Sprawdź się
Przypomnij sobie podstawową cechę sił centralnych. Pamiętaj też o zasadach dynamiki Newtona.
Wartość siły FIndeks dolny 00 wyraża się wzorem:
Skoro odległości pomiędzy ładunkami zwiększają się o Δdeltar, to zbiór rIndeks dolny nn tych odległości stanowi ciąg arytmetyczny o postaci:
rIndeks dolny nn = rIndeks dolny 00 + n·Δdeltar.
Przy każdej odległości rIndeks dolny nn siła oddziaływania ma wartość FIndeks dolny nn, daną wzorem:
.
Stosunek sił FIndeks dolny nn i FIndeks dolny 00 jest więc równy:
;
zależy on nie tylko od n, lecz także od stosunku Δdeltar i rIndeks dolny 00 (porównaj odpowiedź ‘c’).
Gdy przyjmiemy, że Δdeltar = rIndeks dolny 00, to otrzymamy:
.
Oznacza to, że jeśli odległość między ładunkami zwiększymy o n·Δdeltar i Δdeltar = rIndeks dolny 00, to wartość siły zmaleje nie nIndeks górny 22-krotnie (porównaj odpowiedź ‘d’), lecz (n + 1)Indeks górny 22-krotnie.
Przeanalizuj poniższy szkic autorstwa Coulomba, przedstawiający urządzenie do badania siły tarcia. Napisz instrukcję postępowania dla eksperymentatora korzystającego z tego urządzenia.
Rozstrzygnij, czy urządzenie służy do badania siły tarcia statycznego czy dynamicznego.
Zastanów się nad rolą belki ‘ab’. Jest ona podtrzymywana uchwytem ‘c’, od którego biegnie linka, przechodząca przez bloczek ‘h’, przyczepiona do wózka na płozach.
Urządzenie służy do badania tarcia stycznego, a belka pełni rolę dźwigni jednostronnej. Jej oś obrotu, prostopadła do płaszczyzny rysunku, przechodzi przez punkt styku trójkątnego klina z blatem ‘B’ (punkt ten jest nieoznaczony na rysunku, dalej będzie nazywany punktem ‘O’). Jedna z powierzchni belki jest wyskalowana, na podobieństwo linijki. Zero tej skali leży pod punktem ‘O’.
Zastanów się nad rolą odważnika ‘P’, o znanym ciężarze, który można przesuwać bliżej lub dalej od punktu zaczepienia linki ‘c’.
1. Wózek na płozach zostaje obciążony klockami, odważnikami, itp. o znanej masie. Jeśli blat ‘B’ jest dobrze wypoziomowany, to ciężar odważników wraz z wózkiem jest równy sile nacisku wózka na powierzchnię, na której spoczywa wózek.
2. Odważnik zostaje zawieszony możliwie blisko uchwytu ‘c’, po jego lewej stronie. Jeśli w tym położeniu wózek zostanie wprawiony w ruch, to należy go dociążyć dodatkowymi klockami.
3. Odważnik jest przesuwany w lewo na coraz to większą odległość od ‘c’. Szukamy takiej odległości dIndeks dolny PP (licząc od zera skali na belce), przy której wózek zostanie wprawiony w ruch. Odległość tę zapisujemy.
4. Maksymalna wartość siły tarcia statycznego F wyznaczana jest z warunku równowagi dźwigni:
P·dIndeks dolny PP = F·dIndeks dolny cc ⇒ F = P·(dIndeks dolny PP/dIndeks dolny cc),
gdzie P to ciężar odważnika a dIndeks dolny cc to odległość punktu zaczepienia linki ‘c’ od zera skali. Odległość ta jest stała w tym doświadczeniu.
5. Pomiar można wykonać dwu‑trzykrotnie dla uniknięcia popełnienia pomyłki.
Można też wykonać serię kilku, kilkunastu niezależnych pomiarów, z tym samym obciążeniem wózka. Dzięki temu uzyskuje się średnią wartość siły F oraz standardową niepewność u(F) wyniku.
Można wreszcie wykonać serię pomiarów, zmieniając za każdym razem obciążenie wózka. Uzyskuje się dzięki temu zależność maksymalnej siły tarcia statycznego od siły nacisku pomiędzy powierzchniami trącymi.