Легко убедиться, что в случае движения тела по горизонтальной поверхности сила нормального давления равна силе тяжести, действующей на это тело: N = P. Это позволяет вычислить коэффициент трения:

Цена деления шкалы динамометра, ц.д = 0,1 Н.

1. Определили вес бруска и груза с помощью динамометра, записали в таблицу.

2. Двигая брусок равномерно по деревянной линейке, определили силу тяги, которая равна силе трения. Записали ее значение в таблицу.

3. Определили коэффициент трения для каждого измерения силы трения, занесли их в таблицу.

  4. Определили погрешность измерения для каждого значения коэффициента силы трения.

Вывод:

1. Коэффициент трения равен 0,2.
2. Инструментальная погрешность измерения равна 0,06.
3. Коэффициент трения скольжения при взаимном движении тела по поверхности стола является величиной постоянной не зависящей от силы нормального давления.

2. Сравните коэффициент трения покоя, скольжения и качения. Сделайте вывод.

Оборудование: динамометр, брусок деревянный, грузы с двумя крючками – 2 шт., карандаши круглые – 2 шт.

Порядок выполнения работы.

1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.

2. Измерьте вес бруска с двумя грузами при помощи динамометра. Результат измерения веса запишите в тетрадь.

3. Измерьте максимальную силу трения покоя бруска по столу. Для этого положите брусок на стол, а на брусок два груза; к бруску прицепите динамометр и приведите брусок с грузами в движение. Запишите показания динамометра, соответствующее началу движения бруска.

4. Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по столу. Для этого перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра. Результат измерения силы запишите в тетрадь.

5. Измерьте силу трения качения бруска по столу. Для этого положите брусок с двумя грузами на два круглых карандаша и перемещайте равномерно брусок по столу при помощи динамометра. Результат измерения силы запишите в тетрадь.

6. Сделайте вывод о том, какая сила больше:
а) вес тела или максимальная сила трения покоя?
б) максимальная сила трения покоя или сила трения скольжения?
в) сила трения скольжения или сила трения качения?

7. Сравните коэффициент трения покоя, трения скольжения и трения качения.

Цена деления шкалы динамометра, ц.д = 0,1 Н.

Вывод:

а) Вес тела больше чем максимальная сила трения покоя.

б) Максимальная сила трения покоя больше чем сила трения скольжения.

в) Сила трения скольжения больше чем сила трения качения.

г) При неизменном весе тела, наименьшее значение коэффициент трения имеет при качении тела, а наибольшее в случае покоя.

3. Определите коэффициент трения скольжения при движении бруска вдоль поверхности резины, нешлифованной деревянной рейки, наждачной бумаги.

Оборудование: динамометр, брусок деревянный, грузы с двумя крючками – 2 шт., отрез линолеума, деревянная нешлифованная рейка, наждачная бумага.

Порядок выполнения работы.

1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.
2. Измерьте вес бруска при помощи динамометра. Результат измерения веса запишите в таблицу.
3. Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по поверхности резины, деревянной нешлифованной линейки и по поверхности наждачной бумаги. Для этого перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра. Результат измерения запишите в таблицу.
4. Вычислите коэффициент трения скольжения.
5. Сделайте вывод.

Цена деления шкалы динамометра, ц.д = 0,1 Н.

Вывод:

1. Сила трения:

а) зависит от рода трущихся поверхностей.
б) зависит от шероховатости трущихся поверхностей.
в) чем больше шероховатости поверхности, тем коэффициент трения больше.

2. Способы увеличения или уменьшения силы трения скольжения:

Увеличить: увеличить шероховатость трущихся поверхностей, насыпать между трущихся поверхностей частицы (стружку, опилки, песок).

Уменьшить: шлифовка, полировка трущихся поверхностей, нанесение смазки.

Задание группе II.

Измерение коэффициент трения скольжения, используя наклонную плоскость

Оборудование: линейка деревянная от трибометра, брусок деревянный, линейка измерительная, штатив.

Порядок выполнения работы.

1. Используя штатив, закрепите линейку под углом к столу.
2. Положите брусок на закрепленную под углом деревянную линейку.
3. Меняя угол наклона линейки, найдите такой максимальный угол, при котором брусок еще покоится.
4. Измерьте длину основания линейки и высоту подъема линейки.
5. Рассчитайте значение коэффициента трения скольжения дерева о дерево по формуле:

6. Рассчитайте погрешность измерения.
7. Вывод.

