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

54 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

29482. ОТ МНЕНИЙ К ПОНИМАНИЮ 90 KB
  Москва 2000 ОТ АВТОРА В книге собраны статьи публиковавшиеся в журнале Мониторинг общественного мнения1 с 1993 по 2000 гг. В этой формуле выражен один из основных принципов работы нашего центра: использовать данные изучения общественного мнения для понимания процессов и перемен в социальной экономической политической и культурной жизни общества. ВЕКТОРЫ ПЕРЕМЕН: СОЦИОКУЛЬТУРНЫЕ КООРДИНАТЫ ИЗМЕНЕНИЙ Уровни и предмет анализа в социальном исследовании Результаты массовых опросов общественного мнения как зарубежные так и отечественные чаще...
29483. ОБЩЕСТВЕННОЕ МНЕНИЕ В ГОД КРИЗИСНОГО ПЕРЕЛОМА 64.5 KB
  Дело не просто в падении или росте доверия к отдельным лидерам организациям институтам власти и пр. Первая относится к марту апрелю парламентский кризис попытка импичмента президента референдум как стремление найти выход из парламентского а точнее конституционного тупика при помощи прямого обращения президентской власти к авторитету общественного мнения. Обратная сторона этой медали изменение содержания таких традиционных категорий политической жизни как лидерство доверие поддержка властных структур или оппозиция власти. оказалась...
29484. ФАКТОРЫ И РЕСУРСЫ ОБЩЕСТВЕННОГО МНЕНИЯ В УСЛОВИЯХ «ПОСТМОБИЛИЗАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА» 60.5 KB
  Малоэффективны поэтому реальными заслонами на пути лавины может служить лишь инерция сила привычки массового сознания и поведения а также относительная кратковременность всякого эмоционального состояния общества будь то увлечение или отталкивание восторг и страх. Эмоциональный всплеск оказался кратковременным уже в октябре ноябре стали усиливаться факторы массового разочарования и отчуждения. Ни устойчивые демократические институты ни устойчивая расстановка основных политических сил не сложились. Негативная мобилизация охватила...
29485. ФАКТОРЫ ПЕРЕМЕННЫЕ И ПОСТОЯННЫЕ: СВОДНЫЙ МОНИТОРИНГ 1994–1995 гг. 83.5 KB
  Объединенный мониторинг (апрель 1994 г. — май 1995 г.) суммирует данные девяти исследований, проведенных в течение года, свободного от электоральной горячки. Как видно из приводимых ниже данных, основные показатели социальных процессов и оценки событий в общественном мнении за этот период оставались практически стабильными. На этом внешне спокойном фоне выделяются три зоны достаточно резких сдвигов
29486. ПИРАМИДА ОБЩЕСТВЕННОГО МНЕНИЯ В ЭЛЕКТОРАЛЬНОМ «ЗЕРКАЛЕ» 100 KB
  После выборов 24 опрошенных утверждали что приняли решение в последние дни а 4 на участке. При этом собственное решение сочли вполне обдуманным и взвешенным 45 скорее таковым 27 скорее эмоциональным 9 полностью эмоциональным 4 затруднились оценить свое решение 15 опрошенных. Таблица 1 Мера обдуманности и время принятия решения о голосовании в от числа опрошенных Насколько обдуманным было принятое решение Задолго до начала избирательной кампании В начале осени Примерно в октябре Примерно в ноябре В последние дни перед...
29487. СОЦИАЛЬНО-ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА РОССИЙСКОГО ОБЩЕСТВА: ЦЕНТР И РЕГИОНЫ 80.5 KB
  Кроме того постоянные попытки союзного а потом российского политического руководства сохранить влияние на административные регионы в этих условиях постоянно приводили к усилению локальных элит и привилегий конституированных в частности в верхней палате нынешнего парламента.в от числа участвовавших в голосовании Регионы Реформисты Консерваторы Север и СевероЗапад области 57 49 республики 54 46 центральный 43 57 ВолгоВятский области 44 56 республики 34 66 ЦентральноЧерноземный 29 71 Приволжский области 37 64 республики 60...
29488. СТРУКТУРА РОССИЙСКОГО ЭЛЕКТОРАЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА 87 KB
  Кроме того результаты всеобщих выборов могут служить средством проверки не только исследовательских данных но также моделей и гипотез относительно ряда параметров социальной и политической реальности. практически непрерывная электоральная ситуация определила не только фон и меру но в значительной мере и само содержание социальнополитической жизни характер политических решений и требований. Ваше настроение в последние дни Прекрасное 3 3 Нормальное ровное 35 31 Напряжение раздражение 40 45 Страх тоска 13 10 Затруднились ответить 9 9 С...
29489. «ЧЕЛОВЕК ПОЛИТИЧЕСКИЙ»: СЦЕНА И РОЛИ ПЕРЕХОДНОГО ПЕРИОДА 90.5 KB
  Распад этой системы привел или приводит к обособлению повседневности от официальной жизни экономической сферы от политической ценностных императивов от инструментальных и т. За эти десять лет определились характерные черты политических институтов политической сцены и политического человека переходного типа. Распад механизма централизованной мобилизации около пяти лет назад не привел ни к реальному плюрализму социальнополитического действия ни к формированию каналов массового участия в политической жизни. Действенным средством...
29490. ФАКТОРЫ И ФАНТОМЫ ОБЩЕСТВЕННОГО ДОВЕРИЯ (постэлекторальные размышления) 87 KB
  Не дорожи любовию народной Показатель массового доверия или недоверия к политическим партиям деятелям социальным институтам один из наиболее употребительных обобщенных и как будто наиболее чутких индикаторов в опросах общественного мнения. Вот некоторые парадоксы общественного доверия выявленные в опросах упомянутой серии: рост показателей доверия к Б. Ельцину на протяжении избирательной президентской кампании при сохранении резко критических оценок его деятельности; значительное расхождение между рейтингами доверия и электоральной...