Номер 317, страница 46 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Взаимодействие тел. Сила трения - номер 317, страница 46.

Условие.

► 317. Имеются два бруска одинаковых размеров — деревянный и металлический. С помощью динамометра измерьте силу трения скольжения каждого бруска о стол при равномерном движении и силу трения покоя. Сравните полученные результаты и сделайте вывод.

Решение.

Решение

Для выполнения данного задания необходимо провести эксперимент (реальный или мысленный) и проанализировать его результаты, основываясь на законах физики.

Процесс измерения сил трения с помощью динамометра будет следующим:

1. Измерение силы трения скольжения. К бруску (сначала деревянному, затем металлическому) прикрепляется динамометр. Брусок приводится в движение и перемещается по поверхности стола равномерно, с постоянной скоростью. Согласно первому закону Ньютона, при равномерном движении сила тяги, которую показывает динамометр, равна по модулю силе трения скольжения: $F_{тяги} = F_{тр.ск.}$.

2. Измерение силы трения покоя. К неподвижному бруску прикрепляется динамометр, и силу тяги начинают медленно и плавно увеличивать. Сила трения покоя в каждый момент времени равна приложенной силе тяги, пока брусок остается на месте. Максимальное значение силы, которое покажет динамометр прямо перед началом движения бруска, и есть максимальная сила трения покоя $F_{тр.п.макс.}$.

Теперь проанализируем, какими должны быть результаты этих измерений.

Сила трения (как скольжения, так и покоя) определяется формулой $F_{тр} = \mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения, а $\text{N}$ — сила нормальной реакции опоры. Для тела на горизонтальной поверхности сила нормальной реакции опоры равна по модулю силе тяжести (весу) тела: $N = P = mg$.

По условию, оба бруска имеют одинаковые размеры, то есть у них одинаковый объем $\text{V}$. Однако они изготовлены из разных материалов с разной плотностью: плотность металла ($\rho_{металла}$) значительно выше плотности дерева ($\rho_{дерева}$). Масса тела вычисляется по формуле $m = \rho V$. Следовательно, масса металлического бруска больше массы деревянного ($m_{металла} > m_{дерева}$), а значит, и сила нормальной реакции опоры для него будет больше ($N_{металла} > N_{дерева}$).

При сравнении результатов измерений мы получим следующее:

1. Сравнение сил трения для деревянного и металлического брусков. Поскольку сила трения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры, а она, в свою очередь, пропорциональна массе, то для более тяжелого металлического бруска обе силы трения будут больше, чем для деревянного.

$F_{тр.ск. (металл)} > F_{тр.ск. (дерево)}$ и $F_{тр.п.макс. (металл)} > F_{тр.п.макс. (дерево)}$

2. Сравнение силы трения покоя и силы трения скольжения. Для каждого отдельного бруска будет наблюдаться, что максимальная сила трения покоя больше силы трения скольжения.

$F_{тр.п.макс.} > F_{тр.ск.}$

Это объясняется тем, что для того, чтобы сдвинуть тело с места и разорвать микроскопические связи между соприкасающимися поверхностями, требуется приложить большее усилие, чем для поддержания уже начавшегося скольжения.

Вывод: Эксперимент показывает, что сила трения зависит от силы, с которой тело прижимается к поверхности (в данном случае, от его веса). Чем тяжелее тело, тем больше сила трения. Кроме того, максимальная сила трения покоя всегда больше силы трения скольжения для данных поверхностей.

Ответ: Сила трения скольжения и максимальная сила трения покоя для металлического бруска окажутся больше, чем для деревянного. Для каждого из брусков максимальная сила трения покоя будет больше силы трения скольжения. Вывод: сила трения зависит от веса тела, а сила трения покоя (максимальная) больше силы трения скольжения.