(Занятие каникулярной школы для учащихся 8–9 кл.)
Цель:
- Активизация мыслительной деятельности учащихся.
- Формирование обобщенного умения проводить физические измерения.
- Формирование обобщенного умения проводить экспериментальную проверку
физических закономерностей. - Формирование умения систематизировать полученные результаты в виде
таблицы, умение делать вывод на основе эксперимента.
Организация проведения практикума: Все учащиеся принимающие участие в
работе практикума делятся на группы. Каждая группа учащихся получает задание с
кратким описанием работы.
По окончании выполнения работы учащимся необходимо составить отчет. Отчет
состоит из таблицы, вычисления искомой величины и ее погрешности, вывода по
работе.
Ход работы
I. Вступительное слово учителя:
Если положить на горизонтальную поверхность брусок и подействовать на него с
достаточной силой в горизонтальном направлении, то брусок станет двигаться.
Нетрудно убедиться, что в этом случае на брусок действуют четыре силы: в
вертикальном направлении – сила тяжести P и сила реакции опоры Q, равные по
модулю противоположные по направлению; в горизонтальном направлении – сила тяги
F и
противоположная по направлению сила трения Fmp.
Чтобы брусок двигался равномерно и прямолинейно, нужно, чтобы
модуль силы тяги был равен модулю силы трения.
На этом основан метод измерения силы трения. Следует приложить к бруску силу
тяги, которая будет поддерживать равномерное прямолинейное движение этого тела.
По этой силе тяги определяют модуль силы трения.
II. Практикум.
Задание группе I.
Определите коэффициент трения скольжения при движении бруска по
горизонтальной поверхности стола.
Оборудование: трибометр, деревянная
линейка, деревянный бруска с тремя отверстиями; динамометр; набор грузов по
механике.
Порядок выполнения работы.
- Вычислите цену деления шкалы динамометра.
- Измерьте вес бруска при помощи динамометра. Результат измерения веса
запишите в таблицу. - Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по столу. Для этого
перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра. - Результат измерения запишите в таблицу.
- Нагружая брусок одним, двумя и тремя грузами, измерьте в каждом случае
силу трения. Данные занесите в таблицу. - Вычислите коэффициент трения скольжения
- Определите инструментальную погрешность коэффициента трения.
- Сделайте вывод.
Легко убедиться, что в случае движения тела по горизонтальной поверхности
сила нормального давления равна силе тяжести, действующей на это тело:
N = P.
Это позволяет вычислить коэффициент трения:
Цена деления шкалы динамометра, ц.д
= 0,1 Н.
1. Определили вес бруска и груза с помощью динамометра, записали в таблицу.
2. Двигая брусок равномерно по деревянной линейке, определили силу тяги,
которая равна силе трения. Записали ее значение в таблицу.
| Количество грузов | Fтр, H |
P, H |
µ |
| Без груза | 0,6 ± 0,1 | ||
| Один груз | 0,3 ± 0,1 | 1,6 ± 0,1 | 0,18 ± 0,06 |
| Два груза | 0,5 ± 0,1 | 2,6 ± 0,1 | 0,19 ± 0,04 |
| Три груза | 0,7 ± 0,1 | 3,6 ± 0,1 | 0,19 ± 0,03 |
3. Определили коэффициент трения для каждого измерения силы трения, занесли
их в таблицу.
4. Определили погрешность измерения для каждого значения коэффициента
силы трения.
Вывод:
1. Коэффициент трения равен 0,2.
2. Инструментальная погрешность измерения равна 0,06.
3. Коэффициент трения скольжения при взаимном движении тела по поверхности стола
является величиной постоянной не зависящей от силы нормального давления.
2. Сравните коэффициент трения покоя, скольжения и качения. Сделайте вывод.
Оборудование: динамометр, брусок деревянный, грузы с двумя
крючками – 2 шт., карандаши круглые – 2 шт.
Порядок выполнения работы.
1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.
2. Измерьте вес бруска с двумя грузами при помощи динамометра. Результат
измерения веса запишите в тетрадь.
3. Измерьте максимальную силу трения покоя бруска по столу. Для этого
положите брусок на стол, а на брусок два груза; к бруску прицепите динамометр и
приведите брусок с грузами в движение. Запишите показания динамометра,
соответствующее началу движения бруска.
4. Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по столу. Для этого
перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра.
