Номер 3, страница 109 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Задание 23. Параграф 32. Сила трения. Глава 2. Взаимодействие тел - номер 3, страница 109.

Условие.

3. Докажите на опыте, что сила трения скольжения зависит от материала соприкасающихся поверхностей.

Решение.

Решение 2.

Докажите на опыте, что сила трения скольжения зависит от материала соприкасающихся поверхностей.

Для доказательства зависимости силы трения скольжения от материала соприкасающихся поверхностей необходимо провести эксперимент, в котором измеряется сила трения при движении одного и того же тела по разным поверхностям, сохраняя все остальные условия неизменными.

Цель опыта: Экспериментально установить зависимость силы трения скольжения от рода (материала) трущихся поверхностей.

Оборудование: динамометр, деревянный брусок с крючком, различные горизонтальные поверхности, например: гладкая деревянная доска, лист наждачной бумаги, стеклянная пластина.

Теоретическое обоснование:
Сила трения скольжения, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, определяется формулой: $F_{тр} = \mu \cdot N$, где $F_{тр}$ – сила трения скольжения, $N$ – сила нормальной реакции опоры, а $\mu$ – коэффициент трения скольжения. Коэффициент трения $\mu$ характеризует свойства соприкасающихся поверхностей. Чтобы доказать, что сила трения зависит от материала, нужно показать, что при неизменной силе $N$ сила трения $F_{тр}$ меняется при смене поверхностей, что будет означать изменение коэффициента $\mu$.

Ход опыта:
1. Положим деревянный брусок на горизонтально расположенную гладкую деревянную доску.
2. Зацепим брусок крючком динамометра. Будем тянуть динамометр горизонтально, стараясь двигать брусок по доске равномерно и прямолинейно.
3. Согласно первому закону Ньютона, при равномерном движении сила тяги, которую показывает динамометр, будет равна по модулю силе трения скольжения ($F_{тяги} = F_{тр}$). Зафиксируем это показание динамометра как $F_{тр1}$.
4. Теперь заменим поверхность. Положим на стол лист наждачной бумаги и повторим опыт, передвигая по нему тот же самый деревянный брусок. Снова измерим силу тяги $F_{тр2}$, необходимую для равномерного движения.
5. Проведем третий опыт, используя в качестве поверхности стеклянную пластину. Измерим силу трения скольжения $F_{тр3}$ для пары "дерево-стекло".

Анализ результатов и вывод:
В ходе всех частей эксперимента мы использовали один и тот же брусок, поэтому его масса $m$ и, следовательно, сила тяжести $mg$ были постоянны. Так как поверхность была горизонтальной, сила нормальной реакции опоры $N$ была равна по модулю силе тяжести ($N=mg$) и также оставалась постоянной.
Сравнивая полученные результаты измерений, мы, скорее всего, обнаружим, что $F_{тр2} > F_{тр1} > F_{тр3}$ (сила трения о наждачную бумагу окажется наибольшей, а о стекло — наименьшей).
Поскольку сила нормальной реакции $N$ была одинаковой во всех опытах, а сила трения $F_{тр}$ изменилась, можно сделать вывод, что коэффициент трения $\mu$ зависит от материалов соприкасающихся поверхностей. Следовательно, и сама сила трения скольжения зависит от материала поверхностей.

Ответ:

Чтобы доказать на опыте зависимость силы трения скольжения от материала поверхностей, необходимо провести измерения силы трения для одного и того же тела на разных поверхностях. Для этого нужно взять брусок, динамометр и несколько различных по материалу горизонтальных поверхностей (например, дерево, наждачная бумага, стекло). Прикрепив динамометр к бруску, следует равномерно тянуть его по каждой из поверхностей и записывать показания динамометра. Поскольку брусок один и тот же, сила нормальной реакции $N$ во всех случаях будет одинакова. При равномерном движении измеряемая сила тяги равна силе трения $F_{тр}$. Эксперимент покажет, что для разных поверхностей сила трения будет разной (например, для наждачной бумаги — больше, для стекла — меньше). Так как $F_{тр} = \mu N$ и $N = \text{const}$, различие в силе трения доказывает, что коэффициент трения $\mu$, а значит и сама сила трения, зависит от материалов соприкасающихся поверхностей.