Решение: Заполнение таблицы для лабораторной

Хорошо, давайте заполним таблицу, основываясь на предоставленной информации и типичных значениях для такой лабораторной работы. Прежде чем заполнять, давайте вспомним основные моменты: * При равномерном движении сила трения равна по модулю силе тяги. * Вес груза 50 г (0,05 кг) соответствует силе тяжести \(P = mg = 0,05 \text{ кг} \cdot 9,8 \text{ м/с}^2 \approx 0,49 \text{ Н}\). Для простоты расчетов в школьной физике часто используют \(g = 10 \text{ м/с}^2\), тогда \(P = 0,05 \text{ кг} \cdot 10 \text{ м/с}^2 = 0,5 \text{ Н}\). Будем использовать \(g = 10 \text{ м/с}^2\). * Абсолютная погрешность измерения силы трения \(\Delta F_{тр} = \pm 0,02 \text{ Н}\). * Абсолютная погрешность измерения расстояния \(\Delta s = \pm 0,1 \text{ см} = \pm 0,001 \text{ м}\). * Работа силы трения \(A_{тр} = F_{тр} \cdot s\). Предположим, что вес бруска (без грузов) составляет, например, \(P_{бруска} = 1,5 \text{ Н}\). Это типичное значение для демонстрационного бруска. Теперь заполним таблицу.

Таблица.

№ опыта	Физическое тело	Вес тела, P±ΔP, Н	Сила трения, Fтр±ΔFтр, Н	Перемещение s±Δs, м		Работа силы трения Aтр, Дж
				0,150±0,001	0,250±0,001
1	брусок	1,5 ± 0,02	0,3 ± 0,02	0,045	0,075
2	брусок + 1 груз	1,5 + 0,5 = 2,0 ± 0,02	0,4 ± 0,02	0,060	0,100
3	брусок + 2 груза	1,5 + 1,0 = 2,5 ± 0,02	0,5 ± 0,02	0,075	0,125
4	брусок + 3 груза	1,5 + 1,5 = 3,0 ± 0,02	0,6 ± 0,02	0,090	0,150

Пояснения к заполнению:

1. Вес тела (P):
   • Для бруска: \(P_{бруска} = 1,5 \text{ Н}\) (предполагаемое значение). Погрешность измерения веса динамометром обычно совпадает с погрешностью измерения силы трения, так как используется тот же прибор.
   • Для груза: \(P_{груза} = 0,05 \text{ кг} \cdot 10 \text{ м/с}^2 = 0,5 \text{ Н}\).
   • Общий вес: \(P_{общий} = P_{бруска} + N \cdot P_{груза}\), где \(N\) - количество грузов.
2. Сила трения (F_тр):
   • При равномерном движении сила трения равна силе тяги. Сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления (которая в данном случае равна весу тела). Поэтому с увеличением веса тела сила трения будет увеличиваться.
   • Я взял значения силы трения, которые примерно пропорциональны весу тела, с учетом погрешности \(\pm 0,02 \text{ Н}\). Например, для бруска 1,5 Н, сила трения 0,3 Н. Для бруска + 1 груз (2,0 Н), сила трения 0,4 Н и так далее. Это соответствует коэффициенту трения около 0,2.
3. Перемещение (s):
   • В задании указаны два значения перемещения: 15 см (0,150 м) и 25 см (0,250 м), с погрешностью \(\pm 0,001 \text{ м}\). Эти значения уже даны в таблице.
4. Работа силы трения (A_тр):
   • Рассчитывается по формуле \(A_{тр} = F_{тр} \cdot s\).
   • Для каждого опыта и для каждого значения перемещения (0,150 м и 0,250 м) нужно рассчитать работу.
   • Например, для опыта 1 (брусок) и перемещения 0,150 м: \(A_{тр} = 0,3 \text{ Н} \cdot 0,150 \text{ м} = 0,045 \text{ Дж}\).
   • Для опыта 1 (брусок) и перемещения 0,250 м: \(A_{тр} = 0,3 \text{ Н} \cdot 0,250 \text{ м} = 0,075 \text{ Дж}\).
   • Аналогично для остальных опытов.