Экспериментальные данные.

Измерили высоту подъема и длину основания линейки.

Вывод:

1. Коэффициент трения равен 0,3.
2. Погрешность измерения равна 0,0016.

2. Измерение коэффициента трения скольжения, через опрокидывание бруска

Оборудование: брусок деревянный, линейка деревянная от трибометра, нить, линейка ученическая.

Порядок выполнения работы.

Теоретическое обоснование: Брусок с привязанной к длинной грани нитью поставьте торцом на горизонтальную поверхность стола и тяните за нить. Если нить закреплена невысоко над поверхностью стола, то брусок будет скользить. При определенной высоте h точки А крепления нити сила натяжения нити F опрокидывает брусок.

Условия равновесия для этого случая относительно точки – угла опрокидывания:

Fh – mga/2 = 0;

Согласно II закону Ньютона: F – Fтр = 0;

N – mg = 0.

Обработка результатов.

1. Рассчитайте по формуле значение коэффициента трения скольжения дерева о дерево.
2. Определите погрешность измерений.
3. Запишите полученный ответ с учетом допущенных погрешностей измерений.
4. Сделайте вывод.

Экспериментальный расчет.

a = 45 ± 1 мм, h = 80 ± 1 мм.

Вывод:

1. Коэффициент трения равен 0,28.
2. Инструментальная погрешность измерения равна 0,0098.

3. Измерение коэффициента трения скольжения с помощью карандаша.

Оборудование: карандаш, линейка деревянная от трибометра, линейка ученическая.

Порядок выполнения работы.

Теоретическое обоснование: Поставьте карандаш на стол вертикально, нажмите на него, наклоните и наблюдайте характер его падения. При небольших углах наклона к вертикали карандаш не проскальзывает относительно поверхности стола при любой величине силы, прижимающей его к столу. Проскальзывание начинается с некоторого критического угла, зависящего от силы трения.

Записываем второй закон Ньютона в проекциях на координатные оси при угле наклона, равном критическому. (Силой тяжести mg, действующей на карандаш, по сравнению с большой силой F пренебрегаем).

Обработка результатов:

1. Рассчитайте по формуле значение коэффициента трения скольжения дерева о дерево.
2. Определите погрешность измерений.
3. Запишите полученный ответ с учетом допущенных погрешностей измерений.
4. Сделайте вывод.

Экспериментальный расчет.

1. Обработка результатов

α = 30⁰,

µ= tgα = sina /cosa

µ = 0,58

Вывод:

1. Коэффициент трения равен 0,58.

III. Подведение итогов практикума:

Сила трения скольжения зависит:

а) От рода трущихся поверхностей.
б) От шероховатости трущихся поверхностей.
в) Прямо пропорционально от силы давления.
г) Коэффициент трения скольжения при взаимном движении тела по поверхности является величиной постоянной не зависящей от силы нормального давления.
д) Чем больше шероховатости поверхности, тем коэффициент трения больше.

Приложение.

Определение коэффициента трения скольжения с помощью линейки.

Пусть имеем линейку, тело и наклонную плоскость, угол наклона которой можно изменять.

Задача.

Определить коэффициент трения скольжения тела по наклонной плоскости с использованием  данных нам объектов.

Как  известно, любую физическую величину можно либо измерить с помощью прибора, либо рассчитать по формуле.

Мы, конечно, помним формулу, по которой можно рассчитать коэффициент трения  µ = F_тр/N. Но, значения сил, входящих в формулу нам не известны. Вспомним, что прибор для измерения силы называется  динамометр, а по условию задания  у нас есть только линейка.

Решение.

Пусть тело находится на наклонной плоскости. При увеличении угла наклона плоскости до определенного значения β_max тело ещё покоится на месте. Именно этот предельный угол β_max  для нас имеет значение. Выполним чертёж к этой задаче. Изобразим на чертеже все силы, действующие на тело в этом случае. Такими силами будут: со стороны Земли – сила тяжести mg, со стороны опоры – сила реакции опоры N и сила трения F_тр.

