Эксперимент в классе, страница 109 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент в классе

1. Измерьте силу трения скольжения бруска по поверхности тел из различного вещества. Обсудите полученные результаты. Объясните, в чем причина различия полученных результатов.

2. Положите на брусок дополнительный груз и вновь определите силу трения скольжения бруска по столу. Почему сила трения увеличивается?

1. Измерьте силу трения скольжения бруска по поверхности тел из различного вещества. Обсудите полученные результаты. Объясните, в чем причина различия полученных результатов.

Для проведения эксперимента по измерению силы трения скольжения нам понадобятся брусок, динамометр и несколько поверхностей из разных материалов (например, дерево, пластик, наждачная бумага). Эксперимент проводится следующим образом: к бруску прикрепляется динамометр, и брусок равномерно (с постоянной скоростью) тянут вдоль исследуемой горизонтальной поверхности. Сила, которую показывает динамометр при равномерном движении, будет равна по модулю силе трения скольжения.

Проведя измерения для каждой из поверхностей, мы обнаружим, что показания динамометра различаются. Например, сила трения при движении по наждачной бумаге будет значительно больше, чем при движении по гладкой деревянной или пластиковой поверхности.

Причина этого различия заключается в том, что сила трения скольжения зависит от свойств соприкасающихся поверхностей. Эта зависимость описывается с помощью коэффициента трения скольжения $ \mu $. Сила трения скольжения рассчитывается по формуле: $F_{тр} = \mu N$, где $\text{N}$ — сила нормальной реакции опоры (сила, с которой опора действует на тело перпендикулярно поверхности). Коэффициент трения $ \mu $ зависит от пары материалов, из которых изготовлены соприкасающиеся тела, и от качества обработки их поверхностей (шероховатости). У более шероховатых поверхностей неровности больше, они сильнее "цепляются" друг за друга, что приводит к большему значению коэффициента трения и, следовательно, к большей силе трения. У гладких поверхностей коэффициент трения меньше.

Ответ: Сила трения скольжения оказывается разной при движении бруска по поверхностям из различных веществ, потому что она зависит от коэффициента трения скольжения $ \mu $. Этот коэффициент является характеристикой пары контактирующих материалов и состояния их поверхностей. Разные материалы имеют разную микроскопическую структуру и шероховатость, что приводит к различным значениям коэффициента трения и, как следствие, к разным значениям силы трения при одной и той же силе нормальной реакции опоры.

2. Положите на брусок дополнительный груз и вновь определите силу трения скольжения бруска по столу. Почему сила трения увеличивается?

В этом эксперименте мы сначала измеряем силу трения скольжения пустого бруска по поверхности стола, как было описано выше. Затем на брусок помещается дополнительный груз (например, гиря), и измерение повторяется. Опыт показывает, что во втором случае, когда на бруске лежит груз, динамометр показывает большее значение силы, то есть сила трения скольжения увеличивается.

Причина увеличения силы трения заключается в её прямой пропорциональной зависимости от силы нормальной реакции опоры $\text{N}$. Сила трения скольжения определяется формулой $F_{тр} = \mu N$. На горизонтальной поверхности сила нормальной реакции опоры $\text{N}$ равна по модулю силе тяжести $\text{P}$, действующей на тело (или систему тел): $N = P = mg$.

Когда брусок движется без груза, сила нормальной реакции опоры равна весу бруска: $N_1 = m_{бруска}g$. Сила трения в этом случае равна $F_{тр1} = \mu N_1 = \mu m_{бруска}g$.

Когда на брусок кладут дополнительный груз, общая масса системы становится равной сумме масс бруска и груза ($m_{общая} = m_{бруска} + m_{груза}$). Сила нормальной реакции опоры увеличивается и становится равной общему весу: $N_2 = (m_{бруска} + m_{груза})g$. Соответственно, увеличивается и сила трения: $F_{тр2} = \mu N_2 = \mu (m_{бруска} + m_{груза})g$.

Поскольку $N_2 > N_1$, то и $F_{тр2} > F_{тр1}$. Дополнительный груз сильнее прижимает брусок к столу, увеличивая силу нормальной реакции опоры, что, в свою очередь, приводит к увеличению силы трения.

Ответ: Сила трения увеличивается, потому что с добавлением груза увеличивается общая масса, а следовательно, и сила тяжести, действующая на брусок. Это приводит к увеличению силы нормальной реакции опоры $\text{N}$ (силы, с которой стол прижимает брусок). Так как сила трения скольжения $F_{тр}$ прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры ($F_{тр} = \mu N$), её значение также возрастает.