Что такое наклонная плоскость в физике
Наклонная плоскость
Наклонная плоскость — это плоская поверхность, установленная под углом, отличным от прямого и/или нулевого, к горизонтальной поверхности. Наклонная плоскость позволяет преодолевать значительное сопротивление, прилагая сравнительно малую силу на большем расстоянии, чем то, на которое нужно поднять груз.
Наклонная плоскость — один из широко известных простых механизмов.
Содержание
Примеры наклонных плоскостей
Примерами наклонных плоскостей служат:
Наиболее канонический пример наклонной плоскости — наклонная поверхность, например, въезд на мост с перепадом высоты.
История
Пандусы, или наклонные плоскости, широко использовались при строительстве ранних каменных сооружений, дорог и акведуков. Также они применялись при штурме военных укреплений.
Эксперименты с наклонными плоскостями помогли средневековым физикам (таким, как Галилео Галилей) изучить законы природы, связанные с гравитацией, массой, ускорением и т. д.
Формулы для наклонной плоскости
здесь 
— коэффициент трения тела о поверхность, 
— угол наклона плоскости.
Критический угол
Род передвижения тела зависит от критического угла. Тело покоится, если угол наклона плоскости меньше критического угла, покоится или движется равномерно, если угол наклона плоскости равен критическому углу, и движется равноускоренно, при условии что угол наклона плоскости больше критического угла.
Далее описаны все три возможные ситуации, в них: — коэффициент трения, — угол наклона плоскости, β — критический угол.
Можно отметить, что 
.
Что такое наклонная плоскость в физике
К простым механизмам кроме рычага и блока относятся также наклонная плоскость и ее разновидности: клин и винт.
Наклонная плоскость применяется для перемещения тяжелых предметов на более высокий уровень без их непосредственного поднятия.
К таким устройствам относятся пандусы, эскалаторы, обычные лестницы и конвейеры.
Если нужно поднять груз на высоту, всегда легче воспользоваться пологим подъемом, чем крутым. Причем, чем положе уклон, тем легче выполнить эту работу. Когда время и расстояние не имеют большого значения, а важно поднять груз с наименьшим усилием, наклонная плоскость оказывается незаменима.
С помощью этих рисунков можно объяснить, как работает простой механизм НАКЛОННАЯ ПЛОСКОСТЬ.
Классические расчеты действия наклонной плоскости и других простых механизмов принадлежат выдающемуся античному механику Архимеду из Сиракуз.
При строительстве храмов египтяне транспортировали, поднимали и устанавливали колоссальные обелиски и статуи, вес которых составлял десятки и сотни тонн! Все это можно было сделать, используя среди других простых механизмов наклонную плоскость.
Колонны древнего египетского храма в Фивах.
Каждую из этих огромных колонн рабы втаскивали по рампе- наклонной плоскости. Когда колонна вползала в яму, через лаз выгребали песок, а затем разбирали кирпичную стенку и убирали насыпь. Таким образом, например, наклонная дорога к пирамиде Хафра при высоте подъема в 46 метров имела длину около полукилометра.
Тело на наклонной плоскости удерживается силой, которая по величине во столько раз меньше веса этого тела, во сколько раз длина наклонной плоскости больше ее высоты».
Это условие равновесия сил на наклонной плоскости сформулировал голландский ученый Симон Стевин (1548-1620).
Рисунок на титульном листе книги С. Стевина, которым он подтверждает свою формулировку.
Очень остроумно использована наклонная плоскость на Красноярской ГЭС. Здесь вместо шлюзов действует судовозная камера, движущаяся по наклонной эстакаде. Для ее передвижения необходимо тяговое усилие в 4000 кН.
А почему горные дороги вьются пологим «серпантином»?
При рубке дров, чтобы облегчить работу, в трещину полена вставляют металлический клин и бьют по нему обухом топора.
Идеальный выигрыш в силе, даваемый клином, равен отношению его длины к толщине на тупом конце. Из-за большого трения его КПД столь мал, что идеальный выигрыш не имеет особого значения.
Из-за большого трения его КПД столь мал, что идеальный выигрыш не имеет особого значения. В зависимости от направления подъема наклонной плоскости винтовая резьба может быть левой или правой.
Примеры простых устройств с винтовой резьбой – домкрат, болт с гайкой, микрометр, тиски.
Наклонная плоскость:
Перечень простых механизмов не ограничивается рычагами и блоками. Простым механизмом является также устройство, которое называют наклонной плоскостью. Это может быть любая плоскость, наклоненная под некоторым углом к горизонту. Использование наклонной плоскости дает возможность получить выигрыш в силе. В этом легко убедиться, проделав простой опыт.
К крючку динамометра прицепим брус массой 200 г и начнем равномерно поднимать вертикально вверх. Динамометр покажет силу примерно 2 Н.
Закрепим в штативе гладкую дощечку так, чтобы она была наклонена под некоторым углом к горизонту. Положим на нее брус и начнем равномерно его двигать по доске вверх. Показания динамометра будут заметно меньше, чем в первом случае. Поскольку такая доска может быть произвольной длины, то с ее помощью можно поднять груз на любую высоту. При этом действующая на тело сила будет меньшей, чем вес тела.
