Задание №14 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#44083Задание №14ФИПИ

Сила трения

Ученик провёл эксперимент по изучению силы трения скольжения, перемещая брусок с грузами равномерно по горизонтальным поверхностям
с помощью динамометра (см. рисунок). Погрешность измерения силы трения составляет ±0,1 Н.

Результаты экспериментальных измерений массы бруска с грузами m, площади соприкосновения бруска и поверхности S и приложенной силы F представлены в таблице.

$№$ опыта	Поверхность	m, г	S, см²	F, Н
1	Деревянная рейка	200	30	0,8
2	Пластиковая рейка	200	30	0,4
3	Деревянная рейка	100	20	0,4
4	Пластиковая рейка	400	20	0,8

Из предложенного перечня выберите два утверждения, соответствующих проведённым опытам. Укажите их номера.

Сила трения скольжения не зависит от массы бруска с грузами.

Трение скольжения между бруском и деревянной рейкой больше трения скольжения между бруском и пластиковой рейкой.

Сила трения скольжения зависит от материала, из которого изготовлена соприкасающаяся с бруском поверхность.

При увеличении массы бруска с грузами сила трения скольжения увеличивается.

Сила трения скольжения зависит от площади соприкосновения бруска
и поверхности.

Правильный ответ

Пояснение

Решение.

Для решения задачи проанализируем условия эксперимента и данные в таблице. Важно помнить, что при равномерном движении бруска сила тяги, измеряемая динамометром, по модулю равна силе трения скольжения: $F_{тр} = F$ .

Разберём каждое утверждение на основе представленных данных:

1) Сила трения скольжения не зависит от массы бруска с грузами.
Сравним опыты № 1 и № 3. В обоих случаях поверхность — деревянная рейка. В опыте № 1 при массе $200 \text{ г}$ сила трения $0,8 \text{ Н}$ , а в опыте № 3 при массе $100 \text{ г}$ сила трения $0,4 \text{ Н}$ . Мы видим, что при изменении массы сила трения меняется. Следовательно, утверждение неверно.

2) Трение скольжения между бруском и деревянной рейкой больше трения скольжения между бруском и пластиковой рейкой.
Для корректного сравнения нужно выбрать опыты, где масса $m$ и площадь $S$ одинаковы, а меняется только материал поверхности. Это опыты № 1 и № 2. В обоих случаях $m = 200 \text{ г}$ и $S = 30 \text{ см}^2$ . Для деревянной рейки (опыт № 1) $F = 0,8 \text{ Н}$ , а для пластиковой (опыт № 2) $F = 0,4 \text{ Н}$ . Видно, что $0,8 \text{ Н} > 0,4 \text{ Н}$ . Утверждение верно.

3) Сила трения скольжения зависит от материала, из которого изготовлена соприкасающаяся с бруском поверхность.
Как было показано при анализе утверждения № 2 (опыты № 1 и № 2), при неизменных массе и площади опоры изменение материала поверхности (с дерева на пластик) привело к изменению силы трения с $0,8 \text{ Н}$ до $0,4 \text{ Н}$ . Это прямо подтверждает зависимость силы трения от материала. Утверждение верно.

4) При увеличении массы бруска с грузами сила трения скольжения увеличивается.
Хотя физически это верно, мы должны проверить, можно ли сделать такой однозначный вывод только на основании данной таблицы. Сравним опыты № 2 и № 4 (пластиковая рейка). В опыте № 2: $m = 200 \text{ г}$ , $S = 30 \text{ см}^2$ , $F = 0,4 \text{ Н}$ . В опыте № 4: $m = 400 \text{ г}$ , $S = 20 \text{ см}^2$ , $F = 0,8 \text{ Н}$ . Здесь одновременно изменились и масса, и площадь поверхности. Следовательно, нельзя однозначно утверждать, что рост силы вызван только увеличением массы, так как не соблюдена чистота эксперимента (площадь не была постоянной). Утверждение не подтверждается данными в полной мере.

5) Сила трения скольжения зависит от площади соприкосновения бруска и поверхности.
Чтобы проверить это, нужно найти два опыта с одинаковым материалом и одинаковой массой, но разной площадью. В таблице таких опытов нет. Например, в опытах № 1 и № 3 разная и масса, и площадь. В опытах № 2 и № 4 также меняются два параметра сразу. На основании данных опытов сделать вывод о зависимости от площади невозможно.

Ответ: 23

Источник: ФИПИ