Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59223Задание №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 22 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.

Данное задание является экспериментальным. При выполнении работы на реальном оборудовании значения силы могут незначительно отличаться в зависимости от состояния поверхностей, однако алгоритм решения и структура оформления остаются неизменными.

1) Рисунок экспериментальной установки
На рисунке необходимо изобразить горизонтальную направляющую рейку, на которой стоит брусок с тремя грузами сверху. К крючку бруска прицеплен динамометр. Динамометр расположен горизонтально. Для измерения силы трения скольжения брусок необходимо тянуть с помощью динамометра равномерно (с постоянной скоростью). В этом случае по первому закону Ньютона сила упругости пружины динамометра будет равна по модулю силе трения скольжения: $F_{упр} = F_{тр}$ .

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

3) Результаты измерений с учётом погрешностей
Переведём расстояние из условия в систему СИ: $22 \text{ см} = 0,22 \text{ м}$ . Погрешность перемещения: $0,2 \text{ см} = 0,002 \text{ м}$ .
При равномерном перемещении бруска с тремя грузами по поверхности А динамометр покажет определённое значение (например, $0,90 \text{ Н}$ ). Запишем результаты с учётом погрешностей, указанных в условии:
$S = (0,220 \pm 0,002) \text{ м}$
$F_{тр} = (0,90 \pm 0,02) \text{ Н}$
(Примечание: значение силы $0,90 \text{ Н}$ приведено в качестве примера, в реальности оно зависит от конкретного набора оборудования).

4) Расчёт значения работы силы трения
Подставим измеренные средние значения в формулу:
$A = 0,90 \text{ Н} \cdot 0,22 \text{ м} = 0,198 \text{ Дж}$
Округлим результат до сотых (согласно правилам значащих цифр):
$A \approx 0,20 \text{ Дж}$

Ответ: 1) Рисунок бруска с 3 грузами и динамометром; 2) $A = F_{тр} \cdot S$ ; 3) $S = (0,220 \pm 0,002) \text{ м}$ , $F_{тр} = (0,90 \pm 0,02) \text{ Н}$ ; 4) $A = 0,20 \text{ Дж}$ .

Источник: ФИПИ