Κεκλιμένο Επίπεδο Και Τριβή Κωστοπούλου Κατερίνα Λουρή Νάσια

Θεωρία Θεμελιώδης Νόμος της Μηχανικής: Είναι ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα και σύμφωνα με αυτόν το σώμα αποκτά επιτάχυνση α ανάλογη με τη συνισταμένη δύναμη.  F=m·α Πρώτος Νόμος του Νεύτωνα: Αν η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται σε ένα σώμα είναι μηδέν, τότε το σώμα ή ηρεμεί ή κινείται ευθύγραμμα και ομαλά. Βάρος: Είναι η δύναμη που έλκει το σώμα προς τη Γη. Το Βάρος υπολογίζεται με τον τύπο B=mg και το μέτρο του είναι το 1Ν. Τρίτος Νόμος του Νεύτωνα: Όταν δύο σώματα αλληλεπιδρούν και το πρώτο ασκεί δύναμη F στο δεύτερο, τότε και το δεύτερο ασκεί αντίθετη δύναμη –F στο πρώτο. Ο τρίτος Νόμος του Νεύτωνα ονομάζεται και Νόμος Δράσης-Αντίδρασης. Τριβή: Όταν ένα σώμα ολισθαίνει πάνω σε μία επιφάνεια, υπάρχει μια δύναμη στο σώμα που αντιστέκεται στην κίνηση του. Η τριβή υπολογίζεται με τον τύπο Τ= μΝ. Στατική τριβή: Στατική τριβή ονομάζεται η τριβή την στιγμή που το σώμα είναι ακίνητο. Οριακή τριβή: Η στατική τριβή που έχει πάρει τη μέγιστη τιμή λέγεται οριακή τριβή. Τριβή ολίσθησης: Κατά τη διάρκεια κίνησης ενός σώματος η δύναμη της τριβής που αντιστέκεται στην κίνηση (ολίσθηση) λέγεται τριβή ολίσθησης. Η τριβή ολίσθησης πρέπει να είναι μικρότερη από την οριακή τριβή.

Όργανα Τα όργανα που χρησιμοποιήσαμε είναι τα εξής: Μικρό κιβώτιο με κυλινδρικές εγκοπές και με επιφάνειες από διαφορετικό υλικό Μικρή ξύλινη σανίδα Μεταλλικά, κυλινδρικά σώματα που προσαρμόζουν στις εγκοπές του κιβωτίου Δυναμόμετρο Ζυγός Χάρακας Επίπεδη λεία σανίδα (μεγάλου μήκους) Μεταλλική βάση στήριξης, σύνδεσμοι, μεταλλικές ράβδοι, σφικτήρες Μετροταινία Χρονόμετρο

Άσκηση 1 ΠΙΝΑΚΑΣ 1 Υλικό Οριακή Τριβή Ολίσθησης μορ Λάστιχο Αλουμίνιο Τοποθετήσαμε την ξύλινη σανίδα πάνω στην οριζόντια επιφάνεια του θρανίου. Τοποθετήσαμε το κιβώτιο πάνω στη σανίδα και μετρήσαμε για κάθε υλικό (λάστιχο, αλουμίνιο, ξύλο) τη δύναμη που ασκήθηκε πάνω του μέχρι να κινηθεί. Επίσης μετρήσαμε τη μάζα του κιβωτίου και βρέθηκε 223 g 0.223 kg B=mg B=2.23 N ΠΙΝΑΚΑΣ 1 Υλικό Οριακή Τριβή Ολίσθησης μορ Λάστιχο 0,75 Ν T=μΝ  μ=0,75/2.23  μ=0.4 Αλουμίνιο 0,25 Ν T=μΝ  μ=0,4/2.23  μ=0.2 Ξύλο 0,5 Ν T=μΝ  μ=0,5/2.23  μ=0.3

