Номер №9, страница 66 - гдз по физике 7 класс лабораторный практикум Холина, Березин

Задание № 9

https://go.prosv.ru/HPwdtx

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ СИЛЫ ТРЕНИЯ ПРИ РАВНОМЕРНОМ ДВИЖЕНИИ ТЕЛА ПО ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

► Постановка задачи

Используя рейку, брусок, линейку, динамометр и набор грузов, определить работу силы трения при равномерном движении бруска по горизонтальной рейке под действием горизонтальной силы тяги.

Общий вид экспериментальной установки показан на рисунке 32.

Рис. 32

► Анализ условия

Пусть брусок с грузами равномерно перемещают по поверхности направляющей с помощью динамометра, расположенного горизонтально. Поскольку брусок движется равномерно, то действующая на него со стороны пружины сила упругости равна по модулю силе трения скольжения:

$F_{упр} = F_{тр}$.

Так как сила трения направлена противоположно направлению движения бруска, то работа силы трения отрицательна и равна

$A = -F_{тр}s$,

где $\text{s}$ — путь, пройденный бруском.

Измерив с помощью динамометра силу трения скольжения и с помощью линейки путь, пройденный бруском, сможем рассчитать работу силы трения.

► План выполнения задания

1. Зарисуйте схему экспериментальной установки. Укажите направление движения бруска и изобразите действующие на брусок силу упругости и силу трения.

2. Проведите опыт и запишите результаты измерений с учётом абсолютной погрешности. Абсолютную погрешность измерения силы трения примите равной цене деления шкалы динамометра, абсолютную погрешность измерения пути — цене деления шкалы линейки.

3. Вычислите работу силы трения.

1. Зарисуйте схему экспериментальной установки. Укажите направление движения бруска и изобразите действующие на брусок силу упругости и силу трения.

Схема экспериментальной установки представляет собой брусок, лежащий на горизонтальной поверхности (рейке). К бруску прикреплён динамометр, за который тянут вправо, заставляя брусок двигаться равномерно.

На брусок в горизонтальном направлении действуют две силы:

1. Сила упругости (сила тяги) $F_{упр}$, создаваемая динамометром. Она направлена горизонтально в сторону движения (вправо).
2. Сила трения скольжения $F_{тр}$, возникающая между бруском и рейкой. Она направлена горизонтально в сторону, противоположную движению (влево).

Поскольку движение равномерное, то по первому закону Ньютона, равнодействующая всех сил равна нулю. Это означает, что силы, действующие на брусок, скомпенсированы. В горизонтальном направлении это означает, что модуль силы упругости равен модулю силы трения:

$F_{упр} = F_{тр}$

Также на брусок действуют вертикальные силы: сила тяжести $\text{mg}$, направленная вниз, и сила нормальной реакции опоры $\text{N}$, направленная вверх. Они также скомпенсированы: $N=mg$.

Ответ: Схема описана выше. Сила упругости $F_{упр}$ направлена по ходу движения, а сила трения $F_{тр}$ — против хода движения. При равномерном движении $F_{упр} = F_{тр}$.

2. Проведите опыт и запишите результаты измерений с учётом абсолютной погрешности. Абсолютную погрешность измерения силы трения примите равной цене деления шкалы динамометра, абсолютную погрешность измерения пути — цене деления шкалы линейки.

Проведём гипотетический опыт. Допустим, мы используем динамометр с ценой деления 0.1 Н и линейку с ценой деления 1 мм.

В ходе равномерного перемещения бруска динамометр показал значение силы тяги $F_{упр} = 2.4$ Н. Так как движение равномерное, сила трения равна силе тяги: $F_{тр} = 2.4$ Н. Абсолютная погрешность измерения силы равна цене деления, то есть $\Delta F_{тр} = 0.1$ Н.

С помощью линейки измерили путь, пройденный бруском: $s = 25$ см. Абсолютная погрешность измерения пути равна цене деления линейки, то есть $\Delta s = 1$ мм.

Результаты измерений:

Сила трения: $F_{тр} = (2.4 \pm 0.1)$ Н.

Пройденный путь: $s = (25.0 \pm 0.1)$ см.

Ответ: $F_{тр} = (2.4 \pm 0.1)$ Н; $s = (25.0 \pm 0.1)$ см.

3. Вычислите работу силы трения.

Дано:

$F_{тр} = 2.4$ Н

$s = 25$ см

$s = 25 \text{ см} = 0.25 \text{ м}$

Найти:

$A_{тр}$

Решение:

Работа силы определяется формулой $A = Fs \cos \alpha$, где $\alpha$ — угол между вектором силы и вектором перемещения.

Сила трения скольжения всегда направлена противоположно направлению движения, поэтому угол между силой трения $F_{тр}$ и перемещением $\text{s}$ составляет $\alpha = 180^\circ$.

Косинус угла $180^\circ$ равен -1.

Таким образом, формула для работы силы трения имеет вид:

$A_{тр} = F_{тр} \cdot s \cdot \cos(180^\circ) = -F_{тр} \cdot s$

Подставим числовые значения из наших измерений:

$A_{тр} = -2.4 \text{ Н} \cdot 0.25 \text{ м} = -0.6 \text{ Дж}$

Ответ: $A_{тр} = -0.6$ Дж.