1. Приведите примеры различных видов трения.
Трение можно классифицировать на несколько видов, включая трение покоя, трение скольжения и трение качения.
2. От чего зависит сила трения покоя?
Сила трения покоя зависит от нескольких факторов: материала поверхности, степени шероховатости этих поверхностей и силы нормального давления, которая действует перпендикулярно к поверхности контакта.
3. По какой формуле можно рассчитать максимальную силу трения покоя; силу трения скольжения?
Максимальная сила трения покоя: Fmax = μp * N, где Fmax — максимальная сила трения покоя, μp — коэффициент трения покоя, N — сила реакции опоры.
Сила трения скольжения: Fs = μk * N, где Fs — сила трения скольжения, μk — коэффициент трения скольжения, N — сила реакции опоры.
4. Как можно уменьшить силу трения? Приведите примеры.
Чтобы уменьшить силу трения, применяют различные методы, например, смазку (масло или жир), использование подшипников для уменьшения трения качения или шлифовку поверхностей для повышения гладкости.
5. Приведите примеры полезного проявления трения.
Полезные проявления трения включают возможность ходьбы (прилипание обуви к поверхности), торможение транспортных средств и использование инструментов, которые требуют трения для выполнения своих функций.
Почему мы говорим, что модуль максимальной силы трения покоя прямо пропорционален модулю силы реакции опоры, а не модулю силы тяжести?
Максимальная сила трения покоя пропорциональна силе реакции опоры, а не силе тяжести, потому что она зависит от нормальной силы, которая может варьироваться в зависимости от угла наклона или других факторов, тогда как сила тяжести остается постоянной в рамках данной системы.
УПРАЖНЕНИЕ 19
1. На столе в купе поезда лежит книга. Изобразите силу трения покоя, действующую на книгу, в следующих случаях: а) поезд разгоняется; б) поезд движется на прямолинейном участке пути равномерно; в) поезд тормозит.
а) Поезд разгоняется: Когда поезд ускоряется вперед, на книгу действует сила трения покоя, направленная вперед (в том же направлении, что и ускорение поезда). Эта сила препятствует скольжению книги по столу.
б) Поезд движется равномерно: В этом случае силы на книгу уравновешены, и трение покоя равно нулю, так как книга не сдвигается.
в) Поезд тормозит: Когда поезд замедляется, на книгу действует сила трения покоя, направленная назад (в противоположную сторону к ускорению поезда). Эта сила также предотвращает скольжение книги.
2. Ученик провёл исследование зависимости максимальной силы трения покоя от силы реакции опоры. По результатам эксперимента он построил график (рис. 56). Какое значение для коэффициента трения получил ученик?
На графике показана зависимость максимальной силы трения покоя (Fтр) от силы реакции опоры (N). Уравнение трения выглядит так:
Fтр = μ * N,
где μ — коэффициент трения.
График — это прямая линия, и коэффициент трения μ равен угловому коэффициенту этой линии, то есть отношению приращения силы трения к приращению силы реакции опоры.
Из графика видно, что при N = 2 Н, Fтр = 1 Н. Тогда коэффициент трения:
μ = Fтр / N = 1 / 2 = 0,5.
Ответ: μ = 0,5.
3. Коробку равномерно тянут по горизонтальной поверхности с помощью верёвки, составляющей с горизонтом угол 60°. Определите массу коробки, если сила натяжения верёвки равна 12 Н, коэффициент трения — 0,3.
Сила натяжения веревки составляет 12 Н и образует угол 60° с горизонтом. Разложим силу натяжения на горизонтальную и вертикальную компоненты.
Горизонтальная компонента силы натяжения:
Сила натяжения умножается на косинус 60°, получается 12 * 0.5 = 6 Н. Вертикальная компонента силы натяжения:
Сила натяжения умножается на синус 60°, получается 12 * корень из 3 делённый на 2, примерно 10.39 Н. Сила реакции опоры (N) равна весу коробки (m*g) минус вертикальная компонента силы натяжения. То есть:
N = m*g - T_y.
Сила трения (Fтр), действующая на коробку, равна:
Fтр = коэффициент трения * N.
Поскольку коробка движется равномерно, горизонтальная компонента силы натяжения равна силе трения:
6 Н = 0.3 * (m*g - 10.39 Н).
