Лабораторная работа №4: Определение Работы Силы Трения

Хорошо, давайте выполним эту лабораторную работу. Лабораторная работа №4 «Определение работы силы трения при равномерном движении тела по горизонтальной поверхности». Цель: определить работу силы трения на горизонтальной поверхности и выяснить от каких величин зависит работа силы трения. Оборудование и материалы: брусок с отверстиями и крючком, направляющая рейка, динамометр, набор грузов по 50 г (100 г), линейка. Примечание: абсолютная погрешность измерения расстояния равна \(\pm 0,1\) см, абсолютная погрешность измерения силы равна \(\pm 0,02\) Н. Техника безопасности: Перед тем как приступить к выполнению работы, тщательно изучите её описание и уясните ход выполнения. Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном учителем. Не держите на рабочем месте предметы, не требующиеся при выполнении задания. Размещайте приборы таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание. Не загружайте измерительные приборы выше предельных обозначений шкалы. При работе с деревянными брусками и линейками (трибометрами) будьте осторожны, так как можно посадить занозы. После выполнения работы все оборудование необходимо сдать учителю. Ход работы: 1. Соберите установку и сделайте схематический рисунок. Помните, что при равномерном движении сила трения равна по модулю силе тяги. 2. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений с учетом погрешностей и вычислений. Таблица. | № опыта | Физическое тело | Вес тела, \(P \pm \Delta P\), Н | Сила трения, \(F_{тр} \pm \Delta F_{тр}\), Н | Перемещение \(s \pm \Delta s\), м | Работа силы трения, \(A_{тр}\), Дж | |---|---|---|---|---|---| | 1 | брусок | | | | | | 2 | брусок + 1 груз | | | | | | 3 | брусок + 2 груза | | | 0,150 \(\pm\) 0,001 | | | 4 | брусок + 3 груза | | | 0,250 \(\pm\) 0,001 | | 3. С помощью динамометра определите вес тела (бруска), изначально проверив положение его указателя. 4. Измерьте силу тяги бруска при равномерном перемещении бруска, бруска с 1 грузом, с двумя и с тремя грузами, измеряя каждый раз вес тела (бруска с грузами). 5. Запишите в тетради формулу для определения работы силы трения. Формула для определения работы силы трения: Работа силы трения \(A_{тр}\) определяется как произведение силы трения \(F_{тр}\) на перемещение \(s\): \[A_{тр} = F_{тр} \cdot s\] 6. Определите работу силы трения при перемещении бруска на расстояние 15 см и 25 см для всех трех случаев. Записывая результаты вычислений для каждого случая. 7. Постройте графики зависимости: а) работы силы трения от силы трения; б) работы силы трения от перемещения. 8. Проанализируйте полученные результаты и сделайте вывод: от каких величин зависит работа силы трения, указав вид зависимости, т.е. каким образом одна величина зависит от другой. --- Давайте заполним таблицу и сделаем вычисления. Для примера возьмем некоторые условные значения, так как реальные измерения не проводились. Предположим, что: * Вес бруска \(P_{бруска} = 0,50 \pm 0,02\) Н. * Вес одного груза \(P_{груза} = 0,10 \pm 0,02\) Н. * Сила трения \(F_{тр}\) при равномерном движении равна силе тяги. Измерения силы трения (силы тяги): * Брусок: \(F_{тр1} = 0,10 \pm 0,02\) Н * Брусок + 1 груз: \(F_{тр2} = 0,15 \pm 0,02\) Н * Брусок + 2 груза: \(F_{тр3} = 0,20 \pm 0,02\) Н * Брусок + 3 груза: \(F_{тр4} = 0,25 \pm 0,02\) Н Перемещение: * \(s_1 = 0,150 \pm 0,001\) м (15 см) * \(s_2 = 0,250 \pm 0,001\) м (25 см) Теперь заполним таблицу и рассчитаем работу силы трения. Таблица. | № опыта | Физическое тело | Вес тела, \(P \pm \Delta P\), Н | Сила трения, \(F_{тр} \pm \Delta F_{тр}\), Н | Перемещение \(s \pm \Delta s\), м | Работа силы трения, \(A_{тр}\), Дж | |---|---|---|---|---|---| | 1 | брусок | \(0,50 \pm 0,02\) | \(0,10 \pm 0,02\) | \(0,150 \pm 0,001\) | \(0,015\) | | 1 | брусок | \(0,50 \pm 0,02\) | \(0,10 \pm 0,02\) | \(0,250 \pm 0,001\) | \(0,025\) | | 2 | брусок + 1 груз | \(0,60 \pm 0,02\) | \(0,15 \pm 0,02\) | \(0,150 \pm 0,001\) | \(0,0225\) | | 2 | брусок + 1 груз | \(0,60 \pm 0,02\) | \(0,15 \pm 0,02\) | \(0,250 \pm 0,001\) | \(0,0375\) | | 3 | брусок + 2 груза | \(0,70 \pm 0,02\) | \(0,20 \pm 0,02\) | \(0,150 \pm 0,001\) | \(0,030\) | | 3 | брусок + 2 груза | \(0,70 \pm 0,02\) | \(0,20 \pm 0,02\) | \(0,250 \pm 0,001\) | \(0,050\) | | 4 | брусок + 3 груза | \(0,80 \pm 0,02\) | \(0,25 \pm 0,02\) | \(0,150 \pm 0,001\) | \(0,0375\) | | 4 | брусок + 3 груза | \(0,80 \pm 0,02\) | \(0,25 \pm 0,02\) | \(0,250 \pm 0,001\) | \(0,0625\) | Расчеты работы силы трения: * Опыт 1 (брусок, \(s = 0,15\) м): \(A_{тр} = 0,10 \text{ Н} \cdot 0,150 \text{ м} = 0,015\) Дж * Опыт 1 (брусок, \(s = 0,25\) м): \(A_{тр} = 0,10 \text{ Н} \cdot 0,250 \text{ м} = 0,025\) Дж * Опыт 2 (брусок + 1 груз, \(s = 0,15\) м): \(A_{тр} = 0,15 \text{ Н} \cdot 0,150 \text{ м} = 0,0225\) Дж * Опыт 2 (брусок + 1 груз, \(s = 0,25\) м): \(A_{тр} = 0,15 \text{ Н} \cdot 0,250 \text{ м} = 0,0375\) Дж * Опыт 3 (брусок + 2 груза, \(s = 0,15\) м): \(A_{тр} = 0,20 \text{ Н} \cdot 0,150 \text{ м} = 0,030\) Дж * Опыт 3 (брусок + 2 груза, \(s = 0,25\) м): \(A_{тр} = 0,20 \text{ Н} \cdot 0,250 \text{ м} = 0,050\) Дж * Опыт 4 (брусок + 3 груза, \(s = 0,15\) м): \(A_{тр} = 0,25 \text{ Н} \cdot 0,150 \text{ м} = 0,0375\) Дж * Опыт 4 (брусок + 3 груза, \(s = 0,25\) м): \(A_{тр} = 0,25 \text{ Н} \cdot 0,250 \text{ м} = 0,0625\) Дж --- Построение графиков: а) Зависимость работы силы трения от силы трения (при постоянном перемещении). Возьмем перемещение \(s = 0,150\) м: * \(F_{тр} = 0,10\) Н, \(A_{тр} = 0,015\) Дж * \(F_{тр} = 0,15\) Н, \(A_{тр} = 0,0225\) Дж * \(F_{тр} = 0,20\) Н, \(A_{тр} = 0,030\) Дж * \(F_{тр} = 0,25\) Н, \(A_{тр} = 0,0375\) Дж График будет представлять собой прямую линию, проходящую через начало координат, так как \(A_{тр} = F_{тр} \cdot s\), где \(s\) - константа. Это прямая пропорциональность. (Здесь должен быть график. Для школьника можно нарисовать его на миллиметровой бумаге. По оси X откладываем \(F_{тр}\) в Н, по оси Y откладываем \(A_{тр}\) в Дж. Точки: (0.10; 0.015), (0.15; 0.0225), (0.20; 0.030), (0.25; 0.0375). Соединяем их прямой линией.) б) Зависимость работы силы трения от перемещения (при постоянной силе трения). Возьмем силу трения \(F_{тр} = 0,10\) Н (для бруска): * \(s = 0,150\) м, \(A_{тр} = 0,015\) Дж * \(s = 0,250\) м, \(A_{тр} = 0,025\) Дж График также будет представлять собой прямую линию, проходящую через начало координат, так как \(A_{тр} = F_{тр} \cdot s\), где \(F_{тр}\) - константа. Это прямая пропорциональность. (Здесь должен быть график. Для школьника можно нарисовать его на миллиметровой бумаге. По оси X откладываем \(s\) в м, по оси Y откладываем \(A_{тр}\) в Дж. Точки: (0.150; 0.015), (0.250; 0.025). Соединяем их прямой линией.) --- Вывод по лабораторной работе: В ходе выполнения лабораторной работы мы исследовали зависимость работы силы трения от различных величин. 1. Было установлено, что работа силы трения \(A_{тр}\) прямо пропорциональна силе трения \(F_{тр}\) при постоянном перемещении. Это означает, что чем больше сила трения, тем большую работу она совершает на одном и том же расстоянии. 2. Также было установлено, что работа силы трения \(A_{тр}\) прямо пропорциональна перемещению \(s\) при постоянной силе трения. Это означает, что чем больше расстояние, на которое перемещается тело, тем большую работу совершает сила трения. 3. Таким образом, работа силы трения зависит от двух величин: силы трения и пройденного пути (перемещения). Зависимость является прямо пропорциональной, что подтверждается формулой \(A_{тр} = F_{тр} \cdot s\). Вид зависимости: Работа силы трения прямо пропорциональна как силе трения, так и перемещению. Если одна из этих величин увеличивается, то и работа силы трения увеличивается, при условии, что другая величина остается постоянной.