Решение: Исследование силы трения
Используя каретку (брусок) с крючком, динамометр № 1 с пределом измерения 1 Н для измерения силы трения, динамометр № 2 с пределом измерения 5 Н для измерения силы нормального давления, набор из трёх грузов и направляющую рейку А, соберите экспериментальную установку для исследования зависимости силы трения скольжения между кареткой и поверхностью горизонтальной рейки от силы нормального давления. Определите силу трения скольжения, помещая на каретку поочерёдно один, два и три груза. Для определения веса каретки с грузом(-ами) воспользуйтесь динамометром. Абсолютную погрешность измерения силы с помощью динамометра № 1 принять равной ±0,02 Н, а динамометра № 2 — ±0,1 Н.
Решение по шагам
5 шаговДля измерения веса каретки с грузами подвешивают каретку с грузом к динамометру № 2 и считывают показание. Измерение выполняют отдельно для одного, двух и трёх грузов.
$$P = mg$$Для измерения силы трения каретку помещают на горизонтальную рейку, соединяют её крючок с динамометром № 1 и равномерно перемещают каретку вдоль рейки. Показание динамометра при равномерном движении равно силе трения.
$$F_{\text{тр}} = F_{\text{тяги}}$$Результаты каждого измерения записывают с указанными абсолютными погрешностями. Например, при полученных показаниях $P=1{,}0$, $2{,}0$ и $3{,}0\ \text{Н}$ и $F_{\text{тр}}=0{,}20$, $0{,}40$ и $0{,}60\ \text{Н}$ таблица имеет вид: $P_1=(1{,}0\pm0{,}1)\ \text{Н}$, $P_2=(2{,}0\pm0{,}1)\ \text{Н}$, $P_3=(3{,}0\pm0{,}1)\ \text{Н}$; $F_{\text{тр},1}=(0{,}20\pm0{,}02)\ \text{Н}$, $F_{\text{тр},2}=(0{,}40\pm0{,}02)\ \text{Н}$, $F_{\text{тр},3}=(0{,}60\pm0{,}02)\ \text{Н}$.
$$F_{\text{тр}} \approx \mu N$$При горизонтальном расположении рейки сила нормального давления по модулю равна весу каретки с грузами: $N=P$. По результатам трёх опытов строят график зависимости $F_{\text{тр}}(N)$ или сравнивают значения в таблице.
Если при увеличении силы нормального давления сила трения возрастает, а отношение $F_{\text{тр}}/N$ остаётся примерно постоянным, можно сделать вывод о прямой пропорциональности.
Сила трения скольжения возрастает с увеличением силы нормального давления и при неизменных материалах поверхностей примерно прямо пропорциональна ей: $F_{\text{тр}}=\mu N$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Измеряют силу трения при ускоренном движении каретки, а не при равномерном.
Используют динамометр № 1 для измерения веса, хотя его предел измерения равен 1 Н.
Не указывают абсолютные погрешности измерений.
Путают вес каретки с силой трения.
Делают вывод только по одному измерению вместо сравнения трёх опытов.