Лабораторные работы — с. 216
Лабораторная работа № 8. Исследование зависимости силы трения скольжения от площади соприкосновения тел, прижимающей силы, рода поверхности.
Цель работы. Исследовать зависимость силы трения скольжения от площади соприкосновения тел, прижимающей силы и рода поверхности.
Приборы и материалы. Динамометр, деревянный брусок, набор грузов массой 100 г каждый, деревянная и пластиковая рейки.
Указания к работе.
1. Определите вес бруска.
2. Обработка результатов измерений. Записывайте в таблицу 16 показания динамометра с учётом абсолютной погрешности измерений, равной цене деления шкалы динамометра. [Таблица 16: столбцы — № опыта; Сила трения F_тр ± ΔF, Н (широкая грань бруска; узкая грань бруска); Вес тела P ± ΔP, Н.]
3. Положите брусок на деревянную рейку широкой гранью. Прикрепите к бруску динамометр и равномерно перемещайте брусок по поверхности, держа динамометр горизонтально. При этом он будет показывать силу тяги, равную силе трения.
4. Положите брусок на доску узкой гранью и измерьте силу трения скольжения. Сравните показания динамометра в обоих опытах. Сравните силу трения с весом бруска.
5. Нагружая брусок поочерёдно одним грузом, а затем двумя, повторите измерения (см. п. 3—4).
6. Покажите на числовой оси интервал возможных значений веса тела.
7. Повторите п. 3, заменив деревянную рейку пластиковой.
8. Проанализируйте результаты измерений и сделайте вывод.
Цель работы. Исследовать зависимость силы трения скольжения от площади соприкосновения тел, прижимающей силы и рода поверхности.
Приборы и материалы. Динамометр, деревянный брусок, набор грузов массой 100 г каждый, деревянная и пластиковая рейки.
Указания к работе.
1. Определите вес бруска.
2. Обработка результатов измерений. Записывайте в таблицу 16 показания динамометра с учётом абсолютной погрешности измерений, равной цене деления шкалы динамометра. [Таблица 16: столбцы — № опыта; Сила трения F_тр ± ΔF, Н (широкая грань бруска; узкая грань бруска); Вес тела P ± ΔP, Н.]
3. Положите брусок на деревянную рейку широкой гранью. Прикрепите к бруску динамометр и равномерно перемещайте брусок по поверхности, держа динамометр горизонтально. При этом он будет показывать силу тяги, равную силе трения.
4. Положите брусок на доску узкой гранью и измерьте силу трения скольжения. Сравните показания динамометра в обоих опытах. Сравните силу трения с весом бруска.
5. Нагружая брусок поочерёдно одним грузом, а затем двумя, повторите измерения (см. п. 3—4).
6. Покажите на числовой оси интервал возможных значений веса тела.
7. Повторите п. 3, заменив деревянную рейку пластиковой.
8. Проанализируйте результаты измерений и сделайте вывод.
Ход работы (данные типичного опыта; цена деления динамометра 0,1 Н, поэтому ΔF = ΔP = 0,1 Н).
1. Вес бруска. Подвесили брусок к динамометру: P = (2,0 ± 0,1) Н (масса бруска около 200 г).
2. Таблица 16 заполнена ниже (опыты 1–3 — деревянная рейка, опыты 4–6 — пластиковая).
3. Опыт на деревянной рейке, широкая грань. Брусок равномерно тянули горизонтально, динамометр показал F_тр = (0,6 ± 0,1) Н.
4. Узкая грань. Показание динамометра также 0,6 Н. Показания в двух опытах равны в пределах погрешности, значит, сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения. Сила трения (0,6 Н) намного меньше веса бруска (2,0 Н): она составляет примерно 0,3 веса, 0,6 / 2,0 = 0,30.
