Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59076Задание №17ФИПИ

Сила тренияРабота и мощностьПрактические работы

Используя брусок с крючком, динамометр № 2, грузы № 1, № 2 и № 3, направляющую рейку, соберите экспериментальную установку для измерения работы силы трения скольжения между бруском с тремя грузами
и поверхностью рейки при перемещении бруска на расстояние 17 см. Используйте поверхность рейки, обозначенную Б. Абсолютная погрешность измерения силы равна ±0,1 Н, абсолютная погрешность измерения расстояния равна ±0,2 см.

В бланке ответов № 2:

1) сделайте рисунок экспериментальной установки, указав способ измерения силы трения скольжения;

2) запишите формулу для расчёта работы силы трения скольжения;

3) укажите результаты измерения модуля перемещения бруска с грузами
и силы трения скольжения при движении каретки с грузами по поверхности рейки с учётом абсолютных погрешностей измерения;

4) запишите значение работы силы трения скольжения.

Ваше решениедо 3 баллов

Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям

Решение.

Для выполнения данного экспериментального задания необходимо собрать установку, состоящую из горизонтальной направляющей рейки, бруска с тремя грузами и динамометра. Основной принцип измерения силы трения скольжения заключается в равномерном перемещении бруска: согласно первому закону Ньютона, если брусок движется равномерно и прямолинейно, то модуль силы тяги, прикладываемой динамометром, равен модулю силы трения скольжения.

1) Рисунок экспериментальной установки
На рисунке следует изобразить горизонтальную поверхность (рейку), на которой расположен брусок с тремя установленными на него грузами. К крючку бруска прицеплен динамометр, расположенный горизонтально. Стрелкой необходимо указать направление движения (вектор скорости $\vec{v}$ ) и действующие на брусок горизонтальные силы: силу тяги $\vec{F}_{тяг}$ , направленную в сторону движения, и силу трения скольжения $\vec{F}_{тр}$ , направленную в противоположную сторону.

2) Формула для расчёта работы силы трения скольжения
Работа силы трения скольжения при перемещении тела по горизонтальной поверхности рассчитывается по формуле:
$A = F_{тр} \cdot S$ ,
где $F_{тр}$ — модуль силы трения скольжения (равный показанию динамометра при равномерном движении), $S$ — модуль перемещения бруска.

3) Результаты измерений с учётом погрешностей
Примечание: значения силы трения зависят от конкретного набора оборудования (коэффициента трения поверхности Б и массы грузов). Ниже приведены типовые значения для стандартного школьного оборудования.
Перемещение бруска (по условию): $S = (17,0 \pm 0,2) \text{ см} = (0,170 \pm 0,002) \text{ м}$ .
Измеренная сила трения (примерное значение для бруска с 3 грузами): $F_{тр} = (1,2 \pm 0,1) \text{ Н}$ .

4) Значение работы силы трения скольжения
Подставим средние значения в формулу:
$A = 1,2 \text{ Н} \cdot 0,17 \text{ м} = 0,204 \text{ Дж}$ .
Округлим результат до сотых в соответствии с точностью измерений:
$A \approx 0,20 \text{ Дж}$ .

Ответ: 1) Рисунок установки; 2) $A = F_{тр} \cdot S$ ; 3) $S = (17,0 \pm 0,2) \text{ см}$ , $F_{тр} = (1,2 \pm 0,1) \text{ Н}$ ; 4) $A = 0,20 \text{ Дж}$ .

Источник: ФИПИ