كيف تجد القوة الطبيعية على منحدر: عدة مناهج وأمثلة للمشكلة


من أجل حساب صافي القوة عند ممارسة هذا التمرين على جسم موضوع على مستوى مائل ، من المهم معرفة كيفية العثور عليه قوى طبيعية على منحدر.

يشار إلى السطح المائل بالمستوى المائل في الفيزياء. الأجسام قادرة على تسريع الطائرات المائلة نتيجة للقوة غير المتوازنة. من الضروري تقييم القوى العاملة على عنصر ما على مستوى مائل من أجل فهم هذا الشكل من الحركة حقًا.

تعمل قوى الجاذبية والقوى العادية دائمًا على كل شيء موضوع على مستوى مائل. الجاذبية هي التي تعمل لأسفل ، والقوة العادية هي التي تعمل بشكل عمودي على السطح (في الواقع ، الطبيعي يعني "عمودي").

هنا ، سوف نرى كيفية إيجاد القوة العادية على مستوى منحدر.

ما هي القوة العمودية للصندوق على مستوى منحدر؟

عندما يتم وضع صندوق على سطح مائل ، يتسبب وزنه في زاوية ثيتا مع الوضع الطبيعي ، والتي يجب حلها على طول الاتجاهين الأفقي والرأسي عن طريق الرسم بشكل عمودي على المحاور المقابلة.

طالما ظل الصندوق ثابتًا ، فلا توجد طريقة للمربع للتحرك على مستوى مائل ، مما يعني أنه يجب أن يكون هناك قوة موازنة له ويمكن إعطاؤه كـ mgcosθ. ستتم الإشارة إلى القوة بين الصندوق والمستوى المائل بالقوة العادية. لذلك ، يمكننا كتابة المعادلة كـ N = mgcosθ.

كيف تجد القوة الطبيعية على منحدر
شكل يوضح القوة العادية على منحدر

كيفية إيجاد التسارع على مستوى مائل بدون احتكاك.

يصعب حساب القوة الكلية لجسم على مستوى مائل لأن القوتين المؤثرتين عليه ليسا في اتجاهين متعاكسين.

للتبسيط ، من الضروري تقسيم إحدى قوى الجسم إلى مكونات متعامدة. تنقسم قوة الجاذبية إلى مكونين نتيجة لانحدار السطح: سيكون أحدهما موازيًا للسطح المائل والآخر يكون عموديًا على السطح المائل. السطح المائل هو المسؤول عن هذا التقسيم.

تم توضيح عنصر متوازي ومكون عمودي في الصورة أدناه ، مما يدل على أن قوة الجاذبية قد تم استبدالها بمكونين للقوة.

مكونات قوة الجاذبية

يتم موازنة القوة العمودية بواسطة المكون العمودي لقوة الجاذبية ، والتي تم تصويرها في الصورة للإشارة في الاتجاه المعاكس كقوة عادية. لا توجد قوة أخرى قادرة على موازنة المكون الموازي لقوة الجاذبية.

بسبب وجود قوة غير متوازنة ، سيسرع الجسم لأسفل المستوى المائل عندما يقترب من القاع. هذا التسارع ناتج عن المكون المتوازي لقوة الجاذبية ، المسؤولة عن وجودها. إنه مكون قوة الجاذبية الموازي لاتجاه قوة الجاذبية الذي يشار إليه باسم "صافي القوة".

لحساب مقادير مكونات Fg على سبيل المثال ، قوة الجاذبية ، يتم استخدام المعادلات التالية

عندما لا يكون هناك احتكاك وقوى أخرى ، يتم إعطاء تسارع الجسم بواسطة قيمة المكون المتوازي مقسومة على كتلة الجسم. يمكن كتابتها على النحو التالي:

هي القوة الطبيعية التي تساوي الوزن على منحدر?

وزن العنصر ، mg ، ينقسم إلى مكونات تنزل من المنحدر وعلى طول المنحدرات بشكل طبيعي. يشار إلى هذين المكونين باسم mgsinθ و mgcosθ ، بهذا الترتيب.

القوة العمودية للمستوى المائل لا تساوي أبدًا وزن الجسم. (باستثناء الحالة المحددة للأرض أو السطح المسطح). يتم حسابها بضرب وزن الجسم في جيب تمام الزاوية الناتجة عن المستوى المائل مع الأفقي.

كيفية إيجاد القوة العادية بدون زاوية.