5. Нагрузка. С одним грузом вес P = 2,0 + 1,0 = 3,0 Н: F_тр = 0,9 Н (широкая грань) и 0,8 Н (узкая), отношение F_тр / P = 0,9 / 3,0 = 0,30. С двумя грузами P = 4,0 Н: F_тр = 1,2 Н на обеих гранях, F_тр / P = 0,30. Сила трения растёт в той же пропорции, что и вес (в 1,5 и в 2 раза), то есть она прямо пропорциональна прижимающей силе. Разница 0,9 и 0,8 Н не превышает погрешности 0,1 Н.
6. Интервал возможных значений веса. Для P = (2,0 ± 0,1) Н на числовой оси от 1,9 Н до 2,1 Н; для 3 грузов от 2,9 до 3,1 Н; для 4 грузов от 3,9 до 4,1 Н.
7. Пластиковая рейка (широкая грань, горизонтально, равномерно): P = 2,0 Н: F_тр = 0,4 Н; P = 3,0 Н: F_тр = 0,6 Н; P = 4,0 Н: F_тр = 0,8 Н. Отношение F_тр / P = 0,20 во всех случаях.
8. Вывод. 1. Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел (широкая и узкая грани дали одинаковый результат в пределах погрешности). 2. Сила трения скольжения прямо пропорциональна прижимающей силе (весу бруска с грузами): при росте веса в 1,5 и в 2 раза она вырастает во столько же раз. 3. Сила трения зависит от рода поверхностей: при том же весе на пластиковой рейке она меньше (0,4 Н против 0,6 Н на деревянной). Отношение F_тр / P (коэффициент трения скольжения) для дерева по дереву около 0,3, для дерева по пластику около 0,2.
Оговорка: числовые значения получены для типичного оборудования и могут отличаться.
1. Вес бруска. Подвесили брусок к динамометру: P = (2,0 ± 0,1) Н (масса бруска около 200 г).
2. Таблица 16 заполнена ниже (опыты 1–3 — деревянная рейка, опыты 4–6 — пластиковая).
3. Опыт на деревянной рейке, широкая грань. Брусок равномерно тянули горизонтально, динамометр показал F_тр = (0,6 ± 0,1) Н.
4. Узкая грань. Показание динамометра также 0,6 Н. Показания в двух опытах равны в пределах погрешности, значит, сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения. Сила трения (0,6 Н) намного меньше веса бруска (2,0 Н): она составляет примерно 0,3 веса, 0,6 / 2,0 = 0,30.
5. Нагрузка. С одним грузом вес P = 2,0 + 1,0 = 3,0 Н: F_тр = 0,9 Н (широкая грань) и 0,8 Н (узкая), отношение F_тр / P = 0,9 / 3,0 = 0,30. С двумя грузами P = 4,0 Н: F_тр = 1,2 Н на обеих гранях, F_тр / P = 0,30. Сила трения растёт в той же пропорции, что и вес (в 1,5 и в 2 раза), то есть она прямо пропорциональна прижимающей силе. Разница 0,9 и 0,8 Н не превышает погрешности 0,1 Н.
6. Интервал возможных значений веса. Для P = (2,0 ± 0,1) Н на числовой оси от 1,9 Н до 2,1 Н; для 3 грузов от 2,9 до 3,1 Н; для 4 грузов от 3,9 до 4,1 Н.
7. Пластиковая рейка (широкая грань, горизонтально, равномерно): P = 2,0 Н: F_тр = 0,4 Н; P = 3,0 Н: F_тр = 0,6 Н; P = 4,0 Н: F_тр = 0,8 Н. Отношение F_тр / P = 0,20 во всех случаях.
8. Вывод. 1. Сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел (широкая и узкая грани дали одинаковый результат в пределах погрешности). 2. Сила трения скольжения прямо пропорциональна прижимающей силе (весу бруска с грузами): при росте веса в 1,5 и в 2 раза она вырастает во столько же раз. 3. Сила трения зависит от рода поверхностей: при том же весе на пластиковой рейке она меньше (0,4 Н против 0,6 Н на деревянной). Отношение F_тр / P (коэффициент трения скольжения) для дерева по дереву около 0,3, для дерева по пластику около 0,2.
Оговорка: числовые значения получены для типичного оборудования и могут отличаться.