Номер 1, страница 68 - гдз по физике 7 класс обучающая тетрадь Шабусов, Дубина

1. Домашний эксперимент. Положите монету на книгу. Поднимайте один край книги до тех пор, пока монета не начнет соскальзывать. При помощи транспортира измерьте критический угол между книгой и столом, при котором началось соскальзывание монете. Замените последовательно монету на ластик, линейку, небольшую картонную коробку. Измерьте критические углы в каждом случае. Сделайте выводы.

Цель эксперимента

Экспериментально определить и сравнить критические углы соскальзывания для различных предметов (монета, ластик, линейка, картонная коробка) с наклонной плоскости (книги), а также установить связь между критическим углом и коэффициентом трения покоя.

Теоретическая часть

Когда предмет массой $\text{m}$ находится на наклонной плоскости с углом наклона $\alpha$, на него действуют сила тяжести $\text{mg}$, сила нормальной реакции опоры $\text{N}$ и сила трения покоя $F_{тр}$. Вдоль наклонной плоскости вниз действует скатывающая сила $F_{\parallel} = mg \sin(\alpha)$, а сила трения покоя $F_{тр}$ направлена вверх и препятствует движению. Сила нормальной реакции опоры равна $N = mg \cos(\alpha)$.
Скольжение начинается, когда скатывающая сила превышает максимальную силу трения покоя $F_{тр.макс} = \mu N$, где $\mu$ – коэффициент трения покоя. Критический угол $\alpha_{кр}$ — это угол, при котором эти силы равны:
$mg \sin(\alpha_{кр}) = F_{тр.макс} = \mu \cdot (mg \cos(\alpha_{кр}))$
Сокращая массу $\text{m}$ и ускорение свободного падения $\text{g}$, получаем выражение, связывающее критический угол и коэффициент трения:
$\tan(\alpha_{кр}) = \mu$
Эта формула показывает, что критический угол зависит только от коэффициента трения между поверхностями и не зависит от массы предмета.

Ход эксперимента и предполагаемые результаты

1. Проведение измерений: Поочередно класть на книгу монету, ластик, линейку и картонную коробку. Медленно поднимать край книги до тех пор, пока предмет не начнет соскальзывать. В этот момент с помощью транспортира измерить критический угол наклона книги к столу.
2. Предполагаемые результаты: Критические углы будут различными для разных предметов, так как коэффициент трения $\mu$ зависит от материалов. Ожидается, что резиновый ластик будет иметь самый большой коэффициент трения и, следовательно, самый большой критический угол. Металлическая монета, скорее всего, будет иметь самый маленький угол. Примерная иерархия критических углов:
$\alpha_{монета} < \alpha_{линейка/коробка} < \alpha_{ластик}$
Например, для монеты угол может быть около $15^\circ-25^\circ$, а для ластика — $35^\circ-45^\circ$ и выше.

Выводы

В ходе эксперимента устанавливается, что критический угол, при котором начинается скольжение, зависит от рода материалов соприкасающихся поверхностей. Чем больше коэффициент трения покоя между предметом и книгой, тем больший угол наклона необходим для начала движения. Это подтверждается тем, что для ластика, имеющего высокий коэффициент трения с бумагой, требуется наибольший угол наклона, а для гладкой монеты — наименьший. Таким образом, эксперимент наглядно демонстрирует понятие силы трения покоя и зависимость ее максимального значения от свойств поверхностей.

Ответ: Критический угол соскальзывания предмета с наклонной плоскости зависит от коэффициента трения покоя между поверхностями предмета и плоскости. Эта зависимость выражается формулой $\tan(\alpha_{кр}) = \mu$. Чем больше коэффициент трения, тем больше критический угол. В данном эксперименте самый большой критический угол будет у ластика (из-за высокого коэффициента трения резины о бумагу), а самый маленький, вероятно, у монеты (из-за низкого коэффициента трения металла о бумагу).