<<< ВСЕ МАТЕРИАЛЫ
Виртуальный эксперимент. 9 класс.
Применение закона сохранения энергии для определения силы трения.
Задание 9-6-lab.

  t = 0 c
 
+Eпот +Eкин +Aтр
 
   
-Eпот -Eкин -Aтр
H = 40 см L = 56 см s = 40 см h = 40 см l = ? см m = 100 г
ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ
Важно: категорически запрещается использовать виртуальные лабораторные работы вместо реальных! В виртуальной работе ничего нельзя реально измерить или доказать. Эта работа служит лишь для отработки действий в реальной обстановке.

С помощью закона сохранения и превращения энергии может быть решено огромное количество различных проблем не только в физике, но и в других науках. Решите и вы с его помощью маленькую экспериментальную задачу: определите силу трения шайбы о наклонную плоскость. А заодно учимся снова и снова наблюдать за поведением природы.
Цель работы: познакомиться с применением закона сохранения и превращения энергии для решения задач механики.
Описание установки. На наклонную плоскость (см. рис. справа) кладут шайбу. Кнопкой ПУСК! можно привести шайбу в движение с некоторым трением. Коэффициент этого трения задаётся автоматически при запуске страницы, поэтому, начав выполнение работы, не перезапускайте её, чтобы получить верные данные. Соскользнув с наклонной плоскости, шайба, описав параболу в свободном падении (сопротивлением воздуха, понятно, можно пренебречь), достигнет пола на некотором расстоянии от края стола ближе или дальше намеченного пунктиром места в зависимости от трения при движении по наклонной поверхности. Все необходимые размеры и масса шайбы указаны под рисунком.
В правой части анимации будут условно показано поведение таких величин как потенциальная энергия шайбы Епот (фиолетового цвета), кинетической энергии шайбы Екин (жёлтого цвета) и работы силы трения Атр (красного цвета) с учётом их знака.
Перед началом опыта мы видим только фиолетовый столбик потенциальной энергии, что вполне понятно: шайба поднятая над полом на высоту H + h обладает запасом потенциальной энергии, который будет израсходован при движении тела.
При нажатии на кнопку ПУСК! в движение приходит не только шайба, но и цветные столбики, символизирующие процессы превращения энергии. И хотя движение в анимации замедлено в 10 раз для удобства наблюдения, всё же трудно с первого раза проследить за всеми нюансами поведения шайбы и её энергии. В таком случае можно повторить опыт сколь угодно раз для лучшего понимания процессов.
По окончании движения шайба падает на пол, все виды энергии станут равными нулю.
Выполнение работы.
1. Перенесите рисунок установки к себе в тетрадь. Сначала попробуем просто понаблюдать за движением шайбы, нажав кнопку ПУСК! Постарайтесь понять и кинематику, и динамику этих движений. Сколько участков с разными видами движения вы найдёте? В чём их отличие? Свои наблюдения и выводы запишите в тетрадь.
2. Повторите опыт ещё несколько раз, но не перезапуская страницу. Теперь сосредоточьте своё внимание на поведении энергии. Почему так причудливо скачут столбики, почему и в какой момент времени они появляются или исчезают? Как связаны между собой длины цветных столбиков в каждый момент времени? Без этого нам не решить задачу.
3. Придумайте как, используя дальность полёта шайбы от края стола и другие данные в анимации найти величину силы трения скольжения шайбы по наклонной плоскости. Решите эту задачу и запишите результат в тетрадь.
4. Проверьте себя, ответив на контрольные вопросы (см. ниже). А может быть, отвечая последовательно на контрольные вопросы, вы догадаетесь, как найти силу трения и даже коэффициент трения.
Ускорение свободного падения брать как 9,8 м/с2. Десятичные дроби вводятся через точку. Ответы нужно округлять по правилам приближённых вычислений с погрешностью не более 10%.

1. Какие превращения энергии шайбы происходят за время движения в нашем опыте? Выберите наиболее точный ответ.
1. Кинетическая энергия шайбы превращается в потенциальную.
2. Потенциальная энергия шайбы превращается в кинетическую.
3. Потенциальная энергия шайбы частично превращается в кинетическую, а частично идёт на совершение работы сил трения и сопротивления.
4. На наклонной плоскости часть потенциальной энергии превращается в кинетическую, а часть идёт на работу против силы трения, в свободном падении оставшаяся часть потенциальной энергии превращается в кинетическую.
5. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
2. Обозначим высоты цветных столбиков в нашей анимации соответственно их цветам Ф, Ж и К. Каково соотношение между высотами цветных столбиков (си речь, энергиями и работой) в анимации во время движения шайбы?
1. Ф = Ж.
2. Ф + Ж = К.
3. Ф - Ж= К.
4. Ж - Ф = К.
5. Среди этих ответов нет правильного.
Ответ №:
3. Из приведённых ниже утверждений, касающихся сохранения энергии при движении шайбы в нашем опыте, выберите одно наиболее верное.
1. При движении по наклонной плоскости энергия сохраняется.
2. При свободном падении со стола энергия сохраняется.
3. И на наклонной плоскости, и при свободном падении со стола энергия сохраняется.
4. Ни на наклонной плоскости, ни при свободном падении со стола энергия не сохраняется.
Ответ №:
4. Из ниже приведённых выберите одну формулу, которая наиболее правильно описывает превращения энергии в этой задаче в каждый момент времени.
1. Еп = Ек.
2. Еп = Атр.
3. Еп = Ек + Атр.
4. Атр = Еп - Ек.
5. Атр = Ек - Еп.
Ответ №:
5. Шайба, имея начальную скорость в результате соскальзывания с наклонной части траектории, падает с высоты стола h на пол на расстоянии l от него? Используя эти данные из нашей анимации, найдите время падения шайбы со стола на пол.
Ответ: с
6. Шайба, имея начальную скорость в результате соскальзывания с наклонной части траектории, падает с высоты стола h на пол на расстоянии l от него? Используя эти данные из нашей анимации, найдите эту начальную скорость.
Ответ: м/с
7. Найдите кинетическую энергию шайбы в момент, когда она находится в конце наклонной плоскости?
Ответ: Дж
8. Найдите разность между потенциальной энергией шайбы, находящейся наверху наклонной плоскости (относительно нижней её части, а не пола), и кинетической энергией шайбы в конце наклонной плоскости (модуль изменения энергии).
Ответ: Дж
9. Найдите работу силы трения, зная изменение энергии при движении шайбы по наклонной плоскости.
Ответ: Дж
10. Найдите величину силы трения, зная величину работы этой силы.
Ответ: Н
11. Найдите величину коэффициента трения шайбы о наклонную плоскость, зная силу трения и используя факт, что высота наклонной плоскости H одинакова с длиной её основания s.
Ответ: