Opgave wrijvingskracht op hellend vlak

Dany stelde deze vraag op 20 september 2016 om 22:28.

 Deze opgave kon ik echt niet uitkomen. Misschien iemand die kan helpen?

Op een hellend vlak met een hellingshoek met de horizontaal van 20 graden ligt een voorwerp met een massa van 1,5 kg. De maximale wrijvingskracht op het vlak is 3,8N

a) Toon aan dat het voorwerp niet in rust blijft.
b) Bereken de versneling die het voorwerp krijgt.

Daar bij heb ik onderstaande situatieschets gemaakt. (Staat ook in bijlage). Is er iemand die mij kan vertellen hoe ik nu verder kom?

Bijlagen:

Reacties

Dany op 20 september 2016 om 22:32

Wat ik zelf bedacht was:

Je hebt de overstaande zijde: dit is de berekende Fz (14,7) en je hebt de hoek (20 graden). De zijde die je wilt weten is de schuine. Dus dan moet je de Sinus gebruiken. (SOS). Dit zou betekenen

dat Sin(20) = 14,7 / schuine zijde

Dus: Sin(20) / 14,7 = schuine zijde.

Maar dit antwoord klopt dus van geen kant.

Jan van de Velde op 20 september 2016 om 22:46
Dag Dany,

ik zie dan ook een wat vreemde ontbinding....

de wrijvingskracht werkt langs de helling omhoog, we zoeken dus een kracht langs de helling omlaag. 

Wat je zoekt is dus de component van de zwaartekracht langs de helling, da's de enige die dat blok effectief langs de helling naar beneden kan trekken. In de afbeelding lila met twee vraagtekens. We ontbinden Fz dus in die component langs de helling en in een component Fn loodrecht op de helling (dat is de component waarvoor als tegenkracht de  normaalkracht nodig is):



Dan blijkt de zwaartekracht de schuine zijde te zijn in een rechthoekige driehoek met de gezochte component ......

opgelost?

groet, Jan
Dany op 21 september 2016 om 16:31

Beste Jan,

Bedankt voor de snelle reactie. Helder. Dus als ik het goed begrijp is het bij het ontbinden in algemene zin zaak om één lijn loodrecht op het oppervlak (de schuine in dit geval) te plaatsen en vervolgens één lijn daar weer loodrecht op? Zeg ik dat zo correct?

Wat ik nog niet begrijp is de normaalkracht die u tekent. Staat Fn niet altijd loodrecht op het oppervlak waar het voorwerp op ligt?

Alvast hartelijk dank!

Dany

Dany op 21 september 2016 om 17:17

En ook vraag 20 lukte nu! Het is een stuk helderder zo. Wat ik me nu nog wel afvraag: In welk geval mag ik er nu vanuit gaan dat de hoeken in mijn parallellogram gelijk zijn aan de hoek die gegeven staat in de vraag (in dit geval 20 graden)? Kan dit zonder meer gezegd worden als je een parallellogram aan de schuine helling tekent? Of zitten hier wel restricties aan vast?

Alvast hartelijk dank! (Zie foto voor mijn nieuwe uitwerking)

Theo de Klerk op 21 september 2016 om 17:31
>Kan dit zonder meer gezegd worden als je een parallellogram aan de schuine helling tekent?

Met een beetje meetkunde kun je dit bewijzen. De driehoek met de helling van 20 graden is een rechthoekige driehoek. De niet-rechte hoek moet dan 180 - 90 - 20 = 70 graden zijn.
De kleinere driehoek met Fz als schuine zijde heeft een scherpe hoek onderaan. Deze hoek, samen met de 70 graden van de andere driehoek, moet samen ook 90 graden vormen. De hoek is dus ook 20 graden.
Jan van de Velde op 21 september 2016 om 23:08

Dany plaatste:

 Dus als ik het goed begrijp is het bij het ontbinden in algemene zin zaak om één lijn loodrecht op het oppervlak (de schuine in dit geval) te plaatsen en vervolgens één lijn daar weer loodrecht op? Zeg ik dat zo correct?

