2732

Определение коэффициентов трения с помощью наклонного маятника

Лабораторная работа

Физика

Определение коэффициентов трения с помощью наклонного маятника Цель работы: ознакомиться со сложным механическим движением; определить коэффициенты трения различных пар материалов. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА На шарик, выведенный из положения равновесия, ...

Русский

2012-10-18

135 KB

23 чел.

Определение коэффициентов трения с помощью наклонного маятника

Цель работы: ознакомиться со сложным механическим движением; определить коэффициенты трения различных пар материалов.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

На шарик, выведенный из положения равновесия, действуют следующие силы: тяжести , натяжения нити , реакции опоры  и трения  (рис.1). Под действием результирующей, являющейся геометрической суммой указанных сил , шарик совершает колебательное движение. Наличие силы трения между шариком и поверхностью качения приводит к уменьшения амплитуды колебаний шарика во времени. Работа сил трения может быть представлена в виде

где модуль силы трения Fmp =mN; путь, пройденный шариком , m - коэффициент трения; N – модуль силы реакции опоры; ; R - длина нити подвеса; α0 - начальный угол отклонения шарика; αn - конечный угол отклонения шарика; n - число полных колебаний, совершенных шариком при его движении.

Вследствие работы сил трения уменьшается механическая энергия шарика. Убыль механической энергии численно равна работе сил трения:

W0-Wn=Amp,   (2)

где W0,Wn - механическая энергия шарика в исходном и конечном состояниях.

В качестве начального и конечного состояний шарика наиболее удобно принимать положения его максимального отклонения, когда скорость движения шарика равна нулю, а механическая энергия численно равна потенциальной энергии шарика. В этом случае

Amp=П0-Пn=mg(h0-hn),   (3)

где h0, hn - начальная и конечная высота подъема шарика. Высота подъема шарика может быть выражена через угол наклона штанги β, угол отклонения шарика от положения равновесия в плоскости колебаний α и длину нити подвеса (рис.1)

h=Rcosβ(1-cosα),   (4)

В этом случае выражение (3) принимает вид

Amp=mgRcosβ(cosαn-cosα0)=

=

поскольку для малых углов (α≤5º0,09 рад) sinαα, то

и

Тогда

Сопоставляя соотношения (1) и (6), получаем выражение для коэффициента трения скольжения

где 0 и n выражены в радианах. Поскольку шкала для измерения углов 0 и n проградуирована в градусах, то рабочий вид формулы (7) имеет вид:

где углы a0 и an выражены в угловых градусах.

Установка, используемая в настоящей работе, представлена на рисунке 2 и включает в свой состав: основание 1, вертикальную стойку 2, верхний кронштейн 3 с панелью 4, маятник скольжения и маятник качения, которые устанавливаются на верхнем кронштейне 3 поочередно. Основание 1 снабжено тремя регулируемыми опорами 5 и зажимом 6 для фиксации вертикальной стойки 2. Вертикальная стойка 2 выполнена из металлической трубы, на которую нанесена риска, показывающая угол отклонения панели 4 от вертикального положения. Панель 4 имеет прямоугольное окно, в котором устанавливаются сменные образцы в виде пластин. В нижней части панели нанесена шкала отсчета угла отклонения маятников. С помощью винта 7 панель отклоняется от вертикального положения. Угол отклонения панели определяется с помощью шкалы 8, закрепленной в нижней части панели.

Маятник скольжения представляет собой металлический стержень 9, снабженный призматической опорой 10 и обоймой 11, в которую устанавливаются сменные образцы в виде усеченного шара.
Маятник качения представляет собой металлический шарик 12, подвешенный на капроновой нити 13. Шары являются сменными.


Определение коэффициентов трения качения и трения скольжения

1) Установить угол β наклона панели 4 равным 0 градусов. Используя маятник качения в качестве отвеса, при помощи регулировочных опор основания выставить стойку установки в строго вертикальном положении. Протереть исследуемые поверхности сменных пластин, усеченные шары и шары маятника качения этиловым спиртом и вытереть насухо.

2) Установить одну из сменных пластин на панель 4. Вставить усеченный стальной шар в обойму 11 маятника скольжения сферической поверхностью наружу. Повесить маятник скольжения при помощи призматической опоры 10 на верхний кронштейн 3 таким образом, чтобы усеченный шар соприкоснулся с установленной на панель пластиной, и ось маятника была параллельна лицевой поверхности панели. При необходимости подрегулировать положение основания так, чтобы указатель маятника оказался напротив нулевого деления шкалы отсчета угла отклонения маятника, но без нарушения вертикального положения стойки.

3) При помощи штангенциркуля измерить расстояние А (см. рис.2). Установить угол наклона панели β равным 2 градуса. Отвести рукой маятник в одно из крайних положений и записать начальный угол отклонения a0 по шкале отсчета угла отклонения маятника. Отпустить маятник и записать угол отклонения a при совершении маятником n полных колебаний.

4) Определить коэффициент трения скольжения по формуле:

Формула (8) верна при условии, что угол  градусам.

