, a drugą i najważniejszą jest siła działająca na obiekt na zbocze, czyli siła grawitacji.
Czym jest grawitacja na zboczu?
Siła grawitacji zawsze działa w dół, w kierunku środka Ziemi.
Grawitacja jest taka sama na płaskim podłożu, a nawet na zboczu, niezależnie od stromości zbocza, ale zmienia się tylko wielkość siły wywołanej grawitacją.
Jeśli obiekt znajduje się na łagodnym zboczu, przyspieszenie obiektu w dół zbocza będzie mniejsze w porównaniu z prędkością nabytą przez obiekt podczas zjeżdżania ze zbocza z bardziej stromego wzniesienia. Dzieje się tak, ponieważ siła grawitacji na obiekcie przyspieszającym w dół z bardziej stromego zbocza jest większa w porównaniu z łagodnym zboczem.
Jaka jest siła grawitacji na zboczu?
Siła grawitacji na zboczu to siła pchania działająca na podłoże przez obiekt ze względu na jego ciężar.
Siła grawitacji na zboczu jest zawsze taka sama dla obiektu o masie „m”, gdziekolwiek ten obiekt jest obecny. Siła grawitacji działająca na obiekt jest zawsze stała, ponieważ jego masa i przyspieszenie ziemskie są stałe i wynoszą F=mg
Praca wykonana grawitacją na pochylni
Wykonana praca jest definiowana jako siła potrzebna do przemieszczenia obiektu z jego początkowego miejsca i jest wyrażona jako Praca=Siła*razy przemieszczenie
W przypadku obiektu poruszającego się po równi pochyłej praca jest wykonywana siłą grawitacji w celu przemieszczenia obiektu z pewnej wysokości nad ziemią na pochyłej płaszczyźnie.
Załóżmy, że obiekt o masie „m” przyspiesza w dół od nachylonej płaszczyzny, jak pokazano na poniższym rysunku:
Siła grawitacyjna działająca na zbocze jest równa Fg=mg. Ze względu na siłę grawitacji obiekt porusza się w dół zbocza z siłą F=mgSinθ
Siła tarcia
działa przeciwko niemu, aby przeciwstawić się przyspieszeniu obiektu, które wynika z równoległej siły wywieranej na siłę normalną N przedmiotu, który jest F//=mgCosθ
Przemieszczenie obiektu od pochylonej płaszczyzny wynosi „h”, co jest wysokością obiektu nad ziemią. Stąd praca wykonana przez obiekt to:
W = MGH
Siła grawitacji jest wywierana na obiekt, aby sprowadzić go na płaską powierzchnię Ziemi, przyspieszając go w dół zbocza.
Kiedy siła grawitacji na pochyłej płaszczyźnie jest maksymalna?
Siła grawitacji jest taka sama w każdym punkcie nachylonej płaszczyzny, ponieważ masa i przyspieszenie grawitacyjne pozostają niezmienne.
Siła grawitacji działa przed obiektem, gdy przyspiesza on w dół zbocza, siła grawitacji będzie większa, jeśli zbocze jest bardziej strome.
Siła utrzymująca obiekt na podłożu to siła działająca przeciw normalnej sile wywieranej przez obiekt na podłoże, czyli –mgCosθ, a składową siły odpowiedzialną za przyspieszenie obiektu w dół jest nachylenie mg Sinθ.
Wynika to z drugiej zasady dynamiki Newtona
F = mój
I stąd przyspieszenie obiektu ze zbocza jest równe
a=K/m
Maksymalna siła działająca na obiekt to mgSinθ, stąd
Co wpływa na siłę grawitacji na pochyłej płaszczyźnie?
Kąt nachylenia terenu względem podłoża określa prędkość obiektu i wielkość siły, która popycha go w dół.
Ponieważ obiekt znajduje się na pochyłej płaszczyźnie, unosi się nad poziom gruntu, zyskując energię potencjalną, przez co przyciąganie grawitacyjne nieznacznie maleje. Ale z powodu niewyważenia sił obiekt przyspiesza w dół.
Jeśli kąt między kierunkiem siła grawitacji a nachylenie staje się niższe, obiekt zepchnie się w dół w kierunku ziemi. Środek ciężkości obiektu znajduje się tam, gdzie skupia się cały ciężar ciała i ma tendencję do utrzymywania obiektu w równowagowej pozycji spoczynkowej.
Czy siła grawitacyjna zmienia się wraz z kątem?
Siła grawitacyjna wywierana na obiekt jest stała i zawsze działa w kierunku środka Ziemi.
W przypadku obiektu znajdującego się na pochyłej płaszczyźnie siła grawitacji na obiekt pozostaje taka sama, ale tylko siła równoległej siły działającej na obiekt na zboczu wzrasta wraz z nachyleniem.