Наклонная плоскость дает возможность получить выигрыш в силе, зависящий от угла ее наклона.
Чем меньше высота наклонной плоскости по сравнению с ее длиной, тем большим будет выигрыш в силе. Если длину наклонной плоскости обозначить 
Для идеальной наклонной плоскости эти отношения равны:
Из формулы видно, что для выигрыша в силе нужно сделать более длинной наклонную плоскость при той же самой высоте подъема.
Наклонную плоскость используют и для работ по погрузке транспорта (рис. 75).
Отдельным видом наклонной плоскости является винт. Резьба, нанесенная на боковую поверхность цилиндра, образует определенный угол с его продольной осью (рис. 76), и это дает возможность получать выигрыш в силе.
Винты, как правило, дают значительный выигрыш в силе, поэтому их используют в различных технических устройствах для надежного соединения деталей.
Как пример использования винта могут быть слесарные тиски. Для прокручивания винта тисков прикладывается небольшая сила, а губки тисков будут действовать на тело со значительной силой (рис. 77).
Подобным образом действует и винтовой домкрат (рис. 78).
При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org
Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи
Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей
Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.
Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.
Простые механизмы.
Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев
Темы кодификатора ЕГЭ: простые механизмы, КПД механизма.
Рычаг.
 |
| Рис. 1. Рычаг |
Из этого соотношения следует, что рычаг даёт выигрыш в силе или в расстоянии (смотря по тому, с какой целью он используется) во столько раз, во сколько большее плечо длиннее меньшего.
Например, чтобы усилием 100 Н поднять груз весом 700 Н, нужно взять рычаг с отношением плеч 7 : 1 и положить груз на короткое плечо. Мы выиграем в силе в 7 раз, но во столько же раз проиграем в расстоянии: конец длинного плеча опишет в 7 раз большую дугу, чем конец короткого плеча (то есть груз).
Неподвижный блок.
Важной разновидностью рычага является блок — укреплённое в обойме колесо с жёлобом, по которому пропущена верёвка. В большинстве задач верёвка считается невесомой нерастяжимой нитью.
На рис. 2 изображён неподвижный блок, т. е. блок с неподвижной осью вращения (проходящей перпендикулярно плоскости рисунка через точку ).
 |
Зачем же тогда вообще нужен неподвижный блок? Он полезен тем, что позволяет изменить направление усилия. Обычно неподвижный блок используется как часть более сложных механизмов.
Подвижный блок.
 |
Следовательно, подвижный блок даёт выигрыш в силе в два раза. При этом, однако, мы в те же два раза проигрываем в расстоянии: чтобы поднять груз на один метр, точку придётся переместить на два метра (то есть вытянуть два метра нити).
 |
Принципиально данное устройство ничем не отличается от подвижного блока: с его помощью мы также получаем двукратный выигрыш в силе.
Наклонная плоскость.
Как мы знаем, тяжёлую бочку проще вкатить по наклонным мосткам, чем поднимать вертикально. Мостки, таким образом, являются механизмом, который даёт выигрыш в силе.
 |
Выберем ось так, как показано на рисунке. Поскольку груз движется без ускорения, действующие на него силы уравновешены:
Проектируем на ось :
Именно такую силу нужно приложить, что двигать груз вверх по наклонной плоскости.
Широко применяемыми разновидностями наклонной плоскости являются клин и винт.
Золотое правило механики.
Простой механизм может дать выигрыш в силе или в расстоянии, но не может дать выигрыша в работе.
т. е. той же величине, что и без использования рычага.
т. е. ту же самую, что и при вертикальном поднятии груза.
Данные факты служат проявлениями так называемого золотого правила механики.
Золотое правило механики. Ни один из простых механизмов не даёт выигрыша в работе. Во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии, и наоборот.
Золотое правило механики есть не что иное, как простой вариант закона сохранения энергии.
КПД механизма.
На практике приходится различать полезную работу A полезн, которую нужно совершить при помощи механизма в идеальных условиях отсутствия каких-либо потерь, и полную работу Aполн,
которая совершается для тех же целей в реальной ситуации.
Полная работа равна сумме:
-полезной работы;
-работы, совершённой против сил трения в различных частях механизма;
-работы, совершённой по перемещению составных элементов механизма.
Так, при подъёме груза рычагом приходится вдобавок совершать работу по преодолению силы трения в оси рычага и по перемещению самого рычага, имеющего некоторый вес.
Полная работа всегда больше полезной. Отношение полезной работы к полной называется коэффициентом полезного действия (КПД) механизма:
КПД принято выражать в процентах. КПД реальных механизмов всегда меньше 100%.
 |
Ускорения нет, поэтому силы, действующие на груз, уравновешены:
Проектируем на ось X:
Проектируем на ось Y:
Полная работа равна произведению силы F на путь, пройденный телом вдоль поверхности наклонной плоскости:
Наклонная плоскость — справочник студента
В ортопедической стоматологической практике при определении центрального соотношения используется специальная нагреваемая наклонная плоскость.
