Задание 2, страница 115 - гдз по физике 7 класс учебник Башарулы, Тезекеев

Задание 2. Определение модуля силы трения скольжения древесины по шлифовальной бумаге.

Ход работы

Повторите второй и третий опыты задания 1. Результаты измерения внесите в таблицу.

Номер опыта Инструментальная ошибка ($\text{h}$) Сила трения, H (древесина по древесине) Сила трения, H (древесина по шлифовальной бумаге)

1

2

На основе результатов проведенных опытов ответьте на следующие вопросы:

1. Зависит ли сила трения скольжения от материала трущихся поверхностей? От шероховатости трущихся поверхностей?

2. Какими способами можно увеличить или уменьшить силу трения скольжения?

1. Зависит ли сила трения скольжения от материала трущихся поверхностей? От шероховатости трущихся поверхностей?

Да, сила трения скольжения существенно зависит как от материала, так и от шероховатости трущихся поверхностей. Это можно объяснить, рассмотрев природу силы трения и ее математическое описание.

Сила трения скольжения определяется по формуле $F_{тр} = \mu N$, где $N$ — это сила нормальной реакции опоры (сила, с которой опора действует на тело перпендикулярно поверхности), а $\mu$ — это коэффициент трения скольжения.

Зависимость от материала: Коэффициент трения $\mu$ является эмпирической величиной, которая зависит от свойств пары соприкасающихся материалов. Разные комбинации материалов имеют разные значения $\mu$. Например, трение дерева по дереву будет характеризоваться одним коэффициентом трения, а трение дерева по шлифовальной бумаге (которая покрыта абразивным материалом, например, карбидом кремния) — другим, значительно большим. Таким образом, изменяя материал одной из поверхностей, мы изменяем коэффициент трения и, как следствие, саму силу трения.

Зависимость от шероховатости: На микроскопическом уровне все поверхности имеют неровности (шероховатости). Сила трения во многом обусловлена тем, что эти неровности зацепляются друг за друга при относительном движении. Чем больше шероховатость поверхностей, тем сильнее это зацепление и, следовательно, тем больше сила трения. Шлифовальная бумага специально изготавливается с высокой степенью шероховатости для создания большого трения. Поэтому при движении деревянного бруска по шлифовальной бумаге сила трения будет заметно выше, чем при его движении по более гладкой деревянной поверхности.

Ответ: Да, сила трения скольжения зависит и от материала, и от шероховатости трущихся поверхностей. Смена материала или изменение его шероховатости приводит к изменению коэффициента трения $\mu$, что напрямую влияет на величину силы трения $F_{тр}$.

2. Какими способами можно увеличить или уменьшить силу трения скольжения?

Управлять величиной силы трения скольжения можно, изменяя два основных параметра из формулы $F_{тр} = \mu N$: силу нормальной реакции опоры $N$ или коэффициент трения $\mu$.

Способы увеличить силу трения:

1. Увеличить силу нормальной реакции $N$. Если тело находится на горизонтальной поверхности, то $N$ равна силе тяжести $mg$. Следовательно, чтобы увеличить силу трения, можно увеличить массу тела, например, положив на него дополнительный груз.

2. Увеличить коэффициент трения $\mu$. Этого можно достичь, увеличив шероховатость поверхностей (например, обработав их наждачной бумагой) или заменив один из материалов на другой, с которым трение будет больше (например, заменить гладкую поверхность на прорезиненную).

Способы уменьшить силу трения:

1. Уменьшить силу нормальной реакции $N$. Этого можно добиться, уменьшив массу скользящего тела.

2. Уменьшить коэффициент трения $\mu$. Это наиболее распространенный и эффективный способ.

а) Применение смазки. Введение между поверхностями смазочного материала (например, масла, воды, графитовой смазки) заменяет «сухое» трение на «жидкостное», которое, как правило, на порядки меньше.

б) Полировка поверхностей. Уменьшение шероховатости путем шлифовки и полировки снижает зацепление микронеровностей и уменьшает коэффициент трения.

в) Подбор материалов. Использование пар материалов с низким коэффициентом трения, например, полимеров (тефлон) по стали.

3. Замена трения скольжения на трение качения. Использование колес, роликов или шарикоподшипников позволяет кардинально снизить сопротивление движению, так как сила трения качения обычно намного меньше силы трения скольжения.

Ответ: Для увеличения силы трения необходимо увеличить прижимающую силу (например, массу) или коэффициент трения (увеличить шероховатость). Для уменьшения — уменьшить прижимающую силу, отполировать поверхности, применить смазку или заменить трение скольжения трением качения.