Номер 1, страница 64 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Минькова, Иванова

Лабораторная работа № 7

Тема: «Выяснение зависимости силы трения скольжения от площади соприкосновения тел и прижимающей силы».

Цель работы: экспериментально исследовать, как сила трения скольжения зависит от площади соприкосновения и от прижимающей силы (силы нормальной реакции опоры).

Оборудование: динамометр, деревянный брусок с крючком, набор из трех одинаковых грузов, горизонтальная деревянная доска (трибометр).

Ход работы

1. Выяснение зависимости силы трения скольжения от площади соприкосновения тел.

Для проведения этого этапа эксперимента необходимо измерить силу трения, действующую на брусок, при его движении по горизонтальной поверхности на гранях разной площади. При этом масса бруска и, следовательно, действующая на него сила тяжести и сила нормальной реакции опоры, остаются неизменными.

1. Положим брусок на доску его самой большой гранью.

2. Прицепим к крючку бруска динамометр и будем тянуть его горизонтально, добившись равномерного прямолинейного движения бруска. Показания динамометра при равномерном движении равны по модулю силе трения скольжения: $F_{упр} = F_{тр}$.

3. Запишем показания динамометра. Для большей точности опыт повторяется несколько раз и находится среднее значение. Пусть измеренное значение силы трения $F_{тр1} = 0,6 \text{ Н}$.

4. Теперь перевернем брусок и поставим его на боковую, меньшую по площади, грань. Площадь соприкосновения изменилась, но вес бруска остался прежним.

5. Повторим измерение силы трения, перемещая брусок с постоянной скоростью. Пусть измеренное значение силы трения $F_{тр2} = 0,6 \text{ Н}$.

Сравнивая полученные результаты $F_{тр1}$ и $F_{тр2}$, мы видим, что они практически равны в пределах погрешности измерений. Это позволяет сделать вывод о том, что сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел.

Ответ: Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел.

2. Выяснение зависимости силы трения скольжения от прижимающей силы.

На этом этапе мы будем изменять прижимающую силу, действующую на брусок, и измерять соответствующую ей силу трения. Прижимающая сила, действующая на горизонтальную опору, равна весу тела $\text{P}$. В свою очередь, сила нормальной реакции опоры $\text{N}$ по модулю равна весу $\text{P}$. Таким образом, изменяя вес, мы изменяем и силу нормальной реакции. Увеличивать вес будем, ставя на брусок грузы.

1. Положим брусок на доску и измерим силу трения скольжения $F_{тр0}$ при его равномерном движении. Рассчитаем силу нормальной реакции $N_0$, равную весу бруска $P_0$. Допустим, $P_0 = 2 \text{ Н}$, а измеренная сила трения $F_{тр0} = 0,6 \text{ Н}$.

2. Поставим на брусок один груз. Теперь общая сила нормальной реакции $N_1$ равна сумме веса бруска $P_0$ и веса груза $P_г$. Пусть вес одного груза $P_г = 1 \text{ Н}$. Тогда $N_1 = P_0 + P_г = 2 \text{ Н} + 1 \text{ Н} = 3 \text{ Н}$. Измерим силу трения $F_{тр1}$ для этого случая. Получим $F_{тр1} = 0,9 \text{ Н}$.

3. Добавим на брусок второй груз. Сила нормальной реакции $N_2 = P_0 + 2P_г = 2 \text{ Н} + 2 \cdot 1 \text{ Н} = 4 \text{ Н}$. Измерим силу трения $F_{тр2}$. Получим $F_{тр2} = 1,2 \text{ Н}$.

4. Проанализируем результаты. При увеличении силы нормальной реакции с 2 Н до 3 Н (в 1,5 раза), сила трения увеличилась с 0,6 Н до 0,9 Н (также в 1,5 раза). При увеличении силы нормальной реакции с 2 Н до 4 Н (в 2 раза), сила трения увеличилась с 0,6 Н до 1,2 Н (также в 2 раза).

Это наблюдение показывает прямую пропорциональную зависимость между силой трения скольжения и силой нормальной реакции опоры: $F_{тр} \sim N$.

Найдем коэффициент пропорциональности — коэффициент трения скольжения $\mu = F_{тр}/N$ для каждого измерения:

$\mu_0 = F_{тр0} / N_0 = 0,6 \text{ Н} / 2 \text{ Н} = 0,3$

$\mu_1 = F_{тр1} / N_1 = 0,9 \text{ Н} / 3 \text{ Н} = 0,3$

$\mu_2 = F_{тр2} / N_2 = 1,2 \text{ Н} / 4 \text{ Н} = 0,3$

Значение коэффициента трения во всех опытах получилось одинаковым. Это подтверждает, что сила трения скольжения прямо пропорциональна прижимающей силе (силе нормальной реакции).

Ответ: Сила трения скольжения прямо пропорциональна прижимающей силе.

Общий вывод

В результате проведенной лабораторной работы были сделаны следующие выводы о силе трения скольжения:

1. Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения движущегося тела с поверхностью.

2. Сила трения скольжения прямо пропорциональна модулю силы нормальной реакции опоры (прижимающей силе), что выражается формулой $F_{тр} = \mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения скольжения, зависящий от материалов соприкасающихся поверхностей и качества их обработки.