Загальна інформація
Застосування
Рис. 1: як виникає тертя
Сила тертя виникає завжди, коли два тіла рухаються одне відносно одного. Вона завжди діє проти напрямку руху.
Коефіцієнт тертя μ - це величина, що характеризує властивості матеріалу поверхонь дотику. Залежно від виду тертя коефіцієнти тертя різні.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Попередні знання не потрібні.
Принцип
Треба довести, що сила тертя ковзання:
- менша за силу тертя спокою,
- пропорційна до нормальної сили,
- залежить від властивостей поверхонь дотику і
- не залежить від площі опори.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
За допомогою досліду учням треба пояснити зв'язки між різними силами тертя.
Завдання
Учні мають виконати спостереження й вимірювання, щоб застосувати й зрозуміти силу тертя.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | Торсійний динамометр, 2 Н/4 Н | 03069-03 | 1 |
| 3 | Похила площина для демонстраційної дошки, магнітна | 02152-00 | 1 |
| 4 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 2 |
| 5 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 2 |
| 6 | Брусок тертя | 02240-01 | 1 |
| 7 | Утримувальний болт | 03949-00 | 1 |
| 8 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
Рис. 2 брусок тертя з динамометром
- Установи площину на демонстраційну дошку і вирівняй її горизонтально.
- Установи динамометр приблизно на тій самій висоті й виведи його на 0.
- Виміряй і запиши силу тяжіннядля бруска тертя.
- Поклади брусок тертя на площину гумованою поверхнею донизу.
- Причепи тягову нитку динамометра до бруска тертя і посунь динамометр так, щоб нитка була паралельна до площини (рис. 1).
Виконання
- Повільно, але якомога рівномірніше посувай динамометр праворуч і стеж за відхиленням стрілки та рухом бруска.
- За потреби повтори це кілька разів і запиши спостереження.
- Навантаж брусок тертя за допомогою утримувального болта послідовно 1, 2 і 3 прорізними тягарцями по 50 г і збільш таким чином .
- Виміряй для кожної сили тяжіння силу тертя ковзання (за потреби скористайся діапазоном вимірювання 4 Н) і запиши її в таблицю 1.
- Зніми прорізні тягарці й утримувальний болт.
- Поклади брусок тертя на площину спершу найбільшою, а потім середньою за розміром негумованою бічною поверхнею, щоразу виміряй і запиши .
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/6)
Спостереження
На початку руху бруска тертя сила тертя більша, ніж під час його рівномірного руху. Приклад вимірювання: динамометр відхиляється приблизно до 0,7 Н, а потім зупиняється приблизно на 0,6 Н.
|
|---|
Табл. 1: приклад вимірювання
Опрацювання результатів (2/6)
Щоб рівномірно рухати одне відносно одного тіла, які лежать одне на одному, потрібна сила, яка долає силу тертя Fr. Сила, напрямлена проти руху, виникає через те, що поверхні тіл у місці дотику ''зчіплюються'' між собою через більші чи менші нерівності. Під час руху це зчеплення вже не може відбуватися такою самою мірою, як у стані спокою. Тому саме на початку руху сила тертя більша, ніж під час руху.
Це відповідає спостереженню і, сформульоване як висновок, звучить так: сила тертя ковзання менша за силу тертя спокою ;
Опрацювання результатів (3/6)
Як показує таблиця 1 (верхня частина), сила тертязростає разом із силою тяжіння. Якщо утворити частки, то в межах точності вимірювання дістанемо сталу величину, яку називають коефіцієнтом тертя або числом тертяі яка за даних умов досліду має середнє значення 0,7.
Отже, справджується:
Опрацювання результатів (4/6)
діє в цьому досліді перпендикулярно до поверхні ковзання. Якщо поверхня ковзання не горизонтальна, то для сили тертя ковзання визначальною є лише одна складова - нормальна сила . Отже, у загальному випадку справджується:
=
Порівняння виміряних значень у таблиці 1, перший і передостанній рядки, показує, що сила тертя Fr залежить від властивостей поверхонь дотику. Порівняння виміряних значень у двох останніх рядках показує, що сила тертя не залежить від площі поверхні дотику
Опрацювання результатів (5/6)
Дослід можна розширити, насипавши на площину піску. Або вирізати смужку з наждачного паперу чи інших матеріалів, покласти її на площину і закріпити рифленим гвинтом, щоб вона не зсувалася. Так можна визначити ще й інші коефіцієнти тертя.
Результати досліду справджуються лише як добре наближення. У реальності є багато явищ, які потребують окремих міркувань. Так, в автомобільних шинах, які мають хитромудрий протектор, ширина бігової доріжки може дуже впливати на силу тертя, а отже й на зчеплення з дорогою (наприклад, шини гоночних автомобілів).
Рис. 3 брусок тертя з тягарцем і напрямним блоком
Опрацювання результатів (6/6)
Силу тертяможна визначити й так: поступово збільшувати за допомогою тягарців силу, що діє на брусок горизонтально, і злегка підштовхувати брусок тертя, доки він не почне рухатися зі сталою швидкістю. Для цього на похилій площині закріплюють рифленим гвинтом блок (03970-00) (рис. 3); крім того, зазвичай знадобляться ще й тягарці по 1 г (03916-00).
Рис. 4: брусок тертя з тягарцем і напрямним блоком
Завдання 1
Питання
Для сили тертя справджується: