Κεφάλαιο 5: Εφαρμογές Νόμων Νεύτωνα, Μέρος 1

Θα ασχοληθούμε με εφαρμογές των νόμων του Νεύτωνα:

▪ Ισορροπία υλικού σημείου

▪ Δύναμη τριβής

▪ Δύναμη τάσης και τροχαλίες.

Πως πετά το πουλί;Ποιους νόμους του Νεύτωνα χρησιμοποιεί;

▪ Ανυψώνεται χτυπώντας τα φτερά του, ο αέρας αντιδρά σπρώχνοντας τα φτερά προς τα πάνω (3ος Νόμος) ▪ Η δύναμη του αέρα προσδίδει στο πουλί συγκεκριμένη επιτάχυνση (2ος Νόμος)

▪ Πετά με σταθερή ταχύτητα όταν η βαρύτητα εξισορροπείται από τις αεροδυναμικές δυνάμεις (1ος Νόμος)

Σπρώχνουμε σώμα με δύναμη F αλλά αυτό δεν κινείται. Αυξάνουμε την F και το σώμα είναι ακίνητο. Σπρώχνουμε με όλη την δύναμή μας και το σώμα αρχίζει να ολισθαίνει. Τι μας λέει αυτό για τις δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα;

Στο ακίνητο σώμα ασκείται μια μεταβλητή δύναμη fs η οποία εξισορροπεί την δύναμη F που ασκούμε. Η δύναμη αυτή ονομάζεται στατική τριβή. Καθώς η F αυξάνεται αρχίζει να κινεί το σώμα. Από εκεί και πέρα για να κινηθεί το σώμα με σταθερή ταχύτητα θα πρέπει να μειώσουμε την F. Η δύναμη τριβής είναι μικρότερη της στατικής αλλά μη μηδενική, ασκείται ανάμεσα σε επιφάνειες σε σχετική κίνηση και ονομάζεται δυναμική τριβή

F

FN

mg

,maxs s Nf F k k Nf F0 s s Nf F

Ιδιότητες Τριβής:

1. Αν το σώμα σε επαφή με την επιφάνεια δεν κινείται ως προς την επιφάνεια, η στατική τριβή fs είναι ίση με τη δύναμη που ασκούμε στο σώμα.

2. Το μέγεθος της στατικής τριβής fs μεταβάλλεται από 0 ως τη μέγιστη τιμή της fs max = μs FN (fs ≤ μs FN) όπου FN η κάθετη δύναμη αντίδρασης. H σταθερά μs είναι γνωστή ως ο συντελεστής στατικής τριβής. Εάν η δύναμη F γίνει μεγαλύτερη της fs max τότε το σώμα αρχίζει να κινείται.

3. Όταν το σώμα κινείται ασκείται σε αυτό σταθερή δύναμη τριβής ίση με fk = μκ FN με μκ ο συντελεστής κινητικής τριβής (fk < fs max)

Σημείωση: H κινητική και η στατική τριβή ασκούνται παράλληλα στις επιφάνειες με φορά πάντα αντίθετη στην φορά της κίνησης

Που οφείλεται η τριβή;

Σε ατομική κλίμακα ακόμη και η πιο επίπεδη στο μάτιεπιφάνεια απέχει πολύ από να είναι επίπεδη. Όταν δύο σώματα εφάπτονται η πραγματική επιφάνεια επαφής είναι πολύ μικρότερη της φαινόμενης επιφάνειας επαφής (λόγος μέχρι και 1:104)

Καθώς η επιφάνεια επαφής είναι πολύ μικρή,στα σημεία επαφής αναπτύσσονται τεράστιεςτάσεις έτσι ώστε να ασκούνται ισχυρές ενδομοριακές δυνάμεις (δεσμοί) ανάμεσα στα μόρια των δύο επιφανειών. Όταν ένα σώμα ολισθαίνει πάνω σε άλλο, η τριβή σχετίζεται με το σπάσιμο των δεσμών αυτών για να κινηθεί το σώμα

Ο συντελεστής τριβής εξαρτάται από πολλές μεταβλητές όπως η φύση των υλικών, η λείανση των επιφανειών, η θερμοκρασία και το ποσοστό των προσμίξεων στο υλικό.