Цель работы:
Выяснить, от чего зависит сила трения скольжения, и сравнить её с силой трения качения.
Приборы и материалы:
Динамометр, деревянный брусок, две цилиндрические палочки (круглые карандаши), набор грузов.
Указания к работе:
1. Положите брусок на деревянную поверхность стола.
2. Прикрепите к бруску динамометр и постарайтесь равномерно перемещать брусок по поверхности. Динамометр будет показывать силу тяги, равную силе трения. Запишите показания динамометра в таблицу 11.
3. Определите вес бруска и запишите в таблицу. Сравните вес бруска с силой трения.
4. Поставив груз на брусок, повторите измерения поочерёдно с одним грузом, а затем с двумя (см. пункты 2 и 3).
5. Положите брусок на пластмассовую поверхность и, перемещая его равномерно, определите силу трения. Показания динамометра запишите в таблицу 11.
6. Разместите брусок на двух цилиндрических палочках и равномерно перемещайте его по столу. Показания динамометра запишите в таблицу 11.
7. Проанализируйте результаты измерений.
Таблица 11.
Ход работы.
Чтобы измерить силу трения воспользуемся пружинным динамометром.
1. Прикрепим к бруску динамометр и будем равномерно двигать брусок по доске. Измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при его равномерном движении, мы измеряем силу трения скольжения. Запишем показания динамометра в таблицу 11.
2. Определим с помощью динамометра вес бруска, он равен 2 Н. Запишем значения веса в таблицу 11.
3. Поставим один груз на брусок и повторим измерения силы трения скольжения поочерёдно с одним грузом (1 Н), а затем с двумя (2Н). Запишем значения веса и показания динамометра в таблицу 11.
4. Положим брусок на пластмассовую поверхность и будем равномерно двигать брусок по поверхности, с помощью динамометра определим силу трения скольжения. Запишем значения веса и показания динамометра в таблицу 11.
5. Разместим брусок на двух цилиндрических палочках и равномерно переместим его по столу. В данном случае с помощью динамометра мы измерим силу трения качения. Запишем значения веса и показания динамометра в таблицу 11.
6. Результаты измерений показали, что если на брусок положить груз, то сила трения скольжения окажется больше силы трения, измеренной без груза, то есть чем больше сила, прижимающая тело к поверхности, тем больше возникающая при этом сила трения.
Сила трения при движении бруска по пластмассовой поверхности меньше, чем при движении бруска по деревянной поверхности, так как сила трения зависит от шероховатости поверхностей соприкасающихся тел.
Силу трения качения меньше силы трения скольжения.
Таблица 11.
| № опыта | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| Сила трения $F_{тр}$, Н | 0,4 | 0,6/0,8 | 0,2 | 0,1 |
| Вес тела Р, Н | 2 | 3/4 | 2 | 2 |
Вывод. В ходе лабораторной работы мы выяснили, что сила трения зависит от веса скользящего тела и от поверхности движения, и сравнили её с силой трения качения.
Теоретическая часть
Сила трения — это сила, возникающая при контакте двух тел и препятствующая их относительному движению. Она направлена противоположно движению или попытке движения одного тела относительно другого. Существуют несколько видов трения, в том числе трение покоя, трение скольжения и трение качения.
Трение скольжения — это сила, которая возникает, когда одно тело скользит по поверхности другого.
Трение качения — это сила, возникающая при качении тела по поверхности.
Зависимость силы трения от нормальной реакции опоры (веса тела):
Сила трения скольжения $ F_{\text{тр}} $ прямо пропорциональна силе нормальной реакции $ N $, которая равна весу тела $ P $ в отсутствии дополнительных вертикальных сил:
$$
F_{\text{тр}} = \mu \cdot N,
$$
где $ \mu $ — коэффициент трения, зависящий от материалов поверхностей.
Зависимость силы трения от типа поверхностей:
Коэффициент трения $ \mu $ зависит от свойств материалов соприкасающихся тел и состояния их поверхности (гладкость, наличие загрязнений).
Сила трения качения меньше силы трения скольжения:
Сила трения качения возникает при движении тела по опоре, когда тело катится (например, колесо). Она значительно меньше силы трения скольжения, так как площадь контакта между телом и опорой меньше, а деформация поверхностей минимальна.
Вес тела $ P $ — это сила, с которой тело действует на опору, вследствие воздействия гравитации. Формула для расчета веса:
$$
P = m \cdot g,
$$
где:
− $ m $ — масса тела,
− $ g $ — ускорение свободного падения ($ g \approx 9.8 \, \text{м/с}^2 $ на Земле).
Нормальная реакция $ N $ — это сила, с которой опора противодействует весу тела. В условиях горизонтальной поверхности $ N = P $.
Динамометр — это прибор для измерения силы. В данном опыте он используется для определения силы трения, так как сила, с которой динамометр перемещает брусок, равна силе трения при равномерном движении.
В опыте исследуется, как сила трения изменяется при увеличении веса тела. Если к бруску добавляются грузы, его вес увеличивается, а значит, возрастает нормальная реакция $ N $, что, в свою очередь, приводит к увеличению силы трения $ F_{\text{тр}} $.
В последней части эксперимента брусок размещается на цилиндрических палочках, что изменяет характер контакта между телом и поверхностью. Вместо скольжения осуществляется качение, и сила трения становится существенно меньше. Это связано с уменьшением площади контакта и деформации поверхностей.
Показания динамометра в различных условиях наглядно подтвердят эти теоретические закономерности.
Пожауйста, оцените решение