Результат измерения силы запишите в тетрадь.
5. Измерьте силу трения качения бруска по столу. Для этого положите
брусок с двумя грузами на два круглых карандаша и перемещайте равномерно брусок
по столу при помощи динамометра. Результат измерения силы запишите в тетрадь.
6. Сделайте вывод о том, какая сила больше:
а) вес тела или максимальная сила трения покоя?
б) максимальная сила трения покоя или сила трения скольжения?
в) сила трения скольжения или сила трения качения?
7. Сравните коэффициент трения покоя, трения скольжения и трения качения.
Цена деления шкалы динамометра, ц.д = 0,1 Н.
| Вид трения | Fтр, H |
P, H |
µ |
| Трение покоя | 0,9 ± 0,1 | 2,6 ± 0,1 | 0,35 |
| Трение скольжения | 0,5 ± 0,1 | 2,6 ± 0,1 | 0,19 |
| Трение качения | 0,1 ± 0,1 | 2,6 ± 0,1 | 0,04 |
Вывод:
а) Вес тела больше чем максимальная сила трения покоя.
б) Максимальная сила трения покоя больше чем сила трения скольжения.
в) Сила трения скольжения больше чем сила трения качения.
г) При неизменном весе тела, наименьшее значение коэффициент трения имеет при
качении тела, а наибольшее в случае покоя.
3. Определите коэффициент трения скольжения при движении бруска вдоль
поверхности резины, нешлифованной деревянной рейки, наждачной бумаги.
Оборудование: динамометр, брусок деревянный, грузы с двумя
крючками – 2 шт., отрез линолеума, деревянная нешлифованная рейка, наждачная
бумага.
Порядок выполнения работы.
1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.
2. Измерьте вес бруска при помощи динамометра. Результат измерения веса запишите
в таблицу.
3. Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по поверхности резины,
деревянной нешлифованной линейки и по поверхности наждачной бумаги. Для этого
перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра.
Результат измерения запишите в таблицу.
4. Вычислите коэффициент трения скольжения.
5. Сделайте вывод.
Цена деления шкалы динамометра, ц.д = 0,1 Н.
| Виды трущихся поверхностей | Fтр, H |
P, H |
µ |
| Дерево по дереву (гладкая поверхность) | 0,5 ± 0,1 | 2,6 ± 0,1 | 0,19 |
| Дерево по дереву (нешлифованная деревянная рейка) |
0,9 ± 0,1 | 2,6 ± 0,1 | 0, 35 |
| Дерево по линолеуму | 1,1 ± 0,1 | 2,6 ± 0,1 | 0, 42 |
| Дерево по наждачной бумаге | 2,6 ± 0,1 |
Вывод:
1. Сила трения:
а) зависит от рода трущихся поверхностей.
б) зависит от шероховатости трущихся поверхностей.
в) чем больше шероховатости поверхности, тем коэффициент трения больше.
2. Способы увеличения или уменьшения силы трения скольжения:
Увеличить: увеличить шероховатость трущихся поверхностей, насыпать между
трущихся поверхностей частицы (стружку, опилки, песок).
Уменьшить: шлифовка, полировка трущихся поверхностей, нанесение смазки.
Задание группе II.
Измерение коэффициент трения скольжения, используя наклонную плоскость
Оборудование: линейка деревянная от трибометра, брусок деревянный,
линейка измерительная, штатив.
Порядок выполнения работы.
1. Используя штатив, закрепите линейку под углом к столу.
2. Положите брусок на закрепленную под углом деревянную линейку.
3. Меняя угол наклона линейки, найдите такой максимальный угол, при котором
брусок еще покоится.
4. Измерьте длину основания линейки и высоту подъема линейки.
5. Рассчитайте значение коэффициента трения скольжения дерева о дерево по
формуле:
6. Рассчитайте погрешность измерения.
7. Вывод.
Экспериментальные данные.
Измерили высоту подъема и длину основания линейки.
Вывод:
1. Коэффициент трения равен 0,3.
2. Погрешность измерения равна 0,0016.
2. Измерение коэффициента трения скольжения, через опрокидывание
бруска
Оборудование: брусок деревянный, линейка деревянная от
трибометра, нить, линейка ученическая.
Порядок выполнения работы.
