ГОСТ 27492-87

ГОСТ 27492-87
(МЭК 648-79)

Группа Е39

ОКСТУ 3491

Срок действия с 01.01.89
до 01.01.94*
______________________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу N 3-93 Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации
(ИУС N 5/6, 1993 год). — Примечание «КОДЕКС».

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности

2. Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27.11.87 N 4301 Публикация МЭК 648-79 введена в действие непосредственно в качестве государственного стандарта с 01.01.89

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1. ОБЛАСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

1.1. Данный метод распространяется на определение коэффициентов начального трения и трения скольжения полимерных пленок и листов при скольжении их друг по другу или по другим материалам при определенных испытательных условиях. Методика испытания позволяет использовать неподвижные салазки с подвижной плоскостью или подвижные салазки с неподвижной плоскостью.

Для данного образца обе методики испытания дают одинаковые значения коэффициента трения.

Примечание. Величины, приведенные в единицах СИ, являются стандартными.

2. ЦЕЛЬ

2.1. Измерения фрикционных свойств проводят на образцах пленки или листовых материалов при скольжении их друг по другу или по другому материалу. Коэффициенты трения связаны со свойствами полимерных пленок к скольжению, что представляет большой интерес при их использовании для упаковки. Метод позволяет получать эмпирические данные, необходимые для контроля качества пленки при ее производстве. Обычно вводят корреляцию между результатами испытаний и фактическими характеристиками.

2.2. Способность к скольжению в некоторых полимерах вызывается добавками, например, в полиэтилене. Эти добавки имеют разную степень совместимости с матричным материалом пленки. Некоторые из них выступают на поверхность, смачивая ее и делая более скользкой. Поскольку поверхностный налет может быть неоднородным по площади пленки, то результаты могут иметь ограниченную воспроизводимость.

2.3. Фрикционные свойства полимерных пленок и листов могут зависеть от постоянства скорости скольжения двух соприкасающихся поверхностей. Необходимо тщательно контролировать скорость перемещения.

2.4. Полученные данные могут сильно зависеть от возраста пленки или листов и состояния их поверхностей. Свойство многих добавок образовывать скользящий поверхностный налет зависит от времени. Поэтому иногда не имеет смысла сравнивать характеристики трения и скольжения пленок или листов, изготовленных в разное время, если только не стоит задача специально исследовать такой эффект.

2.5. Значения характеристик трения и скольжения полимерных пленок и листов получают путем измерения поверхностных явлений. Если материалы изготовлялись по разной технологии или даже по одинаковой технологии, но на разных машинах, то качество их поверхности может зависеть от типа оборудования или его состояния. Эти факторы необходимо учитывать при оценке данных, полученных настоящими методами.

2.6. На результаты определения статического коэффициента трения сильное влияние оказывают превышение нормального значения силы, сжимающей трущиеся поверхности, и время с момента приложения этой силы до момента начала испытаний.

2.7. Необходимо следить за тем, чтобы скорость возрастания нагрузки не превышала скорости реагирования регистрирующего устройства.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЯ

3.1. Скольжение

Смазывающая способность двух соприкасающихся поверхностей, скользящих в контакте друг с другом. В общем это понятие противоположно требованию, поскольку большие значения коэффициента трения соответствуют слабому скольжению, а малые значения коэффициента трения — сильному скольжению.

3.2. Трение

Сила сопротивления, возникающая при скольжении поверхности одного материала или при тенденции к такому скольжению по соприкасающейся поверхности того же либо другого материала. Между поверхностями двух твердых материалов могут существовать два вида трения:

1) сила сопротивления, обратная силе, необходимой для сдвига поверхностей относительно друг друга;

2) сила сопротивления, обратная силе, необходимой для движения одной поверхности по другой с переменной, постоянной или заранее заданной скоростью.

3.3. Коэффициент трения

Отношение силы трения к силе (обычно силе тяжести), действующей перпендикулярно поверхностям, находящимся в контакте. Этот коэффициент является мерой относительного усилия, с которым поверхность одного материала скользит по соприкасающейся поверхности такого же или другого материала.

Статический или начальный коэффициент трения () связан с измеренной силой, необходимой для начала движения одной поверхности по другой. Кинетический коэффициент трения или коэффициент трения скольжения () связан с силой, необходимой для поддержания такого движения.

4. ИСПЫТУЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ

4.1. Испытуемые образцы, располагаемые на плоскости, вырезают в машинном направлении так, чтобы их длина в этом направлении составляла 250 мм, а ширина 130 мм в том случае, когда упомянутое направление существует и различимо.

4.2. Образец пленки, предназначенный для фиксации на салазках, должен иметь номинальную толщину не более 0,25 мм и форму квадрата со стороной 120 мм.

4.3. Образец листового полимерного материала, предназначенный для фиксации на салазках (с номинальной толщиной более 0,25 мм), или образец другого материала должен иметь форму квадрата со стороной 65 мм.

4.4. Образцы листового полимерного материала должны быть плоскими и не иметь следов коробления. Края образцов должны быть гладко закруглены.

4.5. Если нет других указаний, то испытывают по 5 образцов каждой пробы.

Примечания:

1. Полимерные пленки и листовые материалы могут иметь разные характеристики трения в зависимости от направления выработки вследствие анизотропии свойств или эффекта экструзии.

Образцы можно испытывать как с ориентацией их длинной стороны в машинном направлении, так и в поперечном направлении, но, как правило, образцы испытывают в соответствии с п.4.1 (с ориентацией длинной стороны параллельно машинному направлению).

2. Требуется соблюдать особую осторожность при работе с образцами. На поверхности испытуемого образца не должно быть следов пыли, пуха, отпечатков пальцев и любых посторонних веществ, могущих изменить поверхностные характеристики образца.

5. УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЯ

5.1. Кондиционирование

Перед началом испытаний, при необходимости, образцы подвергают кондиционированию при температуре (23±2) °С и относительной влажности (50±5)% в течение 40 ч. В случае разногласий допуски должны составлять ±1 °С и ±2% относительной влажности.

5.2. Условия испытания

Испытания необходимо проводить в стандартной лабораторной атмосфере, при температуре (23±2) °С и относительной влажности (50±5)%, если в методе испытания данного стандарта нет других указаний. В случае разногласий допуски должны составлять ±1 °С и ±2% относительной влажности. В особых случаях, например, при контрольных испытаниях, когда нет возможности выполнять требования по кондиционированию образца, а данные испытаний тем не менее важны для производства, можно использовать другие методы кондиционирования, что должно быть отражено в протоколе испытаний. Фрикционные характеристики необходимо измерять только по прошествии времени, достаточного для достижения образцом соответствующего равновесия с окружающей атмосферой.

6. АППАРАТУРА

6.1. Салазки.

Используется металлическая квадратная пластина со стороной 65 мм, толщиной около 6 мм с закрепленным на одном конце рым-болтом. Перед закреплением гибкой пленки (см. п.4.2) пластину необходимо обмотать пенорезиной средней плотности толщиной 3,2 мм. Резина должна быть аккуратно обмотана вокруг пластины встык и закреплена. Для закрепления полимерного листа (см. п.4.3) используется двусторонняя липкая лента. Общая масса обернутых салазок и образца должна составлять (200±5) г.

6.2. Несущая плоскость.

Полированный пластмассовый, деревянный или металлический лист 150х300х1 мм. Верхнюю поверхность листа можно накрыть гладким плоским куском стекла. Это обеспечивает ровную опору образца.

6.3. Ножницы или резак, удобные для нарезки образцов необходимых размеров.

6.4. Односторонняя липкая лента, целлофановая или чувствительная к давлению.

6.5. Двусторонняя липкая лента.

6.6. Нейлоновая мононить диаметром (0,33±0,05) мм, способная выдерживать груз не менее 3,6 кг.

6.7. Блоки с малым трением.

Блок из материала типа фенопласт, смонтированный с конусными подшипниками из закаленной стали на металлической вилке. Можно также использовать блок с шариковым подшипником.

6.8. Устройство для измерения силы.

Устройство, позволяющее измерять силу трения с погрешностью ±5%. Можно использовать пружинный динамометр или динамометр другого типа, а также силоизмеритель универсальной испытательной машины.

Примечание. Предел измерения пружинного динамометра (черт.1, 1b) выбирают в зависимости от измеряемых значений силы. Для большинства полимеров можно использовать пружинный динамометр с пределом измерения 100 г и ценой деления 10 г или меньше. Такой динамометр способен измерять коэффициенты трения до 2,5 включительно.

Черт.1. Пять видов установок для определения коэффициентов трения полимерных пленок

Пять видов установок для определения коэффициентов трения полимерных пленок

— салазки; — несущая плоскость; — основание; — динамометр; — пружинный динамометр,
— цепная передача с постоянной скоростью; — захват разрывной машины с постоянной скоростью;
— привод с роликами постоянной скорости; — нейлоновая нить; — блок с малым трением;
— червячный винт; — полумуфта; — синхронный двигатель

Черт.1

6.9. Основание.

Для поддержания несущей плоскости необходимо деревянное или металлическое основание размером 200х380 мм.

В качестве основания можно использовать простой прямоугольный ящик. Если для перемещения подвижной плоскости применяется универсальная испытательная машина, то основание должно иметь достаточную прочность и жесткость для создания устойчивого положения между ее головкой и устройством для измерения силы.

6.10. Устройство передвижения салазок или несущей плоскости.

Несущая плоскость может приводиться в движение либо парой роликов, покрытых резиной, длиной не менее 200 мм, способных поддерживать равномерную скорость передвижения (150±30) мм/мин (черт.1b), либо от головки универсальной испытательной машины (черт.1d), либо червячным механизмом, приводимым в движение синхронным электродвигателем (черт.1e). Удовлетворительные результаты были также получены при использовании механизма с цепной передачей (черт.1). Для передвижения салазок по горизонтально расположенному образцу с постоянной скоростью (150±30) мм/мин можно использовать тянущий привод. Возможно использование универсальной испытательной машины (см. черт.1c и 1d).

7. ПОДГОТОВКА АППАРАТУРЫ

7.1. На черт.1 изображены пять схем аппаратуры. Основания для всех установок должны быть горизонтальными.

7.2. В случае использования установки, изображенной на черт.1 или 1b, необходимо откалибровать шкалу пружинного динамометра, как указано в пп.7.2.1, 7.2.2.

7.2.1. Перед пружинным динамометром укрепляют блок с малым трением.

7.2.2. Прикрепляют один конец нейлоновой нити к динамометру, пропускают нить через блок и подвешивают к ее концу груз известной массы.

Примечание. Показания на шкале должны отличаться от массы груза не более чем на ±5%. Масса калибровочного груза должна соответствовать 50-75% шкалы динамометра.

7.3. Скорость передвижения для аппаратуры, изображенной на черт.1, b, должна находиться в пределах (150±30) мм/мин. Скорость может быть определена путем измерения времени, необходимого для передвижения плоскости на расстояние 150 мм, отмеренное вдоль ее движения.

7.4. В случае применения аппаратуры с использованием универсальной испытательной машины (черт.1 c, d) устанавливают скорость движения захвата (150±30) мм/мин. Желательно, чтобы такую же скорость имел регистратор перемещения груза. Скорость регистратора может быть подобрана таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая точность при считывании записи самописца.

7.5. В случае использования аппаратуры, изображенной на черт.1 (подвижные салазки, неподвижная несущая плоскость), предварительно протирают основание для удаления посторонних веществ и накладывают вдоль основания две полосы двусторонней липкой ленты так, чтобы расстояние между центральными осями лент было около 100 мм.

