ΦΡΕΝΑΡΙΣΜΑ ΛΟΓΩ ΤΡΙΒΗΣ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΠΟΥ ΔΕΝ ΚΑΝΕΙ ΔΙΑΚΡΙΣΕΙΣ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ Παρτσής Κώστας Φυσικός Κατσάρας Γιώργος Φυσικός Ρ/Η
ΕΙΚΟΝΙΚΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΚΟΠΟΣ Να εξοικειωθούν οι μαθητές με την έννοια της τριβής ολίσθησης εξετάζοντάς την σε ένα φαινόμενο πολύ οικείο σε αυτούς: το φρενάρισμα ενός οχήματος με μπλοκαρισμένους τροχούς. ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ Ανοίξτε το αρχείο ΤΡΙΒΗ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ.IP. Στην προσομοίωση, μπορείτε να μεταβάλλετε ταυτόχρονα την αρχική οριζόντια ταχύτητα και των τριών οχημάτων με τη βοήθεια του μεταβολέα με το πορτοκαλί χρώμα. Μπορείτε ακόμη να μεταβάλλετε το συντελεστή τριβής ολίσθησης των δρόμων στους οποίους κινούνται τα τρία οχήματα με τη βοήθεια του μεταβολέα με το πράσινο χρώμα. Στην προσομοίωση, μπορείτε ακόμα να μεταβάλλετε το μέτρο της, οριζόντιας διεύθυνσης, δύναμης που δέχεται το σημειακό αντικείμενο (με τον ίδιο τρόπο). Κάθε ένας από τους μετρητές (στοιχεία εξαγωγής μετρήσεων) με αριστερό «κλικ» στο βέλος, που διακρίνετε στο άνω και αριστερό άκρο του «παράθυρου» του μπορεί να μετρήσει το αντίστοιχο φυσικό μέγεθος, παρέχοντας, είτε: Την αλγεβρική τιμή του Το χρονοδιάγραμμά του. Γραμμή κύλισης. Η συγκεκριμένη προσομοίωση διαθέτει εννέα (9) τέτοιους μετρητές, που καταγράφουν: Τις θέσεις των τριών κινητών Τις οριζόντιες ταχύτητες αυτών, και Τις επιταχύνσεις αυτών Σελίδα 2 από 6
ΤΡΙΒΗ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ Για να εκτελέσετε την προσομοίωση θα πρέπει να κάνετε κλικ στο κίτρινο βέλος. Αν θέλετε να σταματήσετε προσωρινά την εκτέλεση (παύση) πρέπει να κάνετε κλικ στο κουμπί STOP, ενώ αν θέλετε επαναρύθμιση, δηλαδή εκτέλεση από την αρχή κάνετε κλικ στο κουμπί RESET. ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ Σε σώμα που ολισθαίνει πάνω σε οριζόντιο επίπεδο ασκείται η τριβή ολίσθησης T = µ N, όπου µ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης και N η κάθετη δύναμη στήριξης που δέχεται το σώμα από την επιφάνεια επαφής και που στην περίπτωση που μελετάμε είναι ίση με το βάρος B του σώματος. Ισχύει λοιπόν ότι η μοναδική οριζόντια δύναμη η οποία ασκείται σε σώμα που ολισθαίνει είναι η τριβή ολίσθησης, η οποία και επιβραδύνει το σώμα. Θα ισχύει γι αυτήν: T = µ N = µ B = µ m g. Η επιβράδυνση που προκαλείται στο σώμα εξαιτίας της τριβής ολίσθησης, σύμφωνα με το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα θα είναι: T µ m g a = = = µ g a = µ g ( 1 ), είναι δηλαδή ανεξάρτητη της μάζας του σώματος. m m Σελίδα 3 από 6
ΕΙΚΟΝΙΚΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΥΛΛΟΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Α) Εκτελώντας την προσομοίωση (μην ξεχνάτε το Reset, πριν από κάθε επανάληψή της), συμπληρώστε τον Πίνακα 1, που ακολουθεί, αφού δώσετε κάθε φορά τις κατάλληλες τιμές στην αρχική οριζόντια ταχύτητα και των τριών οχημάτων και στο συντελεστή τριβής ολίσθησης των δρόμων στους οποίους κινούνται τα τρία οχήματα. ΠΙΝΑΚΑΣ 1: Για αρχική οριζόντια ταχύτητα 5 m/sec και συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 0.30 Παύσεις Όχημα Θέση Ταχύτητα Επιτάχυνση 1 η Νταλίκα 2 η Νταλίκα 3 η Νταλίκα Θεωρητική Επιτάχυνση ΠΙΝΑΚΑΣ 2: Για αρχική οριζόντια ταχύτητα 8 m/sec και συντελεστή τριβής ολίσθησης μ = 0.40 Παύσεις Όχημα Θέση Ταχύτητα Επιτάχυνση 1 η Νταλίκα 2 η Νταλίκα 3 η Νταλίκα Θεωρητική Επιτάχυνση Σελίδα 4 από 6
ΤΡΙΒΗ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ Αν θέλετε μπορείτε να δοκιμάσετε και για άλλα ζεύγη τιμών οριζόντιας ταχύτητας και συντελεστή τριβής. Β) Ποια συμπεράσματα συνάγετε από την εκτέλεση του βήματος Α Γ) Μπορείτε να μετακινήσετε με τη βοήθεια του ποντικιού έναν οποιοδήποτε μετρητή και κάνοντας κλικ στο επάνω αριστερό βέλος να αλλάξετε τη μορφή ώστε να δείχνει το διάγραμμα της χρονικής εξέλιξης του μεγέθους που μετράει. Κάντε το για το μετρητή θέσης, το μετρητή ταχύτητας και το μετρητή επιτάχυνσης ενός οχήματος και παρατηρήστε τη μορφή των διαγραμμάτων. Σε τι είδους κίνηση αντιστοιχούν. Σχεδιάστε τα και στο χώρο παρακάτω: Σελίδα 5 από 6
ΕΙΚΟΝΙΚΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 6 από 6