Задание OGEPHYS063A44: Трение покоя и трение скольжения. Формула для вычисления модуля силы трения скольжения.

Это экспериментальное задание. Показания приборов в условии не приведены: их нужно получить на своей установке. Ни масса бруска с грузами, ни сила трения заранее не заданы, поэтому универсального численного ответа здесь нет.

1. Схема и порядок измерений.
Проверим нулевые показания динамометров. Поместим на брусок все три груза и измерим их общий вес P динамометром № 2: подвесим брусок с надёжно удерживаемыми грузами, дождёмся покоя и снимем показание. Не допускаем потери грузов и превышения предела шкалы.

Положим рейку горизонтально поверхностью А вверх. Брусок с теми же тремя грузами тянем динамометром № 1 за крючок строго горизонтально и равномерно. Снимаем установившееся показание во время скольжения, а не максимальный скачок при начале движения. Диапазон прибора должен позволять измерить эту силу.

2. Обоснование формулы.
Выберем систему отсчёта рейки, Ox по движению, Oy вверх. На систему «брусок и три груза» действуют тяжесть mg вниз, реакция N вверх, тяга динамометра F вправо и трение F_тр влево. При равномерном прямолинейном движении:
F − F_тр = 0;
N − mg = 0.
При отдельном взвешивании неподвижной системы сила подвеса уравновешивает тяжесть, поэтому показание веса P = mg. Следовательно, N = P, F_тр = F. Из F_тр = μN получаем:
μ = F_трP.

3. Запись измерений с погрешностями.
Обозначим численные показания в ньютонах через p у прибора № 2 и f у прибора № 1. В бланк записываем именно свои показания:
P = (p ± 0,1) Н;
F_тр = (f ± 0,02) Н.
Вес относится к бруску вместе со всеми тремя грузами. Погрешности здесь абсолютные; их не прибавляют к центральным показаниям при расчёте результата.

4. Расчёт.
μ = f Нp Н = fp.
Подставляем полученные f и p, делим и записываем безразмерное число. Без этих измерений указать конкретное число нельзя.

Проверка. Обратное вычисление F_тр = μP должно вернуть измеренное показание горизонтального динамометра с учётом погрешности. Повторное равномерное протягивание того же бруска по поверхности А должно дать согласующийся результат. Наклонная тяга изменяет N, поэтому при измерении держим динамометр горизонтально.