Vous avez dû observer que la vitesse de l'objet augmente lorsqu'il glisse le long de la pente. Cela se produit-il à cause de la force agissant sur l'objet en raison de la gravité sur la pente ?
La vitesse de l'objet sur la pente est déterminée par deux forces principales. La toute première chose est l'inclinaison de la pente et la seconde et la plus importante est la force agissant par l'objet contre la pente qui est la force due à la gravité.
Qu'est-ce que la gravité en pente ?
La force due à la gravité agit toujours vers le bas vers le centre de la Terre.
La gravité est la même au sol et même sur la pente quelle que soit l'inclinaison de la pente mais seule l'amplitude de la force due à la gravité varie.
Si l'objet se trouve sur une pente douce, l'accélération de l'objet sur la pente sera inférieure à la vitesse acquise par l'objet tout en descendant la pente depuis la pente la plus raide. En effet, l'amplitude de la force due à la gravité sur l'objet accélérant depuis la pente la plus raide est supérieure à celle de la pente douce.
Qu'est-ce que la force de gravité sur la pente ?
La force de gravité sur la pente est la force de poussée agissant contre le sol par l'objet en raison de son poids.
La force de gravité sur une pente est toujours la même pour l'objet ayant une masse 'm' partout où l'objet est présent. La force de gravité sur l'objet est toujours constante car sa masse et l'accélération due à la gravité sont constantes et égales à F=mg
Travail effectué par gravité sur une pente
Le travail effectué est défini comme la force nécessaire pour déplacer l'objet de sa place initiale et est donné par Travail=Force*fois le déplacement
Dans le cas de l'objet se déplaçant sur un plan incliné, le travail est effectué par la force de gravité pour déplacer l'objet d'une certaine hauteur au-dessus du sol sur le plan incliné.
Supposons qu'il y ait un objet de masse 'm' accélérant depuis le plan incliné comme indiqué dans la figure ci-dessous :-
La force due à la gravité qui agit contre la pente est égale à Fg= mg. En raison de la force de gravité, l'objet descend la pente avec la force F=mgSinθ
La force de frottement
agit contre lui pour résister à l'accélération de l'objet qui résulte de la force parallèle exercée contre la force normale N de l'objet qui est F//=mgCosθ
Le déplacement de l'objet par rapport au plan incliné est 'h' qui est la hauteur de l'objet au-dessus du sol. Le travail effectué par l'objet est donc
W = mgh
La force due à la gravité s'exerce sur l'objet pour le faire descendre sur la surface plane de la Terre en l'accélérant sur la pente.
Quand la force de gravité sur le plan incliné est-elle maximale ?
La force de gravité est la même en tout point du plan incliné car la masse et l'accélération due à la gravité restent inchangées.
La force due à la gravité agit devant l'objet pendant qu'il accélère sur la pente, l'amplitude de la gravité de la force sera plus grande si la pente est plus raide.
La force qui maintient l'objet au sol est la force agissant contre la force normale au sol par l'objet qui est –mgCosθ et la composante de la force responsable de l'accélération de l'objet vers le bas est la pente est mg Sinθ.
Cela suit la deuxième loi du mouvement de Newton
F = ma
Et donc l'accélération de l'objet à partir de la pente est égale à
a = F / m
La force maximale agissant sur l'objet est mgSinθ, d'où
Qu'est-ce qui affecte la force gravitationnelle sur un plan incliné ?
L'angle de la pente avec le sol détermine la vitesse de l'objet et l'amplitude de la force qui le pousse vers le bas.
Comme l'objet est sur un plan incliné, il est élevé au-dessus du niveau du sol en gagnant l'énergie potentielle ainsi l'attraction gravitationnelle diminue légèrement. Mais en raison des forces de déséquilibre, l'objet accélère vers le bas.
Si l'angle entre la direction du la force de la gravité et la pente devient plus faible, alors l'objet va pousser vers le sol. Le centre de gravité de l'objet est l'endroit où tout le poids du corps est concentré et tend à maintenir l'objet dans la position d'équilibre de repos.
La force gravitationnelle change-t-elle avec l'angle ?
La force gravitationnelle exercée sur l'objet est constante et agit toujours vers le centre de la Terre.
Pour un objet sur un plan incliné, la force gravitationnelle sur l'objet reste la même mais seule l'amplitude de la force parallèle agissant sur l'objet sur la pente augmente avec la pente.
