Lavoro svolto per attrito su un pendio: cosa come, fatti dettagliati

L'articolo discute fatti dettagliati sul lavoro svolto dall'attrito su un piano inclinato e come trovarlo sul pendio più ripido.

Il lavoro per attrito su un piano inclinato comprende le componenti parallele della forza gravitazionale e della forza di attrito; poiché l'angolo di un piano inclinato diminuisce le forze opposte come l'attrito e la forza normale, esercitate dalla superficie di un piano inclinato.

Quando due superfici scivolano l'una contro l'altra, produce una forza di attrito tra di loro. Quindi, l'attrito è inizialmente influenzato dalla natura della superficie (coefficiente di attrito μ) e dalla quantità di forza (forza normale N) che li richiedono insieme. Nell'articolo precedente, abbiamo imparato che quando il corpo si muove orizzontalmente, il suo angolo è zero, producendo attrito per resistere al suo movimento.

Quando la superficie è inclinata, l'angolo con cui si muove il corpo cambia la forza dell'attrito. Quindi la forza di attrito non può resistere al movimento su un tale piano. Pertanto, richiede di includere il componente parallela della gravità (msinθ) calcolare il lavoro compiuto per attrito su un piano inclinato.

Discutiamo come l'attrito influenza il movimento del corpo su un pendio inclinato con un certo angolo.

Leggi di più su an Piano inclinato.

Come funziona l'attrito su un pendio?

Quando spingiamo il corpo su un pendio inclinato, la forza di attrito statico impedisce al corpo di muoversi verso l'alto.

All'applicazione della forza, a volte il corpo rimane fermo rispetto a una superficie piana inclinata poiché esercita una forza di attrito statico, che resiste al movimento. Se aumentiamo la forza applicata, che è la controparte dell'attrito statico, il corpo inizia a scivolare o rotolare su un piano inclinato.

Quando il corpo spinge verso il basso su un piano inclinato, la superficie esercita attrito e forza normale.

"La forza di attrito che si oppone al moto è equivalente alla forza normale. "

F_Fric = µN ………………. (*)

m = F_Ven /N ……………… (#)

Ciò significa che coefficiente di attrito rappresenta il rapporto di la forza necessaria per spostare le superfici e la forza necessaria per tenere insieme le superfici. 

L'angolo di un piano inclinato piega la direzione della forza normale che spinge insieme le superfici dei corpi. Questo suggerisce che , il la forza normale diminuisce a causa dell'angolo di inclinazione, quindi la forza di attrito tra le superfici. Ecco perché il corpo scivola istantaneamente verso il basso con movimento costante su un piano inclinato.

La velocità con cui il corpo scivola verso il basso dipende da quanto è inclinata la superficie. cioè, angolo di un piano inclinato. Maggiore è l'angolo, più velocemente il corpo scivola verso il basso.

Ma cosa succede se vogliamo spingere il corpo su un piano inclinato? In che modo l'attrito influisce sul suo movimento? 

Durante la spesa al supermercato, quando spingiamo il carrello su una rampa inclinata, gli articoli inseriti nel carrello scivolano indietro. Questo accade perché sperimenta una forza uguale e contraria nota come a forza di attrito statico che resiste al moto del carrello sulla rampa.

Poiché le superfici del carrello e della rampa rimangono ferme l'una rispetto all'altra. cioè, non muovendosi l'uno verso l'altro, l'attrito statico tra di loro è minore e uguale alla forza normale sul carrello. 

F_s ≤ μ_sN …………………. (1)

Se si applica più spinta al carrello, il carrello scivola bruscamente e poi inizia a salire sulla rampa, il che mostra che l'attrito statico diventa attrito cinetico tra le superfici del carrello e la rampa. 

F_k =μ_kN …………………. (2)

Se metti più oggetti di massa nel carrello e spingi nuovamente il carrello sulla rampa, devi spingere ancora più forte per spostarlo.

Pertanto, abbiamo studiato che mantenere il corpo in movimento è più comodo che iniziare a muoversi - ecco perché l'attrito dinamico è inferiore all'attrito statico.

Per saperne di più, leggi Superficie senza attrito.

Come si risolve una forza su un pendio?

Possiamo risolvere una forza di gravità dividendola in componenti orizzontali e verticali.

Quando il corpo si trova sulla superficie orizzontale con angoli zero, la forza gravitazionale è 'mg'. Quando il corpo si trova su una superficie inclinata con un certo angolo, la forza gravitazionale irrompe nelle componenti orizzontale e verticale, per accelerare il corpo.

La forza gravitazionale sul corpo agisce perpendicolarmente alla forza normale quando il corpo poggia sulla superficie orizzontale. In un piano inclinato, l'angolo divide le forze gravitazionali in due componenti. 

F||: Parallelo al piano – che accelera il corpo verso il basso.

FA⊥: Perpendicolare al piano – che è uguale e contraria alla forza normale. 

Disegniamo un triangolo rettangolo con tre vettori, F, F|| e F⊥.

Abbiamo notato che l'angolo del piano inclinato è lo stesso dell'angolo tra F e F⊥. Possiamo usare il trigonometria regola per determinare la grandezza delle componenti della forza gravitazionale. 

Utilizzando un triangolo rettangolo, 

Per saperne di più, leggi Tipi di forze.

Come trovare il lavoro svolto dall'attrito su una pendenza?

