5-зертханалық жұмыс. Сырғанау үйкеліс күшін зерттеу

Физика, 7 сынып. Оқулық: Кронгарт Б.А. және т.б. (Мектеп, 2025). 5 тарау: Денелердің өзара әрекеттесуі. 110–112-беттер.

Нені үйренесің

• Сырғанау үйкеліс күшін динамометрмен өлшеуді.
• Жүгі бар білеушенің салмағы бойынша нормаль қысым күшін табуды.
• $F_{\text{үйк}}$-тің $N$-ға тәуелділік графигін салып, $\mu$ үйкеліс коэффициентін табуды.
• Қателікті бағалап, үйкелістің жүктемеге және ауданға тәуелділігі туралы қорытынды жасауды.

Ой қозғау

• Сырғанау үйкеліс күші деген не? Бір дене екінші дененің бетімен сырғанағанда пайда болып, осы қозғалысқа кедергі жасайтын күш.
• Оны қандай формуламен есептейді? $F_{\text{үйк}}=\mu N$.
• $N$ дегеніміз не? Нормаль қысым күші: дене бетке қандай күшпен қысылады. Горизонталь бетте ол дененің салмағына тең.
• $\mu$ неге тәуелді? Жанасатын беттердің материалына және күйіне (ағаш пен ағаш, мұз бен болат т.б.).

💡 Білеушені динамометрмен бірқалыпты тартсаң, жылдамдық өзгермейді. Демек, тарту күші мен үйкеліс күші модулі бойынша тең, ал динамометр дәл үйкелісті көрсетеді.

Тақырыпты талдаймыз

Мақсаты және құрал-жабдықтар

Жұмыстың мақсаты. Сырғанау үйкеліс күшін өлшеуді үйрену; оның нормаль қысым күшіне қалай тәуелді екенін анықтау және үйкеліс коэффициентін табу.

Құрал-жабдықтар. Білеуше, жүктер жиынтығы, динамометр, ағаш сызғыш (білеуше соның бойымен сырғанайды).

1-тапсырма. Үйкелістің нормаль қысымға тәуелділігі

Жүгі бар білеушені горизонталь сызғыштың бойымен бірқалыпты қозғалатындай етіп тартамыз. Динамометр көрсеткіші модулі бойынша $F_{\text{үйк}}$-ке тең. Сол динамометрмен жүгі бар білеушені өлшейміз: салмағы нормаль қысым күші $N$-ға тең. Жүк санын өзгертіп қайталаймыз.

📌 Динамометрдің қателігі $\Delta F=0{,}05,\text{Н}$, егер тіл дәл штрихта тұрса. Тіл штрихтардың арасында тұрса немесе дірілдесе — $\Delta F=0{,}1,\text{Н}$.

⚠️ Жиі кететін қате. Динамометрді жұлқып тарту. Білеуше үдеп бара жатқанда көрсеткіш үйкеліс күшінен көп болады да, нәтиже қате шығады. Біркелкі, тұрақты жылдамдықпен тарт та, көрсеткішті бірқалыпты қозғалыс кезінде ал.

Толтырылған кестенің мысалы

Жүгі бар білеушенің салмағы 2,0 Н, 3,0 Н және 4,0 Н. Динамометр бірқалыпты қозғалыс кезінде үйкеліс күшін былай көрсетті:

Мысалы, үшінші тәжірибе үшін: $\mu=\dfrac{1{,}25,\text{Н}}{4{,}0,\text{Н}}\approx0{,}31$. Бірліктер қысқарады — $\mu$ өлшемсіз.

График

Күш осінің масштабы — 2 торкөз 0,5 Н (бір торкөз = 0,25 Н). Нүктелер координаталар басынан өтетін түзуге жуық жатыр: демек, үйкеліс күші нормаль қысым күшіне тура пропорционал.

График бойынша үйкеліс коэффициенті және орташа мән

Түзудің ортасынан нүкте аламыз: $N=3{,}0,\text{Н}$, $F_{\text{үйк}}=0{,}90,\text{Н}$, демек $\mu=0{,}30$.

Үш тәжірибенің орташасы: $\mu_{\text{орт}}=\frac{0{,}30+0{,}30+0{,}31}{3}\approx0{,}30.$

Абсолюттік қателік

2-тәжірибені аламыз: $F_{\text{үйк}}=0{,}90,\text{Н}$ (тіл штрихта, $\Delta F=0{,}05$ Н), $N=3{,}0,\text{Н}$ ($\Delta N=0{,}05$ Н). Салыстырмалы қателіктер қосылады:

$\varepsilon=\frac{\Delta F}{F_{\text{үйк}}}+\frac{\Delta N}{N}=\frac{0{,}05}{0{,}90}+\frac{0{,}05}{3{,}0}\approx0{,}056+0{,}017=0{,}072.$

$\Delta\mu=\mu_{\text{орт}}\cdot\varepsilon=0{,}30\cdot0{,}072\approx0{,}02.$

📌 Нәтиже: $\mu=0{,}30\pm0{,}02$. Бұл ағаштың ағашпен үйкеліс мәніне жуық (оны оқулықтың Қосымшасынан тексеруге болады).

Қорытынды

Сырғанау үйкеліс күші нормаль қысым күшіне тура пропорционал: график координаталар басынан өтетін түзу, ал $F_{\text{үйк}}/N$ қатынасы дерлік өзгермейді. Біздің тәжірибедегі ағаштың ағашпен үйкеліс коэффициенті $\mu=0{,}30\pm0{,}02$.

Қосымша тапсырма: жанасу ауданы әсер ете ме?

Білеушені ең үлкен жағына қойып, бірқалыпты қозғалыс кезінде $F_{\text{үйк}}$ өлше. Содан кейін дәл сол білеушені (жүгі де сол!) ең тар жағына қойып, қайта өлше.

Күштер қателік шегінде сәйкес келді. Қорытынды: сырғанау үйкеліс күші жанасу ауданына тәуелді емес. Салмақ бірдей, ал кең жағында ол үлкен ауданға «жайылып» кетеді.

🌟 Білеуше тар жағында тіреуге әр шаршы сантиметрге көбірек қысым түсіреді, ал кең жағында — азырақ. Бірақ нормаль қысым күшінің жалпы мәні бірдей, сондықтан сырғанау үйкелісі де бірдей. Бұл — үйкеліс физикасының «күтпеген» жаңалықтарының бірі.

⚠️ Қауіпсіздік техникасы. Білеушені динамометрден жұлқып тартпа — ол қолыңа соғып, не аяғыңа түсіп кетуі мүмкін. Жүктерді саусағыңа түсіріп алмау үшін білеушеге ақырын қой.

👨‍👩‍👧 Ата-анаға. Үйде дәл осыны үстелдегі кітаппен және динамометрдің орнына сумен толтырылған пакетпен жасауға болады: кітапта жүк қанша көп болса, оны тарту соғұрлым ауыр. Баладан кітапты тегіс дастарқанмен тартудың кедір-бұдыр кілеммен тартудан неге жеңіл екенін өзі айтып көруін сұраңыз.

Жадынама

• $F_{\text{үйк}}$ күші $N$-ға тура пропорционал өседі.
• Сырғанау үйкелісі жанасу ауданына тәуелді емес.
• Білеушені ақырын және бірқалыпты тарт.

Шағын тест