Дополнительные задания, страница 66 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Генденштейн, Булатова

Лабораторная работа № 8. Исследование трения скольжения - страница 66.

Условие.

Дополнительные задания

1. Толкните лежащую на столе монету и заметьте, какое расстояние она проскользит по столу до остановки.

Повторите этот опыт, подложив под монету бархатную бумагу. Постарайтесь сообщить при этом монете такую же начальную скорость.

Сравните результаты этих опытов. Запишите свой вывод.

2. По графику зависимости силы трения скольжения от веса тела для трёх видов поверхностей (рис. 4) определите, в каком случае коэффициент трения скольжения между телом и поверхностью наибольший; наименьший. Чему равны эти коэффициенты трения?

Рис. 4

3. К лежащему на горизонтальном столе бруску прикладывают горизонтально направленную силу $\vec{F}$. На рисунке 5 приведён график зависимости действующей на брусок силы трения от приложенной к нему силы.

а) Какая часть графика соответствует силе трения скольжения, а какая — силе трения покоя? Надпишите эти части на графике.

б) Чему равна сила трения скольжения?

Рис. 5

Решение.

1. При проведении первого опыта, когда монета скользит по гладкой поверхности стола, она пройдёт определённое расстояние. Это расстояние зависит от начальной скорости и силы трения скольжения между монетой и столом.

Во втором опыте под монету подкладывается бархатная бумага. Поверхность бархатной бумаги более шероховатая, чем поверхность стола. Сила трения скольжения прямо пропорциональна коэффициенту трения, а коэффициент трения для более шероховатой поверхности будет больше.

При сообщении монете такой же начальной скорости, как и в первом опыте, она остановится быстрее из-за большей силы трения, действующей на неё. Следовательно, расстояние, которое проскользит монета по бархатной бумаге, будет меньше, чем расстояние, которое она проскользила по столу.

Вывод: Сила трения скольжения зависит от материалов соприкасающихся поверхностей (от их шероховатости). Чем больше коэффициент трения между поверхностями, тем больше сила трения и тем меньшее расстояние пройдёт тело до остановки при одинаковой начальной скорости.

Ответ: Монета, скользящая по бархатной бумаге, пройдёт меньшее расстояние, чем монета, скользящая по столу. Это происходит потому, что сила трения скольжения о бархатную бумагу больше, чем сила трения о стол.

2. Дано:

График зависимости силы трения скольжения $F_{тр}$ от веса тела $\text{P}$ для трёх поверхностей (рис. 4).

Найти:

В каком случае коэффициент трения скольжения $\mu$ наибольший и наименьший; чему равны эти коэффициенты.

Решение:

Сила трения скольжения $F_{тр}$ связана с весом тела $\text{P}$ (на горизонтальной поверхности вес равен силе нормальной реакции $\text{N}$) формулой: $F_{тр} = \mu \cdot P$.
Эта формула представляет собой линейную зависимость вида $y=kx$, где $y = F_{тр}$, $x = P$, а коэффициент пропорциональности $\text{k}$ является коэффициентом трения скольжения $\mu$. Таким образом, коэффициент трения можно найти как тангенс угла наклона графика к оси абсцисс (оси $\text{P}$): $\mu = \frac{F_{тр}}{P}$. Чем круче идёт график (чем больше угол наклона), тем больше коэффициент трения.
Из графика видно, что самый большой угол наклона у прямой 1, а самый маленький — у прямой 3. Следовательно, наибольший коэффициент трения соответствует случаю 1, а наименьший — случаю 3.
Вычислим значения коэффициентов трения для каждого случая, выбрав удобные точки на графиках:
Для графика 1: возьмём точку, где $P = 30$ H, тогда $F_{тр} = 15$ H. Отсюда $\mu_1 = \frac{15 \, \text{Н}}{30 \, \text{Н}} = 0.5$.
Для графика 2: возьмём точку, где $P = 50$ H, тогда $F_{тр} = 10$ H. Отсюда $\mu_2 = \frac{10 \, \text{Н}}{50 \, \text{Н}} = 0.2$.
Для графика 3: возьмём точку, где $P = 50$ H, тогда $F_{тр} = 5$ H. Отсюда $\mu_3 = \frac{5 \, \text{Н}}{50 \, \text{Н}} = 0.1$.

Ответ: Наибольший коэффициент трения в случае 1, $\mu_1 = 0.5$. Наименьший коэффициент трения в случае 3, $\mu_3 = 0.1$. Коэффициент трения для случая 2 равен $\mu_2 = 0.2$.

3. Дано:

График зависимости силы трения $F_{тр}$ от приложенной силы $\text{F}$ (рис. 5).

а) Какая часть графика соответствует силе трения скольжения, а какая — силе трения покоя? Надпишите эти части на графике.

Решение:

Сила трения покоя возникает, когда тело находится в покое. Она равна по модулю и противоположна по направлению приложенной внешней силе. Сила трения покоя растёт вместе с приложенной силой до некоторого максимального значения. На графике этому соответствует наклонный участок, где $F_{тр}$ прямо пропорциональна $\text{F}$. Этот участок начинается в точке (0, 0) и заканчивается в точке, где приложенная сила $F = 15$ H и сила трения $F_{тр} = 15$ H.
Когда приложенная сила превышает максимальную силу трения покоя, тело начинает скользить. Возникает сила трения скольжения, которая практически не зависит от величины приложенной силы. На графике этому соответствует горизонтальный участок, где сила трения постоянна, несмотря на увеличение приложенной силы $\text{F}$. Этот участок начинается при $F = 15$ H.
Участок от $F=0$ H до $F=15$ H (наклонная прямая) — это область силы трения покоя.
Участок при $F \ge 15$ H (горизонтальная прямая) — это область силы трения скольжения.

Ответ: Наклонный участок графика от 0 до 15 Н по обеим осям соответствует силе трения покоя. Горизонтальный участок графика при $F \ge 15$ H соответствует силе трения скольжения.

б) Чему равна сила трения скольжения?

Решение:

Силу трения скольжения можно определить по значению силы трения на горизонтальном участке графика. Из графика видно, что на этом участке значение силы трения $F_{тр}$ постоянно и равно 15 Н.

Ответ: Сила трения скольжения равна 15 Н.