الهدف من التجربة
- تحديد معامل الاحتكاك السكوني \(\mu_s\) تجريبياً باستخدام الزاوية الحرجة.
- تحديد معامل الاحتكاك الحركي \(\mu_k\) من قياس التسارع على المستوى المائل.
- دراسة تأثير زاوية الميل \(\theta\) وكتلة الجسم \(m\) على قوى الاحتكاك والتسارع.
- التحقق من حفظ الطاقة مع احتساب الطاقة المبددة بالاحتكاك.
- مقارنة النتائج التجريبية بالتنبؤات النظرية وتحديد نسبة الخطأ.
ملاحظة: تُستخدم هذه التجربة في مختبرات الفيزياء العامة لطلبة السنة الأولى والثانية لفهم القوى غير المحافظة وتطبيق قوانين نيوتن.
القوى المؤثرة على الجسم
عند وضع جسم كتلته \(m\) على مستوى مائل بزاوية \(\theta\)، تؤثر عليه القوى التالية:
- قوة الجاذبية: \(F_g = mg\) وتتحلل إلى:
- مركبة موازية للمستوى: \(mg\sin\theta\) (تسبب الانزلاق)
- مركبة عمودية على المستوى: \(mg\cos\theta\) (تؤثر على القوة العمودية)
- القوة العمودية: \(N = mg\cos\theta\)
- قوة الاحتكاك: \(f\) تعاكس اتجاه الحركة المحتملة أو الفعلية.
الاحتكاك السكوني (Static Friction)
يبقى الجسم ساكناً ما دامت:
\(mg\sin\theta \leq \mu_s \, mg\cos\theta\)
عند لحظة الشروع في الحركة (الزاوية الحرجة \(\theta_c\)):
\(\mu_s = \tan\theta_c\)
الاحتكاك الحركي (Kinetic Friction)
بعد بدء الانزلاق:
\(f_k = \mu_k N = \mu_k \, mg\cos\theta\)
بتطبيق قانون نيوتن الثاني:
\(a = g(\sin\theta - \mu_k\cos\theta)\)
تحليل الطاقة
بتحريك الجسم مسافة \(d\) على المستوى المائل:
\(\Delta KE = mgh - W_f = mg\,d\sin\theta - \mu_k mg\,d\cos\theta\)
خطوات إجراء التجربة
- انتقل إلى تبويب "المحاكاة".
- اختر نوع المادتين المتلامستين من القائمة.
- حدد كتلة الجسم بالشريط المنزلق.
- فعّل عرض متجهات القوى لرؤيتها على المحاكاة.
- زيّد زاوية الميل تدريجياً ولاحظ متى يبدأ الانزلاق.
- سجّل الزاوية الحرجة (تظهر تلقائياً).
- اضغط "بدء" لمراقبة الحركة والتسارع.
- اضغط "تسجيل" لحفظ القراءة.
- كرّر لزوايا وكتل مختلفة.
- راجع جدول البيانات والرسم البياني.
نصيحة:
- ابدأ بزاوية صغيرة وزِد تدريجياً لتحديد \(\theta_c\) بدقة.
- قارن \(\mu_s\) المحسوب من \(\tan\theta_c\) بالقيمة المعطاة.
- تحقق من حفظ الطاقة: \(KE + PE + W_f = \text{ثابت}\).
- استخدم التصدير لتحليل البيانات في Excel.
اختصارات لوحة المفاتيح
Space — بدء / إيقاف |
R — إعادة تعيين |
D — تسجيل قراءة
طاقة حركية: 0.00 J
طاقة وضع: 0.00 J
طاقة مبددة: 0.00 J
إعدادات التجربة
بيانات لحظية
الزمن0.00 s
المسافة0.000 m
السرعة0.000 m/s
الارتفاع0.000 m
الزاوية الحرجة--
| # | المادة | الكتلة (kg) | الزاوية (°) | μs | μk | θc نظري (°) | التسارع (m/s²) | السرعة النهائية (m/s) | حذف |
|---|
لم يتم تسجيل أي قراءات بعد
العلاقة بين زاوية الميل والتسارع
المنحنى النظري
القراءات المسجلة
الزاوية الحرجة