Vrste mehanskih sil fb
 

Sile na klancu




Friderika Lavrič, avtor/ica gradiva, nudi inštrukcije fizike v naslednjih krajih: Ljubljana.

Skype Učitelj/ica omogoča inštrukcije tudi prek Skypa.


Tovor želimo potisniti na tovornjak. V ta namen prislonimo ob tovornjak nakladalno rampo. Nakladalna rampa je klanec, ki nam pomaga z manjšo silo spraviti zaboj na tovornjak, kot če bi ga dvignili navpično.


Slika 1: tovor potiskamo na tovornjak s pomočjo klanca.



S potiskom rok moramo premagovati dve sili:

  • silo, ki potiska telo po klancu navzdol; to silo imenujemo dinamična sila klanca ;

  • silo trenja, ki deluje v nasprotno smer, kot se giblje telo, torej tudi po klancu navzdol.

Kako izračunamo silo trenja in lepenja na klancu? Kaj in kolikšna je dinamična sila? S kakšno silo moramo potiskati tovor v klanec, da se bo gibal enakomerno in premočrtno? Vse to je le nekaj vprašanj, na katera bomo odgovorili v tem gradivu.


Komponente sile teže na klancu



Telo z maso m stoji na klancu.


Sila teže telesa deluje navpično navzdol. Razstavimo jo na dve komponenti:

  • statična komponenta: prva komponenta naj bo pravokotna na klanec. Imenujemo jo statična komponenta

  • dinamična komponenta: druga komponenta naj bo vzporedna s klancem. Imenujemo jo dinamična komponenta . To je obenem tudi tista komponenta sile teže, ki potiska telo po klancu navzdol.

Kako bi ju izračunali? Pomagajmo si s sliko 2:


Slika 2: statična in dinamična komponenta sile na klancu.



Na sliki 2 opazimo dva podobna trikotnika:

  • prvi trikotnik predstavlja klanec s katetama d in h ter hipotenuzo s in je obarvan v rumeno. V tem trikotniku je h višina klanca, s pa dolžina klanca. Kot med obema katetama je . Ostali koti so vrisani na sliki 2.

  • drugi trikotnik predstavlja trikotnik sile teže , statične sile in dinamične sile . Ta trikotnik je naznačen z vzporednimi črtami.

Trikotnika sta si podobna. V to se lahko prepričamo tako, da pogledamo sliko 2 in ugotovimo skladnost vseh kotov.


Računanje komponent sile teže na klancu s podobnimi trikotniki



Prvi način, kako določiti komponente sile teže je, da napišemo razmerje istoležnih stranic obeh trikotnikov, ki prestavljata geometrijo klanca in sile. Na sliki 2 sta po dve istoležni stranici obeh trikotnikov narisani z isto barvo.


Izračunajmo dinamično komponento:



Izračunajmo statično komponento:



Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Računanje komponent sile teže na klancu s kotnimi funkcijami



Če je podana strmina klanca s kotom , računamo statično in dinamično komponento sile na klancu s pomočjo kotnih funkcij.


Če pogledamo sliko 2, lahko statično silo izrazimo s pomočjo funkcije kosinus:



Dinamično silo pa izrazimo s pomočjo funkcije sinus:



Pri podanem kotu, ki predstavlja strmino klanca, izračunamo statično in dinamično komponento sile teže s pomočjo kotnih funkcij:






Sile in gibanje po klancu



Opazujmo sedaj sile na telo, ki miruje, ali pa se giblje po klancu:


Slika 3: sile na telo, ki miruje ali pa se giblje po klancu.



V splošnem na gibanje telesa po klancu najpogosteje vplivajo naslednje sile:


Dinamična sila


Na telo deluje dinamična sila, ki jo prestavimo v težišče telesa. Ta sili telo v gibanje po klancu navzdol:




Sila lepenja ali trenja


Druga sila, ki deluje na telo na klancu, je:

  • sila lepenja (če telo miruje) ali pa

  • sila trenja (če se telo giblje).

Obe sili izračunamo tako, da množimo koeficient lepenja ali trenja s silo, ki je pravokotna na podlago (normala). Ta sila je enaka in nasprotna statični sili. Sila lepenja deluje v nasprotno smer, kot potiskamo telo. Sila trenja deluje v nasprotno smer gibanja telesa.


Sila lepenja na klancu je:



Sila trenja pa je:



Vlečna sila


Poleg obeh sil lahko deluje na telo tudi vlečna sil . Ta je lahko usmerjena po klancu navzdol ali navzgor.


V smeri gibanja telesa deluje na klancu dinamična sila, usmerjena po klancu navzdol:




Če telo na klancu miruje je sila lepenja:




V primeru gibanja telesa je sila trenja:




Tudi na klancu velja zakon zakon dinamike in zakon vztrajnosti:

  • Telo se giblje po klancu enakomerno pospešeno, če je vsota vseh sil, ki delujejo na njega v smeri klanca večja od nič.

  • Telo se enakomerno giblje po klancu, če je vsota vseh sil, ki delujejo na njega v smeri klanca enaka nič.



Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »



glavni avtor in urednik gradiva: Satcitananda podjetje za proizvodnjo, trgovino in izobraževanje d.o.o., Ljubljana