Оборудования
Оборудование: брусок, динамометр, гири по 100 г, наждачная бумага.
Краткий ответ. При равномерном прямолинейном движении брусок не ускоряется, поэтому сила тяги динамометра равна силе трения: \[ F_{\text{тяги}}=F_{\text{тр}}. \] Значит, показание динамометра — это и есть сила трения.
Гиря \(100\) г имеет вес \[ P=mg\approx 0{,}1\cdot 9{,}8\approx 1\ \text{Н}. \] Поэтому одна гиря добавляет примерно \(1\) Н, а три гири — примерно \(3\) Н.
Пусть \(P_0\) — вес самого бруска, измеренный динамометром. Тогда:
| Опыт | Нагрузка | Общий вес | Коэффициент трения |
|---|---|---|---|
| 1 | большая грань, 1 гиря | \(P_0+1\) Н | \(\mu_1=\dfrac{F_{\text{тр}1}}{P_0+1}\) |
| 2 | большая грань, 3 гири | \(P_0+3\) Н | \(\mu_2=\dfrac{F_{\text{тр}2}}{P_0+3}\) |
| 3 | малая грань, 1 гиря | \(P_0+1\) Н | \(\mu_3=\dfrac{F_{\text{тр}3}}{P_0+1}\) |
| 4 | малая грань, 3 гири | \(P_0+3\) Н | \(\mu_4=\dfrac{F_{\text{тр}4}}{P_0+3}\) |
| 5 | наждачная бумага, 1 гиря | \(P_0+1\) Н | \(\mu_5=\dfrac{F_{\text{тр}5}}{P_0+1}\) |
Числа \(F_{\text{тр}1}\ldots F_{\text{тр}5}\) нужно брать с динамометра во время опыта: на фото их нет, поэтому подставить конкретные значения нельзя.
Почему формулы такие. Сила трения скольжения: \[ F_{\text{тр}}=\mu N, \] где \(N\) — сила нормального давления. На горизонтальной поверхности \(N=P_{\text{общ}}\). Отсюда \[ \mu=\frac{F_{\text{тр}}}{P_{\text{общ}}}. \] Коэффициент трения — безразмерная величина.
Поправка динамометра. Подвесь гирю \(100\) г: она должна давать около \(1\) Н. Если динамометр показывает \(F_{\text{эт}}\), поправка: \[ \Delta=1-F_{\text{эт}}. \] Тогда исправленное показание: \[ F_{\text{испр}}=F_{\text{пок}}+\Delta. \]
Ожидаемые результаты опытов:
- при увеличении числа гирь \(F_{\text{тр}}\) растёт;
- \(\mu_1\approx\mu_2\), то есть коэффициент трения почти не зависит от веса;
- \(F_{\text{тр}3}\approx F_{\text{тр}1}\), \(F_{\text{тр}4}\approx F_{\text{тр}2}\): площадь соприкосновения в школьной модели на силу трения не влияет;
- на наждачной бумаге \(F_{\text{тр}5}\) больше, чем \(F_{\text{тр}1}\), и \(\mu_5>\mu_1\).
Ответы на контрольные вопросы:
- При увеличении веса тела сила трения увеличивается — примерно пропорционально силе нормального давления.
- Коэффициент трения при увеличении веса практически не изменяется; небольшие отличия — это погрешность измерений.
- В школьной модели сухого трения сила трения и коэффициент трения от площади соприкосновения не зависят. Важны вес и качество поверхностей.
- При изменении качества поверхностей меняется коэффициент трения: шероховатая поверхность — \(\mu\) больше, гладкая или смазанная — меньше.
