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固体均質な球体は、水平方向の発見線形加速と最小係数摩擦で30度の角度を作る平面を滑らせることなく転がりますか?

これは、傾斜面を転がり落ちる固体球の線形加速度と最小摩擦係数を見つける方法です。

1。力とトルク

* 重力(mg): 垂直方向に下向きに動作します。

* 通常の力(n): 飛行機に垂直な作動。

* 摩擦力(f): 動きに反対する、飛行機に平行に動作します。

2。自由なボディ図

球体の自由なボディ図を描き、これらの力を示します。重力を平面と平行および垂直に成分に分解します。

* mg sin(30°): 平面に平行なコンポーネント。

* mg cos(30°): 飛行機に垂直な成分。

3。運動方程式

* 線形運動: ニュートンの第二法則を飛行機に平行な方向に適用します。

*σf=ma

* mg sin(30°)-f =ma

* 回転運動: ニュートンの第2法則を球体の中心に関する回転に適用します。

*στ=iα

* FR =(2/5)MR²α

どこ:

* rは球体の半径です

* i =(2/5)MR²は固体球の慣性の瞬間です

*αは角度加速です

4。滑る状態のないローリング

球体は滑ることなく転がります。つまり、線形加速度(a)と角度加速度(α)が関連しています。

* a =αr

5。加速の解決(a)

ローリングを回転方程式に滑らずに置き換えます。

* f =(2/5)MA

この値の「f」を線形方程式に置き換えます。

* mg sin(30°) - (2/5)ma =ma

*(7/5)Ma =mg sin(30°)

* a =(5/7)g sin(30°)

* a =(5/14)g (ここで、Gは重力による加速です)

6。摩擦係数(μ)を解く

摩擦力は次のように与えられます。

* f =μn

* f =μmgcos(30°)

すでにf =(2/5)maが見つかりました。計算したばかりの「a」の値を次のように置き換えます。

*(2/5)m((5/14)g)=μmgcos(30°)

*μ=(2/5) *(5/14)/cos(30°)

* μ=1/(7√3)

したがって、

*球体の線形加速は(5/14)gです。

*球体が滑ることなく転がるのに必要な摩擦係数は1/(7√3)です。

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