Номер 2, страница 73 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

2. Теоретически опишите (объясните) то, что произошло при выполнении первого практического задания.

2. Теоретически опишите (объясните) то, что произошло при выполнении первого практического задания.

Поскольку содержание первого практического задания не уточнено, в качестве примера рассмотрим типичную лабораторную работу по физике: измерение коэффициента трения скольжения. Предполагается, что в ходе эксперимента деревянный брусок равномерно тянули по горизонтальной поверхности с помощью динамометра.

Решение

При выполнении данного практического задания наблюдалось движение тела (бруска) под действием нескольких сил. Теоретическое объяснение этого процесса основывается на законах механики Ньютона и модели сухого трения.

1. Анализ действующих сил. На брусок, который движется равномерно и прямолинейно по горизонтальной поверхности, действуют четыре силы:

- Сила тяжести ($F_{т}$): сила притяжения Земли, направленная вертикально вниз. Она равна произведению массы бруска $m$ на ускорение свободного падения $g$. Рассчитывается по формуле $F_{т} = mg$.

- Сила нормальной реакции опоры ($N$): сила, с которой поверхность действует на брусок, направленная перпендикулярно поверхности вверх. Так как движение происходит по горизонтальной плоскости и нет других вертикальных сил, эта сила уравновешивает силу тяжести: $N = F_{т} = mg$.

- Сила тяги ($F_{тяги}$): внешняя сила, приложенная к бруску со стороны динамометра. Она направлена горизонтально в сторону движения. Ее значение считывается по шкале динамометра.

- Сила трения скольжения ($F_{тр}$): сила, возникающая в месте контакта бруска и поверхности, которая препятствует их относительному движению. Она направлена горизонтально в сторону, противоположную движению.

2. Применение первого закона Ньютона. Эксперимент проводился при условии равномерного движения бруска. Это означает, что его скорость была постоянной ($v = \text{const}$), а ускорение, соответственно, равнялось нулю ($a = 0$). Согласно первому закону Ньютона, если тело движется равномерно и прямолинейно, то векторная сумма всех приложенных к нему сил равна нулю.

Запишем условия равновесия сил в проекциях на вертикальную и горизонтальную оси:

- На вертикальную ось (OY): $N - F_{т} = 0$, из чего следует, что $N = F_{т} = mg$.

- На горизонтальную ось (OX): $F_{тяги} - F_{тр} = 0$, из чего следует, что $F_{тяги} = F_{тр}$.

Этот вывод является центральным: при равномерном движении сила тяги, которую показывает динамометр, по модулю в точности равна силе трения скольжения.

3. Модель силы трения скольжения. Сила трения скольжения, согласно закону Амонтона-Кулона, прямо пропорциональна модулю силы нормальной реакции опоры.

$F_{тр} = \mu N$

Коэффициент пропорциональности $\mu$ называется коэффициентом трения скольжения. Это безразмерная величина, которая характеризует свойства трущихся поверхностей (материал, шероховатость) и, в рамках данной модели, не зависит от площади контакта и относительной скорости тел.

4. Объяснение результатов. Объединяя полученные теоретические положения, можно объяснить суть эксперимента. Измеряя динамометром силу тяги $F_{тяги}$ при равномерном движении, мы на самом деле измеряли величину силы трения $F_{тр}$. Зная массу бруска $m$ (которую можно измерить весами), мы можем рассчитать силу реакции опоры $N = mg$. Затем, используя эти два значения, можно вычислить коэффициент трения скольжения для пары "брусок-поверхность":

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

Таким образом, в ходе выполнения практического задания была проведена экспериментальная проверка модели сухого трения, установлена связь между силой трения и силой нормального давления, а также определена важная физическая характеристика материалов — коэффициент трения скольжения.

Ответ: В ходе выполнения гипотетического первого практического задания по измерению коэффициента трения, брусок перемещался по поверхности с постоянной скоростью. Теоретически это означает, что система находилась в состоянии динамического равновесия, описанного первым законом Ньютона: равнодействующая всех сил, приложенных к бруску, была равна нулю. В горизонтальной плоскости это выражалось в том, что сила тяги ($F_{тяги}$), измеряемая динамометром, была равна по величине и противоположна по направлению силе трения скольжения ($F_{тр}$). В вертикальной плоскости сила тяжести ($F_{т}$) была уравновешена силой нормальной реакции опоры ($N$). Поскольку сила трения скольжения определяется как $F_{тр} = \mu N$, а $N=mg$, то, измерив силу тяги, мы фактически определили величину $F_{тр}$. Это позволило рассчитать коэффициент трения скольжения $\mu$ по формуле $\mu = F_{тяги} / (mg)$. Произошедшее является экспериментальной демонстрацией первого закона Ньютона и модели силы сухого трения.