Номер №6, страница 27 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Шабусов

Лабораторная работа № 6

Изучение силы трения (урок 42)

Вспоминаем изученное

Сила трения скольжения возникает при движении одного тела по поверхности другого. Она обозначается $F_{тр}$.

Единица измерения силы трения 1 ньютон (1 Н).

Причины возникновения силы трения:
1) шероховатости поверхностей тел;
2) взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел.

Сила трения пропорциональна силе, прижимающей тело к поверхности.

Измеряем силу трения скольжения

При измерении веса бруска следует внимательно осмотреть динамометр — прибор для измерения силы. Иногда пружина динамометра перекручивается на 90°, и тогда ее нужно поправить. Измерение нужно проводить один раз, несмотря на то, что в таблице (в тетради на печатной основе для выполнения лабораторных работ) три ячейки. Полученное значение можно записать в первую или среднюю ячейку.

При измерении силы трения нужно уверенно перемещать брусок с помощью динамометра по деревянной поверхности. При этом возможны колебания пружины, так как поверхность не может быть идеальной.

Самое сложное измерение предстоит сделать первым — когда брусок без грузов. Сила трения в этом случае небольшая и ее сложно измерить. Не отчаивайтесь, если ваш результат не совсем точный, это не критично. Последующие опыты легче, ведь чем больше величина, тем проще ее измерить.

Находим среднее значение и округляем результат

Для получения более точного результата измерения проводятся 3 раза.

Найдите среднее значение силы трения скольжения, для чего сложите все три измерения и разделите на 3. Не забудьте записать вычисления в тетрадь. Например, если вы получили следующие результаты: 0,2 Н; 0,3 Н; 0,3 Н,

$\left\langle F_{тр} \right\rangle = \frac{0,2 \text{ Н} + 0,3 \text{ Н} + 0,3 \text{ Н}}{3} = 0,266666667 \text{ Н} = 0,27 \text{ Н}.$

Обратите внимание на округление среднего значения. Все величины измерены с точностью всего лишь до одной цифры, поэтому и числитель имеет такую же точность. Но когда мы находим среднее значение и делим на 3, то и погрешность делится на 3 (вспомните метод измерения малых величин). Таким образом, результат следует брать с точностью до двух цифр.

После этого повторите измерения, передвигая брусок поочередно с одним, двумя и тремя грузами.

Примечание. Если вы используете тетради на печатной основе, то в ней указано, что нужно брать два, четыре и шесть грузов. Но обычно в бруске только три отверстия под грузы, поэтому такое количество грузов на него не поместится.

Все полученные значения записываются в таблицу. Вот пример части заполненной таблицы.

Меняем поверхность скольжения

Измерив силу трения деревянного бруска по деревянной же поверхности, поменяйте поверхность скольжения и повторите последний опыт, когда на бруске находится максимальное количество грузов.

Примечание. Сила трения деревянного бруска по разным поверхностям не всегда разная. Так, измерения показывают, что сила трения дерева по дереву, пластмассе, стеклу, бумаге, металлу не сильно различаются. Хорошо, если в школе имеется резиновая поверхность, ведь сила трения дерева по резине в несколько раз больше, чем по дереву.

Измеряем силу трения качения

Это самая сложная часть работы. Поставьте брусок на горизонтальную поверхность и подложите под него три круглых карандаша, которые приготовьте заранее. Потяните брусок динамометром и постарайтесь оценить значение силы. Будьте готовы, что сделать это непросто, так как сила трения качения меньше, чем погрешность измерения динамометром. Поэтому не удивительно, если несколько ваших значений окажутся равными нулю. Но желательно, чтобы хоть одно из трех измерений показало значение 0,1 Н.

Кроме того, в начале движения, когда брусок начинает двигаться из состояния покоя, увеличивая свою скорость, динамометр покажет завышенное значение, потому что движение должно быть равномерным. В этом заключается еще одна сложность измерения. Ведь еще несколько секунд, и брусок слетит с карандашей. Поэтому старайтесь двигать динамометр как можно медленней.

Пишем выводы

В выводах к данной работе нужно указать, что сила трения скольжения зависит от силы, прижимающей тело к поверхности (веса тела); показать результаты сравнения силы трения скольжения по разным поверхностям, а также сравнить силу трения качения с силой трения скольжения.

От чего зависит сила трения?

