Лабораторная работа №6, страница 165 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

Лабораторная работа № 6.Изучение силы трения

Цель: научиться измерять силу трения скольжения; выяснить факторы, влияющие на ее значение, и сравнить силы трения скольжения и качения.

Оборудование: деревянная доска, полоска пластмассы (можно использовать крышку пластмассового стола), деревянный брусок с отверстиями, набор грузов, две цилиндрические палочки или два карандаша, динамометр.

Проверьте себя

1. Когда возникает сила трения скольжения? Сила трения качения?

2. Как измерить силу трения?

Ход работы

1. Измерьте с помощью динамометра вес деревянного бруска с отверстиями.

2. Передвигая брусок с помощью динамометра (рис. 260, а) равномерно по горизонтальной деревянной доске, измерьте силу упругости $F_{упр}$ пружины динамометра, численно равную силе трения. Измерения повторите не менее трех раз, найдите среднее значение этой силы.

3. Повторите измерения, передвигая брусок с помещенными на него грузами (рис. 260, б) массой по 100 г (поочередно с тремя и шестью грузами). Сделайте вывод о причинах изменения силы трения.

4. Сохраняя на бруске шесть грузов, измерьте силу трения скольжения бруска по пластмассовой поверхности. Сравните ее значение с силой трения по деревянной поверхности. Сделайте вывод.

5. Под брусок с шестью грузами поместите две цилиндрические палочки и измерьте силу трения качения. Сравните силы трения скольжения и качения и сделайте вывод.

Составьте таблицу и внесите в нее данные проведенных вами измерений.

Контрольные вопросы

1. Каковы причины возникновения силы трения?

2. Почему во всех измерениях необходимо передвигать брусок равномерно?

Выводы

Суперзадание

Исследуйте, как значение силы трения скольжения зависит от площади соприкосновения трущихся поверхностей тел.

Проверьте себя

1. Когда возникает сила трения скольжения? Сила трения качения?
Сила трения скольжения возникает, когда одно тело скользит или пытается скользить по поверхности другого. Она направлена в сторону, противоположную движению (или возможному движению). Например, когда мы двигаем брусок по доске.
Сила трения качения возникает, когда одно тело (обычно круглой формы, как шар или цилиндр) катится по поверхности другого. Она также направлена против движения и возникает из-за деформации как катящегося тела, так и поверхности. Например, когда под брусок подкладывают карандаши.

Ответ: Сила трения скольжения возникает при относительном движении поверхностей двух соприкасающихся тел, а сила трения качения — при качении одного тела по поверхности другого.

2. Как измерить силу трения?
Чтобы измерить силу трения, нужно двигать тело по поверхности с постоянной скоростью (равномерно). Для этого к телу прикрепляют динамометр и тянут его горизонтально. Согласно первому закону Ньютона, если тело движется равномерно, то сумма всех действующих на него сил равна нулю. В горизонтальном направлении на тело действуют две силы: сила тяги $F_{\text{тяги}}$, создаваемая динамометром, и сила трения $F_{\text{тр}}$, направленная в противоположную сторону.
При равномерном движении ускорение $a=0$, поэтому $F_{\text{тяги}} - F_{\text{тр}} = 0$, откуда следует, что $F_{\text{тяги}} = F_{\text{тр}}$.
Показания динамометра как раз и равны силе тяги. Таким образом, измеряя силу тяги, необходимую для равномерного движения тела, мы измеряем равную ей по модулю силу трения.

Ответ: Силу трения можно измерить с помощью динамометра, равномерно перемещая тело по горизонтальной поверхности. Показания динамометра в этом случае будут численно равны силе трения скольжения.

Контрольные вопросы

1. Каковы причины возникновения силы трения?
Существуют две основные причины возникновения силы трения:
1. Шероховатость поверхностей. Даже самые гладкие на вид поверхности имеют микроскопические неровности (выступы и впадины). При движении эти неровности зацепляются друг за друга, создавая сопротивление.
2. Межмолекулярное притяжение. Когда поверхности тел соприкасаются, молекулы в местах наиболее тесного контакта притягиваются друг к другу. Чтобы сдвинуть одно тело относительно другого, необходимо преодолеть эти силы притяжения.

