Номер 7, страница 435 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Примеры заданий для индивидуальной и групповой проектной деятельности - номер 7, страница 435.

Условие.

7. Изучите на опыте факторы, влияющие на силу трения скольжения.

Решение.

Для изучения на опыте факторов, влияющих на силу трения скольжения, необходимо провести серию экспериментов. Целью является установление зависимости силы трения от силы нормальной реакции опоры и от рода (материала и шероховатости) соприкасающихся поверхностей.

Оборудование

Для проведения опытов потребуется: динамометр, деревянный брусок, набор грузов известной массы, ровная горизонтальная поверхность (например, деревянная доска), листы из различных материалов (например, наждачная бумага, пластик, стекло).

Ход работы

Работа состоит из двух частей, в каждой из которых исследуется один из факторов.

1. Изучение зависимости силы трения скольжения от силы нормальной реакции опоры.

В этом опыте мы будем изменять силу, прижимающую тело к поверхности, и измерять соответствующую силу трения. Род поверхностей остается неизменным (например, деревянный брусок по деревянной доске).

а) Положите деревянный брусок на горизонтальную доску. Зацепите за него крючок динамометра.
б) Начните медленно и равномерно тянуть брусок вдоль доски. Зафиксируйте показание динамометра $F_{упр1}$. При равномерном прямолинейном движении сила упругости (сила тяги) равна по модулю силе трения скольжения: $F_{тр1} = F_{упр1}$.
в) Сила нормальной реакции опоры $N_1$ в данном случае равна весу бруска $P_1$, то есть $N_1 = m_1 g$, где $m_1$ – масса бруска.
г) Поставьте на брусок один груз известной массы $m_{гр}$. Теперь общая масса составляет $m_2 = m_1 + m_{гр}$. Сила нормальной реакции опоры увеличится и станет равной $N_2 = (m_1 + m_{гр})g$.
д) Повторите измерение, равномерно перемещая брусок с грузом. Запишите новое значение силы трения $F_{тр2}$.
е) Повторите опыт еще несколько раз, добавляя по одному грузу и каждый раз измеряя силу трения ($F_{тр3}$, $F_{тр4}$ и т.д.).
ж) Сравнив результаты, можно заметить, что чем больше сила нормальной реакции опоры $\text{N}$, тем больше сила трения скольжения $F_{тр}$. Построив график зависимости $F_{тр}$ от $\text{N}$, мы получим прямую линию, что свидетельствует о прямой пропорциональности: $F_{тр} \propto N$.

2. Изучение зависимости силы трения скольжения от рода соприкасающихся поверхностей.

В этом опыте сила нормальной реакции опоры будет постоянной (будем использовать только брусок без грузов), а изменяться будут материалы, из которых сделаны соприкасающиеся поверхности.

а) Измерьте силу трения скольжения $F_{тр(дерево-дерево)}$ для деревянного бруска, движущегося по деревянной доске (результат из первого опыта).
б) Положите на доску лист наждачной бумаги. Теперь брусок будет скользить по наждачной бумаге. Измерьте силу трения $F_{тр(дерево-наждачка)}$, равномерно перемещая брусок по этой поверхности.
в) Замените наждачную бумагу на лист пластика или стекла и снова измерьте силу трения $F_{тр(дерево-пластик)}$.
г) Сравните полученные значения $F_{тр(дерево-дерево)}$, $F_{тр(дерево-наждачка)}$ и $F_{тр(дерево-пластик)}$. Вы увидите, что при одной и той же силе нормальной реакции опоры сила трения скольжения различна. Это означает, что сила трения зависит от материалов и шероховатости поверхностей.

Общий вывод

Проведенные эксперименты показывают, что сила трения скольжения зависит от двух основных факторов:

1. Силы нормальной реакции опоры ($\text{N}$): сила трения прямо пропорциональна силе нормальной реакции.
2. Рода и состояния соприкасающихся поверхностей: эта зависимость характеризуется безразмерной величиной — коэффициентом трения скольжения ($\mu$).

Эти зависимости объединяются в единую формулу: $F_{тр} = \mu N$.

Ответ: На опыте можно установить, что сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры (силе, прижимающей тело к поверхности) и зависит от рода и состояния (например, шероховатости) соприкасающихся поверхностей. Эта зависимость выражается формулой $F_{тр} = \mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения скольжения, зависящий от свойств поверхностей, а $\text{N}$ — сила нормальной реакции опоры.