§14. Досліджуємо тертя

ГДЗ Фізика 7 клас Засєкіна

ДУМАЙ

1. За яких умов виникає сила тертя спокою? А сила тертя ковзання? Сила тертя кочення? Від чого залежать ці сили?

Сила тертя спокою виникає, коли одне тіло намагаються зрушити зі стану спокою, але воно залишається нерухомим. Вона залежить від шорсткості поверхонь і сили притискання тіл.
Сила тертя ковзання виникає, коли одне тіло ковзає по поверхні іншого. Залежить від коефіцієнта тертя ковзання та нормальної реакції опори ( $F_{\text{тер. ковз}} = \mu N$ ).
Сила тертя кочення виникає, коли одне тіло котиться по іншому. Вона менша за силу тертя ковзання і залежить від деформації тіл у місці контакту.

2. Розглянь малюнок 14.5. Чому брусок не скочується вниз? Яка сила утримує його в стані спокою? Накресли в зошиті сили, що діють на брусок.

Брусок не скочується вниз, тому що сила тертя спокою врівноважує складову сили тяжіння, яка спрямована вздовж похилої площини. Сила, що утримує брусок у стані спокою, — це сила тертя спокою.

3. Розглянь малюнок 14.6. Поясни, що означає дорожній знак «Слизька дорога».

Дорожній знак «Слизька дорога» попереджає про те, що коефіцієнт тертя між колесами автомобіля та дорожнім покриттям знижений через погодні умови (дощ, лід тощо). Це може призвести до втрати зчеплення та збільшення гальмівного шляху.

4. Чому важко писати крейдою по мокрій дошці?

Важко писати крейдою по мокрій дошці, тому що вода зменшує шорсткість поверхні, через що знижується сила тертя між крейдою та дошкою. Це ускладнює залишення сліду крейди на поверхні.

5. У яких випадках потрібно:

Збільшити тертя потрібно, наприклад, для покращення зчеплення взуття з підлогою, автомобільних шин із дорогою.
Зменшити тертя потрібно в механізмах, щоб уникнути зношування деталей, наприклад, у двигунах, де використовують мастила.

6. Чому коефіцієнти тертя надано для пари матеріалів, а не для кожного матеріалу окремо? Чому для однієї і тієї самої пари матеріалів відрізняються коефіцієнти тертя спокою та ковзання?

Коефіцієнти тертя надано для пари матеріалів, тому що сила тертя залежить від взаємодії двох поверхонь і їхніх характеристик (шорсткість, структура). Коефіцієнт тертя спокою більший за коефіцієнт тертя ковзання, оскільки для початку руху потрібно подолати додаткове зчеплення між нерівностями поверхонь.

7. Об’єднайтесь у дві групи. Проведіть змагання: одна група має навести приклади позитивного впливу тертя, інша — негативного.

Позитивний вплив тертя:

Зчеплення взуття із землею дозволяє ходити.
Гальмування автомобілів.
Можливість писати ручкою чи олівцем.

Негативний вплив тертя:

Зношування деталей механізмів.
Втрата енергії у вигляді тепла.
Ускладнення руху важких предметів.

ДІЙ. РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ

1. За допомогою динамометра рівномірно переміщують брусок уздовж горизонтальної поверхні. Чому дорівнює сила тертя спокою, якщо динамометр показує 4 Н?

Дано:
 $F = 4 \, \text{Н}$ 
 $F_{\text{тер. сп}} - ?$ 
Розв’язання:
Сила тертя спокою дорівнює прикладеній силі,
якщо брусок рухається рівномірно.
Оскільки динамометр показує  $4 \, \text{Н}$ :
 $F_{\text{тер. сп}} = F = 4 \, \text{Н}$ 
Відповідь: Сила тертя спокою дорівнює  $4 \, \text{Н}$

2. Яка сила потрібна для рівномірного переміщення візка, якщо сила тертя становить 0,02 його ваги? Вага візка 500 Н.

