Лабораторная работа №5. Исследование силы трения скольжения
В этой работе брусок равномерно тянут по горизонтальной поверхности динамометром: при равномерном движении показание динамометра равно силе трения скольжения. Меняют массу бруска и род поверхности и смотрят, как меняется сила трения. Для сравнения измеряют трение покоя и трение качения.
Цель работы. Исследовать, от чего зависит сила трения скольжения, сравнить трение скольжения, покоя и качения и привести примеры полезного и вредного трения.
Сделать ҚМЖ по этой темеЦели обучения
- 7.2.2.6описывать трение при скольжении, качении, покое
- 7.2.2.7приводить примеры полезного и вредного проявления силы трения
Оборудование
- деревянный брусок с крючком
- динамометр с пределом измерения 4–5 Н
- набор грузов по 100 г
- деревянная доска (линейка-направляющая)
- полоски ткани, резины или наждачной бумаги
- два-три круглых карандаша
Ход работы
- 1
Подвесьте брусок к динамометру и измерьте его вес P.
- 2
Положите брусок на доску и, держа динамометр горизонтально, тяните брусок так, чтобы он двигался равномерно. Запишите показание — силу трения скольжения.
- 3
Медленно увеличивайте силу тяги и заметьте наибольшее показание перед тем, как брусок сдвинется, — это наибольшая сила трения покоя.
- 4
Положите на брусок один груз 100 г, затем два и три; каждый раз измеряйте вес и силу трения скольжения.
- 5
Положите брусок на полоску ткани, резины или наждачной бумаги и повторите измерение при одной и той же нагрузке.
- 6
Положите брусок на круглые карандаши и измерьте силу, нужную для его равномерного качения.
- 7
Для каждого опыта вычислите отношение μ = Fтр / N.
- 8
Сравните силы трения скольжения, покоя и качения.
Краткая теория
Трение возникает, когда одно тело соприкасается с другим. Если тело скользит по поверхности, действует сила трения скольжения; если катится — сила трения качения; если тело ещё не сдвинулось, хотя его тянут, — сила трения покоя. Сила трения направлена против движения или против того направления, куда тело пытаются сдвинуть.
Причины трения — неровности поверхностей, которые цепляются друг за друга, и притяжение частиц соприкасающихся тел. Поэтому сила трения зависит от того, из каких материалов сделаны поверхности и как они обработаны.
Сила трения скольжения тем больше, чем сильнее тело прижато к поверхности. На горизонтальной поверхности сила давления N равна весу бруска P. Опыты показывают, что Fтр = μ·N, где μ — коэффициент трения: он не имеет единиц и зависит от материалов поверхностей. От площади соприкосновения сила трения скольжения почти не зависит.
Если брусок движется равномерно, сила тяги уравновешивает силу трения, и динамометр показывает именно силу трения. Трение качения при той же нагрузке во много раз меньше трения скольжения, а наибольшая сила трения покоя немного больше силы трения скольжения.
Виртуальный опыт
В симуляции «Механическая лаборатория» выберите режим «Движение», затем «Наклонная плоскость». Выберите брусок и его массу, нажмите «Тянуть равномерно» и запишите показание динамометра. Оставляйте один и тот же угол, лучше наименьший, и меняйте сначала массу, а потом материал бруска: при одинаковых угле и массе разница показаний вызвана разной силой трения. Помните, что на наклонной доске динамометр показывает не только трение, поэтому сравнивайте опыты только при одном угле.
Ещё одна симуляция по теме: Законы Ньютона: тележка, сила и трение
Таблица измерений
Лабораторная работа №5 · Физика, 7 класс. Исследование силы трения скольжения
Фамилия, имя, класс: ____________________ Дата: __________
| № опыта | Поверхность | Масса бруска с грузами m, кг | Сила давления N = P, Н | Сила трения Fтр, Н | μ = Fтр / N |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 | |||||
| 4 | |||||
| 5 |
Расчёт и вывод
На горизонтальной поверхности N = P = m·g, g ≈ 9,8 Н/кг.
Например, брусок массой 0,1 кг: N = 0,98 Н, сила трения 0,30 Н, μ = 0,30 / 0,98 ≈ 0,31.
Например, с двумя грузами по 100 г: m = 0,3 кг, N = 2,94 Н, сила трения 0,90 Н, μ ≈ 0,31. Сила трения выросла в 3 раза вместе с силой давления, а μ не изменился.
Погрешность динамометра — половина цены деления (например, ±0,05 Н при цене деления 0,1 Н). Если значения μ в опытах с одной поверхностью отличаются меньше, чем на эту погрешность, их можно считать одинаковыми.
Шаблон вывода: В ходе работы я исследовал(а) силу трения скольжения. При увеличении силы давления в … раза сила трения увеличилась в … раза, значит, сила трения … силе давления. Коэффициент трения дерева по дереву μ ≈ … , по … — … . Наибольшая сила трения покоя … силы трения скольжения, а трение качения … .
Контрольные вопросы
Почему брусок нужно тянуть равномерно?
Показать ответ
При равномерном движении сила тяги уравновешивает силу трения, поэтому показание динамометра равно силе трения.
Чем отличаются трение покоя, скольжения и качения?
Показать ответ
Трение покоя действует, пока тело не сдвинулось; трение скольжения — когда тело скользит; трение качения — когда тело катится. При одинаковой нагрузке трение качения намного меньше двух других.
От чего зависит сила трения скольжения?
Показать ответ
От силы, прижимающей тело к поверхности, и от материалов и обработки соприкасающихся поверхностей.
Приведите примеры полезного трения.
Показать ответ
Благодаря трению мы ходим и не скользим, работают тормоза автомобиля, держатся гвозди и узлы, зажигается спичка.
Приведите примеры вредного трения и способы его уменьшить.
Показать ответ
Трение изнашивает детали машин и подошвы обуви, нагревает механизмы. Его уменьшают смазкой, шлифовкой поверхностей, заменой скольжения качением — подшипниками и колёсами.
Техника безопасности
- Не растягивайте пружину динамометра больше предела его шкалы.
- Тяните брусок плавно, без рывков, чтобы он не слетел со стола.
- Грузы кладите на брусок аккуратно и следите, чтобы они не упали на пол.
- Наждачной бумагой не проводите по рукам и по поверхности стола.
Учителю
ҚМЖ и СОР по теме этой работы ИИ собирает в кабинете Bilim Plus Ұстаз по кодам целей обучения. Симуляцию можно выдать классу или вывести на доску.
Вопросы
- Можно ли сделать работу без оборудования?
- Да, есть виртуальная лабораторная: симуляция «Механическая лаборатория», режим «Движение», пункт «Наклонная плоскость». Её можно выполнить на компьютере или телефоне, а оформлять результат в журнал — по требованию учителя.
- Как записать вывод?
- Напишите, как сила трения скольжения зависит от силы давления и от рода поверхностей, приведите полученные значения μ и сравните трение скольжения, покоя и качения.
- Зависит ли сила трения от площади бруска, на которую его кладут?
- Почти нет. Проверьте сами: положите брусок на широкую, а потом на узкую грань при той же нагрузке — показания динамометра будут близкими.