תרגיל פתור בפיסיקה - מכניקה: גוף נע על משטח אופקי עם חיכוך בהשפעת כוח אופקי - בגרות פיסיקה 3 יח' קיץ 2008

שאלה:


גוף m שמסתו 4kg , נע על משטח אופקי בהשפעת כוח אופקי, שגודלו F = 30N

(ראה תרשים). מקדם החיכוך בין גוף זה ובין המשטח הוא 0.1.

גוף m שמסתו 4kg , נע על משטח אופקי בהשפעת כוח אופקי, שגודלו F = 30N

     א. העתק למחברתך את התרשים, סמן בו בחצים את כל הכוחות הפועלים על הגוף, ורשום את שמותיהם

     (6  נקודות).

    ב. חשב את הגודל של כוח החיכוך הפועל בין הגוף ובין המשטח. (5 נקודות)

    ג. חשב את תאוצת הגוף (גודל וכיוון). (5 נקודות)

    ד. בשלב מסוים כוח F מפסיק לפעול.

    קבע איזה מבין המשפטים 1-4 נכון , ונמק את קביעתך. (4 נקודות)

        1. הגוף ייעצר ברגע שבו הכוח מפסיק  לפעול.

        2. הגוף ימשיך לנוע במהירות הולכת וגדלה.

        3. הגוף ימשיך לנוע במהירות קבועה.

        4. הגוף ימשיך לנוע במהירות הולכת וקטנה.

 

פתרון:

1. נשרטט את כל הכוחות הפועלים על הגוף:
דיאגרמת גוף חופשי - כוח מופעל על מסה על משטח אופקי עם חיכוך
דיאגרמת גוף חופשי - כוחות הפועלים על תיבה הנמשכת ע"י כוח על משטח אופקי עם חיכוך
 
 2. כוח החיכוך (f) שמפעיל המשטח הוא מכפלת מקדם חיכוך (u=0.1) בכוח נורמלי (N=mg).
לכן הכוח הנורמלי: N=mg=4*10 = 40N
כוח החיכוך: f = u*N = 0.1*40 =4N

3. תאוצת הגוף וכיוונה
הגוף ינוע ימינה (כיוון חיובי ציר X) בכיוון הכוח F המושך אותו.
סכום הכוחות (FS) הפועלים על הגוף בכיוון חיובי ציר X:
FS = F - f = 30 - 4 = 26N
ע"פ החוק השני של ניוטון הכוח הפועל על גוף שווה למכפלת המסה שלו בתאוצה: FS = m *a
ולכן התאוצה a תהיה: a = FS/m = 26/4 = 6.5 m/s^2

4. ברגע שבו הכוח F יפסיק לפעול הגוף יהיה במהירות מסוימת שצבר עקב פעולת הכוח. אולם הגוף יאיט מהירותו עקב כוח החיכוך f. תאוטת הגוף תהיה הכוח f = 4N לחלק למסתו m = 4kg כלומר תאוטה של 1 m/s^2 (אחד מטר לחלק לשניה בריבוע)

אין תגובות:

פרסום תגובה