Als je het in algemene zin wil zien, het is in algemene zin zaak om een kracht te ontbinden naar logische werklijnen. 

de kracht die nodig is om een pijl af te schieten ontbind je naar de werklijnen van de krachten die samen die kracht moeten veroorzaken, en dat zijn dus werklijnen over de pezen van een boog. 

Bij een groot vrachtschip dat door twee sleepboten gesleept wordt ontbind je de benodigede kracht voor de gewenste beweging over de twee sleepkabels. 

als jij schuin tegen een treinwagon duwt ontbind je die duwkracht over een lijn evenwijdig aan de rails (de enige richting waarin die wagon kan gaan bewegen) en een lijn loodrecht op de railrichting waarop krachten kunnen werken die ervoor zorgen dat de wagon niet uit de rails loopt. 

enz etc usw. 

en in dit geval kun je prima voorspellen in welke richting dat blok o.i.v. de zwaartekracht zou kunnen bewegen, da's dus één werklijn (namelijk lángs die helling), en verder zal er ook nog een kracht moeten zijn die voorkomt dat dat blok zachtjes pruttelend door dat hellingoppervlak richting middelpunt aarde zakt, en die werklijn loopt dus loodrecht op de helling omdat moleculen nou eenmaal niet schuin kunnen duwen.

Dany plaatste:

Wat ik nog niet begrijp is de normaalkracht die u tekent. Staat Fn niet altijd loodrecht op het oppervlak waar het voorwerp op ligt?

dat loodrecht op het oppervlak klopt hoor, en dat deed ik ook, die blauwe pijl maakt een hoek van 90° met dat oppervlak. Maar ik had die blauwe kracht voor alle duidelijkheid misschien beter een andere afkorting dan Fn gegeven. Omdat het hellingmateriaal in principe alleen als reactiekracht loodrecht van zich af kan duwen (normaalkracht, normaal in de wiskundige betekenis van "loodrecht op" ) zoek ik dus een component van Fz loodrecht op die helling die als actiekracht me gaat verklappen hoe groot die normaalkracht gaat moeten zijn. 
De normaalkracht is de kracht van de helling op het blok en hoort dus op diezelfde werklijn als mijn blauwe Fn precies de tegengestelde richting op te wijzen. 

duidelijker zo?

groet, Jan


Jan van de Velde op 22 september 2016 om 00:12

Dany plaatste:

In welk geval mag ik er nu vanuit gaan dat de hoeken in mijn parallellogram gelijk zijn aan de hoek die gegeven staat in de vraag (in dit geval 20 graden)? 

da's een gevalletje 2e klas middelbaar wiskunde, herinner je je mogelijk wel als F-hoeken, Z-hoeken etc:

ter opfrissing:

http://www.wisfaq.nl/show3archive.asp?id=1423

Groet, Jan

Dany op 22 september 2016 om 17:47

Helder. Hartelijk dank Jan en Theo!

Het gekke is dat ik begrippen als F- en Z-hoeken nog nooit gehoord heb. Tot aan mijn examen toe!
Dus hier hebben we te maken met een zgn. F-hoek?

Groet,
Dany

Jan van de Velde op 22 september 2016 om 18:31
het zit hier vol met effen en zetten, net welke kant je op wil. Die te vinden/zoeken is een kwestie van voldoende hulplijnen tekenen, zoals hieronder de zwarte gestippelde evenwijdig aan de helling en door de punt van de zwaartekrachtvector , en de blauwe gestippelde normalen op de helling (die heb je sowieso nodig voor de ontbinding van die zwaartekracht)








en nog vele effen en zetten te vinden

maar ook met rechthoekige driehoeken:



twee rechthoekige driehoeken die allebei een rechte hoek hebben, en bovendien hoek X gemeen hebben, waardoor de hoeken Y gelijk moeten zijn.
maar ja, dan vind ik hier ook een rechthoekig driehoekje:



met zo'n zelfde hoek Y, wat betekent dat de scherpe hoek van dat lila driehoekje dus gelijk moet zijn aan X, dwz de hellingshoek. 

Groet, Jan

Dany op 22 september 2016 om 18:40
Aha, bedankt.

Groet,
Dany

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft zesentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)