Теоретическое обоснование: Брусок с привязанной к длинной грани нитью
поставьте торцом на горизонтальную поверхность стола и тяните за нить. Если нить
закреплена невысоко над поверхностью стола, то брусок будет скользить. При
определенной высоте h точки А крепления нити сила натяжения нити F опрокидывает
брусок.
Условия равновесия для этого случая относительно точки – угла опрокидывания:
Fh – mga/2
= 0;
Согласно II закону Ньютона:
F – Fтр
= 0;
N – mg =
0.
Обработка результатов.
1. Рассчитайте по формуле значение коэффициента трения скольжения дерева о
дерево.
2. Определите погрешность измерений.
3. Запишите полученный ответ с учетом допущенных погрешностей измерений.
4. Сделайте вывод.
Экспериментальный расчет.
a = 45 ± 1 мм, h
= 80 ± 1 мм.
Вывод:
1. Коэффициент трения равен 0,28.
2. Инструментальная погрешность измерения равна 0,0098.
3. Измерение коэффициента трения скольжения с помощью карандаша.
Оборудование: карандаш, линейка деревянная от трибометра, линейка
ученическая.
Порядок выполнения работы.
Теоретическое обоснование: Поставьте карандаш на стол вертикально,
нажмите на него, наклоните и наблюдайте характер его падения. При небольших
углах наклона к вертикали карандаш не проскальзывает относительно поверхности
стола при любой величине силы, прижимающей его к столу. Проскальзывание
начинается с некоторого критического угла, зависящего от силы трения.
Записываем второй закон Ньютона в проекциях на координатные оси при угле
наклона, равном критическому. (Силой тяжести mg, действующей на карандаш, по
сравнению с большой силой F пренебрегаем).
Обработка результатов:
1. Рассчитайте по формуле значение коэффициента трения скольжения дерева о
дерево.
2. Определите погрешность измерений.
3. Запишите полученный ответ с учетом допущенных погрешностей измерений.
4. Сделайте вывод.
Экспериментальный расчет.
1. Обработка результатов
α =
300,
µ= tgα
= sina /cosa
µ = 0,58
Вывод:
1. Коэффициент трения равен 0,58.
III. Подведение итогов практикума:
Сила трения скольжения зависит:
а) От рода трущихся поверхностей.
б) От шероховатости трущихся поверхностей.
в) Прямо пропорционально от силы давления.
г) Коэффициент трения скольжения при взаимном движении тела по поверхности
является величиной постоянной не зависящей от силы нормального давления.
д) Чем больше шероховатости поверхности, тем коэффициент трения больше.
Приложение.
поделиться знаниями или
запомнить страничку
- Все категории
-
экономические
43,660 -
гуманитарные
33,654 -
юридические
17,917 -
школьный раздел
611,971 -
разное
16,905
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
{mu = dfrac{F_{тр}}{mg}}
Ускорение свободного падения g
Приводим 2 варианта нахождения коэффициента трения — зная силу трения и массу тела или зная угол наклона. Для обоих вариантов вы найдете удобные калькуляторы и формулы для расчета.
Коэффициент трения представляет собой безразмерную скалярную величину, которая равна отношению силы трения между двумя телами и силы, прижимающей их друг к другу, во время или в начале скольжения.
Коэффициент трения чаще всего обозначают греческой буквой µ («мю»).
Следует помнить, что коэффициент трения (μ) величина безразмерная, то есть не имеет единицы измерения.
Коэффициент трения зависит от качества обработки трущихся поверхностей, скорости движения тел относительно друг друга и материала соприкасающихся поверхностей. В большинстве случаев коэффициент трения находится в пределах от 0,1 до 0,5 (см. таблицу).
