Номер 4, страница 225 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Приложения. Приложение 3. Лабораторные работы - номер 4, страница 225.

Условие.

4. Измерение коэффициента трения скольжения

Оборудование: брусок с крючком; длинная дощечка или линейка; динамометр; три груза массой по 100 г.

Указания к выполнению работы

При равномерном движении бруска сила $\text{F}$, с которой тянут брусок, равна по модулю силе трения скольжения $F_{\text{тр}}$, действующей на брусок: $F = F_{\text{тр}}$.

Сила нормального давления $\text{N}$ равна по модулю весу бруска: $N = P$.

Порядок выполнения работы

1. Сформулируйте цель работы.

2. Соберите установку по рисунку 190.

3. Взвесьте брусок и грузы.

4. С помощью динамометра приведите брусок в равномерное движение по линейке, расположенной горизонтально (см. рис. 190). Заметьте при этом показания динамометра.

5. Положите брусок на широкую грань и, нагружая брусок одним, двумя и тремя грузами, в каждом случае измеряйте силу трения. Результаты измерений с учетом их абсолютных погрешностей занесите в таблицу.

Измеряемая величина | Брусок с одним грузом | Брусок с двумя грузами | Брусок с тремя грузами

Вес бруска с грузами, Н | | |

Сила трения при скольжении на широкой грани, Н | | |

*Сила трения при скольжении на узкой грани, Н* | | |

Рис. 190

6. По результатам измерений постройте график зависимости модуля силы трения от модуля силы нормального давления с учетом погрешностей (способ построения приведен в лабораторной работе 2).

7. Выбрав на правой части построенного графика произвольную точку, определите соответствующие ей значения $F_{\text{тр}}$ и $\text{N}$, а затем по формуле

$\mu = \frac{F_{\text{тр}}}{N}$

найдите коэффициент трения скольжения бруска на широкой грани.

*8. Повторите измерения, перечисленные в п. 5 и 6, положив брусок на узкую грань. Результаты измерений с учетом погрешностей измерений также занесите в таблицу.

9. По новым данным постройте второй график зависимости модуля силы трения от модуля силы нормального давления (см. п. 6) и с его помощью определите коэффициент трения скольжения бруска на узкой грани (см. п. 7).

Ответьте на вопрос:

Зависит ли коэффициент трения скольжения от площади опоры тела?*

Решение.

Ответьте на вопрос: Зависит ли коэффициент трения скольжения от площади опоры тела?

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать результаты лабораторной работы, описанной в условии. Цель работы — определить коэффициент трения и исследовать его зависимость от различных факторов, в том числе от площади соприкасающихся поверхностей.

Эксперимент проводится в два этапа:

1. Измерения на широкой грани (большая площадь опоры). В пунктах 5-7 брусок скользит по дощечке на своей широкой грани. Проводятся измерения силы трения $F_{тр1}$ при различных силах нормального давления $\text{N}$ (которая равна весу бруска с грузами). По результатам строится график зависимости $F_{тр1}$ от $\text{N}$ и вычисляется коэффициент трения скольжения $\mu_1$ по формуле:

$\mu_1 = \frac{F_{тр1}}{N}$

2. Измерения на узкой грани (меньшая площадь опоры). В пунктах 8-9 эксперимент повторяется, но брусок кладут на узкую грань. Это изменяет площадь опоры, но вес бруска с тем же количеством грузов (а значит, и сила нормального давления $\text{N}$) остается прежним. Измеряется сила трения $F_{тр2}$, строится второй график и находится коэффициент трения $\mu_2$:

$\mu_2 = \frac{F_{тр2}}{N}$

Сравнивая результаты двух этапов эксперимента, можно сделать вывод. Если провести измерения аккуратно, то окажется, что сила трения $F_{тр1}$ при одинаковой нагрузке $\text{N}$ будет примерно равна силе трения $F_{тр2}$. Соответственно, и рассчитанные коэффициенты трения будут приблизительно равны: $\mu_1 \approx \mu_2$.

Это объясняется тем, что сила трения скольжения в первом приближении (согласно закону Амонтона — Кулона) зависит только от силы нормального давления и от материалов, из которых изготовлены трущиеся поверхности (что и определяет коэффициент трения $\mu$). Формула для силы трения скольжения:

$F_{тр} = \mu N$

Как видно, площадь соприкосновения $\text{S}$ в этой формуле отсутствует. Хотя на микроуровне физика трения сложна, для большинства практических задач в школьном курсе физики принимается, что сила трения и коэффициент трения скольжения не зависят от площади опоры.

Таким образом, на основе данного эксперимента мы приходим к выводу, что коэффициент трения скольжения не зависит от площади опоры тела.

Ответ: Нет, коэффициент трения скольжения не зависит от площади опоры тела. Он определяется только свойствами соприкасающихся поверхностей (материалом, шероховатостью).