Dans le diagramme ci-dessous, nous pouvons voir que différentes forces agissent sur l'objet mais que la direction des deux forces est dans la même direction. Si l'angle φ augmente, alors l'amplitude de ces forces augmente et l'objet accélérera le long de la pente à grande vitesse.
La force parallèle est créée en raison de la force exercée sur le sol en raison de la force normale et de la force due au centre de gravité de l'objet faisant un angle φ agissant parallèlement à la direction de la force oblique mgSinθ poussent l'objet vers le bas de la pente à mesure que l'intensité de la force dans cette direction augmente.
Comment calculer la force de gravité sur une pente ?
Les forces nettes agissant sur l'objet sur un plan incliné sont la somme de la force de gravité, de la force perpendiculaire et de la force parallèle.
La force de gravité de l'objet sur une pente agit toujours vers le bas et selon la deuxième loi du mouvement de Newton, la force de gravité sur l'objet est égale à la masse multipliée par l'accélération due à la gravité, c'est-à-dire Fg=mg
Voyons maintenant comment calculer la force de gravité nette sur l'objet sur un plan incliné étape par étape : -
Angle d'inclinaison
La toute première chose est de trouver l'angle d'inclinaison de la pente qui détermine l'amplitude des forces et la vitesse de l'objet.
Masse de l'objet
Deuxièmement, vous devez connaître la masse de l'objet. Si vous connaissez la force normale de l'objet, vous pouvez calculer la masse en utilisant la formule :- m=F/a
Trouver la force due à la gravité
La force due à la gravité est toujours dirigée vers le centre de gravité de la Terre et est égale à mg.
Trouver la force perpendiculaire
Il s'agit d'une force agissant dans le sens de l'accélération de l'objet et responsable du mouvement de l'objet vers le bas de la pente et est égale à
Trouver la force parallèle
Il s'agit de la force générée en raison de l'effet de la gravité et de la force développée en réponse à la force normale contre la pente de la colline et s'ajoute à la force de poussée sur l'objet qui l'entraîne vers le bas de la pente et est égale à
Calculer la force de frottement
C'est la force agissant contre la vitesse de l'objet en résistant à son mouvement et dépend du coefficient de frottement de la pente qui détermine la rugosité du sol et est donnée par
et est lié à la force normale de l'objet agissant sur le sol.
Trouver la force nette
La force responsable de l'accélération de l'objet sur la pente est la force parallèle et la force de frottement s'oppose à l'accélération de l'objet agissant dans la direction opposée. La force normale est égale à la force perpendiculaire agissant sur l'objet.
En utilisant cela, vous pouvez ensuite trouver l'accélération de l'objet à partir du plan incliné en utilisant la deuxième loi de Newton sur l'équation du mouvement.
F = ma
Par conséquent, l'accélération de l'objet à partir de la pente inclinée est
un=Fnet/m
Quelle est l'accélération de l'objet de masse 2kg glissant vers le bas depuis l'endroit incliné avec un angle d'inclinaison de 300 ayant un coefficient de frottement de 0.15 ?
Donné: m = 2 kg
θ=300
μ = 0.15
La force due à la gravité est
La composante de force parallèle est
La force perpendiculaire est
La force due au frottement est
Par conséquent, la force nette sur l'objet est
L'accélération de l'objet est donc
L'accélération de l'objet par rapport au plan incliné est 7.75m / s2.
Résumé
La force de gravité sur l'objet reste la même même sur le plan incliné. La force qui est responsable de l'accélération de l'objet vers le bas de la pente est la force parallèle exercée sur l'objet en raison de la force de gravité du centre de son point de masse devant et de la force perpendiculaire.
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Bonjour, je m'appelle Akshita Mapari. J'ai fait une maîtrise en sciences. en physique. J'ai travaillé sur des projets comme la modélisation numérique des vents et des vagues lors d'un cyclone, la physique des jouets et des machines à sensations mécanisées dans un parc d'attractions basé sur la mécanique classique. J'ai suivi une formation sur Arduino et réalisé quelques mini projets sur Arduino UNO. J'aime toujours explorer de nouvelles zones dans le domaine scientifique. Personnellement, je crois qu'apprendre est plus enthousiaste lorsqu'il est appris avec créativité. En dehors de cela, j'aime lire, voyager, gratter de la guitare, identifier les rochers et les strates, photographier et jouer aux échecs.