Mõõda ära, kui suur on paberi ja pliiatsitera vaheline hõõrdetegur?

Katsekehad: paber ja pliiats. Mõõteriistad: joonlaud.

Ülesanne füüsikaolümpiaadi eksperimentide hulgast.

Võiks alustada dünamomeetriga pliiatsit mööda paberit vedades, aga mõõteriistade nimekiri seda võimalust ei anna. Proovime jõudu komponentideks jagada.

Pane paber siledale kõvale alusele ja pliiats sellele püsti. Vajuta tera kergelt vastu paberit. Jõud (F), millega pliitas mõjutab paberit, tekitab toereaktsiooni (N). Need kaks jõudu on vastasuunalised, võrdsed ja mõjuvad mõlemad piki pliiatsit. Jõudude resultant on null, pliiats ja paber püsivad vatavalt Newtoni esimesele seadusele paigal (või liiguvad ühtlaselt ja sirgjooneliselt). Tasub märkida, et tegu pole Newtoni kolmanda seaduse jõudude paariga. Kolmanda seaduse jõud peavad mõjuma erinevatele kehadele ja peavad olema sama liiki. Nüüd katse juurde.

Pliiatsi ja paberi vahelise hõõrdeteguri mõõtmine ilma dünamomeetrita.	Katses tekkinud pliiatsijäljed ja arvutused. Keskel vertikaalsed jooned tähistavad joonlaua asukohta hetkel, kui pliiats ära libises. Vasakul on pliiatsi tera jäetud libisemisjutid.

Kalluta pliiatsit aeglaselt kõrvale nii kaugele kui võimalik. Sel hetkel, kui pliiats näpu alt minema lipsab, on pliiatsile mõjuva jõu üks komponent (F_p – piki paberit) võrdne hõõrdejõuga (F_h). Teine komponent on nagu ikka toereaktsioon (N). Mõõda pliiatsi asend sel hetkel. Mõõta võib nii pliiatsi otsa kõrguse kui ka selle projektsiooni paberile. Pliiatsi pikkus võib ka vajalik olla.

Katsest on näha, et jõuvektorite kolmnurk on sarnane pliiatsist, paberist ja joonlauast moodustuva kolmnurgaga. Hõõrdetegur on jõudude suhe, mille saab arvutada sarnasest kolmnurgast.

Pane tähele, et tegemist on seisuhõõrdega. Kui pliiats juba libisema hakkab, väheneb hõõrdetegur veidi. Just seepärast on pliiatsi sõrme alt ära libisemine üsna äkiline. Katse tuleb hästi välja siledal ja kõval pinnal. Näiteks puidust laud osutub liiga pehmeks, katsetulemused hajuvad palju ja sõltuvad sellest, milline on katsepunktis puidu süü ja libisemise suund.

Lisaküsimused

Kui katseseade on juba kord üles seatud, on üsna odav ka teisi hõõrdetegureid mõõta. Kõigepealt vaata, kas pliiatsi teises otsas juhtub olema kustukumm. Otsi veel erinevad kirjutusvahendeid ja muid pulki. Proovi teistsugust paberit, näiteks liivapaberit.

Kas hõõrdetegurit saab sel moel määrata ka kaaluta olekus? Aga kiirendavas rongis?