Как можно измерить силу трения?
Чтобы измерить силу трения скольжения деревянного бруска по доске или по столу, нужно прикрепить к нему динамометр. (рис. 83, а).
рис. 83. Сравнение сил трения скольжения (а) и трения качения (б)
Затем равномерно двигать брусок по доске, держа динамометр горизонтально. На брусок в горизонтальном направлении действуют две силы. Одна сила − сила упругости пружины динамометра, направленная в сторону движения. Вторая сила − сила трения, направленная против движения. Так как брусок движется равномерно, то равнодействующая этих двух сил равна нулю. Следовательно, эти силы равны по модулю, но противоположны по направлению. Динамометр показывает силу упругости (силу тяги), равную по модулю силе трения.
Измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при его равномерном движении, мы измеряем силу трения.
Положив деревянный брусок на круглые палочки, можно измерить силу трения качения (рис. 83, б). Она оказывается меньше силы трения скольжения.
Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух поверхностей и препятствующая их относительному движению. Чтобы измерить силу трения, необходимо понимать её природу и характеристики, а также использовать подходящий экспериментальный метод. Рассмотрим теоретическую часть подробно:
1. Виды трения.
Сила трения бывает нескольких видов:
− Трение покоя — возникает, когда тело находится в состоянии покоя и препятствует началу движения.
− Трение скольжения — возникает, когда одно тело скользит по поверхности другого.
− Трение качения — возникает при катании круглого тела по поверхности.
2. Природа силы трения.
Сила трения связана с неровностями на поверхностях соприкасающихся тел. Даже если поверхность кажется гладкой, на микроскопическом уровне она имеет шероховатости, которые цепляются друг за друга.
Кроме того, между поверхностями действует молекулярное притяжение. Эти факторы обуславливают возникновение силы трения.
3. Основные законы трения.
Сила трения подчиняется следующим законам:
− Сила трения пропорциональна силе нормальной реакции опоры $ F_{тр} = \mu \cdot F_{N} $, где $ \mu $ — коэффициент трения, а $ F_{N} $ — сила нормальной реакции (обычно равна весу тела, если поверхность горизонтальная).
− Сила трения не зависит от площади соприкосновения поверхностей (в пределах небольших изменений).
− Сила трения зависит от природы и состояния поверхностей (например, гладкие или шершавые).
4. Способы измерения силы трения.
Для измерения силы трения можно использовать следующий метод:
а) Использование динамометра.
Динамометр — это прибор, который измеряет силу в ньютонах. С его помощью можно определить силу трения между телами:
− Положите тело на поверхность.
− Прикрепите динамометр к телу и начинайте его тянуть горизонтально, увеличивая силу.
− Запомните показания динамометра в момент, когда тело начинает движется (это сила трения покоя).
− Продолжайте тянуть тело с постоянной скоростью и запомните показания (это сила трения скольжения).
б) Эксперимент с наклонной плоскостью.
− Разместите тело на наклонной плоскости и медленно увеличивайте угол её наклона.
− Когда тело начнёт скользить, запишите значение угла наклона $ \alpha $.
− Используйте формулу $ \mu = \tan \alpha $, чтобы найти коэффициент трения.
− Умножьте $ \mu $ на силу нормальной реакции $ F_{N} $, чтобы найти силу трения.
5. Зависимость силы трения от различных факторов.
− Сила нормальной реакции: Чем больше масса тела, тем больше сила трения, так как $ F_{N} $ увеличивается.
− Коэффициент трения: Сила трения зависит от характеристик поверхности — гладкая поверхность имеет меньший коэффициент трения, а шероховатая — больший.
− Состояние поверхности: Наличие смазки или грязи может уменьшить или увеличить коэффициент трения.
6. Формула для расчёта силы трения.
Формула силы трения скольжения:
$$
F_{тр} = \mu \cdot F_{N},
$$
где:
− $ F_{тр} $ — сила трения (измеряется в ньютонах, Н),
− $ \mu $ — коэффициент трения (безразмерная величина),
− $ F_{N} $ — сила нормальной реакции (измеряется в ньютонах, Н).
7. Единицы измерения силы трения.
Сила трения измеряется в ньютонах (Н). Один ньютон равен силе, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с².
Таким образом, измерение силы трения можно провести с помощью экспериментальных методов, опираясь на законы механики и используя соответствующие инструменты.
Пожауйста, оцените решение