يمكن حساب القوة العادية بدون زاوية باستخدام صيغة قوة الجاذبية.

تعادل قوة الجاذبية القوة العمودية المؤثرة على مستوى أفقي. يتم إعطاء قوة الجاذبية للجسم بواسطة ، Fg = ملغ

لفهم هذا ، دعونا ننظر في مثال حيث يتم الاحتفاظ بشيء ما على طاولة في حالة سكون. إذن ما هي القوة العمودية المؤثرة على الجسم إذا كانت كتلته 22 كجم؟

كما نعلم أن قوة جاذبية الجسم مُعطاة ،

Fg = ملغ = (22.0 كجم) * (9.8 م / ث2) = 215.6 شمالا


أسئلة وأجوبة (أسئلة وأجوبة):

س: ما هو المستوى المائل بالضبط؟

الجواب: المستوى المائل هو ببساطة سطح داعم مسطح له طرف أعلى من الآخر ويميل بزاوية.

Q. ما هو تأثير الاحتكاك على المستويات المائلة؟

الجواب: عندما نرى الجسم ينزلق فوق السطح فهذا نتيجة لغياب الاحتكاك.

في حالة الانحدار ، لا تعمل قوة الجاذبية بشكل عمودي على السطح. تتناقص القوة الطبيعية مع زيادة الميل ، والتناقص قوة الاحتكاك.

يمكن للمرء أن يرفع الميل حتى يبدأ الشيء في الانزلاق.

س: افترض أن لديك لوحًا من الجليد على منحدر 40 درجة ينزلق لأسفل. ما هو معدل التسارع؟

الجواب: التسارع هو مكون g الذي يعمل بالتوازي مع المنحدر. لاحظ أن هذه النتيجة مستقلة عن الكتلة.

F = أماه

أ = F / م

أ = الجسينθ

أ = 9.8 [خطيئة (40°)] آنسة2

أ = 9.8 (0.6428) م / ث2

a = شنومكس

س: يوجد صندوق يزن 22.0 كجم على منحدر بارتفاع 30 درجة فوق الأفقي. ما مقدار الوزن الموازي لسطح المنحدر؟

الجواب: باستخدام معادلات قوة الجاذبية.

Fg = ملغ = (22.0 كجم) * (9.8 م / ث2) = 215.6 شمالا

F|| = F.g sinθ = (251.6 N) * [sin (30°)] = 107.8 شمال

إنه إيجابي لأنه يشير إلى أسفل المنحدر جهة اليمين.

س: مكعب خشبي جالس على قطعة أثاث. يزن المكعب 100 كجم. هل من الممكن تحديد مقدار واتجاه القوة العمودية؟ (خذ هنا g = 10 m / s2)

الجواب: يمكن تحديد القوة العادية بالنظر إلى مقدار واتجاه القوة العمودية.

يتم بذل القوة الطبيعية للطاولة على كتلة الخشب. إذا تم دفع الكتلة للأسفل بفعل الجاذبية ، فيجب أن تدفع القوة العادية لأعلى بشكل مستقيم للحفاظ على الكتلة ثابتة. من أجل إنشاء صافي قوة صفرية ، يجب أن تكون هاتان القوتان متساويتين ومتناسبة عكسياً مع بعضهما البعض.

FN = F.g = ملغ

FN = (100 كجم) * (10 م / ث2)

FN = 1000 نيوتن

نظرًا لحقيقة أن القوة العادية تندفع لأعلى ، ستكون النتيجة موجبة. (ال ستكون قوة الجاذبية في السالب اتجاه.)

س: يتم وضع صندوق على منحدر به 30° الميل إليه. افترض أن صندوقًا يبلغ وزنه 50 نيوتن. ثم كيف تجد القوة العادية على مستوى منحدر؟

الجواب:  يتم تزويدنا بوزن الصندوق ، أي mg = 50N

ولذلك،

FN = mgcosθ = (50N) * [cos (30°)]

FN = 43 نيوتن

لذلك ، هنا في هذه المقالة تعلمت الطرق المختلفة حول كيفية إيجاد القوة الطبيعية على منحدر بالإضافة إلى الأمثلة.


برجكتا غارات

أنا برجكتا غارات. لقد أكملت التخرج بعد التخرج في الفيزياء في عام 2020. أعمل حاليًا كخبير في مادة الفيزياء من أجل Lambdageeks. أحاول أن أشرح موضوع الفيزياء الذي يسهل فهمه بطريقة بسيطة.

آخر المقالات