Номер 295, страница 42 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Взаимодействие тел. Сила трения - номер 295, страница 42.

Условие.

295. С помощью динамометра равномерно перемещают брусок по горизонтальной поверхности. Чему равна сила трения, если динамометр показывает 3 Н? Как изменятся показания прибора, если подложить под брусок катки; если поднимать динамометром брусок равномерно вверх? Ответы обоснуйте.

Решение.

Дано:

Сила тяги при равномерном движении по горизонтальной поверхности, $F_{тяги} = 3$ Н.

Движение равномерное, $v = \text{const}$.

Найти:

1. Силу трения, $F_{тр}$ - ?

2. Как изменятся показания динамометра ($F'_{тяги}$), если подложить катки - ?

3. Как изменятся показания динамометра ($F''_{тяги}$), если поднимать брусок равномерно вверх - ?

Решение:

Чему равна сила трения, если динамометр показывает 3 Н?

Брусок перемещают равномерно, это означает, что его скорость постоянна, а ускорение равно нулю ($a=0$). Согласно первому закону Ньютона, если тело движется равномерно и прямолинейно, то равнодействующая всех приложенных к нему сил равна нулю. В горизонтальном направлении на брусок действуют две силы: сила тяги $F_{тяги}$, которую показывает динамометр, и сила трения скольжения $F_{тр}$, направленная в противоположную сторону движения. Так как движение равномерное, эти силы уравновешивают друг друга, то есть они равны по модулю:

$F_{тяги} = F_{тр}$

Поскольку динамометр показывает 3 Н, то и сила трения равна 3 Н.

Ответ: Сила трения равна 3 Н.

Как изменятся показания прибора, если подложить под брусок катки?

Если подложить под брусок катки, то трение скольжения заменится на трение качения. Сила трения качения при прочих равных условиях всегда значительно меньше силы трения скольжения. Так как для равномерного движения бруска необходимо прикладывать силу тяги, равную по модулю силе трения, то для преодоления силы трения качения потребуется меньшая сила тяги. Следовательно, показания динамометра уменьшатся.

Ответ: Показания динамометра уменьшатся.

Как изменятся показания прибора, если поднимать динамометром брусок равномерно вверх?

При равномерном подъеме бруска вверх динамометр должен преодолевать силу тяжести, действующую на брусок. Условие равномерного движения ($a=0$) означает, что сила тяги динамометра $F''_{тяги}$ должна быть равна по модулю силе тяжести $\text{P}$ бруска:

$F''_{тяги} = P$

В первоначальном условии сила тяги была равна силе трения скольжения: $F_{тяги} = F_{тр} = 3$ Н. Сила трения скольжения связана с силой нормальной реакции опоры $\text{N}$ через коэффициент трения $\mu$: $F_{тр} = \mu N$. На горизонтальной поверхности сила нормальной реакции опоры равна силе тяжести: $N=P$. Таким образом, $F_{тр} = \mu P$.

Из этого следует, что $3 \text{ Н} = \mu P$. Коэффициент трения скольжения $\mu$ для большинства твердых тел меньше 1. Это означает, что сила трения скольжения, как правило, меньше силы тяжести (веса) тела: $F_{тр} < P$.

Следовательно, начальные показания динамометра (3 Н) будут меньше, чем показания при подъеме ($\text{P}$). Показания динамометра увеличатся.

Ответ: Показания динамометра увеличатся.