Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

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