Материал: m19

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УТВЕРЖДАЮ Декан ЕНМФ

	Ю.И. Тюрин
« »		2007 г.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА СИЛЫ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

Методические указания к выполнению лабораторных работ М–19 по курсу общей физики для студентов всех специальностей

Томск 2007

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА М-19 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА СИЛЫ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

Цель работы: определение коэффициента силы трения скольжения методом рейсшины.

Приборы и принадлежности: доска, рейсшина, тело, имеющее две грани, покрытые различными материалами, линейка.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Явление трения имеет место на границе между разными соприкасающимися телами (в твердом, жидком или газообразном состояниях) или между отдельными частицами (слоями) одного и того же тела в жидком или газообразном состоянии. Оно связано с появлением сил взаимодействия на поверхности контакта тел или их частей, называемых силами трения и являющихся примером сил контактного взаимодействия. Силы трения характеризуются тем, что они возникают только при попытке сместить одно тело относительно другого (статическое трение – трение покоя) или при перемещении тел относительно друг друга (динамическое трение скольжения, трение качения и вязкое трение). Механизм возникновения сил трения представляет собой сложную физико–механическую проблему, рассмотрение которой показывает, что силы трения имеют электромагнитную природу и определяются характером взаимодействия атомов и молекул в соприкасающихся слоях.

Различают трение двух видов: внешнее, или сухое трение, и внутреннее, или жидкое (вязкое) трение.

Внешним трением называется явление возникновения сил трения между соприкасающимися твердыми телами при отсутствии смазочного материала между ними.

Внутренним трением называется явление возникновения сил трения между отдельными слоями жидкости или газа при их движении

относительно друг друга.	r
	N

Трение покоя. Трение скольжения

Сухое трение в состоянии покоя или скольжения (поступательное движение) возникает в плоскости контакта прижатых друг к другу шероховатых тел.

Fтр А F

Вmgr

Рис. 1

Впервые явление трения исследовал Леонардо да Винчи, а основные эмпирические законы сухого трения получили французские физики Г. АмонтониШ. Кулон. Былоустановлено, чтопредельная(максимальная) сила трения покоя, которая возникает между телами А и В при отсутствии относительного скольжения (рис. 1) пропорциональна силе нормального давления, которая согласно третьему закону Ньютона, численно равна силе реакцииопорыN

Fтрmax =µ0 N (µ0–коэффициент трения покоя).

До возникновения скольжения (при относительном равновесии) модуль и направление силы трения покоя определяются действующими

на тело А внешними силами (на рис. 1 это сила F ), причем значение силы трения покоя удовлетворяет неравенству:

				F max	≤µ	0	N.
				тр		0
Fтр		зона	Если к телу будет приложена сила F
	зона	зона	превышающая	значение			максимально
	зона	скольжения	превышающая	значение			максимально
F max	покоя	скольжения	возможной силы	F max ,	то тело А начинает
F max		F ск		тр
тр		тр	смещаться относительно тела В. Возникает
	Fтрпок		смещаться относительно тела В. Возникает
	Fтрпок		сила трения скольжения, которая меньше силы
	45°		F max и пропорциональна нормальной реакции
	45°	F	тр
	Рис. 2	F	N.
	Рис. 2		Fтрск =µN , где µ – коэффициент трения
			Fтрск =µN , где µ – коэффициент трения

скольжения. На рис. 2 схематично представлена экспериментальная зависимость сил трения покоя и скольжения от значения приложенной горизонтальной силы F (при фиксированном N и малых скоростях скольжения). Опыт показывает, что коэффициенты µ0 и µ зависят от состояния поверхностей соприкасающихся тел, их химической природы и практически не зависят от площади контакта тел.

При малых скоростях относительного движения тел коэффициент µ не зависит от скорости, при увеличении скорости относительного движения, µ вначале уменьшается, а затем начинает возрастать. Этот факт можно связывать с тем, что вначале при увеличении скорости выступы шероховатых поверхностей тел все меньше попадают в углубления на этих поверхностях (трение уменьшается). Затем с увеличением скорости происходит разрушение выступов и их измельчение (трение увеличивается). Значение коэффициента трения скольжения µ определяется опытным путем. Например, для трения дерева по дереву µ = 0,4 ÷0,7 , металла по металлу µ = 0,15 ÷0,25, для стали по льду µ=0,027.

