Лаба 5н. Отчет по лабораторной работе 5н трение покоя и скольжения
 Скачать 96.1 Kb.
|
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение Высшего образования «Санкт-Петербургский государственный Электротехнический университет «ЛЭТИ» им В.И Ульянова (Ленина)» кафедра физики ОТЧЕТ по лабораторной работе № 5н «ТРЕНИЕ ПОКОЯ И СКОЛЬЖЕНИЯ» Выполнила: Маркуш Александр Евгеньевич Группа №1304 Преподаватель: Черёмухина Ирина Анатольевна
Санкт-Петербург, 2021 ТРЕНИЕ ПОКОЯ И СКОЛЬЖЕНИЯ Цель работы: Изучение основных закономерностей сухого трения, определение коэффициентов трения покоя и скольжения, определение коэффициентов инерции скатывающихся тел. Приборы и принадлежности: Установка представляет собой наклонную плоскость 1, которую с помощью винта 2 можно устанавливать под разными углами к горизонту 22 (рис. 5.1). Угол измеряется с помощью шкалы 3. На плоскость может быть помещен брусок 4 массой m. Брусок состоит из двух частей, изготовленных из разных материалов: дерево и дюралюминий. Он закрепляется в верхней части наклонной плоскости с помощью электромагнита 5, управление которым осуществляется с помощью электронного секундомера СЭ-1 (при нажатии кнопки «Пуск» на СЭ-1 магнит отключается и включается секундомер, при нажатии кнопки «Стоп» магнит включается).  Рис. 5.1 Пройденное бруском расстояние измеряется линейкой 6, закрепленной вдоль плоскости. Время соскальзывания бруска измеряется автоматически с помощью датчика 7, выключающего секундомер в момент касания бруском финишной точки. Установка имеет два режима работы, регулируемых тумблером «плоскость»/«удар», находящимся в ее нижней части слева. Исследуемые закономерности Трение подразделяют на внешнее и внутреннее. Внешнее трение возни-кает при относительном перемещении двух соприкасающихся твердых тел (трение скольжения) или при попытке вызвать такое перемещение (трение покоя). Внутреннее трение наблюдается при относительном перемещении частей одного и того же сплошного тела (например, жидкости или газа). Различают также сухое и жидкое (или вязкое) трение. Сухое трение воз-никает между поверхностями твердых тел в отсутствии смазки между ними. Жидким трением называется трение между твердым телом и жидкой средой, также между слоями такой среды. зависимости от характера движения тела различают несколько видов сухого трения: трение покоя, трение скольжения, трение качения. Если под действием внешних сил и силы трения тело остается непод-вижным или тело движется, но отсутствует проскальзывание между поверх-ностью и касающейся ее части тела, то такая сила трения носит названиесилы трения покоя. В случае неподвижного тела сила трения покоя уравнове-шивает приложенную к телу параллельно поверхности силу. Fтр.п. F . Максимальное трение покоя в соответствии с экспериментом пропор-ционально нормальной реакции опоры Fтр.п. max 0 N , где безразмерный множитель μ0 называется коэффициентом трения покоя. Он зависит от природы и состояния трущихся поверхностей. Если тело начало двигаться, трение представляет собой трение скольже-ния. В отсутствие прилипания тела к поверхности величина силы трения за-висит только от величины нормальной реакции опоры и не зависит от пло-щади соприкосновения тела с опорой. Fтр c N . Коэффициент носит название коэффициента трения скольжения. За-висимость силы трения от скорости проявляется слабо и заметна лишь при очень малых и при очень больших скоростях движения. При очень малых скоростях движения наблюдается явление застоя, при котором тело продав-ливает под собой ямку в поверхности и застревает. Из-за этого при очень ма-лых скоростях сила трения несколько возрастает, что приводит к тому, что коэффициент трения покоя 0 . Fтр.п. 0 N . При больших скоростях движения начинается нагрев, плавление и раз-рушение соприкасающихся поверхностей. В результате сила трения изменя-ется сложным образом. Сумма нормальной реакции опоры N и силы трения Fтр образует пол-ную силу реакции опоры R . Коэффициент трения покоя представляет со-бой тангенс угла между силой нормальной реакцией опоры N и полной силой реакции опоры R . tg . Для определения коэффициента трения покоя удобно использовать на-клонную плоскость. При медленном увеличении угла наклона плоскости можно найти такой угол 0 , при превышении которого брусок начинает скользить по плоскости. Коэффициент трения покоя в этом эксперименте может быть найден как
Заметим, что поскольку 0 , полная сила реакции опоры R направ-лена при этом вертикально, противоположно силе тяжести. Для соскальзывающего тела из уравнения динамики несложно получить
Здесь l – длина наклонной плоскости, tc – время скольжения. Из-за задержки срабатывании электромагнита и системы регистрации измеренное время t отличается от времени скольжения на некоторую величину : t tc . С учетом задержки
 При малых углах наклона время соскальзывания велико и влияние за-держки сказывается слабо. Определим сначала приближенное значение ко-эффициента трения 1 при некотором малом угле 1 , при котором наблюда-ется соскальзывание, пренебрегая временем задержки
При углах 2 , близких к 90°, напротив, sin 2 близок к единице, а cos 2 мал, поэтому неточность определения коэффициента трения сказыва-ется слабо, откуда найдем время задержки 
Линеаризовать полученное уравнение можно двумя способами. Первый способ:
A1 2l/ g , получим уравнение линейной зависимости y 1 A1x . При этом коэффициент трения представляет собой смещение построенной прямой вверх вдоль оси ординат. Второй способ линеаризации:
получим уравнение линейной зависимости y2 x2 . При этом коэффициент трения представляет собой угловой коэффициент построенной прямой. Ли-неаризованная прямая должна проходить через точку (0; 0). Первый способ линеаризации приводит к большим ошибкам в нахожде-нии , поскольку диапазоны изменения x1 и y1 очень велики, а 0 1. Второй способ дает хорошие результаты и рекомендуется для проведения вычислений. Находя угловой коэффициент линеаризованной зависимости y2 x2 графическим методом или методом наименьших квадратов (линейная регрес-сия), можем легко найти коэффициент трения . Подробное описание метода нахождения параметров линейной зависимости графическим методом и ме-тодом наименьших квадратов приведено в [3]. Для проверки правильности нахождения времени задержки целесооб-разно сопоставить найденное значение коэффициента трения с оценочным приближенным значением 1 , найденным согласно (5.4). В случае сущест-венного расхождения значений необходимо повторить расчет времени за-держки на основе выражения (5.5), подставив в него взамен 1 . После этого потребуется вновь определить новое уточненное значение коэффици-ента трения согласно (5.7) по угловому коэффициенту прямой. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||