Мы знаем, что сила трения зависит от шероховатости поверхностей и межмолекулярного притяжения. Но зависит ли она от скорости движения тела и площади соприкосновения поверхностей?

Опыты показывают, что при больших скоростях зависимость силы трения от скорости движения тел есть. Но так как в данной работе скорости незначительные, этой зависимостью можно пренебречь.

А вот исследовать, зависит ли сила трения скольжения от площади поверхности, вы можете. Обратите внимание, что большинство брусков имеют отверстие на двух гранях: широкой и узкой. Вы уже провели измерения с одной гранью. Теперь поверните брусок и поставьте грузы на другую грань (если у вас бруски имеют отверстия только на одной грани, то постарайтесь придумать, как разместить грузы на плоской грани). Повторите первый опыт, используя ту же поверхность (деревянную). Сравните результаты этих опытов и сделайте соответствующий вывод.

Измеряем силу трения скольжения

В ходе эксперимента была изучена зависимость силы трения скольжения от силы нормального давления. Для этого проводились измерения силы трения при равномерном движении деревянного бруска по горизонтальной деревянной поверхности. Сила нормального давления изменялась путем добавления на брусок грузов.

Опыт 1. Движение бруска без грузов.

Дано:

Вес бруска $P_1 = 0.6 \text{ Н}$
Результаты трех измерений силы трения: $F_{тр1,1} = 0.2 \text{ Н}$, $F_{тр1,2} = 0.3 \text{ Н}$, $F_{тр1,3} = 0.2 \text{ Н}$.

Найти:

Среднее значение силы трения $\langle F_{тр1} \rangle$.
Решение:
Среднее значение силы трения находится по формуле:
$\langle F_{тр} \rangle = \frac{F_{тр,1} + F_{тр,2} + F_{тр,3}}{3}$
$\langle F_{тр1} \rangle = \frac{0.2 \text{ Н} + 0.3 \text{ Н} + 0.2 \text{ Н}}{3} = \frac{0.7 \text{ Н}}{3} \approx 0.23 \text{ Н}$

Ответ: $\langle F_{тр1} \rangle \approx 0.23 \text{ Н}$.

Опыт 2. Движение бруска с одним грузом.

Дано:

Вес бруска с одним грузом $P_2 = 1.6 \text{ Н}$
Результаты трех измерений силы трения: $F_{тр2,1} = 0.6 \text{ Н}$, $F_{тр2,2} = 0.7 \text{ Н}$, $F_{тр2,3} = 0.6 \text{ Н}$.

Найти:

Среднее значение силы трения $\langle F_{тр2} \rangle$.
Решение:
$\langle F_{тр2} \rangle = \frac{0.6 \text{ Н} + 0.7 \text{ Н} + 0.6 \text{ Н}}{3} = \frac{1.9 \text{ Н}}{3} \approx 0.63 \text{ Н}$

Ответ: $\langle F_{тр2} \rangle \approx 0.63 \text{ Н}$.

Опыт 3. Движение бруска с двумя грузами.

Дано:

Вес бруска с двумя грузами $P_3 = 2.6 \text{ Н}$
Результаты трех измерений силы трения: $F_{тр3,1} = 1.0 \text{ Н}$, $F_{тр3,2} = 1.1 \text{ Н}$, $F_{тр3,3} = 1.0 \text{ Н}$.

Найти:

Среднее значение силы трения $\langle F_{тр3} \rangle$.
Решение:
$\langle F_{тр3} \rangle = \frac{1.0 \text{ Н} + 1.1 \text{ Н} + 1.0 \text{ Н}}{3} = \frac{3.1 \text{ Н}}{3} \approx 1.03 \text{ Н}$

Ответ: $\langle F_{тр3} \rangle \approx 1.03 \text{ Н}$.

Вывод по разделу: Сравнение результатов опытов 1, 2 и 3 ($0.23 \text{ Н}$, $0.63 \text{ Н}$, $1.03 \text{ Н}$) показывает, что с увеличением веса тела (силы нормального давления) сила трения скольжения также увеличивается.

Меняем поверхность скольжения

Для изучения зависимости силы трения от рода соприкасающихся поверхностей был проведен опыт с движением бруска с двумя грузами по листу наждачной бумаги.

Опыт 4. Движение бруска с двумя грузами по наждачной бумаге.

