Оборудование
Кратко: оборудование — брусок, динамометр, гири по 100 г, наждачная бумага.
При равномерном и прямолинейном движении динамометр показывает силу тяги, равную силе трения:
\[ F_{\text{тр}}=F_{\text{дин}} \]
Коэффициент трения:
\[ k_{\text{тр}}=\frac{F_{\text{тр}}}{P_{\text{общ}}} \]
где \(P_{\text{общ}}\) — общий вес бруска с грузами.
Почему так
- Гиря \(100\) г весит:
\[ P=mg=0{,}1\cdot 9{,}8=0{,}98\approx 1\ \text{Н} \]
Поэтому каждая гиря 100 г даёт добавку примерно \(1\) Н.
Если движение равномерное, ускорение равно нулю. Значит, сила тяги уравновешивает силу трения. Поэтому \(F_{\text{тр}}\) и есть показание динамометра.
На горизонтальной поверхности сила нормального давления равна общему весу:
\[ N=P_{\text{общ}} \]
По формулам на листе:
- опыты 1, 3, 5: \(P_{\text{общ}}=P_0+1\) Н;
- опыты 2, 4: \(P_{\text{общ}}=P_0+3\) Н.
Здесь \(P_0\) — вес самого бруска, измеренный динамометром.
Что вписать в таблицу
| Опыт | Положение | Груз | \(P_{\text{общ}}\), Н | \(F_{\text{тр}}\), Н | \(k_{\text{тр}}\) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | большая грань | 1 гиря | \(P_0+1\) | ваше измерение | \(F_1/(P_0+1)\) |
| 2 | большая грань | 3 гири | \(P_0+3\) | ваше измерение | \(F_2/(P_0+3)\) |
| 3 | малая грань | 1 гиря | \(P_0+1\) | ваше измерение | \(F_3/(P_0+1)\) |
| 4 | малая грань | 3 гири | \(P_0+3\) | ваше измерение | \(F_4/(P_0+3)\) |
| 5 | наждачная бумага | как в опыте 1 | \(P_0+1\) | ваше измерение | \(F_5/(P_0+1)\) |
Числа с фото не видны, поэтому \(F_{\text{тр}}\) и \(k_{\text{тр}}\) нужно взять из ваших измерений.
Проверка на примере
Пусть \(P_0=2\) Н, а в первом опыте динамометр показал \(F_{\text{тр}}=0{,}9\) Н. Тогда:
\[ P_{\text{общ}}=2+1=3\ \text{Н} \]
\[ k_{\text{тр}}=\frac{0{,}9}{3}=0{,}3 \]
Проверка:
\[ k_{\text{тр}}P_{\text{общ}}=0{,}3\cdot 3=0{,}9\ \text{Н} \]
Сходится.
Ответы на контрольные вопросы
При увеличении веса тела сила трения увеличивается — примерно пропорционально весу, если поверхности и материал не меняются.
Коэффициент трения при увеличении веса практически не изменяется. Небольшие отличия — это погрешность опыта.
В школьной модели сила трения и коэффициент трения от площади соприкосновения не зависят. Важно не площадь само по себе, а общий вес и качество поверхностей. Поэтому при одинаковом весе на большой и малой грани \(F_{\text{тр}}\) и \(k_{\text{тр}}\) должны получиться почти одинаковыми.
При изменении качества поверхностей трение меняется: на шероховатой наждачной бумаге сила трения и коэффициент трения больше, на гладкой поверхности — меньше.
Вывод: с ростом веса сила трения увеличивается, а коэффициент трения остаётся примерно постоянным; от площади соприкосновения он практически не зависит, но заметно зависит от материала и шероховатости поверхностей.
