Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59186Задание №17ФИПИ

Сила тренияРабота и мощностьПрактические работы

Используя брусок с крючком, динамометр № 1, 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 18 см. Используйте поверхность рейки, обозначенную А. Абсолютная погрешность измерения силы равна ±0,02 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. Основная идея заключается в том, что при равномерном движении бруска сила тяги, которую показывает динамометр, по модулю равна силе трения скольжения.

1) Схема экспериментальной установки
На горизонтальной поверхности рейки (сторона А) располагается брусок, на котором сверху закреплены три груза. К крючку бруска прицеплен динамометр. Брусок необходимо тянуть за динамометр горизонтально и равномерно (с постоянной скоростью).
Описание рисунка: Изобразите горизонтальную линию (рейку), на ней прямоугольник (брусок) с тремя маленькими прямоугольниками сверху (грузы). От бруска вправо отходит горизонтальная стрелка, обозначающая силу тяги $\vec{F}_{тяг}$ , приложенную через динамометр. В противоположную сторону (влево) вдоль поверхности соприкосновения направлена стрелка силы трения $\vec{F}_{тр}$ .

2) Формула для расчёта работы
Работа силы трения скольжения при перемещении тела на расстояние $S$ рассчитывается по формуле:
$A = F_{тр} \cdot S$
где $F_{тр}$ — модуль силы трения скольжения, $S$ — модуль перемещения.

3) Результаты прямых измерений
При выполнении лабораторной работы на реальном оборудовании получаются следующие значения (приведены типовые значения для стандартного школьного набора):
Перемещение (по условию): $S = 18 \text{ см} = 0,18 \text{ м}$ .
С учётом погрешности: $S = (18,0 \pm 0,2) \text{ см}$ .
Сила трения (измеряется динамометром при равномерном движении бруска с тремя грузами):
Допустим, прибор показал $1,10 \text{ Н}$ . С учётом погрешности:
$F_{тр} = (1,10 \pm 0,02) \text{ Н}$ .

4) Расчёт значения работы
Подставим измеренные средние значения в формулу:
$A = 1,10 \text{ Н} \cdot 0,18 \text{ м} = 0,198 \text{ Дж}$ .
Округлим результат до сотых (согласно правилам значащих цифр):
$A \approx 0,20 \text{ Дж}$ .

Ответ: 1) Рисунок установки; 2) $A = F_{тр} \cdot S$ ; 3) $S = (18,0 \pm 0,2) \text{ см}$ , $F_{тр} = (1,10 \pm 0,02) \text{ Н}$ ; 4) $A = 0,20 \text{ Дж}$ .

Источник: ФИПИ