План выполнения работы, страница 36 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Филонович, Петрова

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. С помощью динамометра определите вес бруска $\text{P}$. Результат измерения с учётом абсолютной погрешности $\Delta P$ запишите в таблицу 9.

2. Положите брусок на деревянную рейку широкой гранью. Прикрепите к бруску динамометр и постарайтесь равномерно перемещать брусок по поверхности, держа динамометр горизонтально. Динамометр будет показывать силу тяги, численно равную силе трения $F_{\text{тр}}$. Результат измерения с учётом абсолютной погрешности $\Delta F$ запишите в таблицу 9.

3. Повторите измерения, нагружая брусок поочерёдно одним грузом, а затем двумя и тремя. Результаты измерений с учётом абсолютной погрешности запишите в таблицу 9.

Таблица 9

4. Переверните брусок на узкую грань и повторите действия. Результаты измерений с учётом абсолютной погрешности запишите в таблицу 9.

5. Повторите п. 2, заменив деревянную рейку пластиковой. Запишите показание динамометра с учётом абсолютной погрешности $F_{\text{тр}} = \text{\_\_\_\_}.$

Ответьте на контрольные вопросы

1. Каковы причины возникновения силы трения?

2. Почему брусок требовалось перемещать равномерно?

Сделайте вывод (Как изменилась сила трения скольжения от изменения площади поверхности, прижимающей силы, рода поверхности?)

1. Каковы причины возникновения силы трения?

Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Её возникновение обусловлено двумя основными причинами:

1. Шероховатость поверхностей. Даже самые гладкие на вид поверхности на микроскопическом уровне имеют неровности (выступы и впадины). При движении одного тела по другому эти неровности зацепляются друг за друга, создавая сопротивление движению. Чтобы продолжить движение, необходимо либо деформировать, либо сломать эти микронеровности, на что и тратится энергия.

2. Межмолекулярное взаимодействие. В местах наиболее тесного контакта молекулы соприкасающихся тел оказываются на таких малых расстояниях, что между ними возникают силы взаимного притяжения (адгезия). Эти силы имеют электромагнитную природу. Для того чтобы сдвинуть одно тело относительно другого, необходимо преодолеть эти силы притяжения.

Таким образом, сила трения является результатом сложного взаимодействия этих двух факторов.

Ответ: Основными причинами возникновения силы трения являются шероховатость соприкасающихся поверхностей и взаимное притяжение молекул этих поверхностей в точках контакта.

2. Почему брусок требовалось перемещать равномерно?

Перемещать брусок требовалось равномерно для того, чтобы показания динамометра были численно равны силе трения скольжения. Рассмотрим это с точки зрения второго закона Ньютона.

На брусок в горизонтальном направлении действуют две силы: сила тяги $F_{тяги}$, создаваемая динамометром, и сила трения скольжения $F_{тр}$, направленная в противоположную сторону. Согласно второму закону Ньютона, равнодействующая этих сил равна произведению массы тела $\text{m}$ на его ускорение $\text{a}$:

$F_{тяги} - F_{тр} = ma$

Равномерное движение означает, что скорость тела постоянна ($v = const$), а следовательно, ускорение равно нулю ($a = 0$). Подставив это в уравнение, получаем:

$F_{тяги} - F_{тр} = m \cdot 0$

$F_{тяги} - F_{тр} = 0$

Отсюда следует, что $F_{тяги} = F_{тр}$.

Таким образом, только при условии равномерного движения сила тяги, которую измеряет динамометр, становится равной по модулю силе трения. Если бы движение было ускоренным ($a > 0$), то сила тяги была бы больше силы трения, и измерение было бы неверным.

Ответ: Брусок требовалось перемещать равномерно, так как при равномерном движении ускорение равно нулю, и, согласно второму закону Ньютона, сила тяги, измеряемая динамометром, становится численно равной силе трения скольжения.

Сделайте вывод (Как изменилась сила трения скольжения от изменения площади поверхности, прижимающей силы, рода поверхности?)

На основе проведённых экспериментов можно сделать следующие выводы о зависимости силы трения скольжения от различных факторов:

1. Зависимость от площади поверхности. Сравнивая результаты измерений силы трения для бруска, лежащего на широкой грани (пункт 2) и на узкой грани (пункт 4), мы видим, что при неизменном весе тела сила трения практически не изменяется. Это позволяет сделать вывод, что сила трения скольжения в первом приближении не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

2. Зависимость от прижимающей силы. В ходе эксперимента по пункту 3 мы увеличивали вес тела, добавляя на брусок грузы. Вес тела $\text{P}$ в данном случае равен силе нормальной реакции $\text{N}$ (прижимающей силе), так как поверхность горизонтальна. Эксперимент показывает, что с увеличением веса (и, следовательно, прижимающей силы) сила трения скольжения $F_{тр}$ также увеличивается. Можно заключить, что сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции (прижимающей силе). Это описывается формулой $F_{тр} = \mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения.

3. Зависимость от рода поверхности. При замене деревянной рейки на пластиковую (пункт 5) при том же весе бруска показания динамометра, то есть сила трения, изменяются. Это означает, что величина силы трения скольжения зависит от материалов, из которых изготовлены соприкасающиеся поверхности. Эта зависимость характеризуется коэффициентом трения скольжения $\mu$, который является уникальным для каждой пары материалов.

Ответ: Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения, прямо пропорциональна прижимающей силе (силе нормальной реакции) и зависит от рода (материалов) соприкасающихся поверхностей.