Эксперимент

Силу притяжения удобно находить через силу трения: при известном коэффициенте трения \(F_{\text{тр}}=\mu N\), а \(N\) равна силе притяжения (с поправкой на вес).

1) Наклоняем пластину, пока лист не начнёт скользить: коэффициент трения покоя находится как \(\mu_{\text{пок}}=h/\sqrt{l^2-h^2}\), где \(h\) — высота конца пластины, а \(l\) — длина пластины. Теперь слегка подталкиваем лист, лежащий на пластине, и находим угол наклона, при котором лист будет скользить вниз с постоянной скоростью; снова используем формулу \(\mu_{\text{ск}}=h/\sqrt{l^2-h^2}\). Разумные численные значения: \(\mu_{\text{пок}}\approx0{,}37\) и \(\mu_{\text{ск}}\approx0{,}29\).

2) Кладём на пластину несколько полосок бумаги, а сверху — магнит. Делаем петлю из шнура, надеваем её на магнит и тянем динамометром вбок (скользит вся система из бумаги и магнита). Сила притяжения \(F\approx N\) (где \(N\) — сила реакции) находится как отношение показания динамометра \(F_d\) к соответствующему коэффициенту трения (в зависимости от того, какое показание берётся: максимальное или соответствующее скольжению): \(F\approx F_d/\mu\). Расстояние \(d\) измеряется числом бумажных полосок (толщина одной полоски \(\approx0{,}2\) мм). При больших расстояниях (примерно \(d>4\) мм) вес бумажных полосок \(F_p\) и магнита уже нельзя считать пренебрежимо малым, точность результатов можно повысить, вычтя этот вес из \(N\): \(F=F_d/\mu-F_p\).

3) Используем похожую установку, только число бумажных полосок меньше (всего порядка \(2\) мм) и пластина имеет крутой наклон. Даём бруску скользить вниз по наклону и ударяться о магнит. Высоту падения и наклон пластины сохраняем постоянными и измеряем путь скольжения, который проходят бумага и магнит после удара бруска. Этот путь обратно пропорционален силе притяжения \(N\). Если этот путь оказывается слишком коротким для точного измерения (при очень малых расстояниях между магнитом и пластиной), можно использовать несколько ударов бруска. В этом случае путь за один удар находится как измеренный путь, делённый на число ударов. Коэффициент пропорциональности можно найти, сравнивая результаты этого и предыдущего пунктов для тех расстояний, которые охвачены обоими методами измерения. Разумные результаты измерений приведены на приложенном графике.

На рисунке: ось ординат — \(F\) (Н), ось абсцисс — \(d\) (мм).

4) Применяется та же методика, что и в предыдущем пункте, но нужно использовать большее число ударов (\(\approx10\)–\(20\)). Разумный результат для \(d=0{,}2\) мм (одна бумажная полоска) — \(F\approx270\) Н. Заметим, что результат намного больше удвоенного результата для одного магнита; это связано с замыканием ферромагнитной петли линий магнитного поля.

Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.