شد جسم بميزان زنبركي – الوزن والاحتكاك واستطالة النابض

ماذا تعرض

يعمل الميزان الزنبركي لأن استطالة نابضه تتناسب مع القوة المؤثرة فيه (قانون هوك)، فيمكن تدريج مقياسه بالنيوتن. وعندما يشد الميزان مكعبًا يبقى ساكنًا، يزداد الاحتكاك السكوني ليساوي قوة الشد تمامًا، فتتوازن القوتان ويبقى المكعب ساكنًا. ولا يبدأ المكعب بالانزلاق إلا عندما تتجاوز قوة الشد أقصى احتكاك سكوني μ·W، ويكون الاحتكاك الانزلاقي بعدها أصغر قليلًا. والوزن W = m·g حيث g = 9.81 N/kg، لذا يحتاج المكعب الأثقل أو السطح الأخشن إلى قوة أكبر ليبدأ الحركة.

طريقة الاستخدام

اختر «كتلة الجسم» و«سطح التلامس»، ثم اسحب خطاف الميزان ببطء إلى اليمين وأنت تراقب القراءة وسهم الاحتكاك. سجّل أكبر قوة يبقى عندها المكعب ساكنًا، ثم قارن الأسطح الأربعة عند الكتلة نفسها، والسطح نفسه عند كتل مختلفة. أبقِ «إظهار أسهم القوى» مفعّلًا ليرى الطلاب قوتين متساويتين ومتعاكستين والمكعب ساكن، واستخدم «إيقاف مؤقت» لقراءة القيم.

المعاملات القابلة للتغيير

• كتلة الجسم 0.2–5 kg
• سطح التلامس سطح جليدي (أملس جدًا), سطح خشبي, خرسانة, حصيرة مطاطية (خشنة جدًا)
• قوة الشد الابتدائية 0–50 N
• إظهار أسهم القوى

أسئلة للاستكشاف

1. إذا شددت بقوة 3 N ولم يتحرك المكعب، فما مقدار قوة الاحتكاك المؤثرة فيه؟
2. كيف تؤثر مضاعفة الكتلة في القوة اللازمة لبدء انزلاق المكعب على الخشب؟
3. أي سطح يحتاج إلى أصغر قوة شد لبدء الانزلاق، وماذا يدلك ذلك على معامل احتكاكه؟