Зуботехническая наклонная плоскость
В названии данного изделия, если обратили внимание, производитель допустил 2 ошибки:
На самом деле данную наклонную плоскость можно использовать и используют для выравнивания кроме окклюзионной поверхности ещё и вестибулярной. Существуют 2 вида таких плоскостей, в одном в качестве нагревателя выступает обычная лампа накаливания, во втором — керамический нагревательный элемент в виде пластины.
Наклонная плоскость с лампочкой
Недостатком таких наклонных плоскостей является влияние времени на температуру, чем дольше включена плоскость, тем сильнее она нагревается и воск начинает дымить.
Из-за сильного нагрева плоскости становится намного сложнее работать с восковыми валиками. Разница в цене между нагревателем в виде лампочки и керамическим примерно в 2 раза.
Ещё одним недостатком является питание 220 вольт и отсутствие заземления. Дополнительным недостатком плоскости с лапочкой — это долгое нагревание.
Давно хотел усовершенствовать такую плоскость, поэтому приобрёл самый простой вариант, т.е. с лампочкой на 60 Вт в форме свечи.
После недолгих размышлений и поисков было решено использовать 12 В силиконовый нагревательный элемент, который был заказан на международной торговой площадке. Выбор пал на 12 В, так как терморегулятор работал при таком напряжении.
И соответственно одним блоком питания можно питать как терморегулятор, так и нагревательный элемент.
Силиконовая нагревательная пластина
Так как срок доставки мог затянуться на 2 месяца, было решено самому изготовить силиконовый нагревательный элемент. К сожалению под рукой не было стеклоткани, поэтому пришлось купить её. Купил стеклоткань с силановым замасливателем.
Также нужна была нихромовая проволока, которая также была приобретена. Силикон двойного отверждения был в наличии, поэтому покупать его не пришлось.
Посчитав с помощью онлайн калькулятора размер проволоки для получения мощности 20 Вт и отрезав необходимой длины проволоку, приступил к изготовления силиконового нагревательного элемента.
Первый экземпляр сделал следующим способом: пришил проволоку к стеклоткани, а потом пропитал силиконом, сверху наложил второй слой стеклоткани предварительно пропитанный силиконом. Силикон использовался двойного отверждения. Нагревательный элемент был использован на 40 Вт (2 по 20 Вт).
Но у этого метода оказались определённые недостатки. Основной недостаток — это неудобство работы со стеклотканью без пропитки: она распускалась, образовывалась стеклянная пыль. Сам процесс пришивания был долгим и сложным. Второй экземпляр был изготовлен другим способом: стеклоткань была с обеих сторон пропитана силиконом.
После отверждения силикона, с помощью канцелярского ножа, отрезаны два одинаковых куска необходимого размера. После этого уложена нихромовая проволока на один кусок пропитанной стеклоткани и зафиксирована в нужных местах силиконовым герметиком.
После высыхания герметика был нанесён силикон двойного отверждения на проволоку и уложен второй слой стеклоткани и прижат, излишки силикона выдавились по краям.
Самодельный силиконовый нагревательный элемент
Излишки силикона были обрезаны.
После удаления излишнего силикона
Планировался нагревать мощностью 20 Вт (так посчитал калькулятор), но на деле получился нагреватель с мощностью 16 Вт. Но этого оказалось достаточно. После этого приступил к монтажу. Так как планировалась установка терморегулятора, в центре было сделано отверстие под термодатчик.
Отверстие под термодатчик
Сам термодатчик и нагревательный элемент приклеены к наклонной плоскости силиконовым герметиком.
Приклеенный термодатчик и нагреватель
После этого произведён монтаж терморегулятора.
Монтаж терморегулятора 
Установлен терморегулятор
После апгрейда наклонной плоскости, она начала нагреваться до рабочей температуры за несколько минут. Температура удерживается ±1ºС от установленной в терморегуляторе. Можно устанавливать любую температуру до 120ºС. Из-за слабости нагревателя максимальная температура достигает 82ºС.
Также предусмотрен специальный выключатель на случай выхода из строя терморегулятора. Эта кнопка напрямую включает нагревательный элемент к 12 В. Если мощности не будет хватать, можно заменить нагревательный элемент на более мощный, например 40 Вт. В будущем возможно перенесу регулятор на заднюю стенку наклонной плоскости, а пока он внутри.
Для регулировки или просмотра температуры достаточно поднять крышку.
Наклонная плоскость после апгрейда
Всего было потрачено примерно 380 рублей. Но себестоимость составила всего 80 рублей, так как была потрачена небольшая часть из того, что было куплено.
Движение тел по наклонной плоскости
Задача 1. Тело массой 20 кг перемещается вверх по наклонной плоскости с углом наклона 45о и коэффициентом трения 0,03.
Определите ускорение, с которым движется тело, если к нему параллельно основанию плоскости приложена сила 650 Н.
На основании второго закона Ньютона, составим уравнение движения тела 
В проекциях на ось Оx: 
В проекциях на ось Оy: 
Тогда сила трения равна 
