Εικονικό πείραμα: Τριβή

---

Το εικονικό πείραμα δείχνει ένα σώμα (τουβλάκι) που βρίσκεται πάνω σε έναν πάγκο. Σε αυτό ασκείται μία δύναμη από ένα δυναμόμετρο το οποίο τραβάει ένα χέρι. Στο σώμα ασκείται μία δύναμη η οποία αρχικά κινεί το σώμα αλλά μετά μειώνεται κατάλληλα, έτσι ώστε το σώμα να κινείται με σταθερή ταχύτητα.
Στο τουβλάκι μπορούν από πάνω να προστεθούν και άλλα τουβλάκια (συνολικά 3), ενώ επιλέγεται και ο τρόπος που βρίσκονται πάνω στον πάγκο (οριζόντια ή κάθετα).
Τέλος, στο κάτω τουβλάκι, η επιφάνεια επαφής του με τον πάγκο έχει ένα υλικό επαφής (αλουμίνιο, ξύλο, καουτσούκ, άγνωστο υλικό), το οποίο μπορεί να αλλάζει από τα αντίστοιχα πλήκτρα.

Ζητείται να προσδιοριστούν οι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται ή δεν εξαρτάται η τριβή ολίσθησης.

Με το εικονικό πείραμα μπορείς:

• Να ασκήσεις μία δύναμη στο τουβλάκι αρχικά για να ξεκινήσει. Έπειτα η δύναμη μειώνεται για να συνεχίσει να κινείται το τουβλάκι με σταθερή ταχύτητα.
  Αυτή η δύναμη μετριέται από το δυναμόμετρο που έχει παρεμβληθεί ανάμεσα στο χέρι και το τουβλάκι.
• Να προσδιορίσεις την τριβή ολίσθησης.
• Να τοποθετήσεις και άλλα τουβλάκια από πάνω και να δεις αν αυτό επηρεάζει την τριβή ολίσθησης.
• Να αλλάξεις την επιφάνεια επαφής με τον πάγκο και να δεις αν αυτό επηρεάζει την τριβή ολίσθησης.
• Να αλλάξεις το εμβαδόν επαφής και να δεις αν αυτό επηρεάζει την τριβή ολίσθησης.
• Να ασκήσεις διαφορετική αρχική δύναμη ώστε να κινηθεί το τουβλάκι με διαφορετική ταχύτητα και να δεις αν αυτό επηρεάζει την τριβή ολίσθησης.

Οδηγίες εκτέλεσης της προσομοίωσης

• Επίλεξε το πλήκτρο "1", το οποίο καθορίζει ότι το υλικό που υπάρχει στο τουβλάκι, στην επιφάνεια επαφής του με τον πάγκο, είναι αλουμίνιο. Επίλεξε το πλήκτρο "οριζόντια", ώστε το τουβλάκι να τοποθετηθεί πάνω στον πάγκο σε οριζόντια θέση.
• Με το "ποντίκι" επίλεξε το χέρι και τράβηξέ το. Η διάταξη θα κινηθεί και μετά από λίγο θα αποκτήσει σταθερή ταχύτητα. Κατάγραψε την ένδειξη του δυναμομέτρου.
• Τοποθέτησε το τουβλάκι κάθετα με το πλήκτρο "κάθετα" και τράβηξέ το με το δυναμόμετρο. Η δύναμη που κινεί το τουβλάκι με σταθερή ταχύτητα είναι η ίδια ή διαφορετική;
• Συνέχισε το εικονικό πείραμα με το τουβλάκι στην οριζόντια θέση. Πρόσθεσε ακόμη ένα με το πλήκτρο "+" και επανάλαβε τις ίδιες ενέργειες.
• Πρόσθεσε ακόμη ένα τουβλάκι με το πλήκτρο "+" και επανάλαβε τις ίδιες ενέργειες.
• Πώς μεταβάλλεται η δύναμη που κινεί τη διάταξη όσο αυξάνουν τα τουβλάκια; Ποια είναι η σχέση αυτής της δύναμης με την τριβή ολίσθησης, αφού τα τουβλάκια κινούνται με σταθερή ταχύτητα;
• Επίλεξε ένα από τα πλήκτρα "2", "3", "4", που δηλώνει ότι το υλικό στο τουβλάκι, στην επιφάνεια επαφής του με τον πάγκο, αντίστοιχα είναι ξύλο, καουτσούκ και άγνωστο υλικό.
• Άσκησε μια δύναμη με το δυναμόμετρο στο ένα τουβλάκι και κατάγραψε την τιμή.
  Αυτή η τιμή είναι ίδια με αυτήν που κατάγραψες για την επιφάνεια "αλουμίνιο-πάγκος";
  Μπορείς να εξηγήσεις γιατί συμβαίνει αυτό;
• Από ποιους παράγοντες νομίζεις ότι εξαρτάται η τριβή ολίσθησης;