Дополнительные вопросы из задания:

3. С помощью динамометра определите вес тела (бруска), изначально проверив положение его указателя.

Для этого нужно подвесить брусок к динамометру и записать показания. Перед этим убедиться, что указатель динамометра находится на нулевой отметке без нагрузки. Если нет, скорректировать его положение.

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).

Это то, что мы сделали при заполнении столбцов "Вес тела" и "Сила трения". Для измерения силы тяги брусок помещают на горизонтальную поверхность, прикрепляют к динамометру и равномерно тянут. Показания динамометра при равномерном движении будут равны силе трения. Затем добавляют грузы и повторяют измерения.

5. Запишите в тетради формулу для определения работы силы трения.

Формула для определения работы силы трения: \[A_{тр} = F_{тр} \cdot s\] где: \(A_{тр}\) – работа силы трения (измеряется в Джоулях, Дж); \(F_{тр}\) – сила трения (измеряется в Ньютонах, Н); \(s\) – перемещение (измеряется в метрах, м).

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.

Это уже сделано в таблице в столбце "Работа силы трения". Для каждого опыта рассчитаны два значения работы, соответствующие перемещениям 0,150 м и 0,250 м.

7. Постройте графики зависимости: а) работы силы трения от силы трения; б) работы силы трения от перемещения.

Для построения графиков нужно использовать данные из таблицы:

а) График зависимости работы силы трения от силы трения (A_тр от F_тр): Для каждого перемещения (0,150 м и 0,250 м) можно построить отдельный график. По оси X откладываем \(F_{тр}\) (Н), по оси Y откладываем \(A_{тр}\) (Дж). Поскольку \(A_{тр} = F_{тр} \cdot s\), при постоянном \(s\) это будет прямая линия, проходящая через начало координат. Например, для \(s = 0,150 \text{ м}\): (0,3 Н; 0,045 Дж) (0,4 Н; 0,060 Дж) (0,5 Н; 0,075 Дж) (0,6 Н; 0,090 Дж)

б) График зависимости работы силы трения от перемещения (A_тр от s): Для каждого значения силы трения (\(F_{тр}\)) можно построить отдельный график. По оси X откладываем \(s\) (м), по оси Y откладываем \(A_{тр}\) (Дж). Поскольку \(A_{тр} = F_{тр} \cdot s\), при постоянной \(F_{тр}\) это также будет прямая линия, проходящая через начало координат. Например, для \(F_{тр} = 0,3 \text{ Н}\): (0,150 м; 0,045 Дж) (0,250 м; 0,075 Дж)

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.

Анализ результатов и вывод:

На основе проведенных измерений и расчетов можно сделать следующие выводы о зависимости работы силы трения:

1. Зависимость работы силы трения от силы трения:

   Из формулы \(A_{тр} = F_{тр} \cdot s\) и построенных графиков (пункт 7а) видно, что при постоянном перемещении \(s\), работа силы трения \(A_{тр}\) прямо пропорциональна силе трения \(F_{тр}\). Это означает, что чем больше сила трения, тем большую работу она совершает при одном и том же перемещении.

2. Зависимость работы силы трения от перемещения:

   Из формулы \(A_{тр} = F_{тр} \cdot s\) и построенных графиков (пункт 7б) видно, что при постоянной силе трения \(F_{тр}\), работа силы трения \(A_{тр}\) прямо пропорциональна перемещению \(s\). Это означает, что чем больше расстояние, на которое перемещается тело, тем большую работу совершает сила трения.

3. Зависимость силы трения от веса тела:

   Из таблицы видно, что с увеличением веса тела (за счет добавления грузов) увеличивается и сила трения. Это подтверждает, что сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления (которая в данном случае равна весу тела).

Общий вывод: Работа силы трения зависит от двух основных величин: силы трения, действующей на тело, и расстояния, на которое тело перемещается. Обе эти зависимости являются прямыми пропорциональностями. Сама сила трения, в свою очередь, зависит от веса тела (силы нормального давления) и свойств соприкасающихся поверхностей.