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

58 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

38340. Менеджмент. Сутність менеджменту 1.29 MB
  Планування в організації. В українському законодавстві організації які мають статус юридичної особи називають підприємствами товариствами асоціаціями обєднаннями тощо. За способом і метою утворення організації поділяють на формальні та неформальні. За кількістю цілей виділяють прості організації мають одну ціль і складні організації ставлять перед собою комплекс взаємоповязаних цілей яких в економіці переважна більшість.
38341. Менеджмент как теория управления 74.87 KB
  Управление с точки зрения философии это функция биологических социальных технических организационных систем которые обеспечивает сохранение их структуры и поддерживает определенный режим деятельности; с точки зрения экономических понятий это процесс распределения движения ресурсов в организации с заранее заданной целью по заранее разработанному плану с непрерывным контролем результатов. 2 менеджмент это процесс достижения целей организации с помощью других людей. Менеджер это человек который занимает постоянную управляющую...
38342. Бизнес-планирование инвестиционных проектов 34.5 KB
  Бизнесплан это стандартный документ в котором детально обосновывается концепция инвестиционного проекта приводятся основные технические экономические финансовые и социальные характеристики. Бизнесплан позволяет обобщить результаты которые будут достигнуты в результате внедрения инвестиционного проект определить его эффективность и жизнеспособность установить направления возможного детального развития. Бизнесплан является основанием для получения финансовых ресурсов правовой и организационной поддержки.
38344. ПРАВО ВНЕШНИХ СНОШЕНИЙ 118.5 KB
  Институтом этой отрасли является право на внешние сношения вытекающее из суверенитета государства право на участие в жизни международного сообщества на основе суверенного равенства. Право государства на внешние сношения основано на международноправовых нормах и существует независимо от внутреннего права которое может обходить область внешних сношений молчанием. Согласно принципу невмешательства государства не имеют права вмешиваться не только во внутренние но и во внешние дела другого государства входящие в его суверенную...
38345. ШПАРГАЛКИ З ПРАВОЗНАВСТВА 673 KB
  Загальна характеристика основних галузей права України Державне конституційне право провідна галузь права та законодавства що криє в собі систему правових норм інститутів і нормативноправових актів які закріплюють і регулюють відносини народовладдя основи конституційного ладу України правового статусу людини і громадянина територіального устрою системи державних органів та організації місцевого самоврядування в Україні. Розглядають такі види підзаконних нормативноправових актів залежно від суб'єктів що їх видали: ...
38346. Педагогическая практика преподавателя экономики 57.5 KB
  8 Литература 10 Введение Прохождение практики по специальности студентовбакалавров является неотъемлемой частью процесса подготовки высококвалифицированных специалистов в высших учебных заведениях. Продолжительность практики 2 недели с 16 по 29 мая 2011 года. Целью данной практики является подготовка студентабакалавра к ведению самостоятельной практической деятельности на должности преподавателя экономических дисциплин закрепление уже приобретенных знаний и навыков и соединить их с широким спектром...
38347. Предпринимательство в переходной экономике 66.5 KB
  Типы предприятий в переходной экономике. Особенности эволюции крупных предприятий . Взаимоотношения предприятий в переходной экономике Предпринимательство инициативная самостоятельная деятельность граждан направленная на...
38348. Система источников права Европейского Союза 180 KB
  ПОНЯТИЕ ПРЕЦЕДЕНТНОГО ПРАВА ЕС. СООТНОШЕНИЕ ПРЕЦЕДЕНТНОГО ПРАВА ЕС С АНГЛИЙСКОЙ И КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ ПРАВА. ИСТОЧНИКИ ПРЕЦЕДЕНТНОГО ПРАВА В СИСТЕМЕ ИСТОЧНИКОВ ПРАВА ЕС. Своеобразие источников прецедентного европейского права.