Άσκηση 2 ΠΙΝΑΚΑΣ 2 Υλικό Οριακή Τριβή Ολίσθησης μορ Λάστιχο Αλουμίνιο Τοποθετήσαμε την ξύλινη σανίδα πάνω στην οριζόντια επιφάνεια του θρανίου. Τοποθετήσαμε δύο κιβώτια το ένα πάνω στο άλλο, πάνω στη σανίδα και μετρήσαμε για κάθε υλικό (λάστιχο, αλουμίνιο, ξύλο) τη δύναμη που ασκήθηκε πάνω του μέχρι να κινηθεί. Επίσης μετρήσαμε τη μάζα του κιβωτίου και βρέθηκε 223 g 0.223 kg  Β1=mg B1=0.223·10 B1=2.23 N). Η μάζα του δεύτερου κιβωτίου είναι 225 g  0.225 kg  B2= 2.25 N B=B1+B2 B=2.23+2.25 B=4.48 N ΠΙΝΑΚΑΣ 2 Υλικό Οριακή Τριβή Ολίσθησης μορ Λάστιχο 1,5 Ν T=μΝ  μ=1,5/4.48  μ=0.4 Αλουμίνιο 0,75 Ν T=μΝ  μ=0,75/4.48  μ=0.2 Ξύλο 0,9 Ν T=μΝ  μ=0,9/4.48  μ=0.3

Άσκηση 3 ΠΙΝΑΚΑΣ 1 Υλικό Τριβή Ολίσθησης μ Λάστιχο Αλουμίνιο 0,4 Ν Τοποθετήσαμε κατά τον ίδιο τρόπο το κιβώτιο πάνω στην ξύλινη σανίδα και το σύραμε με τη βοήθεια του δυναμόμετρου με σταθερή ταχύτητα. Μετρήσαμε την τριβή ολίσθησης. ΠΙΝΑΚΑΣ 1 Υλικό Τριβή Ολίσθησης μ Λάστιχο 0,75Ν T=μΝ  μ=0,75/2.23  μ=0.4 Αλουμίνιο 0,4 Ν T=μΝ  μ=0,4/2.23  μ=0.2 Ξύλο 0,6 Ν T=μΝ  μ=0,6/2.23  μ=0.3

Άσκηση 4 Πήραμε την ξύλινη σανίδα και βάλαμε στην άκρη της το κιβώτιο κάθε φορά με διαφορετική επιφάνια (λάστιχο, ξύλο, αλουμίνιο). Στη συνέχεια αρχίσαμε να σηκώνουμε την ξύλινη σανίδα μέχρι να γλιστρήσει το κιβώτιο. Έπειτα μετρήσαμε το ύψος της σανίδας και το μήκος της.

Άσκηση 5 Τοποθετήσαμε το κιβώτιο πάνω στη σανίδα, έτσι ώστε η λαστιχένια έδρα του να εφάπτεται σε αυτήν. Δώσαμε στη σανίδα τέτοια κλίση έτσι ώστε να μετατραπεί σε κεκλιμένο επίπεδο. Μετρήσαμε το μήκος S της σανίδας και βρέθηκε 120 cm.Επίσης το ύψος του επιπέδου από τη σανίδα βρέθηκε 51cm.Τέλος, ο χρόνος που έκανε το σώμα να φτάσει στο τέλος του κεκλιμένου επιπέδου είναι 2,8 s. Έπειτα επαναλάβαμε ακριβώς την ίδια διαδικασία για την αλουμινένια πλευρά του κιβωτίου και ο χρόνος βρέθηκε 1,5 s.

Ερωτήσεις-Απαντήσεις: Άσκησης 1 1.Πώς εξηγείς το γεγονός του ότι ενώ ασκείς δύναμη στο κιβώτιο μέσω του δυναμόμετρου το κιβώτιο δεν κινείται; Το κιβώτιο δεν κινείται γιατί η στατική τριβή είναι μεγαλύτερη από την δύναμη που του ασκούμε εμείς μέσω του δυναμόμετρου, με αποτέλεσμα η συνισταμένη των δυνάμεων να είναι αρνητική και το κιβώτιο να μην μπορεί να κινηθεί. 2.Σε τι συμπέρασμα καταλήξατε για την επίδραση του είδους της επιφάνειας επαφής στην οριακή τριβή ολίσθησης; Μετά το πρώτο πείραμα καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι η επιφάνεια επιδρά στην οριακή τριβή ολίσθησης. Όσο πιο λεία είναι μια επιφάνεια, χρειάζεται λιγότερη δύναμη για να κινηθεί το σώμα. Αναλόγως, όταν η επιφάνεια ολίσθησης του σώματος είναι τραχιά τότε ο σώμα απαιτεί περισσότερη δύναμη για να κινηθεί.

