Πειράματα Μηχανικής σε κάρτες (1)

Η συσκευή σύγχρονων κινήσεων ΜΣ 220 (Κατάλογος οργάνων και συσκευών εργαστηρίου φυσικών επιστημών – ΟΕΔΒ Αθήνα 2000-ΕΠΕΑΕΚ) χρησιμεύει για την επίδειξη του ισόχρονου της οριζόντιας βολής και της αντίστοιχης ελεύθερης πτώσης.

Αποτελείται από κατακόρυφη πλάκα στο κάτω σημείο της οποίας ισορροπούν δύο σφαίρες.

Η πλάκα στηρίζεται σε ράβδο στήριξης με βάση και διαθέτει κινητή ράβδο με βαρίδιο.

Μόλις το βαρίδιο αφεθεί, εκτινάσσει τη μία σφαίρα οριζόντια και ταυτόχρονα ελευθερώνει την άλλη, ώστε αυτή να πέσει κατακόρυφα.

Η κατακόρυφη συνιστώσα της ταχύτητας των δύο σφαιρών είναι για κάθε χρονική στιγμή ίδια και οι δύο σφαίρες φτάνουν στο έδαφος ταυτόχρονα.

Παίρνουμε πέντε, έξι μεγάλες χαλύβδινες σφαίρες (μπίλιες) από ρουλεμάν – σε ένα σιδηρουργείο κόβουμε το μεταλλικό δακτυλίδι του ρουλεμάν. Τις τοποθετούμε σε ξύλινο λούκι σαν αυτό που έχουν τα θρανία.

Με τον τρόπο αυτό έχουμε μια συσκευή Newton(σφαίρες αιωρούμενες από σχοινιά) που μπορούμε να βρούμε σε καταστήματα παιχνιδιών

1) Πετάμε μία σφαίρα εναντίον μιας άλλης ίδιας. Το βλήμα (ορμή πριν mu προς τα αριστερά) σταματάει. Ξεκινάει ο αρχικά ακίνητος στόχος –ορμή μετά mu προς τα αριστερά .

2) Πετάμε μία σφαίρα εναντίον πέντε άλλων ίδιων σφαιρών. Το βλήμα (ορμή πριν mu προς τα αριστερά) θα σταματήσει και θα ξεκινήσει η πέμπτη σφαίρα (ορμή mu προς τα αριστερά)

Στον στίβο ανακύκλωσης η μικρή σφαίρα θα κατορθώσει να περάσει από το ανώτερο κατακόρυφο σημείο, αν αφεθεί από ύψος μεγαλύτερο του 5R/2, όπου R η ακτίνα του κυκλικού στίβου (υποθέτοντας μεταφορική κίνηση μόνο, αν αγνοήσουμε την κύλιση της μικρής σφαίρας και άλλους παράγοντες)

Ρυθμίζοντας τα σταθμά (την άμμο) στο ποτήρι πετυχαίνουμε το ξύλινο αντικείμενο να ολισθαίνει με σταθερή ταχύτητα. Η τριβή είναι τριβή ολίσθησης, υπολογίζουμε τον συντελεστή τριβής ολίσθησης αν ζυγίσουμε το δίσκο με το ποτήρι και την άμμο (Τ)

Τότε ο συντελεστής τριβής ολίσθησης η= Fk/T

Τοποθετώντας και ένα ακόμη ίσης μάζας ξύλινο αντικείμενο στο προηγούμενο, θα πετύχουμε ξανά οριακή ομαλή κίνηση, αν διπλασιάσουμε τη δύναμη που έλκει τα ξύλινα αντικείμενα.

Ένα ξύλινο παραλληλεπίπεδο στον κατήφορο. Σε μικρή γωνία δεν γλυστράει, η τριβή είναι στατική. Σε κατάλληλη γωνία (η=εφθ) ολισθαίνει με σταθερή ταχύτητα. Η τριβή είναι τριβή ολίσθησης. Με μεγαλύτερη γωνία η κίνηση είναι ομαλά επιταχυνόμενη. Η τριβή εξακολουθεί να είναι ίση με την προηγούμενη τιμή της που είχε στην ομαλή κίνηση (με ταχύτητα σταθερή)