7.6. Кладут несущую плоскость на полосы клейкой ленты и плотно прижимают.

8. МЕТОДИКА

8.1. Образец пленки размером 250х130 мм или листового материала прикрепляют на несущую плоскость так, чтобы длинная сторона образца совпадала с машинным направлением. Разглаживают образцы пленки для устранения складок, не допуская загрязнения поверхности образца руками или прочих загрязнений.

Примечания:

1. Для некоторых образцов достаточно закрепить на несущей плоскости только начальный конец образца. В некоторых случаях образцы пропускают сквозь прижимные ролики (см. черт.1b) без использования несущей плоскости. Но в случае разногласий необходимо закреплять все четыре стороны образца.

2. Для получения однородных результатов и сравнения полученных характеристик при испытаниях скольжения образца по «собственной» поверхности образец укрепляют так, чтобы его поверхность была контактной как для движущегося, так и неподвижного образца.

3. Измерение коэффициента трения можно проводить на образцах пленки и листов при движении их друг по другу или по другому материалу в поперечном направлении.


Однако методы, описанные в данном стандарте, относятся только к перемещениям в машинном направлении испытуемого образца.

8.2. Липкой лентой прикрепляют края квадратного образца пленки со стороной 120 мм к нижней плоскости салазок, натягивая образец для устранения складок, но не допуская его растяжения. Квадратные образцы листового материала со стороной 65 мм или второй слой образца прикрепляют к нижней стороне салазок двусторонней липкой лентой. Образец ориентируют так, чтобы продольное направление его изготовления (если такое направление имеет место и различимо) совпадало с продольной осью самописца.

8.3. Конец нейлоновой нити прикрепляют рым-болту салазок с образцом. Если используется универсальная испытательная машина (черт.1 c, d), то необходимо пропустить нить через блок и надежно прикрепить ее сверху к устройству, измеряющему нагрузку. В случае применения пружинного динамометра (черт.1, b) конец нити прикрепляется к нему. Нейлоновая нить должна иметь длину, обеспечивающую максимальное перемещение салазок или несущей плоскости. Не натягивая нить, помещают салазки в начальное положение на горизонтальной плоскости.

Салазки должны быть расположены таким образом, чтобы их длинная сторона, направление нити и длинная сторона (машинное направление) образца, укрепленного на плоскости, были параллельны.

Примечание. Салазки необходимо установить на несущей плоскости очень осторожно и мягко так, чтобы не возникло дополнительного зацепления с поверхностью плоскости. Высокий начальный коэффициент трения может быть вызван чрезмерным давлением на салазки при их установке на несущей плоскости.

8.4. Включают механизм передвижения, предварительно отрегулированный на скорость (150±30) мм/мин. Вследствие сил трения между контактирующими поверхностями салазки и движущаяся несущая плоскость могут оставаться неподвижными относительно друг друга до тех пор, пока сила, сдвигающая салазки, не станет равной или превысит силу статического трения между поверхностями. Отмечают это максимальное первоначальное значение силы как силу, являющуюся компонентом статического коэффициента трения.

8.5. Визуально отмечают наблюдаемое на шкале индикатора среднее значение силы при равномерном движении поверхностей относительно друг друга на расстоянии 130 мм.

Эта сила равна кинетической силе, необходимой для поддержания движения поверхностей относительно друг друга и обычно ниже, чем статическая сила, необходимая для начала движения. После прохождения салазками расстояния 130 мм выключают установку и возвращают салазки в исходное положение.

8.6. В случае использования динамометра и самописца перемещения груза необходимо или провести прямую среднюю линию между точками минимумов и максимумов, отмеченных на диаграмме при движении салазок, или получить значение средней нагрузки путем суммирования графика самописца. Средняя нагрузка представляет кинетическую силу трения, необходимую для поддержания движения салазок.

8.7. Образец пленки или листового материала снимают с салазок и горизонтальной несущей плоскости. После этого аппаратура готова к испытанию следующего образца. Для каждого следующего испытания используется новый комплект образцов. Одна и та же поверхность образцов не должна испытываться дважды, если только такое испытание не является необходимым для заданного исследования.

Примечание. Необходимо тщательно определить максимальное значение нагрузки, соответствующее началу движения поверхностей относительно друг друга, с указанием нагрузки и скорости срабатывания чувствительного устройства. Если не учитывать эти факторы, то правильное определение значений статического коэффициента трения не представляется возможным.

9. РАСЧЕТЫ

9.1. Статический коэффициент трения рассчитывают следующим образом

,

где — показание по шкале прибора, соответствующее началу движения, г;

— масса салазок, г.

9.2. Кинетический коэффициент трения рассчитывают следующим образом

,

где — среднее значение показания по шкале, соответствующее равномерному скольжению поверхностей пленки, г;

— масса салазок, г.

9.3. Среднее значение для каждой серии испытаний рассчитывают с точностью до трех значащих цифр.

9.4. Стандартное отклонение (приблизительно +15% от значения коэффициента трения) рассчитывают следующим образом с точностью до двух значащих цифр

,

где — стандартное отклонение отдельных значений;

— значение отдельного наблюдения;

— число наблюдений;

— среднее арифметическое серии наблюдений.

10. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

10.1. Протокол испытаний должен содержать информацию, указанную в пп.10.1.1-10.1.5.

10.1.1. Полное описание полимерного образца, включая изготовителя, толщину, метод изготовления, описание испытуемых поверхностей, главные направления испытания и приблизительный срок со дня изготовления образцов.

10.1.2. Описание второго материала, если таковой применялся.

10.1.3. Использованная аппаратура.

10.1.4. Среднее значение статических и кинетических коэффициентов трения, а также стандартное отклонение.

10.1.5. Число образцов, испытуемых при определении коэффициентов трения.

Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1988

Определение коэффициента трения скольжения. — КиберПедия

Лабораторная работа

«Изучение законов трения»

Цель работы: 1) Изучить методы определения коэффициентов трения

покоя, трения скольжения;

2) Проверить выполнение законов трения.

