Усі лабораторні роботи. 6-11 класи

Лабораторна робота № 5

Тема. Вимірювання коефіцієнта тертя ковзання.

Мета: виміряти коефіцієнт тертя ковзання; переконатися на досліді, що коефіцієнт тертя ковзання не залежить від площі дотичних поверхонь.

Обладнання та матеріали: дерев’яний брусок, дерев’яна лінійка, набір важків масою по 100 г, динамометр.

Вказівки та пояснення: якщо одне тіло рухається по поверхні іншого тіла, то виникає сила тертя, що перешкоджає рухові. Для тіл, що рухаються, сила тертя може бути силою тертя ковзання або силою тертя котіння (якщо тіло рухається у рідині або газі, то додатково з’являються сили тертя у середовищі). Сила тертя ковзання з’являється під час руху тіла (його ковзання) по поверхні іншого тіла у дотику поверхонь двох тіл, які притиснуті одне до одного, та протидіє їх взаємному переміщенню. Ця сила визначається за формулою F_тер = μ · Ν, де μ — коефіцієнт тертя, а N — сила реакції поверхні, що діє на тіло (яка за модулем дорівнює силі, з якою тіло діє у перпендикулярному (нормальному) напрямі до поверхні). Сила тертя завжди має напрям, що протилежний напряму руху. Якщо тіло рухається вздовж горизонтальної поверхні, то за модулем сила реакції поверхні дорівнює вазі тіла, тобто N = mg у цьому випадку, де m — маса тіла. Коли до тіла приєднати динамометр і тягнути його рівномірно, то сила тяги, яку вказує динамометр, дорівнює силі тертя F_тер. Звідки можна визначити коефіцієнт тертя ковзання за формулою

Коефіцієнт тертя залежить від природи (матеріалу) та якості поверхонь дотику (сутність обробки, шорсткість).

Хід роботи

1. Визначте ціну поділки й межі вимірювання шкали динамометра. Межі вимірювання від 0 Н до 4 Н. Ціна поділки (ЦП) = (1 - 0) / 10 = 0,1 Н.

2. Підвісьте брусок до динамометра, виміряйте його вагу N = F_тяж = Р = m₁g; Р = 0,2 · 9,8 = 1,96 Н;

3. Прикріпіть брусок до гачка динамометра й покладіть його широкою гранню на горизонтально розташовану лінійку. Рівномірно переміщуйте брусок уздовж лінійки. Визначте силу тертя ковзання за показаннями динамометра: F_{тер ковз} = F_пруж = 0,7 Н

4. Знову покладіть брусок на горизонтально розташовану лінійку та проведіть дослід за вказаним вище алгоритмом, поклавши на брусок спочатку один, потім одночасно два, а потім одночасно три важки: N = Р_бруска + Р_важка.

5. Проведіть аналогічні досліди, повернувши брусок на вужчу грань.

6. Результати вимірювань занесіть до таблиці.

Таблиця 1

Номер досліду	Широка грань		Вузька грань
	Сила тертя Fтер ковз, Н	Сила реакції опори N, Н	Сила тертя Fтер ковз, H	Сила реакції опори N, Н
1.	0,7	1,96	0,8	1,96
2.	1,3	2,94	1,2	2,94
3.	1,7	3,6	1,8	3,6
4.	2,1	4,9	2,0	4,9

8. За результатами вимірювань побудуйте графік залежності сили тертя F_{тер ковз} від сили реакції опори N. У ході побудови графіка експериментальні точки можуть не опинитися на одній прямій. Це пов’язане з похибками вимірювання. У такому випадку графік треба проводити так, щоб приблизно однакова кількість точок опинилася з різних боків від прямої.

• Абсолютна відносна похибка вимірювання коефіцієнта тертя ковзання: ε_μ = ε_F + ε_Ν = 0,07 + 0,026 = 0,096 = 9,6 %; Δμ = ε_μ · μ_сер = 0,096 · 0,42 = 0,04.

12. Округліть результат і запишіть у таблицю.

Таблиця 2

Коефіцієнт тертя ковзання, μсер	Похибка вимірювання		Результат вимірювання, μ = μсер ± Δμ
	Відносна, εμ, %	Абсолютна, Δμ
0,43	9,6	0,04	0,43 ± 0,04

Висновки. Ми навчилися визначати коефіцієнт тертя ковзання дерева по дереву. Переконалися, що між силою тертя і силою нормальної реакції опори існує залежність, що виражається прямою пропорційністю, засвідчили на досліді, що коефіцієнт тертя ковзання не залежить від площі дотичних поверхонь.