Номер 4, страница 309 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Лабораторные работы - номер 4, страница 309.

Условие.

Лабораторная работа 4

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

Цель работы: измерить коэффициент трения скольжения.

Оборудование: деревянная дощечка, деревянный брусок, набор грузов по 100 г, динамометр.

Указания к выполнению работы

1. Воспользовавшись динамометром, определите вес $\text{P}$ бруска с одним, двумя и тремя грузами.

2. Положите брусок на горизонтально расположенную дощечку, на брусок поместите груз.

3. Прикрепив к бруску динамометр (рис. ЛЗ), как можно более равномерно тяните его вдоль дощечки. При равномерном движении сила упругости динамометра, действующая на брусок, будет уравновешиваться силой трения скольжения, направленной против движения бруска. Измерьте эту силу ($F_{\text{тр.ск.}}$).

4. Повторите опыт, поместив на брусок два, а затем три груза.

5. Полученные данные занесите в таблицу.

Количество грузов на бруске, $\text{P}$, Н, $F_{\text{тр.ск.}}$, Н

1, ,

2, ,

3, ,

6. Вычислите коэффициент трения скольжения по результатам каждого из трёх опытов. Найдите среднее значение коэффициента трения.

7. Сделайте вывод, ответив на вопросы:

1) Чему равен коэффициент трения скольжения?

2) Как сила трения скольжения зависит от веса тела?

3) Зависит ли от веса тела коэффициент трения скольжения?

Решение.

Поскольку данная работа является лабораторной и требует проведения реальных измерений, для демонстрации решения будут использованы примерные данные. Предположим, что масса деревянного бруска, не указанная в условии, составляет 200 г.

Дано:

Масса одного груза, $m_г = 100$ г

Масса бруска (предполагаемая), $m_б = 200$ г

Ускорение свободного падения, $g \approx 9.8$ Н/кг

Перевод в систему СИ:

$m_г = 0.1$ кг

$m_б = 0.2$ кг

Найти:

$\mu_1, \mu_2, \mu_3$ - коэффициенты трения для каждого опыта

$\mu_{ср}$ - среднее значение коэффициента трения

Зависимость силы трения от веса

Зависимость коэффициента трения от веса

Решение:

В ходе лабораторной работы сначала вычисляется вес $\text{P}$ бруска с грузами, а затем измеряется сила трения скольжения $F_{тр.ск}$ с помощью динамометра.

1. При равномерном движении бруска сила тяги, которую показывает динамометр, равна по модулю силе трения скольжения: $F_{тяги} = F_{тр.ск}$.

2. Сила трения скольжения связана с силой нормальной реакции опоры $\text{N}$ через коэффициент трения скольжения $\mu$: $F_{тр.ск} = \mu \cdot N$.

3. Для тела на горизонтальной поверхности сила нормальной реакции опоры равна весу тела: $N = P$. Вес, в свою очередь, вычисляется по формуле $P = m_{общ} \cdot g$.

4. Отсюда, коэффициент трения скольжения можно найти как $\mu = \frac{F_{тр.ск}}{P}$.

5. Заполнение таблицы

Сначала рассчитаем вес $\text{P}$ для каждого опыта:

• Опыт с 1 грузом: $P_1 = (m_б + 1 \cdot m_г) \cdot g = (0.2 + 0.1) \cdot 9.8 = 2.94 \text{ Н}$

• Опыт с 2 грузами: $P_2 = (m_б + 2 \cdot m_г) \cdot g = (0.2 + 0.2) \cdot 9.8 = 3.92 \text{ Н}$

• Опыт с 3 грузами: $P_3 = (m_б + 3 \cdot m_г) \cdot g = (0.2 + 0.3) \cdot 9.8 = 4.90 \text{ Н}$

Далее, представим примерные результаты измерения силы трения $F_{тр.ск}$, которые могли бы быть получены в ходе эксперимента.

Итоговая таблица с данными (пункт 5):

Количество грузов на бруске	P, Н	$F_{тр.ск}$, Н
1	2.94	0.88
2	3.92	1.18
3	4.90	1.47

6. Вычислите коэффициент трения скольжения по результатам каждого из трёх опытов. Найдите среднее значение коэффициента трения.

Теперь, используя данные из таблицы, вычислим коэффициент трения для каждого опыта:

• Опыт 1: $\mu_1 = \frac{F_{тр.ск1}}{P_1} = \frac{0.88 \text{ Н}}{2.94 \text{ Н}} \approx 0.299$

• Опыт 2: $\mu_2 = \frac{F_{тр.ск2}}{P_2} = \frac{1.18 \text{ Н}}{3.92 \text{ Н}} \approx 0.301$

• Опыт 3: $\mu_3 = \frac{F_{тр.ск3}}{P_3} = \frac{1.47 \text{ Н}}{4.90 \text{ Н}} = 0.300$

Найдем среднее значение коэффициента трения:

$\mu_{ср} = \frac{\mu_1 + \mu_2 + \mu_3}{3} = \frac{0.299 + 0.301 + 0.300}{3} = \frac{0.900}{3} = 0.300$

Ответ: Коэффициенты трения для трех опытов равны примерно 0.299, 0.301 и 0.300. Среднее значение коэффициента трения составляет 0.300.

7. Сделайте вывод, ответив на вопросы:

1) Чему равен коэффициент трения скольжения?

На основе проведенных измерений и вычислений, среднее значение коэффициента трения скольжения для данных поверхностей (дерево по дереву) составляет приблизительно 0.3.

Ответ: $\mu_{ср} \approx 0.3$.

2) Как сила трения скольжения зависит от веса тела?

Из результатов эксперимента видно, что при увеличении веса тела $\text{P}$ (силы нормальной реакции опоры) сила трения скольжения $F_{тр.ск}$ также возрастает. Отношение $\frac{F_{тр.ск}}{P}$ остается примерно постоянным, что указывает на прямую пропорциональную зависимость.

Ответ: Сила трения скольжения прямо пропорциональна весу тела.

3) Зависит ли от веса тела коэффициент трения скольжения?

Рассчитанные значения коэффициента трения для трех опытов с разным весом ($\mu_1 \approx 0.299, \mu_2 \approx 0.301, \mu_3 = 0.300$) практически одинаковы. Незначительные различия объясняются погрешностями при измерении. Это позволяет сделать вывод, что коэффициент трения скольжения не зависит от веса тела (силы нормального давления), а определяется только материалом и качеством обработки соприкасающихся поверхностей.

Ответ: Нет, коэффициент трения скольжения от веса тела не зависит.