 

Литература: 1. Александров Н.В., Яшкин А.Я. Курс общей физики.

Механика. М., Просвещение, 1978, с. 82-93.

2. Архангельский М.М. Курс физики. Механика. 1975.

гл.4, § 3-6.

3. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики.

Механика, 1978. с. 86-91.

 

Приборы и принадлежности: 1. Трибометр,

2. Шнурок с чашкой для гирь,

3. Брусок с крючками,

4. Набор гирь,

5. Секундомер,

6. Рычажные весы,

7. Линейка,

8. Прямоугольный треугольник.

I. Теория

Тангенциальные силы, возникающие между соприкасающимися телами (покоящимися или движущимися относительно друг друга), называют силами трения. По происхождению они относятся к электромагнитному взаимодействию атомов и молекул тел.

Силы сухого трения возникают, например, между несмазанными соприкасающимися поверхностями тел. На величину этих силу существенно влияют состояния поверхностей, их обработка, наличие загрязнений и т.д.

Трение покоя.Характерной чертой сухого трения является то, что сила сухого трения может существовать и тогда, когда тело не движется, т.е. существует сила трения покоя.

Величина и направление силы трения покоя определяется величиной и направлением той внешней силы, которая должна была бы вызвать скольжение. Сила трения покоя всегда равна по величине и противоположна по направлению этой внешней силе.

Сила трения покоя не может превосходить некоторого определенного значения, которая называется максимальной силой трения покоя.

До тех пор, пока внешняя сила не превосходит максимальной силы трения покоя F_mах скольжения тела не возникает.

Трение скольжения. Когда внешняя сила достигает величины F_mах, возникает скольжение. Силу трения в этом случае называется силой трения скольжения.

Сила трения скольжения зависит от рода материала тел, степени обработки их поверхности, их площади и от скорости скольжения.

В некоторых специальных случаях, (трение металлических тел с очищенной поверхностью или твердых тел со специальной обработкой) сила трения скольжения для сравнительно небольшого интервала скоростей примерно равна придельной силе трения покоя и не зависит от скорости движения.

Законы трения. Законы трения были впервые изучены Амонтоном (XVII в) и Кулоном (XVIII в). Они были уточнены в процессе дальнейшего развития физики и формулируются следующим образом:

1. Величина максимальной силы трения покоя пропорциональна силе N, прижимающей трущиеся поверхности и действующей нормально к поверхности тел. , где m_о — коэффициент трения покоя.

2. Коэффициент трения зависит от рода материалов.

3. Коэффициент трения зависит от степени обработки трущихся поверхностей.

4. Сила трения зависит от относительной скорости движения тела.

5. Коэффициент трения не зависит от величины площади соприкосновения трущихся поверхностей.

 

1.1. Определение коэффициента трения покоя методом предельного угла.

 

 

Коэффициент трения покоя m_оможно определить методом предельного угла, пользуясь трибометром (от греческого «трибо» – трение, см. рис.1).

 

_D

У

h

Х

^{b a A}

Рис.1.

Плоскость AD может вращаться вокруг оси, проходящей через точку А. (перпендикулярно плоскости рисунка). Положив брусок на горизонтальную плоскость, а затем, осторожно приподнимая ее, замечаем, что при некотором угле брусок сдвигается с места и начинает скользить по плоскости.

Этот угол называется предельным углом наклона.

Для определения коэффициента трения m_орассмотрим силы, действующие на брусок. На него действует сила тяжести ,сила реакции опоры

и сила трения . Если рассматривать граничное условие покоя, то есть когда брусок только начинает двигаться, то можно считать, что под действием всех этих сил брусок находится в состоянии покоя. Применив первый закон динамики для бруска, имеем:

+ + =0 (1)

Запишем это равенство в проекциях на ось Х и У. Ось Х выберем совпадающей с направлением движения бруска. Ось У – с направлением силы реакции опоры N.

(2) (3)

Решая систему уравнений (2) и (3) с учетом того, что , а Р_n=N=mg·cosα получим . (4)

По этой формуле и определяется коэффициент трения покоя μ_о.

 

II. Выполнение работы

2.1. Определение коэффициента трения покоя μ_о

Коэффициент трения покоя μ_о определяется методом предельного угла.

1) Положить брусок гладкой поверхностью на горизонтальную плоскость и постепенно увеличивать угол наклона до тех пор, пока брусок не начнет скользить с наклонной плоскости.

2) Зафиксировать это положение наклонной плоскости зажимным винтом.

3) Измерить b и h. Желательно b оставлять одной и той же величиной. Повторить опыт не менее 3-х раз (каждый раз поднимая наклонную плоскость). Результаты измерений занести в таблицу 1.

 

Таблица №1

№	Поверхность –
h	b	μo	∆μ	ε(%)
1.
2.
3.
Ср.

 

Лабораторная работа

«Изучение законов трения»

Цель работы: 1) Изучить методы определения коэффициентов трения

покоя, трения скольжения;

2) Проверить выполнение законов трения.

 

Литература: 1. Александров Н.В., Яшкин А.Я. Курс общей физики.

Механика. М., Просвещение, 1978, с. 82-93.

2. Архангельский М.М. Курс физики. Механика. 1975.

гл.4, § 3-6.

3. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики.

Механика, 1978. с. 86-91.

 

Приборы и принадлежности: 1. Трибометр,

2. Шнурок с чашкой для гирь,

3. Брусок с крючками,

4. Набор гирь,

5. Секундомер,

6. Рычажные весы,

7. Линейка,

8. Прямоугольный треугольник.

I. Теория

Тангенциальные силы, возникающие между соприкасающимися телами (покоящимися или движущимися относительно друг друга), называют силами трения. По происхождению они относятся к электромагнитному взаимодействию атомов и молекул тел.

Силы сухого трения возникают, например, между несмазанными соприкасающимися поверхностями тел. На величину этих силу существенно влияют состояния поверхностей, их обработка, наличие загрязнений и т.д.

Трение покоя.Характерной чертой сухого трения является то, что сила сухого трения может существовать и тогда, когда тело не движется, т.е. существует сила трения покоя.

Величина и направление силы трения покоя определяется величиной и направлением той внешней силы, которая должна была бы вызвать скольжение. Сила трения покоя всегда равна по величине и противоположна по направлению этой внешней силе.

Сила трения покоя не может превосходить некоторого определенного значения, которая называется максимальной силой трения покоя.

До тех пор, пока внешняя сила не превосходит максимальной силы трения покоя F_mах скольжения тела не возникает.

Трение скольжения. Когда внешняя сила достигает величины F_mах, возникает скольжение. Силу трения в этом случае называется силой трения скольжения.

Сила трения скольжения зависит от рода материала тел, степени обработки их поверхности, их площади и от скорости скольжения.

В некоторых специальных случаях, (трение металлических тел с очищенной поверхностью или твердых тел со специальной обработкой) сила трения скольжения для сравнительно небольшого интервала скоростей примерно равна придельной силе трения покоя и не зависит от скорости движения.

Законы трения. Законы трения были впервые изучены Амонтоном (XVII в) и Кулоном (XVIII в). Они были уточнены в процессе дальнейшего развития физики и формулируются следующим образом:

1. Величина максимальной силы трения покоя пропорциональна силе N, прижимающей трущиеся поверхности и действующей нормально к поверхности тел. , где m_о — коэффициент трения покоя.

2. Коэффициент трения зависит от рода материалов.

3. Коэффициент трения зависит от степени обработки трущихся поверхностей.

4. Сила трения зависит от относительной скорости движения тела.

5. Коэффициент трения не зависит от величины площади соприкосновения трущихся поверхностей.

 

1.1. Определение коэффициента трения покоя методом предельного угла.

 

 

Коэффициент трения покоя m_оможно определить методом предельного угла, пользуясь трибометром (от греческого «трибо» – трение, см. рис.1).

 

_D

У

h

Х

^{b a A}

Рис.1.

Плоскость AD может вращаться вокруг оси, проходящей через точку А. (перпендикулярно плоскости рисунка). Положив брусок на горизонтальную плоскость, а затем, осторожно приподнимая ее, замечаем, что при некотором угле брусок сдвигается с места и начинает скользить по плоскости.

Этот угол называется предельным углом наклона.

Для определения коэффициента трения m_орассмотрим силы, действующие на брусок. На него действует сила тяжести ,сила реакции опоры и сила трения . Если рассматривать граничное условие покоя, то есть когда брусок только начинает двигаться, то можно считать, что под действием всех этих сил брусок находится в состоянии покоя. Применив первый закон динамики для бруска, имеем:

+ + =0 (1)

Запишем это равенство в проекциях на ось Х и У. Ось Х выберем совпадающей с направлением движения бруска. Ось У – с направлением силы реакции опоры N.

(2) (3)

Решая систему уравнений (2) и (3) с учетом того, что , а Р_n=N=mg·cosα получим . (4)

По этой формуле и определяется коэффициент трения покоя μ_о.

 

Определение коэффициента трения скольжения.

Коэффициент трения скольжения можно определить, пользуясь установкой на рис.2.

 

рис.2

 

Брусок А массой m соединений невесомой и нерастяжимой нитью с чашкой B, массой m₁, в которую помещены гири массой m₂. Брусок может скользить по поверхности CD. На чашку В помещают гири такой массы, при которой брусок А начинает скользить с небольшим ускорением без начального толчка. При рассмотрении движения бруска применим второй закон динамики. Для этого рассмотрим силы, действующие на брусок (см.рис.2). Это силы: тяжести , реакции опоры , упругости нити , трения . Под действием этих сил брусок движется с ускорением . Уравнение 2-го закона динамики для бруска запишется так: . В проекции на ось Х имеем: . В проекции на ось Y имеем: таким образом, N=mg.

В соответствии с 3-м законом динамики P_n=N, поэтому

(5)

Массу бруска можно определить взвешиванием. Ускорение а можно найти, пользуясь уравнением равноускоренного движения без начальной скорости: откуда (6),

где l – путь, пройденный бруском при равноускоренном движении,

t – время, в течении которого брусок проходит расстояние l.

Для определения рассмотрим движение чашки В с гирями. Так как нить не растяжимая, то любая ее точка движется с тем же ускорением а, что и брусок. На чашку с гирями действуют силы: тяжести и упругости со стороны нити Т (рис.2). Так как нить и блок невесомы, то сила упругости равна силе натяжения нити Т.

. (7)

Силу Т определим, используя 2-й закон динамики для чашки с гирями

. (8)

В проекции на ось У (направленную вертикально вверх) выражение (8) примет вид:

, тогда

(9)

Подставив (9) и (7) в (5), получим

. (10)

Все величины, входящие в формулу (10), можно определить опытным путем.

 

Трения коэффициент — Большая советская энциклопедия

Тре́ния коэффицие́нт

Отношение силы трения F к реакции Т, направленной по нормали к поверхности касания, возникающей при приложении нагрузки, прижимающей одно тело к другому: f = F/T. Т. к. — характеристика, применяемая при выполнении технических расчётов, характеризующих фрикционное взаимодействие двух тел (см. Трение внешнее).

В зависимости от вида перемещения одного тела по другому различают: Т.к. при сдвиге — скольжении и Т.к. при качении. В свою очередь, при скольжении в зависимости от величины тангенциальной силы (см. рис. при ст. Трение внешнее) различают коэффициент неполного трения скольжения, коэффициент трения покоя и коэффициент трения скольжения. Все эти Т.к. могут изменяться в широких пределах в зависимости от шероховатости и волнистости поверхностей, характера плёнок, покрывающих поверхности. Для протяжённого контакта они мало изменяются с изменением нагрузки.

