Правая сторона, страница 22 - гдз по физике 9 класс самостоятельные работы Генденштейн, Орлов

Самостоятельная работа 3. Силы в механике. Вариант 5 - страница 22.

Условие.

Правая сторона

Оборудование: динамометр; коробка с петлёй или крючком; линейка.

1. Измерьте коэффициент трения между коробкой и столом.

Результаты: ___________.

2*. Проверьте предположение о том, что при одной и той же силе нормальной реакции сила трения пропорциональна площади соприкосновения тел.

Результаты: ___________.

Решение.

1. Измерьте коэффициент трения между коробкой и столом.

Для измерения коэффициента трения скольжения необходимо выполнить следующую последовательность действий:

1. С помощью динамометра измерить вес коробки $P$. Так как коробка будет находиться на горизонтальной поверхности (столе), сила нормальной реакции $N$ будет равна весу коробки: $N = P = mg$.
2. Положить коробку на стол. Прикрепить к ней динамометр и тянуть его горизонтально, параллельно поверхности стола.
3. Тянуть коробку нужно с постоянной скоростью. В этом случае, согласно второму закону Ньютона, равнодействующая всех сил, действующих на коробку в горизонтальном направлении, равна нулю. Это означает, что сила тяги $F_{тяги}$, которую показывает динамометр, равна по модулю силе трения скольжения $F_{тр}$: $F_{тяги} = F_{тр}$.
4. Зная силу трения $F_{тр}$ и силу нормальной реакции $N$, можно вычислить коэффициент трения скольжения $\mu$ по формуле: $F_{тр} = \mu N$.

Проведем гипотетический эксперимент с использованием воображаемых данных.

Дано:

Вес коробки (измерен динамометром): $P = 2.0$ Н

Сила тяги при равномерном движении (измерена динамометром): $F_{тяги} = 0.5$ Н

Найти:

Коэффициент трения скольжения $\mu$.

Решение:

1. Сила нормальной реакции опоры равна весу тела:

$N = P = 2.0$ Н

2. При равномерном прямолинейном движении сила тяги равна силе трения скольжения:

$F_{тр} = F_{тяги} = 0.5$ Н

3. Коэффициент трения скольжения находится по формуле:

$\mu = \frac{F_{тр}}{N}$

4. Подставим числовые значения и вычислим:

$\mu = \frac{0.5 \text{ Н}}{2.0 \text{ Н}} = 0.25$

Ответ: Коэффициент трения между коробкой и столом равен 0.25.

2*. Проверьте предположение о том, что при одной и той же силе нормальной реакции сила трения пропорциональна площади соприкосновения тел.

Для проверки данного предположения проведем два опыта. Сила нормальной реакции $N$ будет одинаковой в обоих случаях, так как мы используем одну и ту же коробку, а значит, ее вес $P$ не меняется ($N=P$). Мы будем изменять площадь соприкосновения, переворачивая коробку на разные грани.

Порядок проведения эксперимента:

1. Положить коробку на стол на ее самую большую грань.
2. С помощью линейки измерить длину и ширину этой грани и вычислить ее площадь $S_1$.
3. С помощью динамометра измерить силу трения $F_{тр1}$, перемещая коробку равномерно по столу.
4. Перевернуть коробку, поставив ее на меньшую по площади грань.
5. Измерить размеры этой грани и вычислить ее площадь $S_2$.
6. Снова измерить силу трения $F_{тр2}$, перемещая коробку равномерно.
7. Сравнить полученные значения силы трения $F_{тр1}$ и $F_{тр2}$ и сделать вывод о зависимости силы трения от площади соприкосновения.

Результаты гипотетического эксперимента:

Сила нормальной реакции (вес коробки) постоянна: $N = 2.0$ Н.

Опыт 1 (большая площадь):

Размеры грани: длина $l_1 = 20$ см, ширина $w_1 = 15$ см.

Площадь соприкосновения: $S_1 = l_1 \cdot w_1 = 20 \cdot 15 = 300$ см$^2$.

Измеренная сила трения: $F_{тр1} = 0.5$ Н.

Опыт 2 (меньшая площадь):

Размеры грани: длина $l_2 = 20$ см, ширина $w_2 = 10$ см.

Площадь соприкосновения: $S_2 = l_2 \cdot w_2 = 20 \cdot 10 = 200$ см$^2$.

Измеренная сила трения: $F_{тр2} = 0.49$ Н.

Вывод:

В ходе эксперимента площадь соприкосновения была изменена в $S_1/S_2 = 300/200 = 1.5$ раза. Однако измеренные значения силы трения практически не изменились: $F_{тр1} \approx F_{тр2}$. Небольшое различие в 0.01 Н можно списать на погрешность измерений. Таким образом, эксперимент показывает, что сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел.

Ответ: Предположение о том, что сила трения пропорциональна площади соприкосновения тел, неверно. Эксперимент показывает, что при неизменной силе нормальной реакции сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения.