Номер 3, страница 350 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Лабораторные работы. 4. Определение коэффициента трения скольжения - номер 3, страница 350.

Условие.

3. Поставив на брусок один груз, тяните брусок равномерно по горизонтальной линейке, измеряя с помощью динамометра прикладываемую силу. Повторите опыт, поставив на брусок два и три груза. Записывайте каждый раз в таблицу, помещённую в тетради для лабораторных работ, значения силы трения $F_{тр}$ и силы нормального давления $N = P_{бр} + P_{гр}$. Ниже приведены первые две строки этой таблицы.

№ опыта$P_{бр}$, Н$\text{N}$, Н$F_{тр}$, Н

Решение.

Данная задача представляет собой описание лабораторной работы по изучению зависимости силы трения скольжения от силы нормального давления. Поскольку для решения требуется провести реальный эксперимент, мы выполним теоретический расчет и заполним таблицу на основе гипотетических, но физически правдоподобных данных.

Теоретическая основа эксперимента заключается в следующем:

1. При равномерном прямолинейном движении бруска (с постоянной скоростью) его ускорение равно нулю. Согласно первому закону Ньютона, равнодействующая всех приложенных к телу сил равна нулю.

2. В горизонтальном направлении на брусок действуют сила тяги $F_{тяги}$, измеряемая динамометром, и сила трения скольжения $F_{тр}$. При равномерном движении эти силы равны по модулю и противоположны по направлению: $F_{тяги} = F_{тр}$.

3. В вертикальном направлении на брусок действуют сила тяжести (вес бруска $P_{бр}$ плюс вес грузов $P_{гр}$) и сила нормальной реакции опоры $\text{N}$. Так как поверхность горизонтальна, сила нормальной реакции опоры равна суммарному весу: $N = P_{бр} + P_{гр}$.

4. Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры: $F_{тр} = \mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения скольжения.

Проведем расчеты для трех опытов с разным числом грузов.

Дано:

Примем для расчетов следующие значения:

Вес бруска: $P_{бр} = 1.5$ Н

Вес одного груза: $P_{гр1} = 1.0$ Н

Коэффициент трения скольжения (например, для дерева по дереву): $\mu = 0.3$

Найти:

Силу нормального давления $\text{N}$ и силу трения $F_{тр}$ для опытов с одним, двумя и тремя грузами.

Решение:

1. Опыт с одним грузом.

Сила нормального давления складывается из веса бруска и веса одного груза:

$N_1 = P_{бр} + P_{гр1} = 1.5 \text{ Н} + 1.0 \text{ Н} = 2.5 \text{ Н}$

Сила трения скольжения для этого случая:

$F_{тр1} = \mu \cdot N_1 = 0.3 \cdot 2.5 \text{ Н} = 0.75 \text{ Н}$

2. Опыт с двумя грузами.

Общий вес двух грузов: $P_{гр2} = 2 \cdot P_{гр1} = 2 \cdot 1.0 \text{ Н} = 2.0 \text{ Н}$.

Сила нормального давления:

$N_2 = P_{бр} + P_{гр2} = 1.5 \text{ Н} + 2.0 \text{ Н} = 3.5 \text{ Н}$

Сила трения скольжения:

$F_{тр2} = \mu \cdot N_2 = 0.3 \cdot 3.5 \text{ Н} = 1.05 \text{ Н}$

3. Опыт с тремя грузами.

Общий вес трех грузов: $P_{гр3} = 3 \cdot P_{гр1} = 3 \cdot 1.0 \text{ Н} = 3.0 \text{ Н}$.

Сила нормального давления:

$N_3 = P_{бр} + P_{гр3} = 1.5 \text{ Н} + 3.0 \text{ Н} = 4.5 \text{ Н}$

Сила трения скольжения:

$F_{тр3} = \mu \cdot N_3 = 0.3 \cdot 4.5 \text{ Н} = 1.35 \text{ Н}$

Теперь занесем полученные результаты в таблицу.

Ответ:

Итоговая таблица с результатами измерений (полученными расчетным путем) будет выглядеть следующим образом:

№ опыта	$P_{бр}$, Н	$\text{N}$, Н	$F_{тр}$, Н
1	1.5	2.5	0.75
2	1.5	3.5	1.05
3	1.5	4.5	1.35

Вывод по работе: в ходе проведенных опытов (и их численного моделирования) была установлена прямая пропорциональная зависимость между силой трения скольжения $F_{тр}$ и силой нормального давления $\text{N}$. При увеличении $\text{N}$ (путем добавления грузов) сила $F_{тр}$ также увеличивается, что соответствует теоретической формуле $F_{тр} = \mu N$.