۲۰ امتحان نهایی / مهارت فیزیک
نیرو، محور، آستانه

اصطکاک و سطح شیب‌دار؛
جهت حرکت احتمالی را پیدا کن، بعد نیرو بنویس

ضریب اصطکاک به‌تنهایی اندازهٔ نیرو را تعیین نمی‌کند. نخست جسم را جدا کن، نیروها و محور مناسب را رسم کن و مشخص کن اصطکاک با کدام حرکت یا تمایل به حرکت مخالفت می‌کند.

ƒ

جسم مورد بررسی را جدا کن

فقط نیروهایی را روی نمودار بیاور که به همان جسم وارد می‌شوند. وزن، نیروی عمودی سطح، کشش یا نیروی اعمالی و اصطکاک را با مبدأ مشترک رسم کن. نیروهای وارد بر جسم دیگر را وارد این نمودار نکن.

محورها را با سطح هماهنگ کن

روی سطح شیب‌دار، یک محور را موازی و محور دیگر را عمود بر سطح بگیر. این انتخاب، اصطکاک و نیروی عمودی را روی محورهای اصلی قرار می‌دهد و فقط وزن یا نیروهای مایل نیاز به تجزیه دارند.

نقشهٔ حل

جسم ← نیروها ← محور ← مؤلفه‌ها ← نوع اصطکاک ← قانون دوم ← علامت و واحد

وزن را به دو مؤلفه بشکن

زاویه را روی شکل مشخص کن و مؤلفه‌های موازی و عمود را با هندسهٔ همان شکل به دست آور. فرمول حفظی را بدون تطبیق زاویه ننویس. جمع برداری دو مؤلفه باید جهت و اندازهٔ وزن را بازسازی کند.

نیروی عمودی را همیشه برابر وزن نگیر

برابری این دو فقط در شرایط مشخص رخ می‌دهد. روی سطح شیب‌دار یا هنگام وجود نیروی مایل، معادلهٔ محور عمود را بنویس و از آن نیروی عمودی را پیدا کن. شتاب نداشتن در راستای عمود باید در معادله دیده شود.

جهت اصطکاک را از تمایل حرکت تعیین کن

اصطکاک خلاف «حرکت یا تمایل نسبی» سطح‌هاست، نه الزاماً خلاف جهت یک نیروی دلخواه. یک لحظه اصطکاک را حذف کن و ببین جسم نسبت به سطح به کدام سو میل می‌کند؛ اصطکاک را در جهت مقابل رسم کن.

اصطکاک ایستایی مقدار ثابتی ندارد

تا پیش از لغزش، اصطکاک ایستایی به‌اندازهٔ لازم با تمایل حرکت مقابله می‌کند و از حد بیشینه فراتر نمی‌رود. ابتدا مقدار لازم را از تعادل به دست آور و بعد آن را با حد مجاز مقایسه کن.

آستانهٔ حرکت را جدا تحلیل کن

عبارت‌هایی مانند «در آستانهٔ حرکت» یا «در شرف لغزش» نشان می‌دهند اصطکاک ایستایی به حد خود رسیده است. جهت حرکت احتمالی را مشخص و رابطهٔ حدی را همراه معادلهٔ نیروها استفاده کن.

پس از لغزش، مدل را عوض کن

وقتی جسم حرکت نسبی دارد، اصطکاک جنبشی مطرح است. اندازهٔ آن را با نیروی عمودی همان وضعیت محاسبه کن و جهت را خلاف سرعت نسبی بگذار. سپس قانون دوم نیوتن را روی محور موازی بنویس.

علامت شتاب را با محور تفسیر کن

منفی‌شدن شتاب به معنی اشتباه نیست؛ یعنی جهت واقعی خلاف محور مثبت انتخابی است. پاسخ را با یک جملهٔ جهت‌دار پایان بده و اندازه را با واحد استاندارد گزارش کن.

جواب را با حالت فیزیکی کنترل کن

نیروی عمودی نباید بی‌دلیل منفی شود و مقدار اصطکاک ایستایی نباید از حد خود بگذرد. نمودار را با راهنمای نیرو و دینامیک و تبدیل واحدها را با روش زنجیره‌ای واحد کنترل کن.