Номер 2, страница 349 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Лабораторные работы. 4. Определение коэффициента трения скольжения - номер 2, страница 349.

Условие.

2. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз.

Решение.

На изображении показана экспериментальная установка для определения коэффициента трения скольжения. Цель работы — измерить силу трения, действующую на брусок с грузом при его равномерном движении по деревянной линейке, и, зная вес бруска с грузом, вычислить коэффициент трения скольжения.

1. Описание эксперимента и действующих сил

В эксперименте брусок с установленным на него грузом равномерно тянут по горизонтальной деревянной линейке с помощью динамометра. Другой рукой линейку удерживают неподвижной. При равномерном прямолинейном движении бруска, согласно первому закону Ньютона, равнодействующая всех приложенных к нему сил равна нулю.

На брусок с грузом действуют четыре силы:

• Сила тяжести ($\text{P}$), направленная вертикально вниз. Она равна суммарному весу бруска и груза: $P = (m_б + m_г)g$.
• Сила нормальной реакции опоры ($\text{N}$), направленная вертикально вверх, перпендикулярно поверхности линейки.
• Сила упругости (сила тяги, $F_{упр}$), с которой динамометр тянет брусок. Она направлена горизонтально в сторону движения.
• Сила трения скольжения ($F_{тр}$), направленная горизонтально в сторону, противоположную движению.

2. Вывод формулы для расчета коэффициента трения

Для вывода рабочей формулы воспользуемся условием равновесия сил при равномерном движении.

Дано:

$F_{упр}$ - сила упругости (показания динамометра при равномерном движении), Н

$\text{P}$ - вес бруска с грузом, Н

Найти:

$\mu$ - коэффициент трения скольжения

Решение:

Запишем второй закон Ньютона в векторной форме. Так как движение равномерное, ускорение $a=0$, следовательно, сумма всех сил равна нулю:

$\vec{F}_{упр} + \vec{F}_{тр} + \vec{N} + \vec{P} = 0$

Спроецируем это уравнение на оси координат. Ось OX направим горизонтально по направлению движения, а ось OY — вертикально вверх.

Проекция на ось OY:

$N - P = 0 \implies N = P$

Таким образом, сила нормальной реакции опоры по модулю равна весу бруска с грузом.

Проекция на ось OX:

$F_{упр} - F_{тр} = 0 \implies F_{упр} = F_{тр}$

Это означает, что при равномерном движении сила тяги, которую показывает динамометр, по модулю равна силе трения скольжения.

Сила трения скольжения связана с силой нормальной реакции опоры через коэффициент трения $\mu$:

$F_{тр} = \mu \cdot N$

Подставим в эту формулу полученные ранее выражения для $F_{тр}$ и $\text{N}$:

$F_{упр} = \mu \cdot P$

Из этого уравнения выразим искомый коэффициент трения скольжения $\mu$:

$\mu = \frac{F_{упр}}{P}$

Вес бруска с грузом $\text{P}$ также можно измерить с помощью динамометра, подвесив их вертикально.

Ответ: Коэффициент трения скольжения рассчитывается по формуле $\mu = \frac{F_{упр}}{P}$.

3. Порядок выполнения работы

1. С помощью динамометра измерить вес бруска вместе с грузом ($\text{P}$). Для этого нужно подвесить их на крючок динамометра.
2. Положить брусок с грузом на горизонтально расположенную деревянную линейку.
3. Зацепить брусок крючком динамометра и тянуть его равномерно вдоль линейки. Зафиксировать показания динамометра ($F_{упр}$) во время равномерного движения.
4. Повторить измерения несколько раз для повышения точности и найти средние значения $\text{P}$ и $F_{упр}$.
5. Рассчитать коэффициент трения скольжения по выведенной формуле.

Ответ: Для нахождения коэффициента трения необходимо измерить динамометром вес тела ($\text{P}$) и силу тяги при его равномерном движении ($F_{упр}$), а затем вычислить их отношение $\mu = \frac{F_{упр}}{P}$.