В зависимости от величины коэффициент трения скольжения пары трения делят на 2 группы: фрикционные материалы, имеющие большой Т. к.— обычно 0,3—0,35, редко 0,5—0,6, и антифрикционные, имеющие Т. к. без смазки 0,15—0,12, при граничной смазке 0,1—0,05.

Сопротивление свободному качению твёрдого тела (например, колеса) характеризуют коэффициентом сопротивления перекатыванию f_k = T•r_d/I_k [см], где Т — нормальная составляющая реакции колеса на опору; r_d — динамический радиус качения; I_k — нормальная нагрузка на колесе. Если на колесо действуют ведущий или тормозной моменты, то коэффициент сцепления ψ колеса с дорожным покрытием определяется равенством: ψ = T_x/I_k, где T_x — неполная сила трения скольжения, возникающая между катящимся колесом и дорогой. Коэффициенты f_k и ψ существенно зависят от природы трущихся тел, характера покрывающих их плёнок и скорости качения. Обычно для металлов (сталь по стали) f_k = 0,001—0,002 см. При движении автомобиля со скоростью 80 км/час Т. к. колёс по асфальту f_k = 0,02 см и резко возрастает с увеличением скорости. Коэффициент сцепления ψ на сухом асфальте доходит у автомобильных колёс до 0,8, а при наличии плёнки воды снижается до 0,2—0,1.

И. В. Крагельский.

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me

---

Значения в других словарях

1. ТРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТ — Величина, характеризующая трение внешнее. В зависимости от вида перемещения одного тела по другому различают Т.к. скольжения и качения. Т. Физический энциклопедический словарь

Сила трения ℹ️ определение, природа и причины возникновения, виды, основные свойства, формулы, обозначение и единицы измерения, примеры и условия расчетов

Сила трения появляется, когда две поверхности соприкасаются и движутся относительно друг друга. Процесс изучает физика, в частности механика. Она рассматривает основные законы, которым поддаются тела при их движении и взаимодействии, выясняет причины, влияющие на изменение положения предметов.

Определение и природа силы трения

Сила трения F_тр возникает при касании двух тел. Она создает препятствия для их дальнейшего движения. 

Это происходит при взаимодействии атомов и молекул, из которых состоят предметы. Поэтому природа ее появления – электромагнитные волны. Она действует в двух направлениях, направлена на оба тела. 

При этом ее значение по модулю не изменяется. Если на одно из двух соприкасающихся тел действует сила, то она оказывает влияние и на другое.

На предмет, остающийся без движения, влияет сила трения покоя. Пока ее значение не превысит внешнее вмешательство, пытающееся сместить предмет, он не изменит положение. 

Когда же ее величина возрастет до определенного предела, произойдет перемещение в новое место. Тогда появляется сила трения скольжения, ее направление противоположно смещению предмета.

Благодаря действию трения невозможно перемещаться вечно. Движение закончится через определенное время. Если же внешняя сила вновь превысит значение трения покоя, то перемещение возобновится.

Виды силы трения

Основные виды силы трения:

1. Покоя. Она сопротивляется внешним факторам, пытающимся сдвинуть тело. При их отсутствии ее значение приравнивают к нулю.

2. Скольжения. Она находится в прямой зависимости от коэффициента трения и значения силы, с которой поверхность оказывает давление на тело. Ее направление действия всегда перпендикулярно поверхности. Она обычно ниже, чем максимальная сила трения покоя.

3. Качения. Она возникает, когда одно тело катится по поверхности другого. Например, при соприкосновении колеса едущего велосипеда с дорогой или при работе подшипникового механизма. Она оказывает гораздо меньшее действие, чем трение скольжения, если остальные условия считать неизменными. Ее открытие стало незаменимым для техники. Колеса и круглые детали, вращающиеся и меняющие положение, являются основой многих механизмов и работы транспортных средств.

4. Верчения. Она появляется, когда один предмет начинает вращаться по поверхности другого.

Само трение может быть нескольких видов:

1. Сухим. Проявляется при соприкосновении твердых поверхностей. На них не наблюдаются другие материалы и слои. Такое в природе и жизни встречается крайне редко.

2. Вязким. Его еще называют жидкостным. Возникает при взаимодействии твердого тела с жидкостью или газом. Они могут течь мимо неподвижного предмета. Или он перемещается в жидкой или газообразной субстанции. Например, лодку тянут на канате по реке. Тело заставляет перемещаться верхний слой жидкости или газа. Словно тянет его за собой. Он в свою очередь действует на другой слой, расположенный ниже. Чем дальше от тела, тем ниже скорость движения слоев. Это происходит из-за уменьшения влияния твердого предмета. Между слоями возникает сила трения, так как тела движутся относительно друг друга. Она приводит к их торможению, а значит и действует на твердое тело, останавливая его. Температура определяет степень вязкости веществ. Например, она снижается при нагревании масла. Это наглядно видно на работе автомобильного мотора. Когда машина долго находилась на холоде, двигатель нужно сначала разогреть, чтобы увеличить скорость его вращения. У газов обратная зависимость. Вязкость растет с увеличением температуры.

3. Смешанным. Оно наблюдается, когда между телами, соприкасающимися поверхностями, есть слой смазки.

Также трение разделяют на внутреннее и внешнее. Последнее возникает при взаимодействии твердых тел. Значит к нему можно отнести сухое трение. 

Внутреннее же характеризуется вязкостью. Именно при взаимодействии жидкостей или газа смещение происходит внутри одного тела, когда слои движутся относительно друг друга.

Как найти силу трения

Чтобы найти силу трения, нужно знать коэффициент трения k, зависящий от свойств поверхности. Это постоянная величина, значение которой берется из таблиц. 