При установке сменной пластины из другого материала маятник
необходимо подвешивать на том же расстоянии А.

5) Снять маятник скольжения. Установить маятник качения (стальной шарик) в такое положение, чтобы указатель маятника оказался напротив нулевого деления шкалы отсчета угла отклонения маятника. При заданном угле наклона панели β отклонить шарик 12 от положения равновесия на угол a0  (например, пять градусов). Записать выбранный угол. Угол наклона панели и угол отклонения шарика выбираются таким образом, чтобы шарик катался по пластине без проскальзывания. Затем без толчка отпустить маятник и с этого момента начать отсчет колебаний. После того, как маятник совершит n полных колебаний, записать угол отклонения колебания маятника a,. Определить коэффициент трения качения по формуле:

где r = 0,01 м - радиус шара.

6) Оценить погрешности косвенных измерений коэффициентов трения качения и трения скольжения по формулам:

    (10)

     (11)

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое сила нормального давления? Запишите уравнение, связывающее силу трения с силой нормального давления.

3. Какие виды трения вы знаете?

4. Чем обусловлены силы трения?

5. В каких случаях силы трения играют положительную роль?

6. В каких случаях силы трения играют отрицательную роль?

7. Как можно изменить силу трения?

 


Рис.2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40870. Относительные местоимения qui, que 117 KB
  vezvous quelque chose de léger Bien sûr Mdme. Vous désirez une entrée Pour moi une slde de tomtes et de concombres s’il vout plît. Qu’estce que vous nous conseillez comme dessert Nos gteux sont délicieux. Je peux ussi vous recommnder notre trte ux frises et des glces différentes.
40871. Определенный артикль во французском языке 88 KB
  Mdemoiselle vous vez des chussures en cuir mrron Quelle est votre pointure Monsieur Je fis du 44. TEXTE 24 PPRENDRE UNE LNGUE ETRNGERE Il n’y ps longtemps Jcques reçu pr son courriel l'invittion à une conférence interntionle sur les problèmes des grndes villes. Il y fer un rpport sur les tendnces ctuelles de l'rchitecture et prticiper à une des tbles rondes. Il pprend cette lngue dès septembre et vers l fin des cours il fit des progrès remrqubles.
40872. Imparfait в придаточном предложении 103 KB
  Pour voir le poste que je veux il fut prler u moins deux lngues étrngères. Mon nglis est ssez bon qunt u russe je ne l’pprends que dès septembre. Oh On dit que cette lngue est très difficile Сomment rrivestu à l’étudier Mis non ce n’est ps trop dur Pourtnt il fut trviller ferme. Et qu’estce que tu sis déjà fire Bon je sis lire et trduire des textes dptés je peux m’exprimer sur quelques sujets liés à l vie cournte et à m profession.
40873. Предпрошедшее время. Plus-que-parfait 143 KB
  Estce que tu es un bon conducteur Je pense que oui mis il fut être très ttentif. Oui vriment être u volnt c’est ssez énervnt On peut voir une pnne ou un ccident on risque toujours de pyer une mende en prlnt u téléphone portble u volnt ou en oublint d’ttcher l ceinture de sécurité ремень безопасности. Bon c’est ton choix 2. Trduisez les questions et répondezy: 1.
40874. Cогласование времен во французском языке 124.5 KB
  Mis il y bien longtemps que je ne suis ps descendu dns le métro. Heureusement ce n’étit ps ux heures de pointe lors les voitures n’étient ps bondées et j’i été ssis pendnt presque tout le trjet. J’i enfin lu à l fin le livre que tu m’vis donné. Trduisez les questions et répondezy : 1.
40875. Имя существительное во французском языке 68.5 KB
  Le moment des vacances et des voyages est enfin venu. Vous allez partir, peut-être seul pour la première fois, peut-être très loin... Pour vous aider à comprendre si vous êtes prêt, voici vingt questions de notre enquête. Répondez par oui ou par non et calculez vos points. Puis consultez le résultat.
40876. ПОНЯТТЯ РИМСЬКОГО ПРИВАТНОГО ПРАВА 90.5 KB
  Предмет римського приватного права. Розмежування приватного та публічного права.Історичні системи римського приватного права.
40877. Визначення мови та її функцій 70.5 KB
  Напрямки дослідження мови. Визначення мови та її функції. Майбутні вчителі мови повинні мати повне уявлення про те чого вони навчають.
40878. Оптимізація епістемної функції мови 87.5 KB
  Термінознавство є розділом лексикології що вивчає терміносистеми мови принципи їхньої організації механізми творення термінів вимоги до них а також розв'язує прикладні завдання впорядкування й кодифікації терміносистем і їхніх відповідників у різних мовах. Терміносистема не відповідна метамові певної галузі оскільки до метамови входять формули символіка які не належать до природної мови. Лейчик вважає що це традиційне питання може бути розв'язане на підставі кваліфікації терміна як лексичної одиниці мови для спеціальних потреб.