11277

Определение коэффициентов трения качения и трения скольжения с помощью наклонного маятника

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа Определение коэффициентов трения качения и трения скольжения с помощью наклонного маятника Цель работы: определение коэффициентов трения качения и трения скольжения. Оборудование: измерительная установка секу

Русский

2013-04-05

7.79 MB

57 чел.

Лабораторная работа

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 0 - максимальный угол отклонения маятника  в начальный момент движения, n - максимальное значение угла отклонения маятника после n колебаний (рис. 1а). За n колебаний полная энергия маятника уменьшается на величину . Пренебрегая работой по преодолению сопротивления среды и трения в точке подвеса маятника убыль потенциальной энергии равна работе сил трения качения.

а)      б)   

Рис. 1

,            (1)

где  – убыль потенциальной энергии,  – изменение высоты центра тяжести шарика после  колебаний в момент максимального отклонения из положения равновесия, S - путь, который проходит центр тяжести шарика за n полных колебаний.

     (2)

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  ср.

,   (3)

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:

,   (4)

где - угол наклона плоскости, на которую опирается шарик массы m, подвешенный на нити, k - коэффициент трения качения, - радиус шарика. Подставив формулы (2), (3) и (4) в выражение (1):

,
откуда получаем выражение для коэффициента трения качения:

.   (5)

Определяя из рис. 1а:   , учитывая, что

, получаем:

.

Так как углы a0 и an малы:

,   (6)

подставив (6) в (5), окончательно получим:

.    (7)

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 - 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:

  (8)

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

  1.  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).
  2.  Установить угол наклона панели (8) по шкале (9) при помощи винта (10).     
  3.  Отвести рукой маятник в крайнее положение – это соответствует начальному углу отклонения маятника (по шкале (4)).
  4.  Отпустить маятник и записать угол отклонения  при совершении  полных колебаний. Перевести значения углов в радианную меру по формуле: .
  5.  Повторить измерения 3 раза. Все данные занести в таблицу 1.
  6.  Определить коэффициент трения скольжения по формуле:  , где .
  7.  Выполнить те же измерения для угла наклона панели . В этом случае . При этом угол отклонения  находится при совершении  полных колебаний. Все данные занести в таблицу, аналогичную таблице 1.
  8.  Сравнить коэффициенты трения скольжения при разных углах наклона панели и объяснить результат.

ТАБЛИЦА 1

№ пп

-

град.

град.

рад.

-

град.

рад.

рад.

град.

-

-

1

2

10

2

2

2

10

2

3

2

10

2

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.

  1.  

Рис. 3

Установка для определения коэффициента трения качения

3. Установить угол наклона панели .

4. Отклонить шарик от положения равновесия на угол . (Угол наклона панели и угол отклонения шарика выбираются таким образом, чтобы шарик катался без проскальзывания).

5. Отпустить маятник без толчка и после совершения им  колебаний записать угол отклонения . Перевести значения углов в радианную меру.

6. Повторить измерения 3 раза. Все данные занести в таблицу, аналогичную таблице 1.

7. Определить коэффициент трения качения по формуле:  , где  - радиус шара, .

8. Выполнить те же измерения для угла наклона панели , для .

