Určitě jste si všimli, že rychlost objektu se zvyšuje, když klouže ze svahu. Stává se to kvůli síle působící na objekt v důsledku gravitace na svahu?
Rychlost objektu na svahu je určena dvěma hlavními silami. Úplně první věcí je strmost svahu a druhou a nejdůležitější je síla působící objektem proti svahu, což je síla způsobená gravitací.
Co je gravitace na svahu?
Gravitační síla působí vždy směrem dolů ke středu Země.
Gravitace je stejná na rovině země a dokonce i na svahu bez ohledu na strmost svahu, ale mění se pouze velikost síly způsobené gravitací.
Pokud je objekt na mírném svahu, pak zrychlení objektu dolů ze svahu bude menší ve srovnání s rychlostí získanou objektem při rolování ze svahu ze strmějšího kopce. Je to proto, že velikost síly způsobené gravitací na objekt zrychlující se dolů ze strmějšího svahu je větší ve srovnání s mírným svahem.
Co je gravitační síla na svahu?
Gravitační síla na svahu je tlačná síla působící na zem objektem v důsledku jeho hmotnosti.
Gravitační síla na svahu je vždy stejná pro objekt o hmotnosti 'm', ať je objekt přítomen kdekoli. Gravitační síla na objekt je vždy konstantní, protože jeho hmotnost a gravitační zrychlení jsou konstantní a rovna F=mg
Práce vykonávaná gravitací na svahu
Vykonaná práce je definována jako síla potřebná k přemístění předmětu z jeho původního místa a je dána pomocí Práce=síla*krát posunutí
V případě, že se objekt pohybuje po nakloněné rovině, působí gravitační síla k posunutí objektu z určité výšky nad zemí na nakloněné rovině.
Předpokládejme, že existuje objekt o hmotnosti 'm' zrychlující se dolů z nakloněné roviny, jak je znázorněno na obrázku níže:-
Síla způsobená gravitací, která působí proti svahu, je rovna Fg= mg. Vlivem gravitační síly se objekt pohybuje po svahu silou F=mgSinθ
Třecí síla
působí proti němu, aby odolal zrychlení předmětu, které je důsledkem rovnoběžné síly působící proti normálové síle N předmětu, která je F//=mgCosXNUMX
Posunutí předmětu od nakloněné roviny je 'h', což je výška předmětu nad zemí. Práce vykonávaná objektem je tedy
W = MGH
Síla způsobená gravitací působí na objekt, aby jej srazila na rovinný povrch Země a urychlila jej dolů ze svahu.
Kdy je gravitační síla na nakloněné rovině maximální?
Gravitační síla je stejná v jakémkoli bodě na nakloněné rovině, protože hmotnost a gravitační zrychlení zůstávají neměnné.
Síla způsobená gravitací působí před objektem, zatímco objekt zrychluje dolů ze svahu, velikost gravitace síly bude větší, pokud je svah strmější.
Síla, která drží objekt na zemi, je síla působící proti normálové síle na zem objektem, která je – mgCosθ a složka síly zodpovědné za zrychlení objektu dolů je sklon je mg Sinθ.
To se řídí druhým Newtonovým pohybovým zákonem
F = ma
A proto je zrychlení objektu ze svahu rovné
a=F/m
Maximální síla působící na předmět je tedy mgSinθ
Co ovlivňuje gravitační sílu na nakloněné rovině?
Úhel sklonu k zemi určuje rychlost objektu a velikost síly, která jej tlačí dolů.
Jelikož je objekt na nakloněné rovině, zvedne se nad úroveň země a získá potenciální energii, čímž se gravitační síla mírně sníží. Ale vlivem nevyvážených sil se objekt zrychluje dolů.
Pokud úhel mezi směrem gravitační síla a sklon se sníží, pak se objekt bude tlačit dolů k zemi. Těžiště předmětu je tam, kde je soustředěna veškerá hmotnost těla a má tendenci udržovat předmět v rovnovážné klidové poloze.
Mění se gravitační síla s úhlem?
Gravitační síla působící na objekt je konstantní a působí vždy směrem ke středu Země.
Pro objekt na nakloněné rovině zůstává gravitační síla na objekt stejná, ale se sklonem roste pouze velikost rovnoběžné síly působící na objekt na svahu.
