Загальна інформація
Застосування
Рис. 1: що таке тертя?
Сила тертя виникає завжди, коли два тіла рухаються одне відносно одного. Вона завжди діє проти напрямку руху.
Коефіцієнт тертя - 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 продемонструвати, що на похилій площині коефіцієнт тертя μ можна визначити без вимірювання сил.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
За допомогою досліду учні мають дізнатися, як діє тертя на похилій площині, і за потреби визначити коефіцієнт тертя.
Завдання
Учні мають виконати спостереження й вимірювання, щоб визначити коефіцієнт тертя µ на похилій площині.
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 | Похила площина для демонстраційної дошки, магнітна | 02152-00 | 1 |
| 3 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 4 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 2 |
| 5 | Брусок тертя | 02240-01 | 1 |
| 6 | Утримувальний болт | 03949-00 | 1 |
| 7 | Кутовий диск, магнітний | 08270-09 | 1 |
| 8 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- Поклади кутовий диск на демонстраційну дошку
- Розмісти площину на кутовому диску так, щоб її нижній край проходив через центр кутового диска
- Постав брусок тертя великою дерев'яною поверхнею на похилу площину, спершу за малого кута нахилу α між площиною і горизонталлю (рис. 2)
Рис. 2: кутовий диск із бруском тертя
Виконання (1/2)
- Повільно збільшуй кут нахилу так, щоб площина оберталася навколо центра кутового диска.
- Зчитай кут , потрібний для того, щоб сила тертя спокою була щойно подолана і брусок почав ковзати.
- За незмінного кута повторно клади брусок, щоб точно поспостерігати за його рухом.
- Запиши і спостереження (1).
Виконання (2/2)
- Поверни похилу площину знову у вихідне положення і збільшуй кут нахилу як раніше, але тепер, ще не досягнувши , випробуй, за якого кута брусок тертя після легкого поштовху зісковзує площиною вниз.
- Точно поспостерігай за рухом бруска, занеси значення (у таблицю 1) і запиши спостереження (2)
- Обтяж брусок тертя за допомогою утримувального болта спершу одним із прорізних тягарців, потім обома; щоразу визнач і запиши кут .
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/4)
Спостереження
- Після подолання сили тертя спокою брусок ковзає площиною вниз дедалі швидше.
- Таблиця 1
- Брусок - і без навантаження, і з навантаженням - після легкого поштовху зісковзує площиною вниз рівномірним рухом.
| Брусок тертя | /1° |
| без навантаження | 10 |
| з навантаженням 50 г | 10 |
| з навантаженням 100 г | 10 |
Таблиця 1: опрацювання результатів з навантаженням/без навантаження
Опрацювання результатів (2/4)
Для похилої площини справджується:
(пор. рис. 2)
Якщо тіло зісковзує площиною рівномірно (зі сталою швидкістю), то сила тертя , яка діє проти руху, за модулем дорівнює скочувальній силі .
Отже, справджується: = =
Рис. 3 розподіл сил на похилій площині
Опрацювання результатів (3/4)
Крім того, для сили тертя (ковзання) справджується:
=
де означає нормальну силу, яка як складова сили тяжіння діє перпендикулярно до похилої площини. Отже, = (пор. рис. 3). Звідси випливає - результат, який дивує учнів, бо, виходить, він не залежить від нормальної сили.
Рівність дає зручне вимірювальне співвідношення для коефіцієнта тертя.
Останньою частиною досліду, яка має лише підтвердити рівність , доводять, що не залежить від сили тяжіння , а отже й від нормальної сили .
Опрацювання результатів (4/4)
Результат першої частини досліду показує, що , бо сила тертя спокою більша за силу тертя ковзання. А оскільки скочувальна сила в цьому випадку більша, ніж потрібно для компенсації сили тертя ковзання, рух є прискореним.
Якщо учні не мають попередніх знань із тригонометрії, то можна виміряти h і b та, з огляду на (пор. рис. 2), для визначення використати співвідношення замість .
Висновок, що не залежить від , від цього, звісно, не змінюється.
Обертаючи похилу площину, треба уникати ривкоподібних змін. Інакше знайти кути і буде важче. Якщо поблизу і діяти так: покроково (щоразу на 10°) змінювати положення площини і щоразу знову класти брусок тертя - то експериментувати стане легше. Якщо треба дістати більші кути і , то брусок слід класти гумованою поверхнею.
Завдання 1
Заповни пропуски в тексті: Справджується F_H > F_r, бо сила тертя спокою ____ за силу тертя ковзання. Оскільки скочувальна сила в цьому випадку ____, ніж потрібно для компенсації сили тертя ковзання, рух є ____.