Номер 4, страница 21 - гдз по физике 7 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Взаимодействие тел. ТЗ-8. Сила трения - номер 4, страница 21.

Условие.

4. a) Почему хозяйственное мыло разрезать легче крепкой ниткой, а не ножом?

б) Почему трудно вынуть гвоздь из мокрой доски?

в) Почему шёлковый шнурок развязывается быстрее хлопчатобумажного и шерстяного?

Решение.

а) Почему хозяйственное мыло разрезать легче крепкой ниткой, а не ножом?

Это явление объясняется понятием давления. Давление ($\text{p}$) — это физическая величина, равная отношению силы ($\text{F}$), действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности ($\text{S}$). Оно рассчитывается по формуле: $p = \frac{F}{S}$.

При разрезании мыла и ниткой, и ножом мы прикладываем определенную силу. Однако площадь соприкосновения режущего инструмента с мылом в этих случаях разная. Крепкая нитка очень тонкая, поэтому площадь ее поперечного сечения, которая и является площадью контакта, чрезвычайно мала. Лезвие ножа, даже самое острое, имеет значительно большую площадь режущей кромки.

Из формулы видно, что при одинаковой приложенной силе $\text{F}$, давление $\text{p}$ будет тем больше, чем меньше площадь $\text{S}$. Поскольку площадь сечения нитки намного меньше площади лезвия ножа, нитка создает на поверхности мыла во много раз большее давление. Именно это высокое давление и позволяет нитке легко проникать в мыло и разрезать его.

Ответ: Крепкая нитка имеет очень маленькую площадь поперечного сечения, поэтому при приложении того же усилия она создает гораздо большее давление, чем нож. Это высокое давление позволяет нитке легче разрезать мыло.

б) Почему трудно вынуть гвоздь из мокрой доски?

Когда древесина намокает, ее волокна впитывают воду и разбухают. Этот процесс приводит к увеличению объема древесины. Волокна, окружающие гвоздь, вбитый в доску, при разбухании начинают давить на него с гораздо большей силой.

Сила, с которой нужно тянуть гвоздь, чтобы его вынуть, должна преодолеть силу трения покоя между гвоздем и древесиной. Сила трения ($F_{тр}$) прямо пропорциональна силе нормальной реакции ($\text{N}$), которая в данном случае является силой, с которой доска сжимает гвоздь: $F_{тр} = \mu \cdot N$, где $\mu$ — коэффициент трения.

Разбухание мокрой древесины приводит к значительному увеличению силы сжатия гвоздя, то есть к увеличению силы нормальной реакции $\text{N}$. Следовательно, возрастает и сила трения $F_{тр}$, которую необходимо преодолеть. Поэтому для извлечения гвоздя из мокрой доски требуется приложить гораздо большее усилие, чем из сухой.

Ответ: Древесные волокна в мокрой доске разбухают от воды и сильнее сжимают находящийся в ней гвоздь. Это увеличивает силу нормальной реакции, а следовательно, и силу трения, удерживающую гвоздь, из-за чего его становится труднее вынуть.

в) Почему шёлковый шнурок развязывается быстрее хлопчатобумажного и шерстяного?

Прочность узла на шнурке зависит от силы трения между его частями. Эта сила не дает виткам шнурка проскальзывать друг относительно друга и развязываться.

Различные материалы имеют разные коэффициенты трения. Шёлк состоит из очень гладких и ровных нитей, поэтому его поверхность имеет низкий коэффициент трения. Хлопчатобумажные и шерстяные волокна, напротив, имеют более шероховатую, ворсистую структуру, что обеспечивает высокий коэффициент трения.

Поскольку у шелкового шнурка коэффициент трения мал, сила трения, удерживающая узел, также невелика. Даже незначительные сотрясения и движения, возникающие, например, при ходьбе, могут привести к тому, что гладкие части шнурка начнут скользить, узел ослабнет и в итоге развяжется. У хлопчатобумажных и шерстяных шнурков сила трения значительно больше, поэтому узел на них держится крепко и самопроизвольно не развязывается.

Ответ: Шёлковые нити очень гладкие, из-за чего коэффициент трения между частями шёлкового шнурка в узле мал. Поэтому узел легко ослабевает и развязывается. Хлопчатобумажные и шерстяные шнурки более шероховатые, коэффициент трения у них выше, и узел держится намного прочнее.