Номер 1, страница 349 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Лабораторные работы. 4. Определение коэффициента трения скольжения - номер 1, страница 349.

Условие.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

Цель работы: измерить коэффициент трения скольжения дерева по дереву.

Оборудование: деревянный брусок, деревянная линейка, набор грузов известной массы (по 100 г), динамометр.

Описание работы

Если тянуть брусок с грузом по горизонтальной поверхности так, чтобы брусок двигался равномерно, прикладываемая к бруску горизонтальная сила равна по модулю силе трения скольжения $F_{\text{тр}}$, действующей на брусок со стороны поверхности. Модуль силы трения $F_{\text{тр}}$ связан с модулем силы нормального давления $\text{N}$ соотношением $F_{\text{тр}} = \mu N$. Измерив $F_{\text{тр}}$ и $\text{N}$, можно найти коэффициент трения $\mu$ по формуле $\mu = \frac{F_{\text{тр}}}{N}$. В данном случае сила нормального давления $\text{N}$ равна весу $\text{P}$ бруска с грузом.

Ход работы

1. Определите с помощью динамометра вес бруска $P_{\text{бр}}$ и запишите в приведённую ниже таблицу.

Решение.

Дано:

Масса одного груза: $m_{гр} = 100 \, г$.

Ускорение свободного падения: $g \approx 9.8 \, м/с^2$.

Перевод в СИ:

$m_{гр} = 0.1 \, кг$.

Найти:

Коэффициент трения скольжения дерева по дереву $\mu$.

Решение:

Для нахождения коэффициента трения скольжения необходимо выполнить лабораторную работу, основываясь на приведённых в задании указаниях.

Цель работы

Измерить коэффициент трения скольжения дерева по дереву.

Оборудование

Деревянный брусок, деревянная линейка (в качестве горизонтальной поверхности), набор грузов известной массы (по 100 г), динамометр.

Описание работы

Работа основана на измерении силы трения скольжения. Если тянуть брусок по горизонтальной поверхности равномерно (с постоянной скоростью), то согласно первому закону Ньютона, равнодействующая всех сил, приложенных к бруску, равна нулю. В горизонтальном направлении на брусок действуют две силы: сила тяги $F_{тяги}$, создаваемая динамометром, и сила трения скольжения $F_{тр}$, направленная в противоположную сторону. При равномерном движении их модули равны: $F_{тяги} = F_{тр}$.

В вертикальном направлении на брусок действуют сила тяжести $\text{P}$ (вес бруска с грузами), направленная вниз, и сила нормальной реакции опоры $\text{N}$, направленная вверх. Так как движение происходит по горизонтали, эти силы уравновешивают друг друга: $N = P$. Вес тела вычисляется по формуле $P = m \cdot g$, где $\text{m}$ — общая масса бруска с грузами.

Сила трения скольжения связана с силой нормальной реакции опоры соотношением: $F_{тр} = \mu N$, где $\mu$ — искомый коэффициент трения скольжения.

Подставляя выражения для $F_{тр}$ и $\text{N}$, получаем расчетную формулу:

$\mu = \frac{F_{тр}}{N} = \frac{F_{тяги}}{P}$

Таким образом, измерив с помощью динамометра вес бруска с грузами $\text{P}$ и силу тяги $F_{тяги}$ при его равномерном движении, можно определить коэффициент трения скольжения.

Ход работы

1. Определите с помощью динамометра вес бруска $P_{бр}$ и запишите результат. Для этого подвесьте брусок к динамометру.

2. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. Зацепив брусок динамометром, тяните его равномерно вдоль линейки. Запишите показание динамометра в процессе равномерного движения. Это значение равно силе трения $F_{тр1}$ для бруска без грузов. Сила нормального давления в этом случае равна весу бруска: $N_1 = P_{бр}$.

3. Положите на брусок один груз массой $m_{гр} = 0.1 \, кг$. Общий вес системы (сила нормального давления) станет $N_2 = P_{бр} + m_{гр} \cdot g$.

4. Повторите измерение силы тяги для равномерного движения бруска с одним грузом. Запишите полученное значение силы трения $F_{тр2}$.

5. Повторите эксперимент, последовательно добавляя на брусок второй, третий и т.д. грузы. Каждый раз определяйте общую силу нормального давления ($N_3, N_4, ...$) и измеряйте соответствующую силу трения ($F_{тр3}, F_{тр4}, ...$).

6. Результаты всех измерений и вычислений занесите в таблицу. Таблица должна содержать столбцы: номер опыта, вес грузов на бруске $P_{гр}$ (Н), общая сила нормального давления $\text{N}$ (Н), измеренная сила трения $F_{тр}$ (Н), вычисленный коэффициент трения $\mu = F_{тр}/N$.

7. Для каждого опыта рассчитайте значение коэффициента трения $\mu_i = \frac{F_{тр,i}}{N_i}$.

8. Найдите среднее значение коэффициента трения как среднее арифметическое всех полученных значений: $\mu_{ср} = \frac{\mu_1 + \mu_2 + ... + \mu_n}{n}$, где $\text{n}$ — количество проведённых опытов. Это позволит получить более точный результат.

Ответ:

Коэффициент трения скольжения дерева по дереву определяется экспериментально путём измерения силы тяги $F_{тяги}$, необходимой для равномерного движения бруска, и силы нормального давления $\text{N}$ (равной весу $\text{P}$ бруска с грузами). Искомая величина для каждого отдельного измерения вычисляется по формуле $\mu = \frac{F_{тяги}}{P}$. Итоговое, более точное значение, находят как среднее арифметическое результатов нескольких опытов с разной нагрузкой: $\mu_{ср} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}\mu_i$.