Дано:
 $P = 500 \, \text{Н}$ 
 $F_{\text{тер}} = 0,02 \cdot P$ 
 $F - ?$ 
Розв’язання:
Розрахуємо силу тертя:
 $F_{\text{тер}} = 0,02 \cdot P = 0,02 \cdot 500 = 10 \, \text{Н}$ 
Отже, потрібна сила:
 $F = F_{\text{тер}} = 10 \, \text{Н}$ Відповідь: Сила, що перевищує  $10 \, \text{Н}$ .

3. Яка сила тертя між загальмованими колесами автомобіля та асфальтовою дорогою, якщо вона становить 0,4 ваги автомобіля, а вага автомобіля дорівнює 15 кН?

Дано:
 $P = 15 \, \text{кН} = 15000 \, \text{Н}$ 
 $F_{\text{тер}} = 0,4 \cdot P$ 
 $F_{\text{тер}} - ?$ 
Розв’язання:
Розрахуємо силу тертя за формулою:
 $F_{\text{тер}} = 0,4 \cdot P = 0,4 \cdot 15000 = 6000 \, \text{Н}$ 
Відповідь:  $6000 \, \text{Н} = 6 \text{кН}$

4. Під час ковзання дерев’яного бруска горизонтальною дошкою сила тертя становить 0,3 ваги тіла, а під час кочення дерев’яного циліндра сила тертя становить лише 0,06 ваги тіла. У скільки разів сила тертя кочення менша, ніж сила тертя ковзання?

Дано:
 $F_{\text{ковз}} = 0,3 \cdot P$ 
 $F_{\text{коч}} = 0,06 \cdot P$ 
 $\dfrac {F_{\text{ковз}}}{F_{\text{коч}}} - ?$ 
Розв’язання:
 $\dfrac{F_{\text{ковз}}}{F_{\text{коч}}} = \dfrac{0,3 \cdot P}{0,06 \cdot P} = \dfrac{0,3}{0,06} = 5$ 
Відповідь: у 5 разів.

5. Цеглину масою 1 кг рівномірно переміщують горизонтальною поверхнею. Визнач силу тертя, якщо коефіцієнт тертя між цеглиною і поверхнею 0,3.

Дано:
 $m = 1 \, \text{кг}$ 
 $\mu = 0,3$ 
 $g = 9,8 \, \text{м/с}^2$ 
 $s - ?$ 
Розв’язання:
Сила тертя ковзання визначається за формулою:
 $F_{\text{тер}} = \mu \cdot N$ де  $N$  — сила нормальної реакції опори, яка дорівнює вазі тіла:
 $N = m \cdot g$ .
Обчислимо силу нормальної реакції:
 $N = 1 \cdot 9,8 = 9,8 \, \text{Н}$ Тепер знайдемо силу тертя:
 $F_{\text{тер}} = 0,3 \cdot 9,8 = 2,94 \, \text{Н}$ Відповідь: Сила тертя дорівнює  $2,94 \, \text{Н}$

6. Якщо до столу масою 80 кг прикласти зусилля 100 Н паралельно підлозі, він залишиться нерухомим. Яку додаткову силу необхідно прикласти, щоб зрушити стіл, якщо сила тертя спокою стола на підлозі становить 0,3 його ваги?

Дано:
 $m = 80 \, \text{кг}$ 
 $P = m \cdot g = 80 \cdot 9,8 = 784 \, \text{Н}$ 
 $F_{\text{тер. сп}} = 0,3 \cdot P = 0,3 \cdot 784 = 235,2 \, \text{Н}$ 
 $F_{\text{прикл}} = 100 \, \text{Н}$ 
 $F_{\text{дод}} - ?$ 
Розв’язання:
Щоб зрушити стіл, необхідно подолати силу тертя спокою.
Додаткова сила визначається як різниця 
між силою тертя спокою та прикладеною силою:
 $F_{\text{дод}} = F_{\text{тер. сп}} - F_{\text{прикл}}$ 

 $F_{\text{дод}} = 235,2 - 100 = 135,2 \, \text{Н}$ Відповідь:  $F_{\text{дод}} = 135,2 \, \text{Н}$ .