Z níže uvedeného diagramu můžeme vidět, že na objekt působí různé síly, ale směr těchto dvou sil je ve stejném směru. Pokud se úhel φ zvětší, pak se velikost těchto sil zvětší a objekt bude zrychlovat po svahu vysokou rychlostí.
Rovnoběžná síla je vytvořena silou působící na zem v důsledku normálové síly a silou způsobenou těžištěm předmětu svírajícím úhel φ působící rovnoběžně se směrem šikmé síly mgSinθ tlačit předmět dolů ze svahu jak roste velikost síly v tomto směru.
Jak vypočítat gravitační sílu na svahu?
Síly působící na objekt na nakloněné rovině jsou součtem gravitační síly, kolmé síly a rovnoběžné síly.
Gravitační síla objektu na svahu působí vždy směrem dolů a podle druhého Newtonova pohybového zákona je gravitační síla na objekt rovna hmotnosti krát gravitační zrychlení, tj. Fg=mg
Nyní se podívejme, jak vypočítat čistou gravitační sílu na objekt na nakloněné rovině krok za krokem: -
Úhel sklonu
Úplně první věcí je najít úhel sklonu svahu, který určuje velikost sil a rychlost objektu.
Hmotnost objektu
Zadruhé byste měli znát hmotnost předmětu. Pokud znáte normálovou sílu předmětu, můžete vypočítat hmotnost pomocí vzorce:- m=F/a
Najděte sílu díky gravitaci
Gravitační síla vždy směřuje k těžišti Země a je rovna mg.
Najděte kolmou sílu
Je to síla působící ve směru zrychlení objektu a zodpovědná za pohyb objektu dolů ze svahu a je rovna
Najděte Paralelní Sílu
Toto je síla generovaná účinkem gravitace a síla vyvinutá v reakci na normálovou sílu proti svahu kopce a přidává se k tlačné síle na předmět, která jej táhne dolů ze svahu a je rovna
Vypočítejte třecí sílu
Toto je síla působící proti rychlosti předmětu tím, že brání jeho pohybu a závisí na koeficientu tření svahu, který určuje drsnost země a je dán jako
a souvisí s normálovou silou předmětu působící na zem.
Najděte Net Force
Síla, která je zodpovědná za zrychlení předmětu dolů ze svahu, je rovnoběžná síla a třecí síla působí proti zrychlení předmětu působícího v opačném směru. Normálová síla je rovna kolmé síle působící na předmět.
Pomocí toho pak můžete zjistit zrychlení objektu od nakloněné roviny pomocí druhého Newtonova pohybového zákona.
F = ma
Zrychlení objektu od nakloněného svahu je tedy takové
a=Fsíť/m
Jaké je zrychlení předmětu o hmotnosti 2 kg kloužejícího z nakloněného místa s úhlem sklonu 300 s koeficientem tření 0.15?
Zadáno: m = 2 kg
30=XNUMX0
μ = 0.15
Síla způsobená gravitací je
Paralelní složka síly je
Kolmá síla je
Síla způsobená třením je
Čistá síla působící na objekt je tedy
Proto je zrychlení objektu
Zrychlení předmětu od nakloněné roviny je 7.75m / s2.
Shrnutí
Gravitační síla na předmět zůstává stejná i na nakloněné rovině. Síla, která je zodpovědná za zrychlení objektu po svahu, je rovnoběžná síla působící na objekt v důsledku gravitační síly ze středu jeho hmotného bodu vpředu a kolmé síly.
Také čtení:
Ahoj, jsem Akshita Mapari. Udělal jsem Mgr. ve fyzice. Pracoval jsem na projektech jako Numerické modelování větrů a vln během cyklonu, Fyzika hraček a mechanizované vzrušující stroje v zábavním parku založeném na klasické mechanice. Absolvoval jsem kurz na Arduinu a dokončil jsem několik mini projektů na Arduinu UNO. Vždy rád prozkoumávám nové oblasti v oblasti vědy. Osobně věřím, že učení je větší nadšení, když se učí kreativně. Kromě toho rád čtu, cestuji, brnkám na kytaru, určuji kameny a vrstvy, fotím a hraji šachy.
