Лабораторная работа № 16 «Измерение силы трения»

Определения и обозначения

Сила трения — сила, возникающая при соприкосновении тел и препятствующая их движению друг относительно друга. Она направлена вдоль поверхности против движения тела по ней. Например, если брусок скользит вправо, трение действует на него влево. Это понятие нужно, чтобы описывать, почему движущиеся тела замедляются и почему их приходится тянуть.

Сила трения скольжения — сила трения, действующая на тело, которое скользит по поверхности другого тела. Она появляется именно во время скольжения, например, когда брусок перемещают по столу. Её величину можно измерить в опыте. Это помогает сравнивать, насколько легко тело скользит по разным поверхностям.

Динамометр — прибор для измерения силы. Внутри прибора есть упругая часть: при действии силы она растягивается, а шкала показывает величину силы. Показание записывают в ньютонах, сокращённо Н. Динамометр нужен в опыте, чтобы получить численное значение силы тяги и оценить силу трения.

Равномерное движение — движение, при котором тело за равные промежутки времени проходит равные расстояния. При таком движении скорость не меняется, поэтому тяга уравновешивает трение. Благодаря этому показание динамометра примерно равно силе трения. Равномерное движение нужно распознать, чтобы правильно связать показание прибора с измеряемой силой.

Как это устроено

Когда поверхности соприкасаются, их неровности взаимодействуют, даже если они кажутся гладкими. Из-за этого поверхности мешают одна другой скользить, и возникает сила трения. Она направлена вдоль поверхности против движения тела: иначе трение не препятствовало бы скольжению. Поэтому при перемещении бруска вправо сила трения действует влево.

Для измерения к бруску прикрепляют крючок динамометра и тянут его по поверхности. Динамометр показывает силу тяги, а не трение напрямую. Но когда брусок движется равномерно, его скорость не меняется, значит, тяга уравновешивает направленное в обратную сторону трение. Поэтому показание прибора в этот момент примерно равно силе трения.

Перед опытом крючок нужно надёжно закрепить, а динамометр расположить вдоль поверхности. Тогда сила тяги направлена горизонтально, как и движение бруска, и измерение можно сравнивать с силой трения. Брусок тянут плавно, потому что рывки быстро меняют силу тяги и показание прибора. Следи за движением: для измерения подходит участок, где брусок скользит ровно, без заметного ускорения.

Чтобы сравнить поверхности, измерение повторяют, например, на столе и на другой поверхности. Нагрузку на брусок и способ тяги при этом сохраняют одинаковыми, иначе нельзя понять, чем вызвано различие показаний. Если меняют нагрузку, поверхность должна оставаться прежней. Так сравнение показывает влияние именно того условия, которое изменили.

Каждое показание записывают вместе с условиями опыта: указывают поверхность и нагрузку. Затем результаты сопоставляют. Если увеличили нагрузку или использовали другую поверхность, показание может измениться, а вместе с ним — оценка силы трения. Записи помогают не перепутать измерения и сделать вывод о том, что повлияло на результат.

Результаты измерения силы трения

В каждой строке укажи показание во время равномерного движения бруска. В последнем столбце запиши оценку силы трения: она примерно равна показанию динамометра. Сравнивай строки, в которых изменено только одно условие, чтобы понять, с чем связано отличие результата.

Разбор задач

Задача 1. Брусок равномерно тянут по столу, динамометр показывает 1 Н. Определи силу трения. Равномерное движение означает, что тяга уравновешивает трение, поэтому показание прибора можно принять за силу трения. Решение по шагам:

1. Уточняем, что брусок движется равномерно, а показание снято во время движения.
2. Используем правило опыта: сила трения примерно равна силе тяги.
3. Подставляем показание: Fтр ≈ 1 Н.

Ответ: сила трения примерно равна 1 Н. Слово «примерно» учитывает, что в реальном опыте показание трудно снять совершенно точно.

Задача 2. При равномерном движении бруска динамометр показывает 1 Н на гладкой поверхности и 2 Н на шероховатой. Нагрузка одинакова. Сравни силы трения. Здесь важно не просто назвать большее число, а проверить, что условия сравнения одинаковы, кроме поверхности. Решение по шагам:

1. На гладкой поверхности сила трения примерно равна показанию: 1 Н.
2. На шероховатой поверхности сила трения примерно равна показанию: 2 Н.
3. Сравниваем значения: 2 Н больше 1 Н, значит, на шероховатой поверхности трение сильнее.

Ответ: сила трения на шероховатой поверхности больше на 1 Н. Вывод относится к проведённому опыту при одинаковой нагрузке.

Задача 3. На одной поверхности сила трения для бруска без груза равна 1 Н, а с грузом — 2 Н. Как повлияла нагрузка и что должно быть одинаковым? Чтобы выделить влияние груза, сравним измерения на одной поверхности и при одинаковом способе тяги. Решение по шагам:

1. Для бруска без груза записано значение 1 Н, а с грузом — 2 Н.
2. Сравниваем результаты: при большей нагрузке сила трения в этом опыте увеличилась на 1 Н.
3. Проверяем условия: поверхность, направление динамометра и плавность тяги должны быть одинаковыми; измерять нужно при равномерном движении.

Ответ: в этом опыте увеличение нагрузки сопровождалось ростом силы трения с 1 Н до 2 Н. Если одновременно менялись поверхность или способ тяги, нельзя уверенно приписать разницу только нагрузке.

Типичные ошибки

Тянуть брусок рывками. При каждом рывке сила тяги меняется, поэтому стрелка динамометра колеблется. Так бывает, когда пытаются быстро сдвинуть брусок или не следят за плавностью движения. Проверь себя: брусок должен скользить ровно, а показание — оставаться достаточно устойчивым.

Снимать показание, когда брусок покоится или ускоряется. В покое брусок ещё не скользит, а при ускорении тяга не уравновешена трением. Ошибка возникает, если записать первое попавшееся значение, не наблюдая за движением. Убедись, что брусок проходит одинаковые расстояния за одинаковые промежутки времени, то есть движется равномерно.

Держать динамометр наклонно. При наклоне часть тяги направлена не вдоль поверхности, и измерение становится несопоставимым с обычным равномерным движением по столу. Иногда прибор наклоняют, потому что так удобнее держаться за него. Проверь положение прибора: он должен быть направлен вдоль поверхности и тянуть брусок горизонтально.

Одновременно менять нагрузку и поверхность. Если брусок с грузом перемещают по другой поверхности, разница показаний не подскажет, что именно повлияло на трение. Так происходит, когда условия опытов не записывают заранее. Проверь таблицу: для сравнения измени одно условие, а остальные оставь одинаковыми.

Связь с другими темами

Перед опытом нужно знать, что такое сила, уметь читать показания измерительного прибора и помнить, что силу измеряют в ньютонах. Измерение трения связывает изучение сил с практической работой: важно правильно провести опыт, записать результат и сравнить его с другими. Понимание трения пригодится при изучении движения тел и сцепления с поверхностью. Оно также помогает объяснить, почему в одних ситуациях трение нужно уменьшать, а в других — увеличивать.

Что запомнить

• Сила трения возникает при соприкосновении поверхностей.
• Сила трения направлена против движения тела по поверхности.
• Силу измеряют динамометром в ньютонах.
• Для измерения брусок тянут плавно и вдоль поверхности.
• При равномерном движении показание динамометра примерно равно силе трения.
• Чтобы сравнить результаты, в опытах меняют только одно условие.