Η προσομοίωση λειτουργεί και με το πληκτρολόγιο ως εξής:

• Όταν ανοίγει η προσομοίωση, γίνεται πλοήγηση με το πλήκτρο "TAB" στην "καρτέλα συντελεστών" και στην "οθόνη βοήθειας". Τα πλήκτρα ενεργοποιούνται με το "Enter", και η πλοήγηση στις καρτέλες γίνεται ξανά με το "TAB".
• Έπειτα η πλοήγηση συνεχίζεται μόνο στην προσομοίωση ως εξής:
• Με το πλήκτρο "TAB" επιλέγεις το "σημείο - χέρι" (βρίσκεται πάνω στο χέρι), τα πλήκτρα της προσομοίωσης ("1", "2", "3", "4", "οριζόντια", "κάθετα", "αύξηση στα τουβλάκια", "μείωση στα τουβλάκια", "επαναφορά") και τα πλήκτρα του template ("ανανέωση", "προβολή πλήρους οθόνης").
• Το σημείο-χέρι της προσομοίωσης, αφού το επιλέξεις με το "TAB", το μετακινείς με το δεξί βέλος του πληκτρολογίου.
• Τα πλήκτρα της προσομοίωσης, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου.
• Τα πλήκτρα του template, αφού τα επιλέξεις με το "TAB", λειτουργούν με το πλήκτρο "space" (κενό) του πληκτρολογίου.
• Η σειρά ενεργοποίησης των πλήκτρων/αντικειμένων στην προσομοίωση είναι η εξής:
  "προβολή πλήρους οθόνης" → "1" → "2" → "3" → "4" → "οριζόντια" → "κάθετα" → "αύξηση στα τουβλάκια" → "μείωση στα τουβλάκια" → "σημείο - χέρι" → "επαναφορά" → "ανανέωση template", και επαναλαμβάνεται η ίδια σειρά.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ - ΤΡΙΒΗ

Ομάδα 2-3 μαθητών:
Υπεύθυνος καθηγητής:
Ημερομηνία:

Εισαγωγή

Το περιβάλλον του εικονικού πειράματος παρουσιάζεται στην παρακάτω εικόνα και αποτελείται από:

• Έναν οριζόντιο πάγκο εργαστηρίου.
• Τρία ίδια τουβλάκια.
• Ένα χέρι μαζί με ένα δυναμόμετρο.

Εικόνα 1: Περιβάλλον εικονικού πειράματος για την τριβή.

Επίσης υπάρχουν πλήκτρα που καθορίζουν:

• Πόσα τουβλάκια θα χρησιμοποιηθούν στο εικονικό πείραμα.
• Το είδος του υλικού που έχει η επιφάνεια από το τουβλάκι, η οποία έρχεται σε επαφή με τον πάγκο.
• Τον τρόπο που θα τοποθετηθούν τα τουβλάκια πάνω στον πάγκο, οριζόντια ή κάθετα.

