אני יושב כבר שעתיים ומנסה להבין כמה כשהכוח פועל דרך מרכז המסה, החיכוך פועל נגד כיוון התנועה

וכשהכוח פועל לא דרך מרכז המסה, החיכוך פועל עם כיוון התנועה

אם מישהו יוכל להסביר בשפה פשוטה אני ישמח

....

כשהכח פועל מלמעלה, הוא בעצם מנסה למשוך את החלק העליון, והחיכוך מנסה למשוך את החלק התחתון לצד השני.

כך ששני הכוחות פועלים בשביל לסובב את הגלגל לאותו כיוון. לכיוונים מנוגדים

קח גליל נייר טואלט בין שתי הידיים ותגלגל אותו.

לאיזה כיוונים הידיים שלך זזות?

בצורה הכי אינטואיטיבית ופשוטה (ולא מדויקת כל כך) : כח החיכוך פועל נגד כיוון התנועה.

עכשיו נותר לך לנסות להבין בכל מקרה למה הכדור בנקודת החיכוך זז לכיוון המתאים..

פשוט, כשאתה מושך ימינה את הכדור מחלקו העליון, אתה גורם לחלק התחתון שלו לזוז שמאלה. החלק התחתון נוגע ברצפה וזז שמאלה - לכן החיכוך פועל ימינה, ובעצם מתנגד לתנועת הסיבוב.

בגלגול החלק התחתון של הכדור לא זז, הוא עומד במקום. אם תגלגל משהוא ותראה מקרוב, הנקודה שהולכת להיות למטה יורדת בצורה אנכית, נוגעת במשטח, נלחצת אליו, ועוזבת אותו. אין חיכוך כנגד המשטח. מה שמעניין אותנו זה הנקודה שנמצאת באותו רגע במגע אם המשטח

לכן החיכוך כאן הוא סטאטי, מקדם החיכוך הוא uS ולא uK, והחיכוך הוא uS*N או uS*mg

מכיוון שיש לנו 2 כוחות על הגוף שאינם באותה נקודה ולא בדיוק אחד נגד השני (המשיכה שלך מהאמצע והחיכוך מהקצה התחתון), נוצר מומנט שגורם לסיבוב. קל יותר להסתכל על האמצע בתור נקודת ה 0 והתחתית בתור איפה שמופעל הכוח (החיכוך + המשיכה), ומכאן אם רוצים ניתן למצוא את הכוחות של הסיבוב וכו. בנפרד ובלי קשר לכך, יש תנועה ליניארית של הכדור שמתגלגל (רק לשים לב שחלק מהאנרגיה הלכה לתת לו סיבוב, כלומר F לא שווה ma בכיוון הקווי)

בציור הראשון הכדור לא מתגלגל? רק מחליק על המשטח?

הוא מתגלגל ללא החלקה - שים לב שהחיכוך כתוב כ Fs

אז מה ההבדל בתנועת הכדור בין שני הדוגמאות?

אני אנסה להסביר מזווית אחרת. תתעלם רגע לחלוטין מהרצפה, ותתיחס לכדור (או לגלגל, זה לא משנה בהקשר הזה) כאל מערכת מבודדת. אתה מסכים איתי שמרכז המסה של הכדור נמצא במרכז הגאומטרי שלו, נכון? יפה. עכשיו תאר לך שמפעילים עליו כוח במרכזו, קרי במרכז המסה. מה יקרה? הכדור יאיץ באופן קווי (בלבד) בכיוון הפעלת הכוח - הוא לא יסתובב כלל כי לא פועל עליו מומנט. תוסיף עכשיו את הרצפה, ללא חיכוך בינתיים. באיזה כיוון תנוע הנקודה בכדור שנוגעת ברצפה? כמובן שיחד עם שאר הכדור, בכיוון הפעלת הכוח. ברגע שאתה מוסיף חיכוך, כמובן שהוא יפעל בניגוד לכיוון התנועה.

עתה נעבור למקרה השני - נחזור למקרה הכדור המבודד. מפעילים כוח בקצה - מה יקרה? היות ועתה קיים מומנט, הכדור יסתובב עתה סביב מרכז המסה שלו, במקום לנוע קווית כמו בדוגמה הראשונה. נוסיף את הרצפה, ללא חיכוך תחילה. לאן תנוע הנקודה בכדור הנוגעת ברצפה? לכיוון הנגדי לכיוון הפעלת הכוח, כי היא נמצאת בצידו השני של הכדור המסתובב ביחס למרכז המסה. תוסיף חיכוך, ותקבל שגם הוא, כמובן, פועל לכיוון הנגדי.

תודה על ההסבר המפורט. אז איזה כוח גורם לכדור להתגלגל במקרה הראשון אם לא פועל עליו מומנט?

כן פועל עליו מומנט, המומנט שהחיכוך יוצר.

הבאת דיאגרמת כוחות מצוינת למה פשוט לא להסתכל עליה :-X

אההה נפל האסימון. אז בעצם בציור השני יש שני מומנטים מתחרים, כלומר אני יכול לרשום משוואת עבור תאוצה קווית

F=ma

ומשוואה עבור תאוצה זוויתית

t=Ia

והשילוב של שני המשוואות יתן לי את התאוצות (ע"י הקשר בין התאוצה הזוויתית והקווית)