Il lavoro compiuto dall'attrito su un pendio inclinato si determina trovando la forza risultante agente e lo spostamento. 

Per calcolare il lavoro svolto da attrito su un piano inclinato, dobbiamo determinare la forza minima che causa la conversione di energia. La forza minima vince l'attrito statico Fs e la componente parallela della gravità F|| per provocare lo spostamento del corpo. 

Supponiamo di dover spingere un pesante armadio su una rampa inclinata con un po' di statico e coefficienti di attrito cinetico. Ovviamente, non puoi svolgere il compito da solo, quindi hai bisogno di altre due persone per spostare l'armadio. Quindi, prima di tutto, devi calcolare la forza minima che devi applicare sull'armadio per portarlo sulla rampa. 

Abbiamo già risolto la forza gravitazionale sull'armadio in due componenti come da equazioni (3) ed (4).

Supponiamo di conoscere il F|| di forza gravitazionale (mgsinθ) che accelera l'armadio. In tal caso, puoi facilmente scoprire la forza minima per spingere l'armadio superando la Frizione statica forza (Fs). La forza minima è 

F_spingere = mgsinθ + F_s …………..(5)

Ci sarà confusione su quale forza di attrito dovremmo usare in una rampa inclinata. Notare che μ_s > μ_k. Ecco perché l'attrito statico è l'opzione migliore. 

L'equazione (*) diventa, 

F_s =μ_sN ………………. (6)

Tla forza normale N agisce perpendicolarmente al piano, opposta nella direzione di F⊥ della forza gravitazionale (-mgcosθ).

Quindi, forza normale N= mgcosθ …………. (7)

Pertanto, l'equazione (6) diventa,

F_s =μ_smgcosθ …………. (8)

Sostituendo sopra F_s valore nell'equazione (5), otteniamo la forza minima come,

F_spingere = mgsinθ + μ_smgcosθ ………………. (9)

Quando il corpo si muove orizzontalmente, l'attrito statico è zero. Ma quando la superficie è inclinata, la forza di attrito statico aumenta per controbilanciare F|| della forza gravitazionale.

Se aumentiamo un angolo di inclinazione, F|| La forza gravitazionale supera il valore massimo della forza di attrito statico in modo che il corpo scorra su un piano inclinato. 

Troviamo ora un angolo inclinato con cui l'armadio scivola lungo la rampa e dia luogo al lavoro totale fatto per attrito. 

Usando il sistema di coordinate, con +x giù per il pendio e +y è fino al pendio. 

utilizzando Seconda legge di Newton,

 F_x = mio_x = 0

mg sinθ – F_s = 0

mg sinθ = μ_s N………………(10)

Analogamente,

F_y = ma_y = 0

N – mg cosθ = 0

N = mg cosθ …………….(11)

Sostituendo il valore di N nell'equazione (10), otteniamo

mgsinθ = μ_smgcosθ

μ_s =mgsinθ / mgcosθ

μ_s = tanθ ……………..(12)

Questo significa , il angolo tangente al quale il corpo inizia a scivolare su un pendio inclinato, che ha a coefficiente di statico attrito. 

A causa della forza minima, l'armadio si sposta di una certa distanza (d) sulla rampa. Pertanto, il lavoro svolto sull'armadio per attrito sulla rampa è,

W_Fric =F_spingere. dcosθ ……………..(13)

Il è l'angolo tra lo spostamento e la forza di attrito che agisce sull'armadio è 180°, che dà luogo a cos180° = -1.

Quindi, W_Fric = – Fa_spingere. D

Sostituzione dell'equazione di F_spingere nell'equazione sopra, otteniamo

W_Fric = – (mgsinθ + μ_smgcosθ).d ……………..(14)

L'equazione di cui sopra è la lavoro compiuto per attrito su un piano inclinato. 

Per saperne di più circa l' Unità di lavoro.

C'è più attrito su un pendio più ripido?

L'attrito su un pendio più ripido è minore a causa dell'angolo di riposo.  

Quando la superficie esercita una forza di attrito pari a F|| di forza gravitazionale, il corpo rimane immobile senza scivolare su un pendio più ripido. L'angolo di inclinazione massimo al quale il corpo non scivola è θ = tan−1μs. Quando l'angolo θ supera, l'attrito massimo sulla pendenza diminuisce. 

Su un pendio più ripido della collina, la F|| la forza gravitazionale accelererà l'auto quando l'auto sta andando verso il basso. Considerando che, se l'auto sta andando verso l'alto, rallenterà l'auto. In genere il pendio ripido è accidentato, che presenta ancora un certo attrito che impedisce all'auto in movimento di incidenti durante la salita e la discesa. 

Hai notato che l'auto può stare ferma su una certa parte della ripida salita? È a causa di i diversi angoli di riposo del pendio collinare. L'auto può essere ferma sul pendio, che ha un angolo inferiore all'angolo di riposo. Se è uguale o superato, l'auto scivolerà in discesa.

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Manish Naik

Ciao, sono Manish Naik e ho completato il mio Master in Fisica con specializzazione in Elettronica a stato solido. Ho tre anni di esperienza nella scrittura di articoli su argomenti di fisica. Scrittura, che mirava a fornire informazioni precise a tutti i lettori, dai principianti agli esperti.
Nel mio tempo libero amo trascorrere il tempo nella natura o visitare luoghi storici.
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