Σημείωση 1: Εάν στο εικονικό πείραμα ασκήσεις μία δύναμη F με το δυναμόμετρο στο τουβλάκι, θα παρατηρήσεις ότι:

• Το τουβλάκι ξεκινάει εάν η δύναμη F έχει μία ικανή τιμή για να υπερνικήσει τη στατική τριβή που εμφανίζεται.
• Όταν το τουβλάκι ξεκινήσει, η δύναμη F μειώνεται και γίνεται τόση ώστε να είναι ικανή να διατηρήσει την κίνηση με σταθερή ταχύτητα.
• Σε αυτή την περίπτωση, η δύναμη F είναι ίση με την τριβή ολίσθησης T.

Άρα, αν στη παραπάνω διάταξη με το δυναμόμετρο μετρήσεις την δύναμη F που ασκείται στο τουβλάκι, όταν αυτό κινείται με σταθερή ταχύτητα, θα γνωρίζεις και το μέτρο της τριβής ολίσθησης T.

Σημείωση 2: Στη διάταξη υπάρχουν τα πλήκτρα "οριζόντια" και "κάθετα". Αυτά τοποθετούν τα τουβλάκια πάνω στον πάγκο, το ένα πάνω στο άλλο, οριζόντια ή κάθετα. Στους δύο τρόπους τοποθέτησης υπάρχει διαφορετικό εμβαδό επαφής της διάταξης-τουβλάκια με τον πάγκο.

Σκοπός του εικονικού πειράματος

Να διερευνήσεις, για ένα σώμα που κινείται πάνω σε μία οριζόντια επιφάνεια:

• Τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η δύναμη της τριβής ολίσθησης που ασκείται σε αυτό.
• Τους παράγοντες από τους οποίους δεν εξαρτάται η δύναμη της τριβής ολίσθησης.

Εικονικό Πείραμα

Μέρος Β - Διερεύνηση της τριβής ολίσθησης με το είδος των επιφανειών επαφής

Υπόθεση/Ερώτημα: Εξαρτάται η τριβή ολίσθησης μεταξύ ενός σώματος και μίας οριζόντιας επιφάνειας από το είδος των επιφανειών επαφής;      NAI     OXI
(Επίλεξε ΝΑΙ/ΟΧΙ πριν την εκτέλεση της δραστηριότητας!)

Δραστηριότητα

Μπορείς στο εικονικό πείραμα να εκτελέσεις τις παρακάτω ενέργειες:

• Να επιλέξεις με τα κατάλληλα πλήκτρα από πόσα τουβλάκια θα αποτελείται η διάταξη-τουβλάκια και τον τρόπο που θα τοποθετηθούν τα τουβλάκια πάνω στον πάγκο. Αυτές οι ρυθμίσεις να παραμείνουν σταθερές στο Μέρος Β.

  αριθμός από τουβλάκια: ............................................ τρόπος τοποθέτησης (οριζόντια/κάθετα) : ..................................................................

• Να επιλέξεις το πλήκτρο "1". Τότε η διάταξη-τουβλάκια έχει αλουμίνιο στην επιφάνεια επαφής της με τον πάγκο.
• Να ασκήσεις μία δύναμη στη διάταξη-τουβλάκια και να μετρήσεις την τριβή ολίσθησης.
• Να επαναλάβεις τη διαδικασία για τις άλλες επιφάνειες επαφής ("2", "3" και "4") και να μετρήσεις ξανά την τριβή ολίσθησης.
• Να μεταφέρεις τις τιμές στον Πίνακα 2.

Συμπέρασμα 2: Η δύναμη της τριβής ολίσθησης που εμφανίζει ένα σώμα με το οριζόντιο επίπεδο όταν αλλάζει το είδος των επιφανειών επαφής, ............................………………………………………………………………………………………………………………………....................................
(Σταθερό βάρος και σταθερό εμβαδό επαφής).

