W fizyce dla klasy 10 zadanie dotyczące siły tarcia i równi pochyłej jest klasycznym przykładem, który pomaga uczniom lepiej zrozumieć interakcje między siłami. Częstym przypadkiem jest rozważenie ciężarówki o masie m 5 ton, która stoi nieruchomo na równi pochyłej. Ten artykuł szczegółowo analizuje to zadanie, aby pomóc Ci opanować wiedzę i zastosować ją do rozwiązywania podobnych ćwiczeń.
Rozważmy konkretne zadanie: Ciężarówka o masie m = 5 ton stoi nieruchomo na równi pochyłej pod kątem 30° względem poziomu. Pytanie brzmi, jaka jest wartość siły tarcia działającej na ciężarówkę? Aby rozwiązać to zadanie, musimy przeanalizować siły działające na ciężarówkę i warunki jej równowagi.
Przede wszystkim zidentyfikujmy siły działające na 5-tonową ciężarówkę w tej sytuacji:
- Siła ciężkości (P): Jest to siła grawitacji Ziemi działająca na ciężarówkę, skierowana pionowo w dół. Wartość siły ciężkości oblicza się za pomocą wzoru P = mg, gdzie m to masa ciężarówki (5 ton = 5000 kg), a g to przyspieszenie ziemskie (około 9.8 m/s²).
- Siła reakcji równi pochyłej (N): Jest to siła, jaką równia pochyła wywiera na ciężarówkę, skierowana prostopadle do równi pochyłej i do góry.
- Siła tarcia statycznego (fms): Jest to siła, która pojawia się, gdy ciężarówka ma tendencję do zsuwania się z równi pochyłej, ale nadal stoi nieruchomo. Siła tarcia statycznego jest skierowana równolegle do równi pochyłej i przeciwnie do kierunku ruchu (do góry).
Ponieważ 5-tonowa ciężarówka stoi nieruchomo, oznacza to, że jest w stanie równowagi. Zgodnie z pierwszą zasadą Newtona wypadkowa sił działających na ciężarówkę musi być równa 0. Aby to przeanalizować, rozkładamy siłę ciężkości P na dwie składowe:
- Składowa prostopadła do równi pochyłej (Py): Py = P * cos(30°)
- Składowa równoległa do równi pochyłej (Px): Px = P * sin(30°)
Aby ciężarówka była w równowadze na równi pochyłej, musi istnieć równowaga sił w dwóch kierunkach:
- Kierunek prostopadły do równi pochyłej: Siła reakcji N równoważy składową siły ciężkości Py. Zatem N = Py = P * cos(30°).
- Kierunek równoległy do równi pochyłej: Siła tarcia statycznego fms musi równoważyć składową siły ciężkości Px. Zatem fms = Px = P * sin(30°).
Zatem wartość siły tarcia działającej na 5-tonową ciężarówkę jest równa wartości składowej siły ciężkości równoległej do równi pochyłej. Oznacza to, że siła tarcia statycznego odgrywa rolę w zapobieganiu ześlizgiwaniu się ciężarówki, a jej wartość jest wystarczająca do zrównoważenia siły ciągnącej w dół siły ciężkości wzdłuż równi pochyłej.
Wniosek: W przypadku, gdy 5-tonowa ciężarówka stoi nieruchomo na równi pochyłej, wartość siły tarcia działającej na ciężarówkę jest równa wartości składowej siły ciężkości równoległej do równi pochyłej. Zrozumienie tej zasady pomoże Ci łatwo i dokładnie rozwiązywać zadania fizyczne związane z siłą tarcia i równią pochyłą.