Дано:

Вес бруска с двумя грузами $P_3 = 2.6 \text{ Н}$
Результаты трех измерений силы трения: $F_{тр4,1} = 1.5 \text{ Н}$, $F_{тр4,2} = 1.6 \text{ Н}$, $F_{тр4,3} = 1.5 \text{ Н}$.

Найти:

Среднее значение силы трения $\langle F_{тр4} \rangle$.
Решение:
$\langle F_{тр4} \rangle = \frac{1.5 \text{ Н} + 1.6 \text{ Н} + 1.5 \text{ Н}}{3} = \frac{4.6 \text{ Н}}{3} \approx 1.53 \text{ Н}$

Ответ: $\langle F_{тр4} \rangle \approx 1.53 \text{ Н}$.

Вывод по разделу: Сила трения скольжения бруска с двумя грузами по наждачной бумаге ($\approx 1.53 \text{ Н}$) оказалась значительно больше, чем по деревянной поверхности ($\approx 1.03 \text{ Н}$). Это доказывает, что сила трения зависит от материала и шероховатости соприкасающихся поверхностей.

Измеряем силу трения качения

Для сравнения силы трения скольжения и силы трения качения брусок с двумя грузами был помещен на три круглых карандаша, после чего была измерена сила, необходимая для его равномерного перемещения.

Опыт 5. Качение бруска с двумя грузами на карандашах.

Дано:

Вес бруска с двумя грузами $P_3 = 2.6 \text{ Н}$
Результаты трех измерений силы трения качения: $F_{тр.кач,1} = 0.1 \text{ Н}$, $F_{тр.кач,2} = 0.0 \text{ Н}$, $F_{тр.кач,3} = 0.1 \text{ Н}$.

Найти:

Среднее значение силы трения качения $\langle F_{тр.кач} \rangle$.
Решение:
$\langle F_{тр.кач} \rangle = \frac{0.1 \text{ Н} + 0.0 \text{ Н} + 0.1 \text{ Н}}{3} = \frac{0.2 \text{ Н}}{3} \approx 0.07 \text{ Н}$

Ответ: $\langle F_{тр.кач} \rangle \approx 0.07 \text{ Н}$.

Вывод по разделу: Сила трения качения ($\approx 0.07 \text{ Н}$) при тех же условиях оказалась в несколько раз меньше силы трения скольжения по дереву ($\approx 1.03 \text{ Н}$).

От чего зависит сила трения?

Для исследования зависимости силы трения от площади соприкосновения поверхностей был повторен опыт 1, но брусок был перевернут на узкую боковую грань.

Опыт 6. Движение бруска без грузов на узкой грани.

Дано:

Вес бруска $P_1 = 0.6 \text{ Н}$
Результаты трех измерений силы трения: $F'_{тр1,1} = 0.2 \text{ Н}$, $F'_{тр1,2} = 0.2 \text{ Н}$, $F'_{тр1,3} = 0.3 \text{ Н}$.

Найти:

Среднее значение силы трения $\langle F'_{тр1} \rangle$.
Решение:
$\langle F'_{тр1} \rangle = \frac{0.2 \text{ Н} + 0.2 \text{ Н} + 0.3 \text{ Н}}{3} = \frac{0.7 \text{ Н}}{3} \approx 0.23 \text{ Н}$

Ответ: $\langle F'_{тр1} \rangle \approx 0.23 \text{ Н}$.

Вывод по разделу: Среднее значение силы трения для бруска на узкой грани ($\approx 0.23 \text{ Н}$) практически совпало со значением, полученным для бруска на широкой грани ($\approx 0.23 \text{ Н}$). Следовательно, сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел.

Пишем выводы

На основе проведенных экспериментов можно сделать следующие выводы о силе трения:

1. Сила трения скольжения зависит от силы, прижимающей тело к поверхности (силы нормального давления). С увеличением этой силы, сила трения также увеличивается.

2. Сила трения скольжения зависит от рода и качества обработки соприкасающихся поверхностей. Для более шероховатых поверхностей сила трения больше.

3. Сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей при неизменной силе нормального давления.

4. Сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения при прочих равных условиях.

Ответ: В ходе лабораторной работы были экспериментально исследованы основные свойства силы трения. Установлено, что сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления, зависит от рода поверхностей, но не зависит от площади их контакта. Также было показано, что трение качения намного меньше трения скольжения.