Задание OGEPHYS02C1F2: Трение покоя и трение скольжения. Формула для вычисления модуля силы трения скольжения.

Нужно измерить работу силы трения при перемещении бруска с тремя грузами по поверхности Б на 17 см. Численное показание силы в условии отсутствует: его получают динамометром № 2 во время опыта. Работа силы трения отрицательна, поскольку сила направлена против перемещения.

1. Установка и измерения.
Проверим нуль динамометра. Расположим рейку горизонтально поверхностью Б вверх, поместим все три груза на брусок. Отметим начальное положение выбранного края бруска и конечное положение того же края на расстоянии 17 см. Используем шкалу рейки или линейку, чтобы контролировать это расстояние.

Прикрепим динамометр № 2 к крючку и будем тянуть брусок горизонтально, равномерно и прямолинейно. Снимем показание при установившемся скольжении. Начальный рывок и максимум трения покоя для расчёта силы трения скольжения не используем.

2. Силы и формула.
Выберем систему отсчёта рейки: Ox по движению, Oy вверх. На брусок с грузами действуют тяжесть mg вниз, реакция N вверх, тяга F вправо и сила трения F_тр влево. При равномерном движении второй закон Ньютона даёт:
F − F_тр = 0;
N − mg = 0.
Поэтому F_тр равна показанию динамометра. Угол между трением и перемещением составляет 180°. Работа постоянной силы:
A = F_трs cos 180°;
A = −F_трs.

3. Результаты с погрешностями.
Переведём расстояние и его абсолютную погрешность в СИ:
s = (17,0 ± 0,2) см = (0,170 ± 0,002) м.
Если численное показание динамометра в ньютонах равно f, результат измерения силы записываем:
F_тр = (f ± 0,1) Н.

4. Вычисление работы.
Для центральных измеренных значений:
A = −f Н · 0,170 м = −0,170f Дж.
На место f подставляем собственное показание прибора и получаем работу в джоулях. Расстояние задано, но без измерения силы численное значение работы определить нельзя.

Проверка. Модуль работы тяги при равномерном движении равен модулю работы трения, поэтому их сумма равна нулю и кинетическая энергия не меняется. Реакция и тяжесть перпендикулярны перемещению и работы не совершают. Положительное число F_трs означало бы модуль работы трения, тогда как сама работа A имеет знак минус.