Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Данная задача является лабораторной работой. Для её выполнения необходимо последовательно выполнить измерения и оформить результаты.

1) Рисунок экспериментальной установки
Для измерения силы трения необходимо равномерно тянуть брусок с грузами по горизонтальной поверхности рейки. На рисунке следует изобразить горизонтальную поверхность (рейку), на которой расположен брусок с двумя грузами сверху. К крючку бруска прикреплён динамометр, расположенный горизонтально. Вектор силы тяги $\vec{F}_{тяг}$ направлен в сторону движения, вектор силы трения $\vec{F}_{тр}$ — в противоположную сторону. Также на брусок действуют сила тяжести $m\vec{g}$ и сила нормальной реакции опоры $\vec{N}$.

2) Формула для расчёта
При равномерном движении бруска по горизонтальной поверхности модуль силы трения скольжения равен модулю силы тяги: $F_{тр} = F_{тяг}$.
Согласно закону Амонтона-Кулона, сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления (которая в данном случае равна весу бруска с грузами $P$):
$F_{тр} = \mu N = \mu P$
Отсюда рабочая формула для расчёта коэффициента трения:
$\mu = \frac{F_{тр}}{P}$

3) Результаты измерений
Примечание: Значения ниже являются примерными (типовыми для стандартного оборудования ОГЭ). При выполнении реальной работы необходимо записать показания своих приборов.
Для измерения веса $P$ подвесим брусок с двумя грузами к динамометру вертикально. Для измерения силы трения $F_{тр}$ будем тянуть брусок равномерно горизонтально.
Предположим, вес бруска с двумя грузами составил $3,0$ Н, а сила трения — $0,60$ Н. Используем динамометр №1 с погрешностью $\pm 0,02$ Н для силы трения и динамометр №2 с погрешностью $\pm 0,1$ Н для веса (согласно условию).
Вес бруска с грузами: $P = (3,0 \pm 0,1)$ Н
Сила трения скольжения: $F_{тр} = (0,60 \pm 0,02)$ Н

4) Расчёт значения коэффициента трения скольжения
Подставим средние значения в формулу:
$\mu = \frac{0,60 \text{ Н}}{3,0 \text{ Н}} = 0,2$
Коэффициент трения — величина безразмерная.

Ответ: 1) рисунок; 2) $\mu = \frac{F_{тр}}{P}$; 3) $P = (3,0 \pm 0,1)$ Н, $F_{тр} = (0,60 \pm 0,02)$ Н; 4) $\mu = 0,2$.

Источник: ФИПИ