Также понадобится сила реакции опоры N. Нужная величина определяется произведением двух значений:

F_тр = k * N

Буквой k обозначается коэффициент. Также можно встретить символ µ. Обычно он находится в пределах от 0,1 до 1. 

Например, для резины, перемещающейся по сухому асфальту, при движении он колеблется от 0,5 до 0,8. При скольжении металла по дереву – 0,4, железа по чугуну – 0,18.

Сила реакции опоры не отличается от величины силы тяжести, зависящей от веса тела. Поэтому ее значение равно произведению массы тела (m) на ускорение свободного падения (g).

N = m * g

Это постоянная величина, составляющая 9,8 м/с². Это правило действует, когда приходится иметь дело с горизонтальной поверхностью. Сила тяжести и реакция опоры уравновешивают друг друга. Поэтому их считают равными величинами.

Если же происходит движение по наклонной плоскости, ход рассуждений несколько меняется. На предмет по-прежнему действуют силы тяжести и реакция опоры, но не в одном направлении.

 

При знании угла наклона плоскости к горизонту, формула трансформируется и приобретает следующий вид:

N = k * m *·g *·cosα

Здесь необходимо руководствоваться тем, что косинус это отношение катета, прилежащего к углу, к гипотенузе треугольника. Это один из тех случаев, доказывающих тесную взаимосвязь физики и тригонометрии.

Пример решения задачи

Задача, на применение полученных знаний, связанных с силой трения, поможет закрепить материал.

Условие задачи. На полу стоит коробка весом 7 кг. Коэффициент трения между ней и полом составляет 0,3. К коробке прикладывают силу, равную 14 Н. Сдвинется ли она с места?

Решение.

Коробка находится на горизонтальной плоскости. Она подвержена действию силы тяжести, которую уравнивает реакция опоры. Они направлены перпендикулярно коробке и полу. Значит, для определения силы реакции опоры, нужно умножить массу коробки на ускорение:

N = m * g;

N = 10 кг * 9,8 м/с² = 98 кг * м/с² = 98 Н;

F_тр = k * N;

F_тр = 0,3·* 98Н = 29,4 Н.

Ответ: полученное значение превышает усилия, приложенные к коробке со стороны, так как 29,4 Н > 14 Н. Значит, она останется на первоначальном месте.

Сила трения присутствует в жизни постоянно. Она мешает предметам сдвинуться с места и противится их длительному скольжению и перемещению. Ее значение зависит от поверхностей, с которыми приходится соприкасаться, их свойств и характеристик. 

Площадь соприкосновения не учитывается, зато имеет значение положение тела. Например, сила, возникающая при движении автомобиля по ровной поверхности, отличается от величины при перемещении по горной местности, расположенной под углом к горизонту. А если машине приходится двигаться на мокрой дороге, то значение снова меняется.

№3трение.2части

Лабораторная работа.

Изучение законов трения.

Цель работы: изучить метод определения коэффициента трения

покоя (методом предельного угла) и

коэффициента трения скольжения .

Литература: 1. Александров Н.В., Яшкин А.Я. Курс общей физики.

Механика. М., Просвещение, 1978, с. 82-93.

2. Архангельский М.М. Курс физики. Механика. 1975.

гл.4, § 3-6.

3. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики.

Механика, 1978. с. 86-91.

Приборы и принадлежности: 1.Трибометр

2. Брусок,

3. Линейка.

4. Прямоугольный треугольник.

5. Набор разновесов

6.Секундомер

7.Металлическая корзиночка с привязанной к ней нитью.

Краткая теория.

Силы, касательные к поверхностям соприкасающихся покоящихся или движущихся относительно друг друга тел, называют силами трения. По происхождению они относятся к электромагнитному взаимодействию атомов и молекул тел.

Различают сухое и вязкое трение. Мы будем рассматривать сухое трение.

Силы сухого трения возникают, например, между несмазанными соприкасающимися поверхностями тел. На величину этих силу существенно влияют состояния поверхностей, их обработка, наличие загрязнений и т.д.

Т р е н и е п о к о я. Характерной чертой сухого трения является то, что сила сухого трения может существовать и тогда, когда нет относительного движения тел.

Величина и направление силы трения покоя определяется величиной и направлением той внешней силы, которая должна бы выбрать скольжение. Сила трения покоя всегда равна по величине и противоположна по направлению это внешней силе.

Сила трения покоя не может превосходить некоторого определенного значения, которая называется максимальной силой трения покоя.

До тех пор, пока внешняя сила не превосходит максимальной силы трения покоя F_мах скольжения тела не возникает.

Т р е н и е с к о л ь ж е н и я. Когда внешняя сила превосходит величину F_мах, возникает скольжение. Сила трения в этом случае называется силой трения скольжения.

Сила трения скольжения зависит от рода материала тел, степени обработки поверхностей, от скорости скольжения и некоторых других факторов.

В отдельных специальных случаях (трение металлических тел с очищенной поверхностью или твердых тел при специальной обработке) сила трения скольжения при малых скоростях для сравнительно небольшого интервала скоростей примерно равна силе трения покоя и не зависит от скорости движения.

З а к о н ы т р е н и я. Законы трения были впервые изучены Амонтоном и Кулоном. Они были уточнены в процессе дальнейшего развития физики и формулируются следующим образом.

1. Величина максимальной силы трения покоя пропорциональна силе, прижимающей тело в направлении перпендикулярном к поверхности. , где  — коэффициент трения.

2. Коэффициент трения зависит от рода материалов.

3. Коэффициент трения зависит от степени обработки трущихся поверхностей.

4. Сила трения зависит от относительной скорости движения тела.

5. Коэффициент трения не зависит от величины площади соприкосновения трущихся обработки поверхностей.

I часть.

Определение коэффициента трения

покоя методом предельного угла.

Коэффициент трения покоя  можно определить методом предельного угла, пользуясь трибометром – от греческого трибо-трение (рис.1).

_D

y

^В

h

х

^{O b  A}

Рис.1.

