Задание 2. Определение коэффициента трения покоя.

Лабораторная работа № 1_05

Изучение явления сухого трения

Цель работы:

1. Экспериментальное изучение закономерностей сухого трения.

2. Научиться измерять и вычислять коэффициент трения скольжения и покоя различными способами.

Приборы и принадлежности:

1. Трибометр лабораторный.

2. Динамометр.

3. Набор грузов по механике НТМ–100.

Примечание: до выполнения работы повторить тему «Трение» по указанной литературе.

Краткая теория

Рассмотрим два соприкасающихся тела. На трибометре поместим брусок 3. К нему с помощью нити, перекинутой через блок, подвесим подставку 1. Будем постепенно нагружать подставку 1 грузами. Вначале брусок 3 покоится, следовательно уравновешивается внешней силой:

Рис. 1

Брусок прижимается к трибометру силой , направленной по нормали к поверхности соприкосновения тел. Она называется силой нормального давления.

Попытаемся переместить брусок, увеличивая действие на него внешней силы (будем нагружать подставку 1 грузами). При этом обнаружится, что для разных брусков (следовательно, разных значений силы нормального давления) имеется определенное значение внешней силы, при котором брусок 3 удается сдвинуть с места. Если внешняя сила превзойдет по значению , то тело начинает скользить. Таким образом, внешняя сила представляет собой наибольшее значение силы трения покоя.

Законы сухого трения сформулированы французским ученым Амонтоном (1899 г.) и независимо от него Кулоном (1781 г.)

(1)

где – коэффициент трения покоя, – сила нормального давления (прижимающая сила), – сила трения покоя (максимальная сила трения покоя).

Задание 1. Определение коэффициента трения скольжения.

Для выполнения этого задания имеется специальная установка – трибометр. На трибометр помещают брусок и динамометр, связанные между собой нитью. Если брусок оттянуть, чтобы динамометр показал некоторую силу , то потенциальную энергию пружины можно записать

– сила упругости пружины (показание динамометра), – деформация пружины (удлинение пружины).

После освобождения брусок будет двигаться до остановки, при этом потенциальная энергия пружины израсходуется на совершение работы, на преодоление силы трения на пути . Эту работу можно представить выражением:

где – коэффициент трения, – масса бруска,

– ускорение свободного падения, – перемещение бруска.

По закону сохранения энергии , откуда

Указания к заданию по определению коэффициента трения скольжения дерева по дереву, стали по стали, дерева по стеклу:

1) определить с помощью динамометра вес брусков и перевести его значение в массу;

2) оттянуть брусок на столько, чтобы показание динамометра равнялось 1Н (2Н – для стали), и отметить растяжение пружин динамометра – ;

3) отпустив брусок, измерить его перемещение – .

В таком порядке проведите опыты для каждого бруска не менее трех раз. Результаты измерений и вычислений внесите в таблицу 1.

Таблица 1

Вид вещества	Сила упругости F, (H)	Масса бруска m, кг	Деформация пружины х, м	Перемещение бруска				Коэффициент трения
Вид вещества	Сила упругости F, (H)	Масса бруска m, кг	Деформация пружины х, м	S₁, м	S₂, м	S₃, м	S_ср, м	экс	таб
Дерево по дереву
Сталь по стали
Дерево по стеклу

4) определить абсолютную и относительную погрешности.

Задание 2. Определение коэффициента трения покоя.

1. Метод максимальной нагрузки.

Постепенно нагружая подставку 1 (рис.1) сдвинуть с места брусок. Сила тяжести грузов на подставке 1, создающая начало движения, есть сила трения покоя.

С помощью динамометра определите силу нормального давления бруска, и вычислите коэффициент трения покоя (из закона Амонтона).

Опыт повторить не менее трех раз. Данные занести в таблицу 2.

Таблица 2

№ изм	Сила трения макс. - F_тр._max, Н	– сила норм. давл., Н	– коэф.трения
1
2
3
сред.

2. Метод предельного угла.

В момент начала скольжения тела по плоскости сила трения равна тангенциальной (направленной параллельно плоскости соприкосновения) составляющей силы тяжести тела

Сила нормального давления (прижимающая сила) равна силе реакции плоскости

В соответствии с законом Амонтона

имеем

, отсюда ,

т.е. коэффициент трения покоя численно равен тангенсу предельного угла.

Рис. 2

Для определения коэффициента трения покоя методом предельного угла измеряют угол наклона плоскости, при котором начинается скольжение, лежащего на ней тела. Тело и плоскость подбирают из материалов, для которых необходимо определить значение . Опыт повторить не менее трех раз, результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 3.

Таблица 3.

N _изм
1.
2.
3.
Сред.

Задание 3. Экспериментальное исследование зависимости силы трения скольжения и коэффициента трения скольжения (УИРС) от:

1. Силы нормального давления.

2. Площади поверхностей соприкосновения двух тел.

В ходе исследования записать краткое теоретическое обоснование предлагаемых методов, проверить достоверность предложений экспериментально.

Начертите таблицу и внесите в него опытные данные, сделайте вывод.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте закон трения (закон Амонтона).

2. Какие методы определения силы трения существуют?

3. Как объяснить механизм явления сухого трения?

4. От каких физических величин зависит трение?

5. Обоснуйте свои предложения по зависимости и (силы трения и коэффициент трения скольжения) от силы нормального давления и площади соприкасающихся тел.

6. Какие преобразования энергии происходят при движении тел с учетом силы трения?

7. Как определить направление действия силы трения покоя, скольжения?

8. Чему равна величина силы трения покоя, скольжения?

9. Расскажите о трении скольжения, покоя, вязкого трения и трения качения.

10. Почему трение скольжения больше трения качения?

11. Почему вязкое трение меньше трения скольжения?

12. Как трение проявляется в природе? Когда оно играет положительную, отрицательную роль? Как избавиться от трения?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Александров А.В., Яшкин А.Я. Курс общей физики. Механика. – М.: Просвещение, 1978. – с. 82–91, 285–310.

2. Архангельский М.М. Курс физики. Механика. – М.: Просвещение, 1975. – Гл. VI, §3 – §6.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. – Т.1. – М.: Наука, 1973.

4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. – Т.1. – М.: Наука, 1974. §17.

5. Стрелков С.П. Механика. – М.: Наука, 1975. §38–42, §72–75.

Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 226; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!