ID: 00011050
Используя брусок с крючком, динамометры № 1 и № 2, груз № 1, направляющую рейку, соберите экспериментальную установку для измерения коэффициента трения скольжения между бруском с грузом и поверхностью рейки. Используйте поверхность рейки, обозначенную А. Абсолютная погрешность измерения силы с помощью динамометра № 1 равна ±0,02 Н, а с помощью динамометра № 2 равна ±0,1 Н.
В бланке ответов:
1) сделайте рисунок экспериментальной установки;
2) запишите формулу для расчёта коэффициента трения скольжения;
3) укажите результаты измерения веса бруска с грузом и силы трения скольжения при движении бруска с грузом по поверхности рейки с учётом абсолютных погрешностей измерений;
4) запишите значение коэффициента трения скольжения.
Источник: ФИПИ
Экспериментальная задача. Оборудование: брусок с крючком, динамометры № 1 и № 2, груз № 1, направляющая рейка. Требуется определить коэффициент трения скольжения между бруском (с грузом) и поверхностью рейки.
Коэффициент трения скольжения $\mu$.
Шаг 1. Рисунок установки.
Брусок с крючком помещается на горизонтальную направляющую рейку. На брусок кладётся груз № 1. К крючку бруска присоединяется динамометр, которым тянут брусок горизонтально с постоянной скоростью.
Шаг 2. Формула коэффициента трения скольжения.
По закону Кулона для трения скольжения:
$$F_{\text{тр}} = \mu \cdot N$$
Где $N$ — нормальная реакция опоры. По третьему закону Ньютона, $N$ равна весу бруска с грузом $P$. При движении с постоянной скоростью сила тяги равна силе трения:
$$F_{\text{тяги}} = F_{\text{тр}}$$
Следовательно:
$$\mu = \frac{F_{\text{тр}}}{N} = \frac{F_{\text{тр}}}{P}$$
Шаг 3. Порядок измерений.
Сначала взвешивают брусок с грузом, подвесив его вертикально на динамометр № 1 — он покажет силу тяжести $P$ (она равна весу). Затем тянут брусок горизонтально по рейке с постоянной скоростью с помощью динамометра № 2 — он покажет силу трения скольжения $F_{\text{тр}}$.
Шаг 4. Запись результатов и погрешностей.
Результаты записываются с учётом погрешности приборов (погрешность динамометра $= 0{,}1$ Н для грубого и $0{,}02$ Н для точного):
$$P = (2{,}0 \pm 0{,}1) \text{ Н}, \quad F_{\text{тр}} = (0{,}16 \pm 0{,}02) \text{ Н}$$
Шаг 5. Расчёт коэффициента трения скольжения.
$$\mu = \frac{F_{\text{тр}}}{P} = \frac{0{,}16}{2{,}0} = 0{,}08$$
Данные числа приведены как пример; в реальном эксперименте подставляются фактически измеренные значения.
2) $F_{\text{тр}} = \mu N$