Вы, конечно, знаете, что в природе существует сила трения, возможно, что вы знаете даже ее некоторые свойства.

В данной работе вам предстоит экспериментально изучить, как нить трется о пластиковый стержень.

Часть A. Теоретическая

По горизонтальной поверхности может скользить брусок, привязанный с помощью пружины к неподвижному упору. Естественно, что между бруском и поверхностью существует трение.

Направим ось $Ox$ вдоль пружины, начало отсчета совместим с положением недеформированной пружины. Будем считать, что брусок может двигаться только вдоль этой оси. Оказывается, что брусок может находиться в состоянии равновесия, даже если пружина слегка деформирована. В этой области (она называется областью застоя) координата бруска может принимать значения от $x= -l$ до $x=l$ (где $l$ – некоторое число).

Постарайтесь очень кратко (но точно!) ответить на следующие вопросы.

A1  ^0.30 Объясните, почему существует область застоя.

A2  ^0.30 От чего зависит размер этой области?

A3  ^0.50 Вы растянули пружину, расположив брусок в точке с координатой $x_0$, и отпустили. Брусок придет в движение и окончательно остановится в точке с координатой $x_1$. Нарисуйте схематический график зависимости конечной координаты бруска $x_1$ от его начальной координаты.

Часть B. Наконец-то экспериментальная

Соберите установку, показанную на рис. 1: доска закреплена на столе, к крайнему гвоздику прикреплён динамометр; нить, привязанная к его другому концу, переброшена через стержень. В подвешенный на ней стаканчик можно складывать грузы. Нить можно считать нерастяжимой.

Если в стаканчик помещать грузы, то пружина динамометра растягивается. Договоримся растяжение пружины $x$ измерять в показаниях шкалы (одно маленькое деление – 1, большое деление – 10 единиц).

Внимание: во время измерений необходимо убедиться, что нить не касается столешницы (в том числе торца).

Теоретическая подсказка

Часть B1. Статика

B1.1  ^2.30 Если в стаканчик помещать грузы, то пружина динамометра может находится в равновесии (опять явление застоя!) в некотором диапазоне от $x_{нг}$ (нижняя граница) до $x_{вг}$. Измерьте зависимость координат нижней и верхней границ зоны застоя от числа грузов, помещенных в стакан. Постройте графики полученных зависимостей.

B1.2  ^0.80 Предложите простую формулу, описывающую (может приближенно) эти зависимости. Найдите численные значения коэффициентов, входящих в эти формулы.

B1.3  ^0.40 На том же листе миллиметровки постройте график зависимости положения равновесия пружины динамометра от числа грузов в стакане, при отсутствии силы трения.

B1.4  ^0.80 С помощью построенных графиков и найденных коэффициентов, рассчитайте коэффициент $\beta$ в формуле (1).

Часть B2. Динамика

Поместите в стаканчик 3 груза и все измерения в этой части проводите с тремя грузами!

Пружина окажется в некотором положении равновесия. С помощью нити, связывающей пружину со стаканчиком ее можно вывести из положения равновесия. Пусть начальное положение пружины определяется координатой $x_0$. Если после этого нить отпустить, то стаканчик и пружина могут начать двигаться. Обозначим конечное (после полной остановки) положение пружины $x_1$.

B2.1  ^2.50 Измерьте зависимость координаты конечного положения пружины $x_1$ от ее начального положения $x_0$ (рекомендуем проводить измерения для $x_0$ от 0 до 50 с шагом в 5 делений). Постройте график полученной зависимости.

B2.2  ^0.20 Укажите на этом графике найденную вами ранее область застоя (как для величины $x_0$, так и для величины $x_1$).

B2.3  ^0.50 На этом же бланке нарисуйте, примерный график теоретической зависимости $x_1$ от $x_0$.

B2.4  ^0.20 Объясните причины возможных расхождений между теоретической зависимостью и вашими экспериментальными данными.

Оборудование

1. Набор $10$ грузов по $50~г$
2. Динамометр
3. Нитки
4. Подставка для установки (доска с закреплённым пластмассовым стержнем)
5. Пластиковый стаканчик