Физика (стр. 9 )

4. Пользуясь теоремой Штейнера, докажите, что при переносе центра качания в точку подвеса период колебаний маятника не изменится.

Работы, выполняемые на МУК-М2-03

Работа № 1. Определение коэффициента трения скольжения
твердых тел

Цель: определить коэффициент трения скольжения между разными твердыми телами.

Оборудование: блок механический БМ2-03 (узел «Наклонная плоскость»); деревянный брусок, на одну из поверхностей которого прикреплена дуралюминиевая пластинка; грузы и перегрузки; соединительная нить с крючками.

Описание узла «Наклонная плоскость». Узел «Наклонная плоскость» 2 крепится на верхнюю перекладину 3 блока БМ2-03, установленную на вертикальных стойках 1 (рис. 1). Он состоит из следующих частей (рис. 2): 1 − ролик А; 2 − фотодатчик «стоп» с ограничителем; 3 − измерительная линейка; 4 − отсчетное устройство; 5 − указатель; 6 − стопорный винт; 7 − электромагнит № 1; 8 − ролик В.

Рис. 1

Рис. 2

Определить коэффициент трения скольжения, используя узел «Наклонная плоскость», можно двумя способами.

Первый способ. На тело, движущееся по наклонной плоскости, действуют силы: 1) сила тяжести ; 2) сила реакции опоры ; 3) сила трения . Если выбрать направление осей координат, как показано на рис. 3, то уравнения движения тела, скользящего по плоскости, имеют вид:

. (1)

Здесь k – коэффициент трения скольжения. Из этих уравнений следует

(2)

Рис. 3

Если тело находится на грани скольжения, то и для коэффициента трения получаем:

(3)

Таким образом, для определения коэффициента трения необходимо найти угол наклона плоскости к горизонту, при котором начинается скольжение тела по плоскости. Для этого необходимо:

1) положить на наклонную плоскость возле фотодатчика брусок деревянной поверхностью вниз;

2) отвернуть немного стопорный винт;

3) медленно поворачивая плоскость по часовой стрелке, определить по отсчетному устройству угол наклона плоскости к горизонту, при котором начинается скольжение бруска;

4) по формуле (3) вычислить коэффициент трения;

5) повторить операции 1–4. пять раз, вычислить среднее значение коэффициента трения и погрешность измерения .

6) результаты занести в табл. 1.

Таблица 1

№ п/п			,

7) перевернуть брусок дуралюминиевой поверхностью вниз и повторить операции 1–5.

Второй способ. Брусок 1, лежащий на горизонтальной плоскости, можно привести в движение, прицепив к нему нить 2, к свободному концу которой, перекинутому через блок, подвешен груз 3 (рис. 4). Если вес груза ( – масса груза) больше силы трения бруска о плоскость, брусок будет двигаться с ускорением. Если – брусок будет покоиться. При брусок будет двигаться равномерно. Поскольку сила трения (– масса бруска), то, изменяя массу груза с помощью перегрузков, можно добиться начала движения бруска. В этом случае

. (4)

Рис. 4

Для этого необходимо:

1) установить «Наклонную плоскость» в горизонтальное положение – угол по отсчетному устройству и затянуть стопорный винт;

2) положить на наклонную плоскость возле фотодатчика брусок деревянной поверхностью вниз;

3) прицепить к бруску нить и перекинуть ее через ролик поднимающегося груза;

4) к свободному концу нити подвесить груз и с помощью перегрузков подобрать массу груза так, чтобы брусок только начал двигаться;

5) по формуле (4) вычислить коэффициент трения дюралюминия по дереву (– масса груза с перегрузками);

6) повторить операции 1–5. пять раз, вычислить среднее значение коэффициента трения и погрешность измерения ;

7) заполнить табл. 1.

8) перевернуть брусок дюралюминиевой поверхностью вниз и повторить операции 1–6.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое трение? Какие вы знаете виды трения? Приведите примеры.

2. Что такое сила трения? Объясните физический смысл коэффициента трения. От чего он зависит?

3. Как можно увеличить или уменьшить силы трения?

4. Зависит ли коэффициент трения от массы и размера тела, применявшегося при выполнении работы?

Работа № 2. Соскальзывание тела с наклонной плоскости

Цель: 1) исследовать скольжение тела по наклонной плоскости; 2) определить ускорение движения тела по наклонной плоскости и его зависимость от угла наклона плоскости.

Оборудование: блок механический БМ2-03 (узел «Наклонная плоскость»); брусок с двумя противоположными поверхностями из разных материалов – дуралюминий и дерево, секундомер СЭ1.

Описание узла «Наклонная плоскость». Узел «Наклонная плоскость» 2 крепится на верхнюю перекладину 3 блока БМ2-03, установленную на вертикальных стойках 1 (рис. 1). Сбоку основания имеется ввод кабеля 5 управления электромагнитами и переключатель электромагнитов 4. На наклонной плоскости смонтирован электромагнит 6, которым может удерживаться брусок 7, и фотодатчик «Стоп» с ограничителем 8. К блоку БМ2-03 подсоединяется электронный секундомер 9.

Рис. 1

При выполнении работы плоскость необходимо установить к горизонту под углом (значение угла взять из работы №1 на с. 56 ). Для этого необходимо:

1) ослабить стопорный винт;

2) повернуть плоскость на требуемый угол против часовой стрелки; контроль угла осуществлять при помощи отсчетного устройства и указателя;

3) зафиксировать положение плоскости стопорным винтом;

4) секундомер СЭ1 перевести в режим 1;

5) переключить тумблер 4 на электромагнит № 1.

Определение ускорения тела, скользящего по наклонной плоскости.

1. Поместите брусок деревянной поверхностью вниз в верхний конец плоскости, где он будет зафиксирован магнитом.

2. Нажмите кнопку «Пуск» секундомера.

3. Запишите расстояние S, пройденное бруском, и время t его прохода.

4. Вычислите ускорение бруска .

5. По формуле вычислите коэффициент трения скольжения k.

6. Операции 1–4. повторить пять раз, вычислите среднее значение ускорения , вычислите среднее значение коэффициента трения и погрешности их определения: ; .

7. Повторите операции 1–6 с бруском, уложенным на плоскость дюралюминиевой поверхностью вниз. Сравнить значения и для двух случаев.