Плоскость AD может вращаться вокруг оси, проходящей через точку А. ( плоскости рисунка). Положив брусок на горизонтальную плоскость, а затем осторожно приподнимая ее, замечаем, что при некотором угле брусок сдвигается с места и начинает скользить по плоскости.

Этот угол называется предельным углом наклона.

Для определения коэффициента трения  рассмотрим силы, действующие на брусок. На него действует сила тяжести , сила реакции опоры и сила трения . Если рассматривать граничное условие покоя, то есть когда брусок только начинает двигаться, то можно считать, что под действием всех этих сил брусок находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения. Применив первый закон Ньютона для бруска, имеем:

++=0 (1)

Запишем это равенство в проекциях на ось х и у. Направление оси х совпадает с направлением движения бруска, ось у – с направлением силы реакции опоры.

(2),(3)

Решая систему уравнений (2),(3) с учетом того, что , а Р_n=N, получим . По этой формуле и определяется коэффициент трения покоя.

Методика выполнения работы.

Определение коэффициента трения покоя выполняется методом предельного угла.

1.Положить брусок гладкой поверхностью на горизонтальную плоскость и постепенно увеличивать угол наклона до тех пор, пока брусок не начнет скользить с наклонной плоскости.

2.Винтом зафиксировать это положение наклонной плоскости.

3.Измерить b и h (желательно b оставлять одной и той же величиной), найти ₀.

4.Опыт повторить не менее 3-х раз.

5.Результаты занести в таблицу.

6.Затем проделать то же самое для шероховатой поверхности.

(Должны быть приведены две таблицы для коэффициента трения покоя).

№ п/п	b, м	b, м	h, м	h, м	0	0
1
2
3
Cр

II часть.

Определение коэффициента трения скольжения.

Коэффициент трения скольжения μ можно определить, пользуясь установкой на рис.2.

р ис.2

Брусок А массой m соединений невесомой и нерастяжимой нитью с чашкой B, массой m₁, в которую помещены гири массой m₂. Брусок может скользить по поверхности CD. На чашку В помещают гири такой массы, при которой брусок А начинает скользить с небольшим ускорением без начального толчка.

При рассмотрении движения бруска применим второй закон динамики. Для этого рассмотрим силы, действующие на брусок (см.рис.2). Это силы: тяжести , реакции опоры , упругости нити , трения F_тр. Под действием этих сил брусок движется с ускорением . Уравнение 2-го закона динамики для бруска запишется так:

(4)

В проекции на ось Х имеем:

(5)

В проекции на ось Y имеем:

т.е. N=mg

В соответствии с 3-м законом динамики P_n=N, поэтому

(6)

Нужно определить m, а, F_у1.

Массу бруска можно определить взвешиванием. Ускорение «а» можно найти, пользуясь уравнением равноускоренного движения без начальной скорости:

(7)

Отсюда

(8)

где S – путь пройденный бруском при равноускоренном движении,

t – время, в течении которого брусок проходит расстояние S.

Для определения рассмотрим движение чашки В с гирями. Так как нить не растяжима, то любая ее точка движется с тем же ускорением а, что и брусок. На чашку с гирями действуют силы: тяжести и упругости со стороны нити (см.рис.2). Так как нить и блок невесомы, то

(9)

F_y2 определим, используя 2-й закон динамики для чашки с гирями

(10)

В проекции на ось Х (направленную вертикально вверх) выражение (10) примет вид:

(11)

Отсюда

(12)

Подставив (8) и (12) в (6), получим

(13)

Все величины, входящие в формулу (14), можно определить опытным путем.

Методика выполнения работы.

1. Определить на технических весах массу бруска m и чашки с нитью m₁ .

2. Поместить брусок гладкой поверхностью на горизонтальную плоскость и прикрепить к нему соединительную нить, другой конец которой вместе с чашкой перекинуть через блок.

3. На чашку положить гири такой массы m₂, чтобы брусок начал двигаться без начального толчка с небольшим ускорением.

4. Измерить расстояние S, на которое переместится брусок за время t (время измерить при помощи секундомера). Желательно расстояние выбирать одинаковым.

5. Опыты проделать не менее 3-х раз.

6. Результаты опытов занести в таблицу. Которую необходимо составить самостоятельно.

Контрольные вопросы.

1.Назовите и охарактеризуйте виды сухого трения.

1. Какова природа сил трения?

2. Что такое сила трения и как она измеряется?

3. Сформулируйте законы трения.

4. Назовите по 3-4 примера полезного и вредного действия сил трения. Назовите способы уменьшения сил трения.

5. От каких величин и как зависит ?

6. Выведите расчетную формулу.

От чего зависит коэффициент трения?

Коэффициент трения ()  характеризует явление трения. Это безразмерный коэффициент (исключение составляет коэффициент трения качения). Коэффициент трения  зависит от свойств материалов взаимодействующих тел. Или подробнее от: качества обработки трущихся поверхности (гладкости полировки, количества и размеров шероховатостей), грязи на поверхностях тел, которые вступают в контакт, скорости относительного движения тел.
Коэффициент трения определяют эмпирическим путем, который получают для условий,  являющихся сходными с поставленной задачей.
Иногда вместо коэффициента трения пользуются углом трения (), который с коэффициентом трения связан соотношением:

   

Подробнее см. раздел «Коэффициент трения» подраздел «Угол трения»
Угол — это наименьший угол наклона плоскости по отношению к горизонту при котором тело, находящееся на данной плоскости начинает скользить вниз под воздействием силы тяжести. Все сказанное выше относится к так называемому коэффициенту трения скольжения.
Еще выделяют коэффициент трения качения (см. раздел «Коэффициент трения» подраздел «Коэффициент трения качения»). Коэффициент трения качения имеет размерность длины. Обозначают его часто буковой (могут встречаться другие обозначения). Он также зависит от материалов трущихся тел, их состояния.