Существующие методы определения коэффициента трения скольжения, отличаются только в экспериментальной части, методика же определения коэффициента трения скольжения в них одинакова.

Экспериментальные методы определения коэффициента трения скольжения

Fr1 N

	б
rск	А
rск	F
Fтр

B б

mg Fr2

Рис. 3

1. Метод «движение тела по горизонтальной поверхности».

Рассмотрим метод определения коэффициента трения скольжения на примере тела А массой m, движущегося с постоянной скоростью под действием силы

F по горизонтальной поверхности тела В

(рис. 3).

Если тело А скользит по поверхности тела В, то между ними

возникает сила трения скольжения Fтрск =µN , где N–сила нормальной

реакции поверхности. Эти две силы составляют векторный треугольник, из которого

	Fтрск	=tgα =µ.	(1)
	N

Таким образом, чтобы		определить коэффициент	трения

скольжения, необходимо определить тангенс угла между векторами Fтрск

силы трения скольжения и силой N нормальной реакции поверхности (при условии равномерного прямолинейного движения тела А по поверхности тела В). Так как тело А движется с постоянной скоростью,

то сила Fтрск = F . Величину F можно измерить экспериментально. По третьему закону Ньютона N=mg. Таким образом, µ= mgF .

		r		2. Метод «наклонной	плоскости». Для
Nr		F		определения коэффициента	силы трения

				скольжения µ положим тело А на наклонную
	б	Frтрск		поверхность В, угол наклона которой к
				горизонту можно менять (рис. 4). Зафиксируем
	А			угол наклона плоскости к горизонту α в этот
r		r		момент, когда тело А начинает скользить по
Fск		mg cosα		наклонной плоскости или двигаться по ней с
		б	В
б

mgr

Рис. 4

постоянной скоростью. На рис. 4 изображены силы, действующие на тело А. Тело начинает скользить по наклонной плоскости, значит в

предельном случае Fтрск = Fск, где Fск – скатывающая сила.

Из рис.:

Тогда

F	= F ск	= mg sin α	,	ск
ск	тр		,	Fтр = µN .
N = mg cos α

µ = Fтрск = mg sin α =tg α N mg cos α

Таким образом, коэффициент трения равен тангенсу угла α наклонной плоскости, при котором тело А начинает скользить по наклонной плоскости.

3. Метод «рейсшины». В данной лабораторной работе предложен способ определения коэффициента трения скольжения, суть которого заключается в следующем: линейка В (рейсшина), поставленная на ребро

может перемещаться поступательно					по	горизонтальной	поверхности
				N		рис. 5. Линейка может
линейка				N		перемещаться		вправо	по
линейка						направляющей.		Угол
			А	б	F	между ребром линейки и
			А			направляющей		β	(его
		б				можно		менять).
		б				Приложим	тело А		к
	Fгор			ск		Приложим	тело А		к
	Fгор		В	ск		плоскости	линейки		так,
			В	Fтр		плоскости	линейки		так,
						чтобы	соприкасались
	направление					поверхности линейки и
	движенние линейки			β		тела, коэффициент трения
						скольжения		между
	Рис. 5					скольжения		между
	Рис. 5					которыми		будет
						определяться.		Если

линейку В равномерно перемещать вправо, тело А будет равномерно перемещаться вдоль линейки вверх. На рис. 5 изображены силы, действующие на тело, прижатое к линейке:

N – сила нормальной реакции со стороны линейки, Fтрск – сила трения скольжения между линейкой В и телом А, Fгор – сила трения

скольжения между горизонтальной поверхностью, по которой движется тело вместе с линейкой. Сила трения скольжения между телом и

горизонтальной поверхностью Fгор направлена в сторону,

противоположную движению тела относительно стола, т.е. под углом 90–α к линейке. Так как тело А движется равномерно, то

Источник: https://studfile.net/preview/16698042/

Смотрите также:


ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
- Обратный порядок следования фаз 4
- Сопротивление изоляции 25
!Контрольная работа (задание)
!Фармакология препаратов для терапии заболеваний дыхательных путей
'Новая экономика': российская специфика
'Свадьба'. Керамика
"Волонтерство и его роль в системе социокультурных институтов"