![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Определение коэффициентов трения качения и трения скольжения с помощью наклонного маятника
Цель работы: определение коэффициентов трения качения и трения скольжения. Оборудование: измерительная установка, секундомер.
I. Теоретическая часть. Силы трения возникают благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел, которые обусловлены взаимодействием электрических зарядов, которыми обладают частицы, входящие в состав атомов. Силы трения скольжения появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей относительно друг друга и направлены так, чтобы препятствовать этому перемещению. Силой трения покоя называется сила, возникающая на границе соприкосновения тел при попытке вызвать движение. Она направлена в сторону, противоположную направлению предполагаемого движения. Сила трения покоя равна по модулю внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей. Максимальная сила трения покоя примерно равна силе трения скольжения. Сила трения качения возникает между цилиндрическим или шарообразным телом, катящимся без скольжения по плоской или изогнутой поверхности. Она намного меньше силы трения скольжения. В данной работе определение коэффициента трения качения с помощью наклонного маятника основано на измерении уменьшения его амплитуды за определенное число колебаний. Пусть a0 - максимальный угол отклонения маятника в начальный момент движения, an - максимальное значение угла отклонения маятника после n колебаний (рис. 1а). За n колебаний полная энергия маятника уменьшается на величину
а) б) Рис. 1
где
С течением времени происходит затухание колебаний, следовательно, значение максимального угла отклонения маятника от положения равновесия уменьшается, поэтому при расчете пути S, пройденного шариком за n колебаний берем среднее значение угла aср.
где l - длина маятника. Из рис. 1б следует: Возникновение трения качения объясняется деформациями шарика и опоры. Из условия равенства моментов сил трения качения и нормальной составляющей силы реакции опоры:
где b - угол наклона плоскости, на которую опирается шарик массы m, подвешенный на нити, k - коэффициент трения качения,
Определяя из рис. 1а:
Так как углы a0 и an малы:
подставив (6) в (5), окончательно получим:
Формула (7) – рабочая формула для определения коэффициента трения качения, где n - число полных колебаний, a0, an углы, выраженные в радианах. В случае скольжения шара по поверхности опоры сила трения скольжения определяется формулой:
где m - коэффициент трения скольжения, зависящий от материала и качества обработки соприкасающихся поверхностей. Так как при скольжении шара по поверхности опоры его радиус не учитывается, то коэффициент трения скольжения можно определить по формуле:
II. Порядок выполнения лабораторной работы:
ЗАДАНИЕ 1. Определение коэффициента трения скольжения ( 1. Подвесить маятник скольжения (1) (рис. 2) на верхнем кронштейне (2).
Рис. 2 Установка для определения коэффициента трения скольжения 2. Необходимо, чтобы указатель (3) маятника оказался напротив нулевого деления шкалы отсчёта (4) угла отклонения маятника, но без нарушения вертикального положения стойки (5). При необходимости положение основания маятника (6) подрегулировать винтом (7). 3. Установить угол наклона панели (8) по шкале (9) 4. Отвести рукой маятник в крайнее положение – это соответствует начальному углу отклонения маятника 5. Отпустить маятник и записать угол отклонения 6. Повторить измерения 3 раза. Все данные занести в таблицу 1. 7. Определить коэффициент трения скольжения по формуле: 8. Выполнить те же измерения для угла наклона панели 9. Сравнить коэффициенты трения скольжения при разных углах наклона панели и объяснить результат. ТАБЛИЦА 1
ЗАДАНИЕ 2. Определение коэффициента трения качения (
1. Заменить маятник скольжения (1) (рис. 2) на маятник качения (11) (рис. 3). 2. Установить маятник качения (стальной шарик) в такое положение, чтобы указатель маятника (12) оказался напротив нулевого деления шкалы отсчёта угла отклонения маятника.
Рис. 3 Установка для определения коэффициента трения качения 3. Установить угол наклона панели 4. Отклонить шарик от положения равновесия на угол 5. Отпустить маятник без толчка и после совершения им 6. Повторить измерения 3 раза. Все данные занести в таблицу, аналогичную таблице 1. 7. Определить коэффициент трения качения по формуле: 8. Выполнить те же измерения для угла наклона панели 9. Сравнить коэффициенты трения качения при разных углах наклона панели и сделать вывод.
III. Контрольные вопросы: 1. Виды трения. Природа сил трения. 2. Что такое трение скольжения? 3. Что такое трение покоя? 4. Что такое трение качения? 5. Вывод формулы коэффициента трения качения методом наклонного маятника. 6. Дайте определение коэффициента трения качения. От чего он зависит?
IV. Техника безопасности:
1. К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с ее устройством и принципом действия. 2. Для предотвращения опрокидывания установки необходимо располагать ее только на горизонтальной поверхности.
|