Номер 14, страница 445 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

3. Измерение коэффициента трения скольжения. Лабораторные работы - номер 14, страница 445.

Условие.

14. Сравните величины коэффициента трения скольжения, измеренные двумя различными способами. Сделайте вывод.

Решение.

Решение

Для сравнения величин коэффициента трения скольжения, измеренных двумя различными способами, необходимо сначала описать эти способы. Как правило, в учебных лабораториях используются следующие два метода.

Способ 1: Измерение с помощью динамометра на горизонтальной поверхности.
Брусок массой $m$ кладут на горизонтальную поверхность. С помощью динамометра его тянут так, чтобы он двигался равномерно и прямолинейно. При равномерном движении сила тяги $F_{тяги}$, которую показывает динамометр, по модулю равна силе трения скольжения $F_{тр}$. Сила нормальной реакции опоры $N$ в данном случае равна силе тяжести $mg$. Коэффициент трения скольжения $ \mu_1 $ вычисляется по формуле:
$ \mu_1 = \frac{F_{тр}}{N} = \frac{F_{тяги}}{mg} $

Способ 2: Измерение с помощью наклонной плоскости.
Тот же брусок кладут на наклонную плоскость. Угол наклона плоскости к горизонту $ \alpha $ плавно увеличивают до тех пор, пока брусок после легкого толчка не начнет скользить вниз с постоянной скоростью. При таком равномерном движении сила трения скольжения $ F_{тр} $ уравновешивает скатывающую силу $ F_{скат} $, которая является проекцией силы тяжести на плоскость.
$ F_{тр} = mg \sin\alpha $
Сила нормальной реакции опоры $ N $ равна проекции силы тяжести на направление, перпендикулярное плоскости:
$ N = mg \cos\alpha $
Тогда коэффициент трения скольжения $ \mu_2 $ равен:
$ \mu_2 = \frac{F_{тр}}{N} = \frac{mg \sin\alpha}{mg \cos\alpha} = \tan\alpha $

Сравнение величин и вывод.
Теоретически, коэффициент трения скольжения является физической характеристикой, зависящей только от материалов и состояния соприкасающихся поверхностей. Следовательно, его значение не должно зависеть от метода измерения. Таким образом, в идеальных условиях должно выполняться равенство: $ \mu_1 = \mu_2 $.

Однако на практике при проведении реального эксперимента полученные значения, скорее всего, будут незначительно отличаться друг от друга ($ \mu_1 \approx \mu_2 $). Это расхождение является следствием неизбежных погрешностей измерений, к которым относятся:

1. Инструментальные погрешности (неточность динамометра, весов, транспортира).
2. Методические погрешности (сложность поддержания строго равномерного движения, нестрогая горизонтальность силы тяги в первом способе, неоднородность поверхности).
3. Случайные погрешности (ошибки при снятии показаний с приборов).

Таким образом, сравнивая полученные значения, следует ожидать, что они будут близки, а их разница будет находиться в пределах вычисленной погрешности эксперимента.

Вывод: Измеренные двумя различными способами величины коэффициента трения скольжения приблизительно равны. Это экспериментально подтверждает, что коэффициент трения скольжения для данной пары поверхностей является константой и не зависит от способа его измерения. Расхождение в результатах объясняется погрешностями эксперимента.

Ответ: Величины коэффициента трения скольжения, измеренные двумя различными способами, теоретически должны быть равны. В реальном эксперименте они будут приблизительно равны. Вывод: коэффициент трения скольжения является физической характеристикой пары соприкасающихся поверхностей, и его значение не зависит от метода измерения, а наблюдаемые расхождения в результатах вызваны погрешностями измерений.