Лаба 5
ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕРТЯ КОВЗАННЯ
Мета роботи: ознайомитися з одним із способів вимірювання і знаходження коефіцієнта тертя спокою.
Прилади й приналежності:
1. Блок секундомір електронний СЕ-1
2. Блок механічний БМ-2, брусок
Короткий теоретичне введення
При сковзанню бруска з похилій площині на нього діє кілька сил: сила тяжіння m
Виберемо напрямок координатної осі X уздовж площини вниз, а координатної осі Y перпендикулярно площині вгору. Запишемо рівняння динаміки поступального руху бруска в проекціях на ці осі:
Врахуємо, що сила тертя ковзання дорівнює
де μ- коефіцієнт тертя ковзання.
Вирішуючи систему рівнянь (1), (2) і (3), отримуємо
величину прискорення
Формула отримана при нульовому значенні початкової швидкості, що відповідає умовам досвіду. Підставляючи (5) в (4), отримуємо робочу формулу для визначення коефіцієнта тертя ковзання:
Установка являє собою похилу площину 1, яку за допомогою гвинта 2 можна встановлювати під різними кутами α до горизонту (рис.2). Кут α вимірюється за допомогою шкали 3. На площину може бути поміщений брусок 4 масою m. Передбачено використання двох брусків різної маси. Кожен брусок складається з двох частин, виготовлених з різних матеріалів: дерево-дюраль і дерево-сталь. Бруски закріплюються у верхній точці похилій площині за допомогою електромагніту 5, управління яким здійснюється за допомогою електронного секундоміра СЕ-1. Пройдене бруском відстань вимірюється лінійкою 6, закріпленої уздовж площини. Час зісковзування бруска вимірюється автоматично за допомогою датчика 7, вимикає секундомір в момент торкання бруском фінішної точки.
Порядок виконання роботи
1. Послабивши гвинт 2 (рис.2), встановіть площину під кутом 25 ° до горизонту, електромагніт при цьому повинен перебувати в нижній частині площини. Закріпіть площину в такому положенні, затиснувши гвинт 2.
2. Увімкніть секундомір СЕ-1. Переконайтеся, що він знаходиться в режимі №1.
3. Помістіть брусок з більшою масою (сталь-дерево) на похилу площину в положенні деревом вниз, притисніть торець бруска, на який наклеєна металева пластина, до електромагніту. Переконайтеся, що брусок утримується в цьому положенні.
4. Натисніть кнопку «Пуск» секундоміра. При цьому відбувається одночасне відключення електромагніту і включення секундоміра. Вимкнення секундоміра відбувається автоматично в момент удару бруска по фінішному датчику.
5. Запишіть час зісковзування бруска t. пройдений бруском шлях S. кут нахилу площини α. Обчисліть за формулою (6) коефіцієнт тертя ковзання μ.
6. Повторіть досвід п'ятикратно. Проведіть математичну обробку результатів.
7. Повторіть п.п. 3-6, повернувши брусок в положення сталлю вниз.
8. Повторіть п.п.3-7 для інших кутів α.
9. Повторіть п.п. 3-8 для другого бруска.
10. Порівняйте отримані в досвіді значення коефіцієнтів тертя ковзання з табличними
ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕРТЯ СПОКОЮ
Мета роботи: ознайомитися з одним із способів вимірювання і знаходження коефіцієнта тертя спокою.
Прилади й приналежності:
1. Блок секундомір електронний СЕ-1
2. Блок механічний БМ-2, брусок
Короткий теоретичне введення
Силою тертя Fтр називається сила, що виникає при зіткненні поверхонь двох тіл і перешкоджає їх взаємному переміщенню. Вона прикладена до тіл уздовж поверхні їхнього зіткнення і спрямована завжди протилежно відносної швидкості переміщення.
Якщо дотичні тіла нерухомі одна відносно одної, то говорять про терті спокою; при відносному переміщенні говорять про терті ковзання. У разі, якщо одне з тіл котиться по поверхні іншого без прослизання, то говорять про терті кочення.
Сила тертя спокою не є однозначно визначеною величиною. Залежно від прикладеної сили тяги F величина сили тертя спокою змінюється від 0 до Fмін - того значення сили, коли брусок почне рухатися. Тому
Зазвичай силою тертя спокою називають максимальну силу тертя спокою Fтр макс пок.
Сила тертя спокою не залежить від площі зіткнення тіл і пропорційна силі нормального тиску Pн (а отже, рівної їй силі реакції опори N):
Величина μпок називається коефіцієнтом тертя спокою. Коефіцієнт тертя спокою залежить від тертьових матеріалів і від якості обробки поверхонь.
Для визначення коефіцієнта тертя спокою зручно використовувати похилу площину рис. 1. При повільному збільшенні кута нахилу площини можна знайти такий кут α0. при котом брусок стрибкоподібно зрушиться з місця і почне ковзати по площині.
В даному випадку на брусок діятимуть три сили: сила тяжіння Fт. сила реакції опори N і сила тертя Fтр пок. Виберемо напрямок координатної осі X уздовж площини вниз, а координатної осі Y перпендикулярно площині вгору. При відсутності прискорення рівнодіюча всіх трьох сил дорівнює нулю. Запишемо систему рівнянь виходячи з другого закону Ньютона:
Із системи рівнянь слід Fтр пок = N tgα. Виходячи з виразу (1) можна отримати:
Установка являє собою похилу площину 1, яку за допомогою гвинта 2 можна встановлювати під різними кутами α до горизонту (рис.2). Кут α вимірюється за допомогою шкали 3. На площину може бути поміщений брусок 4 масою m. Передбачено використання двох брусків. Кожен брусок складається з двох частин, виготовлених з різних матеріалів: дерево-дюраль і дерево-дерево.
Змінюючи кут нахилу площини можна знайти такий кут, при якому брусок стрибком зрушиться з місця і почне ковзати по площині. Використовуючи формулу (2) можна розрахувати коефіцієнт тертя спокою μпок бруска.
Порядок виконання роботи
1. Послабивши гвинт 2 (рис.2), встановіть площину під кутом 0 0 до горизонту. Помістіть брусок 4 (сталь-дерево) на похилу площину в положенні деревом вниз.
2. Повільно змінюючи кут нахилу площини знайдіть такий кут, при якому брусок стрибком зрушиться з місця і почне ковзати по площині. Запишіть кут нахилу площини α.
Обчисліть за формулою (6) коефіцієнт тертя спокою μ.
3. Повторіть досвід п'ятикратно. Проведіть математичну обробку результатів.
4. Повторіть п.п. 1-3, повернувши брусок в положення сталлю вниз.
5. Повторіть п.п. 1-4 для другого бруска.
6. Порівняйте отримані в досвіді значення коефіцієнтів тертя спокою з табличними