Na poniższym diagramie widać, że na obiekt działają różne siły, ale kierunek obu sił jest taki sam. Jeśli kąt φ wzrasta, to wielkość tych sił wzrasta i obiekt przyspiesza w dół zbocza z dużą prędkością.
Siła równoległa powstaje w wyniku siły wywieranej na podłoże od siły normalnej oraz siły od środka ciężkości przedmiotu tworzącego kąt φ działający równolegle do kierunku siły ukośnej mgSinθ zepchnij przedmiot w dół zbocza wraz ze wzrostem siły działającej w tym kierunku.
Jak obliczyć siłę grawitacji na pochylni?
Siły wypadkowe działające na obiekt na pochyłej płaszczyźnie to suma siły grawitacji, siły prostopadłej i siły równoległej.
Siła grawitacji ciała na zboczu działa zawsze w dół i zgodnie z drugą zasadą dynamiki Newtona siła grawitacji na obiekcie jest równa masie razy przyspieszenie ziemskie, tj. Fg=mg
Zobaczmy teraz, jak krok po kroku obliczyć wypadkową siłę grawitacji na obiekcie na płaszczyźnie nachylenia:-
Kąt nachylenia
Pierwszą rzeczą jest znalezienie kąta nachylenia zbocza, który określa wielkość sił i prędkość obiektu.
Masa obiektu
Po drugie, powinieneś znać masę przedmiotu. Jeśli znasz siłę normalną ciała, możesz obliczyć masę ze wzoru:- m=F/a
Znajdź siłę dzięki grawitacji
Siła grawitacji jest zawsze skierowana w stronę środka ciężkości Ziemi i jest równa mg.
Znajdź siłę prostopadłą
Jest to siła działająca w kierunku przyspieszenia obiektu i odpowiedzialna za ruch obiektu w dół zbocza i jest równa
Znajdź siłę równoległą
Jest to siła generowana w wyniku wpływu grawitacji i siły, która powstaje w odpowiedzi na normalną siłę działającą na zbocze wzgórza i dodaje się do siły pchającej obiekt, który ciągnie go w dół zbocza i jest równa
Oblicz siłę tarcia
Jest to siła działająca przeciw prędkości obiektu poprzez stawianie oporu jego ruchowi i zależna od współczynnika tarcia zbocza, który określa chropowatość podłoża i wyraża się jako
i jest związana z normalną siłą obiektu działającego na ziemię.
Znajdź siłę sieci
Siła odpowiedzialna za przyspieszenie obiektu w dół zbocza jest siłą równoległą, a siła tarcia jest przeciwna przyspieszeniu obiektu działającemu w przeciwnym kierunku. Siła normalna jest równa sile prostopadłej działającej na obiekt.
Korzystając z tego, możesz następnie znaleźć przyspieszenie obiektu od pochylonej płaszczyzny, używając drugiego równania ruchu Newtona.
F = mój
Stąd przyspieszenie obiektu ze stoku pochyłego wynosi
a=Fnetto/m
Jakie jest przyspieszenie obiektu o masie 2kg zsuwającego się z miejsca pochyłego o kącie nachylenia 300 o współczynniku tarcia 0.15?
Dany: m = 2 kg
θ=300
μ = 0.15
Siła grawitacyjna wynosi
Równoległy składnik siły to
Siła prostopadła wynosi
Siła spowodowana tarciem wynosi
Stąd siła wypadkowa działająca na obiekt to
Dlatego przyspieszenie obiektu wynosi
Przyspieszenie obiektu od pochylonej płaszczyzny wynosi 7.75m / s2.
Podsumowanie
Siła grawitacji na przedmiot pozostaje taka sama nawet na pochyłej płaszczyźnie. Siła, która odpowiada za przyspieszenie obiektu w dół zbocza, jest równoległą siłą wywieraną na obiekt w wyniku siły grawitacji ze środka jego punktu masy z przodu i siły prostopadłej.
Przeczytaj także:
- Grawitacja w próżni
- Gęstość i ciężar właściwy
- Czym jest grawitacja
- Przykłady erozji grawitacyjnej
- Przykłady grawitacji
Cześć, jestem Akshita Mapari. Zrobiłem mgr. w fizyce. Pracowałem przy projektach takich jak Modelowanie numeryczne wiatrów i fal podczas cyklonu, Fizyka zabawek i zmechanizowanych maszyn dreszczowych w parkach rozrywki w oparciu o mechanikę klasyczną. Ukończyłem kurs na Arduino i zrealizowałem kilka mini projektów na Arduino UNO. Zawsze lubię odkrywać nowe obszary w dziedzinie nauki. Osobiście uważam, że nauka jest bardziej entuzjastyczna, gdy uczy się ją kreatywnie. Poza tym lubię czytać, podróżować, brzdąkać na gitarze, identyfikować skały i warstwy, fotografować i grać w szachy.