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.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23813. Задачи на умножение 16.86 KB
  Класс: 2 Тип урока: комбинированный Тема: задачи на умножение; ФОУД: фронтальная индивидуальная Технология: традиционная Дидактическая цель: создать условия для отработки навыка замены действий сложения умножением в решении задач; Задачи: 1.Образовательные: 1 совершенствовать навыки устного счета 2 заменять сумму одинаковых слагаемых умножением; 3 отрабатывать умения решать задачи; 4закреплять правила замены суммы одинаковых слагаемых умножением. вычисление с помощью замены умножения сложением замени суммой одинаковых слагаемых: 6=...
23814. Стихи А. Плещеева о весне 19.54 KB
  Плещеева о весне Тип урока: урок чтения лирического произведения и коллективного анализа ФОУД: фронтальная Технология: традиционная Оборудование: учебник Литературное чтение Канакина 2кл. Плещеева о весне Задачи Образовательные: познакомить с важными фактами из жизни и творчества А. Плещеева совершенствовать умение анализировать лирическое произведение совершенствовать навык сознательного правильного выразительного чтения Развивающие: развивать творческое воображение детей развивать литературную речь учащихся развивать память...
23815. Рассказ В. Осеевой «Волшебное слово» 20.25 KB
  Вспомним содержание произведения ответив на вопросы кроссворда у каждого на парте Учитель Читает вопросы: Как зовут мальчика Что было в руке у старика Как зовут девочку Кто пекла пирожки На чем сидел старик в начале рассказа Кого попросил Павлик чтобы его взяли кататься на лодке Где Павлик нашел бабушку Что пекла бабушка На чем чертил старик зонтиком Что попросил Павлик у Лены На чем хотел покататься Павлик Куда положил Павлик руку когда попросил брата взять его покататься Как назвал старика Павлик Какое...
23816. Урок по литературе Рассказ В. Осеевой «Волшебное слово» 21.54 KB
  Для того чтобы узнать какая тема будет сегодня у нас на уроке вам нужно составить правильные словосочетания: сказка настольная лампа волшебное слово интересная Обратите внимание какое слово во втором столбике не может сочетаться с другими словами С каким словом оно сочетается Так называется произведение которое мы сегодня будем изучать на уроке. Увлекательные истории цикла рассказов Волшебное слово очень нравились детям.
23817. В. Осеева «Волшебное слово» 49.5 KB
  Осеева Волшебное слово УМК Школа России Л. сказка деревянная палочка красивый лампа интересная слово настольная цветок волшебное Стрелкой соедините слова связанные по смыслу. Слайд 3 Какое словосочетание здесь лишнее Почему Слайд 4 Можем ли мы употребить слово волшебное с другими славами из первого столбика Что у...
23818. В. Осеева « Волшебное слово». 267.17 KB
  Карточки с пословицами карточки с вежливыми словами выставка книг о вежливости мяч карточки с названиями частей плана учебник портрет В. словарь Ожегова кроссворд Ход урока. Как вы понимаете эти слова Волшебное доброе слово может подбодрить человека в трудную минуту поможет улучшить наше настроение. Словарь вежливых слов Растает даже ледяная глыба от слова теплого СПАСИБО.
23819. Урок чтения лирического произведения и коллективного анализа 19.02 KB
  Дата: 19 февраля Класс: 2 Тема: Тип урока: урок чтения лирического произведения и коллективного анализа ФОУД: фронтальная Технология: традиционная Оборудование: учебник Литературное чтение Канакина 2кл. Вы любите зиму Почему Почему мы рады весне Прочитаем еще раз стихотворение: чтение 1 го четверостишия Найдите рифмующиеся слова злится стучится подберите синоним к слову не даром не зря Какой героине вы больше сопереживаете весне чтение 2 четверостя Кто помогает весне Как вы понимаете значение слова трезвон чтение...
23820. Рассказ В. Осеевой «Почему?» 17.22 KB
  Класс: 2 Тема: Рассказ В. Дидактическая цель: создать условия для восприятия рассказа В.Образовательные: познакомить с произведением отрабатывать умение формулировать главную мысль и тему рассказа совершенствовать навык правильного осознанного чтения 2. Воспитательные: воспитывать моральные качества воспитывать наблюдательность воспитывать интерес к рассказу как к жанру Ход урока: этапы деятельность учителя деятельн.
23821. Спроектував програмний додаток, за допомогою якого можна проводити тестування знань в області міжнародних відносин 112 KB
  По завершенню ви можете переглянути остаточний результат Правила Label1. У якому році було засновано ООН Label2. у 1945 Label3. у 1946 Label4.