Μέρος Γ - Διερεύνηση της τριβής ολίσθησης με το εμβαδό επαφής

Υπόθεση/Ερώτημα: Εξαρτάται η τριβή ολίσθησης μεταξύ ενός σώματος και μίας οριζόντιας επιφάνειας από το εμβαδό των επιφανειών επαφής;      NAI     OXI
(Επίλεξε ΝΑΙ/ΟΧΙ πριν την εκτέλεση της δραστηριότητας!)

Δραστηριότητα

Μπορείς στο εικονικό πείραμα να εκτελέσεις τις παρακάτω ενέργειες:

• Να επιλέξεις με τα κατάλληλα πλήκτρα από πόσα τουβλάκια θα αποτελείται η διάταξη-τουβλάκια και ποιο να είναι το είδος των επιφανειών επαφής της διάταξης-τουβλάκια με τον πάγκο. Αυτές οι ρυθμίσεις να παραμείνουν σταθερές στο Μέρος Γ.

  αριθμός από τουβλάκια: .............................................. επιφάνειες επαφής: .........................................................................

• Να επιλέξεις το πλήκτρο "κάθετα", ώστε η διάταξη-τουβλάκια να είναι σε κάθετη θέση. Τότε το εμβαδό επαφής είναι "μικρό".
• Να μετρήσεις την τριβή ολίσθησης.
• Να επιλέξεις το πλήκτρο "οριζόντια", ώστε η διάταξη-τουβλάκια να είναι σε οριζόντια θέση. Τότε το εμβαδό επαφής είναι "μεγάλο".
• Να μετρήσεις την τριβή ολίσθησης.
• Να μεταφέρεις τις τιμές στον Πίνακα 3.

Συμπέρασμα 3: Η δύναμη της τριβής ολίσθησης που εμφανίζει ένα σώμα με το οριζόντιο επίπεδο, όταν αλλάζει το εμβαδό επαφής ……………………………………………………………………………………………………………………....................................................
(Σταθερό βάρος και σταθερό είδος επιφανειών επαφής).

Μέρος Δ - Διερεύνηση της τριβής ολίσθησης με την ταχύτητα

Υπόθεση/Ερώτημα: Εξαρτάται η τριβή ολίσθησης μεταξύ ενός σώματος και μίας οριζόντιας επιφάνειας από την ταχύτητα του σώματος;      NAI     OXI
(Επίλεξε ΝΑΙ/ΟΧΙ πριν την εκτέλεση της δραστηριότητας!)

Δραστηριότητα

Μπορείς στο εικονικό πείραμα να εκτελέσεις τις παρακάτω ενέργειες:

• Να επιλέξεις με τα κατάλληλα πλήκτρα από πόσα τουβλάκια θα αποτελείται η διάταξη-τουβλάκια, το είδος των επιφανειών επαφής και τον τρόπο τοποθέτησής τους στον πάγκο. Αυτές οι ρυθμίσεις να παραμείνουν σταθερές στο Μέρος Δ.

  αριθμός από τουβλάκια: ......................... επιφάνειες επαφής: .........................................................................
  τρόπος τοποθέτησης (οριζόντια/κάθετα) : ......................................................

• Με το δυναμόμετρο να ασκήσεις μία αρχική μικρή δύναμη στη διάταξη, έτσι ώστε να κινείται με μικρή ταχύτητα.
• Να μετρήσεις την τριβή ολίσθησης.
• Να επαναλάβεις τη διαδικασία με την ίδια διάταξη, αλλά να ασκήσεις μία αρχική μεγάλη δύναμη στο τουβλάκι ώστε τελικά αυτό να κινείται με μεγάλη ταχύτητα.
• Να μεταφέρεις τις τιμές στον Πίνακα 4.

Συμπέρασμα 4: Η δύναμη της τριβής ολίσθησης που εμφανίζει ένα σώμα με το οριζόντιο επίπεδο , όταν αλλάζει η ταχύτητα του σώματος ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………...................................
(Σταθερό βάρος, σταθερό είδος επιφανειών επαφής και σταθερό εμβαδό επαφής).

Τελικό συμπέρασμα