Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59244Задание №17ФИПИ

Сила тренияРабота и мощностьПрактические работы

Используя брусок с крючком, динамометр № 2, грузы № 1 и № 2, направляющую рейку, соберите экспериментальную установку для измерения работы силы трения скольжения между бруском с двумя грузами и поверхностью рейки при перемещении бруска на расстояние 12 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.

Данная задача является экспериментальной. Для её выполнения необходимо собрать установку, провести измерения и правильно оформить результаты с учётом погрешностей.

1) Рисунок экспериментальной установки
На рисунке следует изобразить горизонтальную направляющую рейку (поверхность Б), на которой расположен брусок с двумя установленными на него грузами. К крючку бруска прицеплен динамометр. Динамометр должен располагаться горизонтально. Стрелкой нужно указать направление движения бруска. Для измерения силы трения скольжения брусок необходимо перемещать с помощью динамометра равномерно. В этом случае, согласно первому закону Ньютона, сила упругости пружины динамометра по модулю будет равна силе трения скольжения: $F_{тр} = F_{упр}$ .

2) Формула для расчёта работы
Работа силы трения скольжения при движении по горизонтальной поверхности определяется 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
Примечание: значения силы зависят от конкретного набора оборудования, приведём типичные значения для стандартного школьного оборудования (брусок ~0,5 Н, два груза по 1 Н каждый, коэффициент трения поверхности Б обычно около 0,2–0,3).
Переведём расстояние из условия в СИ: $12 \text{ см} = 0,12 \text{ м}$ . Погрешность расстояния: $0,2 \text{ см} = 0,002 \text{ м}$ .
Пусть при равномерном перемещении бруска с двумя грузами динамометр показал силу $0,6 \text{ Н}$ .
Запишем результаты с учётом погрешностей:
$S = (12,0 \pm 0,2) \text{ см} = (0,120 \pm 0,002) \text{ м}$
$F_{тр} = (0,6 \pm 0,1) \text{ Н}$

4) Расчёт значения работы
Подставим измеренные средние значения в формулу:
$A = 0,6 \text{ Н} \cdot 0,12 \text{ м} = 0,072 \text{ Дж}$

Ответ: 1) Рисунок установки; 2) $A = F_{тр} \cdot S$ ; 3) $S = (12,0 \pm 0,2) \text{ см}$ , $F_{тр} = (0,6 \pm 0,1) \text{ Н}$ ; 4) $A = 0,072 \text{ Дж}$ .

Источник: ФИПИ