Ответ: Основными причинами возникновения силы трения являются шероховатость соприкасающихся поверхностей и взаимное притяжение молекул этих поверхностей.

2. Почему во всех измерениях необходимо передвигать брусок равномерно?
Передвигать брусок равномерно необходимо для того, чтобы сила тяги, которую показывает динамометр, была равна по модулю силе трения. Согласно второму закону Ньютона, равнодействующая всех сил, приложенных к телу, равна произведению массы тела на его ускорение ($F = ma$).
В горизонтальном направлении на брусок действуют сила тяги $F_{\text{тяги}}$ и сила трения $F_{\text{тр}}$. Равнодействующая этих сил равна $F_{\text{тяги}} - F_{\text{тр}}$.
Если движение равномерное, то скорость постоянна, а ускорение $a = 0$. Тогда $F_{\text{тяги}} - F_{\text{тр}} = m \cdot 0 = 0$, и следовательно, $F_{\text{тяги}} = F_{\text{тр}}$.
Если же движение будет ускоренным ($a > 0$), то $F_{\text{тяги}} - F_{\text{тр}} > 0$, то есть $F_{\text{тяги}} > F_{\text{тр}}$, и динамометр покажет значение большее, чем сила трения.

Ответ: Брусок необходимо передвигать равномерно, так как только в этом случае (при ускорении, равном нулю) сила тяги, измеряемая динамометром, будет численно равна силе трения.

Выводы

По результатам выполненной лабораторной работы можно сделать следующие выводы:
1. Сила трения скольжения зависит от силы нормальной реакции опоры (которая в данном опыте равна весу бруска с грузами). С увеличением веса (при добавлении грузов) сила трения скольжения увеличивается. Это соответствует формуле $F_{\text{тр}} = \mu N$, где $N$ - сила нормальной реакции.
2. Сила трения скольжения зависит от материалов соприкасающихся поверхностей. При одинаковом весе бруска сила трения при движении по деревянной доске отличается от силы трения при движении по пластмассовой поверхности.
3. Сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения при прочих равных условиях (одинаковый вес и материалы поверхностей). Это подтверждается сравнением измерений с грузами на бруске и с грузами на бруске, установленном на цилиндрические палочки.

Ответ: Сила трения скольжения зависит от веса тела и от рода соприкасающихся поверхностей. Сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения.

Суперзадание

Исследуйте, как значение силы трения скольжения зависит от площади соприкосновения трущихся поверхностей тел.
Для проведения этого исследования необходимо использовать тот же деревянный брусок. У бруска, как правило, есть грани разной площади.
План исследования:
1. Положить брусок на его самую большую грань на горизонтальную поверхность (например, на деревянную доску).
2. С помощью динамометра измерить силу трения скольжения, двигая брусок равномерно. Записать результат.
3. Поставить тот же брусок на его самую маленькую грань (например, на торец). Площадь соприкосновения уменьшится, но вес бруска и материалы поверхностей останутся теми же.
4. Снова измерить силу трения скольжения, двигая брусок равномерно.
5. Сравнить полученные результаты.
Ожидаемый результат:
Измеренные значения силы трения в обоих случаях будут примерно одинаковыми (в пределах погрешности измерений). Это позволяет сделать вывод, что сила трения скольжения практически не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. Это согласуется с основной формулой силы трения $F_{\text{тр}} = \mu N$, в которой площадь $S$ отсутствует.

Ответ: Для исследования зависимости силы трения от площади контакта нужно измерить силу трения для одного и того же бруска, расположенного на разных по площади гранях. Эксперимент покажет, что сила трения скольжения (при неизменном весе и материалах) не зависит от площади соприкосновения.