Номер 892, страница 173 - гдз по физике 9 класс сборник задач Исаченкова, Дорофейчик

Цель работы: Экспериментально определить работу средней силы тяги «двигателя» механической заводной игрушки при ее движении до полной остановки.

Оборудование: Заводная игрушка, мерная лента, динамометр, нить.

Ход работы

1. Полностью заводим механизм игрушки. Ставим ее на ровную горизонтальную поверхность и отпускаем, позволяя двигаться до полной остановки.

2. С помощью мерной ленты измеряем полный путь s, пройденный игрушкой. Заносим результат в тетрадь.

3. Теоретическое обоснование. Согласно закону сохранения энергии, работа, совершенная «двигателем» игрушки (силой тяги), расходуется на преодоление сил сопротивления (в основном, силы трения). Так как начальная и конечная скорости игрушки равны нулю, изменение ее кинетической энергии также равно нулю ($\Delta E_k = 0$). Полная работа всех сил равна изменению кинетической энергии: $A_{полная} = A_{тяги} + A_{тр} = \Delta E_k = 0$. Отсюда следует, что работа силы тяги равна по модулю работе силы трения: $A_{тяги} = -A_{тр}$. Работа силы трения отрицательна и равна $A_{тр} = -F_{тр} \cdot s$, где $F_{тр}$ — средняя сила трения. Таким образом, для нахождения работы силы тяги воспользуемся формулой:

$A_{тяги} = F_{тр} \cdot s$

4. Для измерения средней силы трения $F_{тр}$ дождемся, когда пружина игрушки полностью раскрутится. Затем прикрепим к игрушке нить, а к нити — динамометр. Будем равномерно и прямолинейно тянуть игрушку по той же поверхности с помощью динамометра. Показание динамометра при равномерном движении будет равно средней силе трения $F_{тр}$. Для большей точности измерение следует повторить 2-3 раза и найти среднее арифметическое значение силы трения.

5. Зная измеренные значения пути s и средней силы трения $F_{тр}$, вычисляем искомую работу силы тяги.

Пример измерений и вычислений

Предположим, что в ходе эксперимента были получены следующие данные:

Дано:

Путь, пройденный игрушкой, $s = 3 \text{ м}$

Средняя сила трения, $F_{тр} = 0.2 \text{ Н}$

Найти:

$A_{тяги}$ — ?

Решение:

Работа силы тяги «двигателя» игрушки равна работе, которую нужно совершить против сил трения на всем пути движения игрушки:

$A_{тяги} = F_{тр} \cdot s$

Подставим экспериментальные данные в формулу:

$A_{тяги} = 0.2 \text{ Н} \cdot 3 \text{ м} = 0.6 \text{ Дж}$

Ответ: работа средней силы тяги «двигателя» игрушки равна $0.6 \text{ Дж}$.