Теперь раскроем скобки и решим уравнение:
6 = 0.3mg - 3.117.
Добавим 3.117 к обеим сторонам:
6 + 3.117 = 0.3mg.
Получаем:
9.117 = 0.3mg.
Теперь найдем массу (m):
m*g = 9.117 / 0.3, что примерно равно 30.39 Н.
Зная, что g равно 9.8 м/с², найдем массу:
m = 30.39 / 9.8, что примерно равно 3.1 кг.
4. Автомобиль, движущийся по горизонтальному участку дороги со скоростью 54 км/ч, начинает тормозить. Получите формулу для определения пути, пройденного до остановки. Рассчитайте по этой формуле тормозной путь автомобиля, если коэффициент трения 0,6.
Дано:
Начальная скорость автомобиля 54 км/ч, что соответствует 15 м/с. Коэффициент трения 0.6. Сначала находим ускорение торможения. Оно рассчитывается как:
a = -коэффициент трения * g, где g примерно равно 9.8 м/с². Таким образом, a будет равно -0.6 * 9.8, что примерно равно -5.88 м/с².
Теперь используем уравнение движения с постоянным ускорением, чтобы найти тормозной путь (s):
v² = v0² + 2as.
При остановке конечная скорость (v) равна 0. Тогда уравнение становится:
0 = (15)² + 2*(-5.88)*s.
Раскроем уравнение:
0 = 225 - 11.76s.
Теперь выразим s:
11.76s = 225.
s = 225 / 11.76, что примерно равно 19.1 м.
Таким образом, тормозной путь автомобиля составляет приблизительно 19 метров.
ЗАДАНИЕ 5
Проведите исследование, показывающее, что сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел. Используя содержащуюся в тексте информацию, оцените значение площади купола парашюта, позволяющее парашютисту безопасно приземлиться
Эксперимент Материалы:
Параллельные поверхности (например, куски древесины или металла). Груз (с одинаковой массой). Силаметр для измерения силы трения. Устройства для изменения площади контакта (например, разные пластины с одинаковым весом, но разной площадью). Процедура:
Установите одну поверхность на горизонтальной плоскости. На неё поместите груз с известной массой. Измерьте силу трения, используя силаметр, при различных площадях соприкосновения (например, используйте одну пластину с большой площадью, а затем другую с меньшей площадью). Запишите значения силы трения для каждой площади соприкосновения. Наблюдение:
Повторите эксперимент несколько раз для различных грузов, чтобы обеспечить точность данных. Анализ данных:
Сравните значения силы трения скольжения при разных площадях соприкосновения. Если сила трения остаётся постоянной, несмотря на изменение площади, это подтверждает, что сила трения скольжения не зависит от площади контакта. Оценка площади купола парашюта Для оценки площади купола парашюта, позволяющей парашютисту безопасно приземлиться, следует учитывать следующие факторы:
Сила тяжести: Это сила, действующая на парашютиста, равная его весу (масса * ускорение свободного падения).
Сила сопротивления воздуха: При открытии парашюта создаётся сила сопротивления, которая зависит от площади купола и скорости. Формула для силы сопротивления выглядит так:
F = 0,5 * C * ρ * A * v²,
где C — коэффициент сопротивления (для куполов около 1,5-2,5), ρ — плотность воздуха (примерно 1,225 кг/м³ при нормальных условиях), A — площадь купола, v — скорость.
Уравнение равновесия: При безопасном приземлении сила сопротивления должна быть равна силе тяжести:
mg = 0,5 * C * ρ * A * v².
Решение для площади:
Из уравнения можно выразить площадь купола: A = (2mg) / (C * ρ * v²). Пример Предположим, парашютист имеет массу 80 кг, коэффициент сопротивления C равен 1,5, плотность воздуха ρ равна 1,225 кг/м³, а скорость при приземлении v равна 5 м/с. Подставим значения в формулу:
A = (2 * 80 кг * 9,81 м/с²) / (1,5 * 1,225 кг/м³ * (5 м/с)²).
Теперь можно рассчитать площадь купола парашюта, позволяющую безопасно приземлиться.
Заключение Таким образом, проведённое исследование может подтвердить, что сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения, а оценка площади купола парашюта поможет определить, насколько безопасно приземлиться парашютисту.