Номер 4, страница 435 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Примеры заданий для индивидуальной и групповой проектной деятельности - номер 4, страница 435.

Условие.

4. Определите на опыте значение коэффициента трения и изучите на опыте роль трения при движении человека и велосипеда.

Решение.

Определение на опыте значения коэффициента трения

Для определения коэффициента трения скольжения можно провести следующий опыт.

Оборудование: деревянный брусок, динамометр, набор грузов, ровная горизонтальная поверхность (например, стол).

Ход работы:
1. С помощью динамометра измерим вес бруска $\text{P}$. Так как брусок находится на горизонтальной поверхности, сила нормальной реакции опоры $\text{N}$ будет равна по модулю весу бруска, $N = P$.
2. Положим брусок на горизонтальную поверхность. Прикрепим к нему динамометр.
3. Будем равномерно и прямолинейно тянуть брусок с помощью динамометра, держа его параллельно поверхности. При равномерном движении сила упругости пружины динамометра $F_{упр}$ (сила тяги) будет равна по модулю силе трения скольжения $F_{тр}$, действующей на брусок. Зафиксируем показание динамометра $F_{тр}$.
4. Коэффициент трения скольжения $\mu$ вычислим по формуле: $F_{тр} = \mu N$. Отсюда $\mu = \frac{F_{тр}}{N}$.
5. Для повышения точности можно положить на брусок грузы известного веса, увеличив тем самым силу нормальной реакции $\text{N}$, и повторить измерения. Это позволит убедиться в прямой пропорциональности между силой трения и силой нормальной реакции.

Пример расчета:

Дано:

Вес бруска, измеренный динамометром, $P = 2$ Н.
Сила тяги при равномерном движении, измеренная динамометром, $F_{упр} = 0.6$ Н.

Найти:

Коэффициент трения скольжения $\mu$.

Решение:

Поскольку брусок движется по горизонтальной поверхности, сила нормальной реакции $\text{N}$ равна весу бруска $\text{P}$:
$N = P = 2$ Н.
При равномерном прямолинейном движении сила тяги уравновешивает силу трения скольжения:
$F_{тр} = F_{упр} = 0.6$ Н.
Коэффициент трения скольжения находим из формулы силы трения:
$\mu = \frac{F_{тр}}{N}$
Подставляем числовые значения:
$\mu = \frac{0.6 \text{ Н}}{2 \text{ Н}} = 0.3$
Коэффициент трения – величина безразмерная.

Ответ: Коэффициент трения скольжения в данном опыте равен 0.3.

Изучение на опыте роли трения при движении человека и велосипеда

Сила трения играет ключевую роль в движении как человека, так и велосипеда. Без трения такое движение было бы невозможно.

Роль трения при ходьбе человека:
Когда человек идет, он отталкивается ногой от поверхности земли назад. В соответствии с третьим законом Ньютона, земля действует на ногу человека с такой же по модулю, но противоположной по направлению силой. Эта сила, направленная вперед, и есть сила трения покоя между подошвой обуви и поверхностью. Именно она заставляет человека двигаться вперед.
Опыт: Попробуйте пройтись по очень скользкой поверхности, например, по льду или мокрому кафелю. Сделать это очень трудно, потому что коэффициент трения покоя мал. Нога проскальзывает, и невозможно создать достаточную силу трения для отталкивания. Этот простой опыт наглядно демонстрирует, что для ходьбы необходимо трение.

Роль трения при движении велосипеда:
Движение велосипеда также основано на силе трения.
1. Начало движения и ускорение: Велосипедист вращает педали, что приводит к вращению заднего колеса. Заднее колесо в точке контакта с дорогой толкает ее назад. В ответ дорога, благодаря силе трения покоя, толкает колесо (а значит, и весь велосипед) вперед. Эта сила трения является движущей силой.
2. Торможение: При нажатии на тормозные ручки тормозные колодки прижимаются к ободу колеса, создавая силу трения скольжения, которая замедляет вращение колеса. В свою очередь, замедляющееся колесо взаимодействует с дорогой. Сила трения покоя между шиной и дорогой теперь направлена против движения велосипеда, что и приводит к его остановке.
Опыт: Попробуйте поехать на велосипеде по рыхлому песку или обледенелой дороге. Заднее ведущее колесо будет прокручиваться (буксовать), так как силы трения недостаточно для эффективного отталкивания от поверхности. Резкое торможение на такой поверхности приведет к блокировке колес и скольжению (юзу), что значительно увеличит тормозной путь, так как сила трения скольжения меньше максимальной силы трения покоя. Эти наблюдения подтверждают незаменимую роль трения как для ускорения, так и для торможения велосипеда.

Ответ: Сила трения покоя между подошвами/колесами и поверхностью является движущей силой, позволяющей человеку и велосипеду отталкиваться от опоры и двигаться вперед. Трение также необходимо для эффективного торможения. Опыты на скользких поверхностях (лед, песок) показывают, что при малом трении движение и торможение становятся затруднительными или невозможными.