Ερωτήσεις-Απαντήσεις: Άσκησης 2 1.Όταν κάνατε το πείραμα με τα δύο κιβώτια σε ποιο συμπέρασμα καταλήξατε; Καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του σώματος τότε χρειάζεται να του ασκηθεί περισσότερη δύναμη μέσω του δυναμόμετρου για να κινηθεί. 2.Τοποθετήσατε το ένα κιβώτιο σε επαφή με τη μικρή ξύλινη έδρα με τη σανίδα. Από τις μετρήσεις που κάνατε καταλήξατε στο συμπέρασμα ότι ο συντελεστής ολίσθησης εξαρτάται από το εμβαδόν της επιφάνειας επαφής; Τοποθετώντας το κιβώτιο με τη μικρή του έδρα και κάνοντας τις ίδιες μετρήσεις καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι ο συντελεστής της τριβής ολίσθησης είναι ανεξάρτητος από το εμβαδόν της επιφάνειας.

Ερωτήσεις-Απαντήσεις: Άσκησης 3 1.Σε τι συμπέρασμα καταλήξατε όταν σύρατε το κιβώτιο με σταθερή ταχύτητα πάνω στη σανίδα με τη αλουμινένια, λαστιχένια, ξύλινη επιφάνεια ; Καταλήξαμε και πάλι στο συμπέρασμα ότι το είδος της επιφάνειας επηρεάζει την τιμή της δύναμης που ασκείται στο σώμα για να κινηθεί με σταθερή ταχύτητα. Η λεία επιφάνεια απαιτεί λιγότερη δύναμη από μία τραχιά επιφάνια. 2.Στις ασκήσεις 1,2 και 3 υπολογίσαμε τον μ για το ξύλο τα αλουμίνιο και το λάστιχο σε διαφορετική κατάσταση κάθε φορά. Τι παρατηρείτε; Είναι ίδιο κάθε φορά και αν όχι γιατί; Σε όλες τις περιπτώσεις το μ υπολογίστηκε ίδιο και αυτό συμβαίνει γιατί οι μετρήσεις έγιναν σωστά. Αν υπήρχε απόκλιση στα αποτελέσματα αυτό θα είχε συμβεί λόγω σφάλματος στις μετρήσεις.

Ερωτήσεις-Απαντήσεις: Άσκησης 4 1.Από τις μετρήσεις που έγιναν να υπολογίσετε τη γωνία φ και τον συντελεστή ολίσθησης. Η γωνία φ ισούται με την απέναντι κάθετη προς την προσκείμενη κάθετη του ορθογωνίου τριγώνου. Λάστιχο: εφφ=18/26  εφφ=0,7 Ξύλο: εφφ=11/29,5  εφφ=0,4 Αλουμίνιο: εφφ=9/31  εφφ=0,3 Ο συντελεστής ολίσθησης ισούται κάθε φορά με τη γωνία φ.

Ερωτήσεις-Απαντήσεις: Άσκησης 5 1.Να υπολογίσετε την επιτάχυνση του σώματος. Η επιτάχυνση α υπολογίζεται από τον τύπο s=1/2at²  a=2s/t² a=2·120/2.5²  a=38.4 m/s². Οι μετρήσεις και η επιτάχυνση είναι για την επιφάνια του κιβωτίου με το λάστιχο. Η επιτάχυνση α υπολογίζεται από τον τύπο s=1/2at²  a=2s/t² a=2·120/1.5²  a=106,6 m/s². Οι μετρήσεις και η επιτάχυνση είναι για την επιφάνια του κιβωτίου με το αλουμίνιο.

Σχόλια Το εργαστήριο πάνω στην τριβή, το συντελεστή τριβής και το κεκλιμένο επίπεδο ήταν πολύ ενδιαφέρον και με λίγη προσοχή οι μετρήσεις μπορούσαν να είναι αρκετά ακριβείς. Κατανοήσαμε καλύτερα όσα έχουμε μάθει και χρησιμοποιήσαμε τους τύπους ώστε να υπολογίσουμε τα ζητούμενα των ερωτήσεων.

Βιβλιογραφία Βιβλίο Φυσικής Ά Λυκείου Εγκυκλοπαίδεια «Βικιπαίδεια»