Förstå krafterna
* tyngdkraft (vikt): Tyngdkraften verkar rakt ner på objektet. Den har två komponenter:
* Normal Force (N): Komponenten i tyngdkraften vinkelrätt mot lutningen. Denna kraft förhindrar att föremålet sjunker in i lutningen.
* tyngdkraften parallellt med lutningen (mg sin θ): Tyngdekomponenten är parallell med lutningen, som är den kraft som tenderar att dra objektet ner i lutningen.
* friktion (F): Kraften som motsätter sig objektets rörelse (eller potentiell rörelse) längs lutningen. Det verkar parallellt med lutningen, mittemot riktningen för den parallella tyngdkomponenten.
* statisk friktion: Förhindrar att objektet rör sig om det är i vila.
* kinetisk friktion: Handlar på objektet om det rör sig.
Hitta krafterna
1. Rita ett gratis kroppsdiagram: Ett gratis kroppsdiagram hjälper dig att visualisera krafterna. Rita objektet på lutningen och rita sedan pilar som representerar:
* Vikt (mg): Rakt ner från mitten av objektet.
* Normal Force (N): Vinkelrätt mot lutningen och pekar bort från ytan.
* tyngdkraften parallellt med lutningen (mg sin θ): Parallellt med lutningen och pekar nerför sluttningen.
* friktion (F): Parallellt med lutningen, pekar upp lutningen (om objektet rör sig ner, eller om det är i vila och håller på att gå upp).
2. Lös tyngdkraften till komponenter:
* Normal Force (N): N =mg cos θ, där θ är lutningsvinkeln.
* tyngdkraften parallellt med lutningen (mg sin θ): mg sin θ
3. Bestäm friktionskraften:
* statisk friktion:
* Maximal statisk friktion: f_s, max =μ_s * n, där μ_s är koefficienten för statisk friktion. Detta är den maximala kraften som statisk friktion kan utöva innan objektet börjar röra sig.
* Faktisk statisk friktion: Den faktiska kraften för statisk friktion kommer att vara lika med kraften som drar objektet ner i lutningen (mg sin θ) om objektet är i vila.
* kinetisk friktion: f_k =μ_k * n, där μ_k är koefficienten för kinetisk friktion.
Exempel
Låt oss säga att ett block med en massa på 10 kg är på 30 ° lutning. Friktionskoefficienterna är μ_s =0,4 och μ_k =0,2.
* Normal kraft: N =mg cos θ =(10 kg) (9,8 m/s²) cos 30 ° ≈ 84,9 n
* tyngdkraften parallellt med lutningen: mg sin θ =(10 kg) (9,8 m/s²) sin 30 ° ≈ 49 n
Scenario 1:Block vid vila
* Maximal statisk friktion: f_s, max =μ_s * n =(0,4) (84,9 n) ≈ 33,9 n
* Eftersom den maximala statiska friktionen (33,9 N) är större än kraften som drar ner blocket (49 N) förblir blocket i vila. Den faktiska statiska friktionskraften är 49 n.
Scenario 2:Block som rör sig nedåt
* kinetisk friktion: f_k =μ_k * n =(0,2) (84,9 n) ≈ 17 n
Nyckelpunkter
* vinklar är viktiga: Se till att du använder rätt vinklar (θ) i dina beräkningar.
* friktion beror på ytan: Koefficienterna för friktion (μ_s och μ_k) beror på materialen i kontakt.
* Riktningsfrågor: Tänk alltid på kraftens riktning i förhållande till rörelsens rörelse (eller potentiell rörelse).
