Ученик провел опыты по изучению силы трения скольжения, равномерно перемещая брусок с грузами по горизонтальным поверхностям с помощью динамометра (см. рис.).
Результаты измерений массы бруска с грузами m, площади соприкосновения бруска и поверхности S и приложенной силы F он представил в таблице.
№ опыта | Поверхность | $m$, г | $S$, см² | $F$, Н |
|---|
1 | Деревянная рейка | 200 | 30 | 0,8 |
2 | Пластиковая рейка | 200 | 30 | 0,4 |
3 | Деревянная рейка | 100 | 20 | 0,4 |
На основании выполненных измерений можно утверждать, что сила трения скольжения
1) не зависит от площади соприкосновения бруска и поверхности
2) увеличивается с увеличением площади соприкасаемых поверхностей
3) увеличивается с увеличением массы бруска
4) зависит от рода соприкасающихся поверхностей
Решение
Анализ данных таблицы:
Чтобы сделать вывод о зависимости силы трения от какого-либо параметра, необходимо, чтобы в опытах менялся только этот параметр, а все остальные оставались неизменными.
Проверяем утверждение 1 — сила трения не зависит от площади соприкосновения:
Для проверки нужны опыты с одинаковой массой и поверхностью, но разной площадью. В таблице такие опыты отсутствуют. Доказать по таблице невозможно.
Проверяем утверждение 2 — увеличивается с увеличением площади:
Из формулы $F_{\text{тр}} = \mu N = \mu Mg$ следует, что площадь в неё не входит. Это утверждение неверно.
Проверяем утверждение 3 — увеличивается с увеличением массы:
Это физически верно ($F_{\text{тр}} = \mu Mg$), однако в таблице нет опытов с одинаковой поверхностью и площадью, но разной массой. Доказать по таблице нельзя.
Проверяем утверждение 4 — зависит от рода соприкасающихся поверхностей:
В двух опытах масса и площадь контакта одинаковы, но поверхность разная (деревянная рейка и пластиковая). При этом сила $F$ различается. Это можно доказать по таблице.
$$F_{\text{тр}} = \mu N = \mu Mg$$
Коэффициент $\mu$ зависит от рода поверхностей — это подтверждается опытом.