Содержание:
- калькулятор коэффициента трения
- формула коэффициента трения через силу трения и массу
- формула коэффициента трения через угол наклона
- таблица коэффициентов трения
- примеры задач
Формула коэффициента трения через силу трения и массу
mu = dfrac{F_{тр}}{mg}
Fтр — сила трения
m — масса тела
g — ускорение свободного падения (в большинстве задач можно принять g=9.81 м/с²)
Формула коэффициента трения через угол наклона
mu = tg(alpha)
α — угол наклона
Таблица коэффициентов трения скольжения для разных пар материалов
| Трущиеся материалы (при сухих поверхностях) | Коэффициенты трения | |
|---|---|---|
| покоя | при движении | |
| Резина по сухому асфальту | 0,95-1,0 | 0,5-0,8 |
| Резина по влажному асфальту | 0,25-0,75 | |
| Алюминий по алюминию | 0,94 | |
| Бронза по бронзе | 0,20 | |
| Бронза по чугуну | 0,21 | |
| Дерево по дереву (в среднем) | 0,65 | 0,33 |
| Дерево по камню | 0,46-0,60 | |
| Дуб по дубу (вдоль волокон) | 0,62 | 0,48 |
| Дуб по дубу (перпендикулярно волокнам) | 0,54 | 0,34 |
| Железо по железу | 0,15 | 0,14 |
| Железо по чугуну | 0,19 | 0,18 |
| Железо по бронзе (слабая смазка) | 0,19 | 0,18 |
| Канат пеньковый по деревянному барабану | 0,40 | |
| Канат пеньковый по железному барабану | 0,25 | |
| Каучук по дереву | 0,80 | 0,55 |
| Каучук по металлу | 0,80 | 0,55 |
| Кирпич по кирпичу (гладко отшлифованные) | 0,5-0,7 | |
| Колесо со стальным бандажем по рельсу | 0,16 | |
| Лед по льду | 0,05-0,1 | 0,028 |
| Метал по аботекстолиту | 0,35-0,50 | |
| Метал по дереву (в среднем) | 0,60 | 0,40 |
| Метал по камню (в среднем) | 0,42-0,50 | |
| Метал по металу (в среднем) | 0,18-0,20 | |
| Медь по чугуну | 0,27 | |
| Олово по свинцу | 2,25 | |
| Полозья деревянные по льду | 0,035 | |
| Полозья обитые железом по льду | 0,02 | |
| Резина (шина) по твердому грунту | 0,40-0,60 | |
| Резина (шина) по чугуну | 0,83 | 0,8 |
| Ремень кожаный по деревянному шкиву | 0,50 | 0,30-0,50 |
| Ремень кожаный по чугунному шкиву | 0,30-0,50 | 0,56 |
| Сталь по железу | 0,19 | |
| Сталь(коньки) по льду | 0,02-0,03 | 0,015 |
| Сталь по райбесту | 0,25-0,45 | |
| Сталь по стали | 0,15-0,25 | 0,09 (ν = 3 м/с)
0,03 (ν = 27 м/с) |
| Сталь по феродо | 0,25-0,45 | |
| Точильный камень (мелкозернистый) по железу | 1 | |
| Точильный камень (мелкозернистый) по стали | 0,94 | |
| Точильный камень (мелкозернистый) по чугуну | 0,72 | |
| Чугун по дубу | 0,65 | 0,30-0,50 |
| Чугун по райбесту | 0,25-0,45 | |
| Чугун по стали | 0,33 | 0,13 (ν = 20 м/с) |
| Чугун по феродо | 0,25-0,45 | |
| Чугун по чугуну | 0,15 |
Примеры задач на нахождение коэффициента трения
Задача 1
Найдите коэффициент трения между полом и ящиком массой 20 кг, который равномерно двигают с силой 50 Н.
Решение
Для решения задачи воспользуемся формулой.
mu = dfrac{F_{тр}}{mg} = dfrac{50}{20 cdot 9.81} = dfrac{50}{196.2} approx 0.25484
Ответ: approx 0.25484
С помощью калькулятора удобно проверить ответ.
Задача 2
Найдите коэффициент трения если угол наклона 30°.
Решение
Для решения этой задачи воспользуемся второй формулой.
mu = tg(alpha) = tg(30°) approx 0.57735
Ответ: approx 0.57735
Проверим полученный ответ с помощью калькулятора .
Лабораторная работа
«Определение коэффициента
трения скольжения»
Цель
работы: определить коэффициент
трения скольжения.
Приборы
и материалы: трибометр, динамометр,
набор грузов по 100г, деревянный брусок.
Теоретическое обоснование:
II закон Ньютона: 
OX:
OY: 
Ход работы:
1. Установите деревянный
брусок на трибометре. На бруске укрепите груз массой 100г. С помощью
динамометра равномерно перемещайте брусок вдоль трибометра, измеряя силу F.
2. Подвесьте к динамометру деревянный
брусок с грузом и определите силу тяжести, действующую на него 
.
3. Установите на деревянный
брусок еще один груз массой 100г. Измерьте F
и в
этом случае. Повторите эксперимент с тремя грузами.
