Методичка. 5 методические указания для выполнения лабораторных работ-1. Лабораторная работа 1 Определение равнодействующей плоской системы сходящихся сил

• Название: Лабораторная работа 1 Определение равнодействующей плоской системы сходящихся сил
• Анкор: Методичка
• Дата: 29.09.2019
• Размер: 6.73 Mb.
• Имя файла: 5 методические указания для выполнения лабораторных работ-1.doc
• Тип: Лабораторная работа; #88016
• страница: 9 из 10

Лабораторная работа № 13

Скольжение по наклонной плоскости с трением.

Цель работы: Рассмотреть движение тела по наклонной плоскости с трением.

Теоретическое обоснование: Движение тела по наклонной плоскости определяется действием на него внешних сил. Всякая сила есть результат взаимодействия с некоторым телом (или полем). Какие внешние тела могут оказывать действие на тело, расположенное на наклонной плоскости? Прежде всего, это Земля. Она действует с силой, направленной вертикально вниз и по величине равной произведению массы m тела на ускорение свободного падения g. Второе важное тело – наклонная плоскость (точнее поверхность наклонной плоскости). Она создает силу реакции опоры, которая, в общем случае, имеет две составляющие – силу нормального давления N, и силу трения F_тр. Сила нормального давления N всегда перпендикулярна наклонной плоскости – эта сила не позволяет телу «провалиться». Сила трения F_тр направлена вдоль наклонной плоскости против движения (если тело скользит, а не покоится) и ее значение определяется законом Кулона-Амонтона:

(1)

На тело оказывает влияние и окружающий воздух. В общем случае он создает две силы – выталкивающую силу, действующую по закону Архимеда, и силу сопротивления для движущегося тела. Во многих случаях, однако, этим действием можно пренебречь.

Второй закон Ньютона, записанный в проекции на направление движения, имеет вид:

(2)

Записав второй закон Ньютона в проекции, перпендикулярной плоскости, с учетом того, что тело не движется в этом направлении:

,

и используя выражение (1) для силы трения скольжения, получим:

. (3)

Решая систему уравнений (2)-(3) относительно ускорения, найдем:

(4)

Из последней формулы видно, что скольжение по наклонной плоскости происходит равноускоренно. Обратите внимание, что это ускорение не зависит от массы тела!

При равноускоренном движении из состояния покоя пройденный телом путь S пропорционален ускорению и квадрату времени t движения:

(5)

2. Экспериментальная установка.

В наших опытах используется деревянная наклонная плоскость и тело, изготовленное из дюралюминия. В установке имеется два световых датчика, с помощью которых определяется момент прохождения тела через соответствующие положения. Электронная схема позволяет с большой точностью определять время t движения тела (в секундах) между этими положениями. Расстояние S между датчиками в наших экспериментах фиксировано и равно 34 см. Изменяющимся параметром является угол наклона плоскости. Точнее - высота Н наклонной плоскости. Она принимает четыре значения - 28 см, 32 см, 38 см и 43 см. Полная длина L наклонной плоскости равна 1 м.
3. Методика проведения экспериментов.

Целью работы является определение коэффициента трения скольжения.

Ускорение тела можно экспериментально определить из формулы (5):

(6)

измеряя время t прохождения известного расстояния S.

Коэффициент трения скольжения можно определить из формулы (4):

(7)

Заготовьте таблицу со следующими колонками для экспериментальных и расчетных значений:

1. 
   Номер опыта;
   
2. 
   Высота Н наклонной плоскости;
   
3. 
   Время t движения;
   
4. 
   Квадрат времени движения;
   
5. 
   Tg ;
   
6. 
   Cos ;
   
7. 
   Ускорение а;
   
8. 
   Коэффициент трения .
   

Используя весь набор доступных опытов, проведите измерения времени скольжения тела при разных углах наклона плоскости. Углы наклона (точнее значения тангенса и косинуса углов) рассчитываются из значений высоты Н и полной длины L наклонной плоскости. Занесите экспериментальные данные в таблицу. Рассчитайте значения соответствующих ускорений и коэффициентов трения по формулам (6) и (7) и занесите результаты расчетов в таблицу. Для ускорения свободного падения примите табличное значение g = 9.8 м/с².

Рассчитайте среднее значение коэффициента трения скольжения и погрешность измерений, используя результаты всех опытов. Окончательный результат запишите в виде:

 = <>  

Сформулируйте выводы по проделанной работе.
Контрольные вопросы и исследовательские задания.

1. 
   Какие виды трения Вы знаете? В чем их особенность?
   
2. 
   От чего зависит коэффициент трения скольжения?
   
3. 
   В каких единицах он измеряется?
   
4. 
   Определите коэффициент трения скольжения по отдельности для каждого угла наклона плоскости. Замечаете ли Вы какую-либо закономерность? Как объяснить полученные результаты?
   
5. 
   Какие приближения были использованы при выводе расчетных формул?
   
6. 
   Когда можно пренебрегать действием воздуха на движущееся по наклонной плоскости тело?