Тренировочные задания, страница 60 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Генденштейн, Булатова

Лабораторная работа № 8. Исследование трения скольжения - страница 60.

Условие.

Лабораторная работа № 8

Исследование трения скольжения

Цель работы: _________

Прочитайте в учебном пособии описание работы и повторите § 15, п. 1. Из предложенного оборудования (рис. 1) выберите то, которое понадобится вам для измерения коэффициента трения скольжения. Отметьте выбранные приборы и материалы галочками в квадратах.

Рис. 1

Тренировочные задания

1. На рисунке 2 изображены силы, действующие на брусок, который равномерно движется по столу.

$\vec{N}$, $\vec{F}_{\text{тр}}$, $\vec{T}$, $\vec{F}_{\text{Т}}$

Рис. 2

а) Чему равна равнодействующая всех сил, приложенных к бруску? Обоснуйте свой ответ.

б) Запишите, какие силы уравновешивают друг друга.

в) Предложите способ измерения силы трения при равномерном движении бруска по столу. Сделайте схематический рисунок экспериментальной установки, поясняющий ваш ответ.

2. На рисунке 3 изображён брусок, который равномерно движется по столу. Изобразите на этом рисунке действующую на брусок силу нормальной реакции опоры и вес бруска. Равны ли модули этих сил?

Рис. 3

Решение.

Цель работы:

Экспериментально измерить коэффициент трения скольжения и исследовать зависимость силы трения от силы нормальной реакции опоры.

Из предложенного оборудования (рис. 1) выберите то, которое понадобится вам для измерения коэффициента трения скольжения. Отметьте выбранные приборы и материалы галочками в квадратах.

Для проведения лабораторной работы по измерению коэффициента трения скольжения необходимо выбрать следующее оборудование:
- Динамометр (для измерения силы тяги/трения)
- Направляющая рейка (горизонтальная поверхность)
- Деревянный брусок
- Набор грузов (для изменения силы нормального давления)

Тренировочные задания

1. На рисунке 2 изображены силы, действующие на брусок, который равномерно движется по столу.

а) Чему равна равнодействующая всех сил, приложенных к бруску? Обоснуйте свой ответ.

Равнодействующая всех сил, приложенных к бруску, равна нулю. Согласно первому закону Ньютона, если тело движется прямолинейно и равномерно (т.е. с постоянной скоростью), то векторная сумма всех действующих на него сил равна нулю. В данном случае брусок движется равномерно, это означает, что его ускорение равно нулю ($ \vec{a} = 0 $). По второму закону Ньютона, равнодействующая сила $ \vec{F}_{равн} $ связана с массой $\text{m}$ и ускорением $ \vec{a} $ соотношением $ \vec{F}_{равн} = m\vec{a} $. Так как $ \vec{a} = 0 $, то и $ \vec{F}_{равн} = 0 $.

Ответ: Равнодействующая всех сил, приложенных к бруску, равна нулю, так как брусок движется равномерно (с постоянной скоростью), и, следовательно, его ускорение равно нулю.

б) Запишите, какие силы уравновешивают друг друга.

Поскольку равнодействующая сила равна нулю, это означает, что силы, действующие на брусок, попарно уравновешиваются вдоль координатных осей.
По вертикальной оси: сила тяжести $ \vec{F}_т $, направленная вертикально вниз, уравновешивается силой нормальной реакции опоры $ \vec{N} $, направленной вертикально вверх. Их модули равны: $ F_т = N $.
По горизонтальной оси: сила тяги $ \vec{T} $, направленная в сторону движения, уравновешивается силой трения скольжения $ \vec{F}_{тр} $, направленной в противоположную сторону. Их модули равны: $ T = F_{тр} $.

Ответ: Сила тяжести $ \vec{F}_т $ уравновешивает силу нормальной реакции опоры $ \vec{N} $. Сила тяги $ \vec{T} $ уравновешивает силу трения $ \vec{F}_{тр} $.

в) Предложите способ измерения силы трения при равномерном движении бруска по столу. Сделайте схематический рисунок экспериментальной установки, поясняющий ваш ответ.

Чтобы измерить силу трения скольжения, необходимо прикрепить к бруску динамометр и тянуть за него так, чтобы брусок двигался по столу равномерно и прямолинейно. Динамометр при этом следует держать горизонтально. При равномерном движении, как было установлено в пункте (б), сила тяги, которую показывает динамометр, по модулю равна силе трения скольжения ($ T = F_{тр} $). Таким образом, показание динамометра в момент равномерного движения бруска и будет равно искомой силе трения.

Описание схематического рисунка:
На горизонтальной поверхности стола лежит брусок. К передней грани бруска прикреплен крюк динамометра. Динамометр расположен горизонтально. К динамометру приложена внешняя сила (например, от руки), которая тянет его вправо. На брусок действуют четыре силы:
1. Сила тяжести $ \vec{F}_т $ — приложена к центру бруска, направлена вертикально вниз.
2. Сила нормальной реакции опоры $ \vec{N} $ — приложена к основанию бруска, направлена вертикально вверх.
3. Сила тяги $ \vec{T} $ (показание динамометра) — приложена к точке крепления динамометра, направлена горизонтально вправо.
4. Сила трения $ \vec{F}_{тр} $ — приложена к основанию бруска, направлена горизонтально влево.

Ответ: Следует тянуть брусок с помощью динамометра по горизонтальной поверхности с постоянной скоростью. Показание динамометра при таком движении будет равно модулю силы трения скольжения.

2. На рисунке 3 изображён брусок, который равномерно движется по столу. Изобразите на этом рисунке действующую на брусок силу нормальной реакции опоры и вес бруска. Равны ли модули этих сил?

Описание рисунка:
1. Сила нормальной реакции опоры ($ \vec{N} $) — это сила, с которой стол действует на брусок. Она приложена к нижней поверхности бруска и направлена вертикально вверх, перпендикулярно поверхности стола.
2. Вес бруска ($ \vec{P} $) — это сила, с которой брусок действует на стол (опору) вследствие притяжения к Земле. Эта сила приложена к столу в месте контакта с бруском и направлена вертикально вниз.
На рисунке вектор $ \vec{N} $ должен начинаться от нижней грани бруска и идти вверх. Вектор $ \vec{P} $ должен начинаться от верхней поверхности стола под бруском и идти вниз.

Да, модули этих сил равны.
Сила нормальной реакции опоры $ \vec{N} $ и вес тела $ \vec{P} $ являются силами, возникающими при взаимодействии бруска и стола. Согласно третьему закону Ньютона, силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению ($ \vec{N} = - \vec{P} $). Следовательно, их модули равны: $ N = P $.
Также, поскольку брусок движется без ускорения в вертикальном направлении, действующая на него сила тяжести $ \vec{F}_т $ уравновешена силой нормальной реакции $ \vec{N} $, т.е. $ N = F_т $. Таким образом, в данном случае модуль веса бруска равен модулю силы тяжести, действующей на него.

Ответ: Да, модули силы нормальной реакции опоры и веса бруска равны. Это следует из третьего закона Ньютона, так как эти силы являются силами взаимодействия между бруском и опорой.