4. По результатам измерений
заполните таблицу:
|
№ |
Измерено |
Вычислено |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|||||
|
2 |
|||||
|
3 |
Расчет погрешностей:
1.
Так
как условия опыта меняются, для нахождения среднего значения коэффициента
трения нельзя вычислять среднее арифметическое результатов нескольких
измерений. Воспользуемся графическим способом нахождения среднего значения. По результатам нескольких
опытов построим график зависимости модуля силы
от
модуля силы тяжести 
.
При
построении графика по результатам опыта экспериментальные точки не могут
находиться на одной прямой. Это связано с погрешностями измерения. В этом
случае график надо проводить так, чтобы одинаковое число точек оказалось по
разную сторону от прямой.
После построения графика берут точку на прямой (в средней части графика),
определяют по графику соответствующие этой точке значения силы тяжести и силы F и вычисляют коэффициент трения 
.
Он и будет искомым средним значением коэффициента трения.
2.
Рассчитаем
наибольшую относительную погрешность (в опыте с 1 грузом):
Где: 
и
—
абсолютные погрешности измерения силы тяжести и силы F.
– абсолютная инструментальная
погрешность измерения динамометра;
— абсолютная погрешность
отсчета динамометра.
3.
Рассчитаем
абсолютную погрешность измерения коэффициента трения:
Ответ: (
),
.
Вывод:
Лабораторная работа №1
Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела
Цель работы: 1. выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, если зависит, то как.
2. Определить коэффициент трения дерева по дереву.
Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г.
Выполнение работы.
1. Определили цену деления шкалы динамометра.
Цена деления динамометра:
(2H-1H)/10 дел = 0,1Н/дел
2. Определили массу бруска. Сначала подвесив брусок к динамометру нашли вес бруска Pбруска=0,7Н
Зная, что P=mg и g=10м/с2 получим mбруска=P/g
mбруска=0,7Н/10м/с2=0,07кг
Определяем общий вес тела (силу нормального давления по формуле:
Р=N=(m1+m2)∙g
1.Р=N=(0,07кг+0,1кг)∙10м/с2=1,7Н
2.Р=N=(0,07кг+0,2кг)∙10м/с2=2,7Н
3.Р=N=(0,07кг+0,3кг)∙10м/с2=3,7Н
4.Р=N=(0,07кг+0,4кг)∙10м/с2=4,7Н
5.Р=N=(0,07кг+0,5кг)∙10м/с2=5,7Н
Провели измерения силы трения.
5. Подготовили таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
|
№ опыта |
Масса бруска, |
Масса груза, |
Общий |
Сила трения, |
Коэффициент трения, |
Среднее значение |
|
1 |
0,07 |
0,1 |
1,7 |
0,4 |
||
|
2 |
0,2 |
2,7 |
0,6 |
|||
|
3 |
0,3 |
3,7 |
0,8 |
|||
|
4 |
0,4 |
4,7 |
1 |
|||
|
5 |
0,5 |
5,7 |
1,2 |
6. Из опыта видим, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения)
7. В каждом опыте рассчитали коэффициент трения по формуле: 
.
μ=0,4Н/1,7Н=0,235
μ=0,6Н/2,7Н=0,222
μ=0,8Н/3,7Н=0,216
μ=1,0Н/4,7Н=0,213
μ=1,2Н/5,7Н=0,211
Результаты расчётов занесли в таблицу.
8. По результатам измерений построили график зависимости силы трения от силы нормального давления:
Определили по графику средние значения силы трения и силы нормального давления:
N=3Н
Fтр=0,68Н
Вычислили среднее значение коэффициент трения:
μср=0,68Н/3Н=0,227
Вывод: мы определили, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения). Коэффициент трения дерева по дереву получился равен 0,227
Ответы на контрольные вопросы.
1. Что называется силой трения?
Сила трения – это сила, которая возникает в том месте, где тела соприкасаются друг с другом, и препятствует перемещению тел.
2. Какова природа сил трения?
Сила трения — это сила электромагнитной природы.
3. Назовите основные причины, от которых зависит сила трения?
Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:
1) Шероховатостью поверхностей
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.
4. Перечислите виды трения.
Силы трения подразделяются на силы трения покоя, скольжения, качения.
5. Можно ли считать явление трения вредным? Почему?