Block, der eine Ebene hinunterrutscht (senkrechte Geschwindigkeit)

Ich habe Schwierigkeiten, die Konzepte für dieses Problem zu verstehen. Hier ist das Problem:

Ein Block wird auf einer geneigten Ebene platziert θ . Der Reibungskoeffizient zwischen dem Block und der Ebene ist μ = bräunen θ . Der Block erhält einen Tritt, so dass er sich zunächst mit Geschwindigkeit bewegt v horizontal entlang der Ebene (d. h. in der Richtung senkrecht zu der Richtung, die gerade in der Ebene nach unten zeigt). Wie schnell ist der Block nach sehr langer Zeit?

Wir können das sehen F X = M G Sünde θ M G cos ( θ ) μ = 0 , wenn wir dem Block eine Anfangsgeschwindigkeit entlang der Ebene geben, sollte er einer Reibungskraft ausgesetzt werden, die seiner Geschwindigkeit entgegengesetzt ist, wobei F = M G cos θ bräunen θ = M G Sünde θ

Dies ist jedoch die Antwort meines Buches:

Die Normalkraft aus der Ebene ist N = M G cos μ . Daher ist die Reibungskraft auf den Block N = ( bräunen μ ) N = M G Sünde μ . Diese Kraft wirkt in die der Bewegung entgegengesetzte Richtung. Der Block spürt auch die Gravitationskraft von M G Sünde θ zeigt das Flugzeug nach unten. Da die Größen der Reibungskraft und der Gravitationskraft entlang der Ebene gleich sind, ist die Beschleunigung entlang der Bewegungsrichtung gleich dem Negativen der Beschleunigung in der Richtung nach unten in der Ebene. Daher ist in einem kleinen Zeitinkrement die Geschwindigkeit, die der Block entlang seiner Bewegungsrichtung verliert, genau gleich der Geschwindigkeit, die er in der Richtung nach unten in der Ebene gewinnt . Wenn v die Geschwindigkeit des Blocks und vy die Komponente der Geschwindigkeit in der Richtung nach unten in der Ebene sind, haben wir daher

v + v j = C
Wo C ist eine Konstante. C ist durch seinen Anfangswert gegeben, der ist v + 0 = v . Der Endwert von C Ist v F + v F = 2 v F (Wo v F ist die Endgeschwindigkeit des Blocks), da sich der Block nach sehr langer Zeit im Wesentlichen geradeaus in der Ebene bewegt. Deshalb, 2 v F = v v F = v 2

Ich verstehe nicht wirklich, was das sagen will. Der fettgedruckte Teil macht mir Probleme. Ich denke, es ist vielleicht nur schlecht geschrieben, ich denke, ich brauche eine klarere Erklärung.

Ich denke, Ihr Lehrbuch hat das Problem schlecht formuliert.

Antworten (1)

Das ist ein nettes Problem - aus welchem ​​Buch stammt es? Man kann schnell die richtige Antwort erhalten, indem man Kräfte auf die Bewegungsachse projiziert, die mit der momentanen Richtung von V ausgerichtet ist, um d / dt (V) zu finden, und das scheint das Buch vorzuschlagen (aber auf ziemlich obskure Weise).

Hier ist ein anderer Lösungsansatz, der physikalisch wahrscheinlich einfacher ist, aber ein wenig Algebra und Kalkül erfordert, indem Koordinaten (x, y) auf der Oberfläche des Keils verwendet werden. x ist die horizontale Achse, y ist vertikal (den Keil hinauf).

Auf den Körper wirken drei Kräfte: die Schwerkraft M G , normale Reaktion N , und Reibung R . Da die Bewegung in der Ebene des Keils stattfindet, ist die Summe der Kräfte, die in die normale Richtung projiziert werden, Null N = M G cos θ . Innerhalb der Ebene gibt es zwei Kräfte. Erstens ist die Projektion der Schwerkraft M G Sünde θ nach unten gerichtet. Die zweite ist die Reibungskraft R . Für μ = bräunen ( θ ) ein Körper auf schiefer Ebene mit dem Reibungskoeffizienten μ ist an der Schwelle zum Gleiten; die Standardanalyse findet sich zB in https://en.wikipedia.org/wiki/Friction . Damit ist die Reibungskraft gleich R = N μ = M G cos θ bräunen θ = M G Sünde θ und ist dem Geschwindigkeitsvektor entgegengesetzt gerichtet.

Zusammenfassend ergibt sich die Bewegung innerhalb der Ebene aus der Wirkung zweier Kräfte gleicher Größe M G Sünde θ , einer ist den Keil hinunter gerichtet, der andere ist entgegengesetzt zum Geschwindigkeitsvektor gerichtet. Daraus kann man die Änderungsrate der Gesamtgeschwindigkeitsgröße ableiten v ist gleich dem für v j . Zunächst bewegt sich der Körper mit Geschwindigkeit horizontal v 0 , So v = v 0 Und v j = 0 . Schließlich wird der Bewegungsvektor mit dem Keil nach unten gerichtet v F , so sind die endgültigen Werte v = v F Und v j = v F . Dann folgt das v F v 0 = v F , So v F = v 0 / 2 .

Die Details der Berechnung sind unten dargestellt:

Das Hauptproblem, mit dem das OP vielleicht konfrontiert war, ist, warum die Reibungskraft gleich der y-Komponente der Schwerkraft minus der Normalkraft ist. Es steht ohne Erklärung in Ihrer Antwort. Können Sie die Tatsache bitte erläutern. Danke.
ok, im Text der Antwort hinzugefügt, danke für den Hinweis
Sie scheinen meinem vorherigen Kommentar nicht zu folgen. Die eigentliche Frage ist: Warum ist die Reibungskraft gleich groß wie die y-Projektion der Schwerkraft minus der Normalkraft N? was in Ihrem zweiten Absatz erwähnt wird. Wie sind Sie zu diesem Schluss gekommen? Bitte erweitern Sie Ihre Antwort darauf.
Ok, ich sehe, dass vorher in den Erklärungen etwas nicht stimmte. Jetzt sollte es richtig sein, und hoffentlich ist es jetzt klar erklärt.