Так как тело при предельном угле β_max ещё находится в покое, то равнодействующая этих трёх сил равна нулю (*)

Запишем II закон Ньютона в векторном виде для этого случая:

ma^->= mg^->+ N^->+ F_тр^->

Запишем теперь этот же закон в проекциях на оси, помня о выражении (*):

OX: 0 = -mgSIN β + 0 + F_тр => mgSIN β = F_тр   (1)

OY: 0 = -mgCOS β + N + 0 => mgCOS β = N    (2)

Вспомним о том, что /F_тр/ = /µN/ и перепишем выражение (1) в другом виде (выражение (2 )оставим без изменения):

mgSIN β = µN       (3)

mgCOS β = N       (2)

Разделим выражение (3) на выражение (2)

mgSIN β / mgCOS β = µN/N,

tg β =  µ.

Формула для расчёта коэффициента трения выведена, осталось вспомнить определение тангенса угла β_max в прямоугольном треугольнике АВС. Смотрим внимательно на чертёж ниже.

Итак, µ = tg β = ВС/AC.

Длины ВС и AC измеряем линейкой. Задание выполнено!

А если Вы знаете другие способы определения коэффициента трения при помощи исходного оборудования, то напишите нам в блог.

Остались вопросы? Не знаете, как подготовиться к лабораторной работе по физике?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Лабораторная работа «Определение коэффициента трения скольжения»

Методические указания по проведению лабораторной работы «Определение коэффициента трения скольжения »

Автор: Мокрова Ирина Иннокентьевна

ГБПОУ Московский технологический колледж.

Предисловие

Методические указания по проведению лабораторных работ по физике предназначены для студентов 1 курса технических специальностей среднего профессионального образования.

Цель методических указаний – оказание помощи студентам при подготовке и выполнении лабораторных работ по физике.

В пособии представлены подробные описания лабораторных работ, включающих в себя

а) теоретический материал по изучаемой теме;

б) перечень лабораторного оборудования;

в) описание лабораторной установки ;

г) основное задание по измерению той или иной физической величины;

д) расчетные формулы;

е) таблица результатов измерений и вычислений;

ж) способы обработки результатов измерений. Определение абсолютной и относительной погрешностей.

В каждой лабораторной работе есть дополнительные задания частично-поискового и поискового характера, необходимые для развития самостоятельности мышления, формирования умений решать нестандартные, изобретательские задачи.

Для выполнения дополнительного задания №1 частично — поискового характера обучающимся предложена тема и цель лабораторной работы, необходимое для выполнения лабораторное оборудование, Обучающиеся самостоятельно предлагают способы выполнения работы, пользуются различными источниками, специальной литературой, справочными пособиями.

Для выполнения дополнительного задания №2 поискового характера обучающиеся должны решить новую для них проблему, опираясь на имеющиеся у них теоретические знания.

.

Основные требования по выполнению лабораторных работ

Правила выполнения лабораторных работ

1. Лабораторные работы по физике выполняются по группам, в которую входят 2-3 студента. Группы назначаются преподавателем на весь учебный год и могут изменяться в исключительных случаях ( выбытие студента из учебного заведения, длительное отсутствие по уважительным причинам и др)

2. Необходимо строгое выполнение всего объема домашней подготовки, указанных в описаниях соответствующих лабораторных работ

3. Выполнение каждой лабораторной работы предшествует проверка готовности студента, которая производится преподавателем в форме собеседования или письменного опроса по вопросам, приведенных в описании работы.

4. После выполнения лабораторной работы студент должен представить отчет о проделанной работе с обсуждением полученных результатов и выводов.

5. При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать правила техники безопасности работы с физическим оборудованием.

Правила техники безопасности

1.Будьте внимательны и дисциплинированны, точно выполняйте указания учителя.

2. Не приступайте к выполнению работы без разрешения преподавателя .

3. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

4. При работе с приборами из стекла соблюдайте особую осторожность. При выполнении лабораторных работ нельзя использовать разбитые стеклянные трубки, трубки с трещинами Для предотвращения падения стеклянные сосуды (пробирки, колбы) при проведении опытов осторожно закрепляйте в лапке штатива. Осколки стекла нельзя собирать со стола руками. Для этого нужно использовать щетку и совок.

5. При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов.

6. При сборке экспериментальных установок используйте провода (с наконечниками и предохранительными чехлами) с прочной изоляцией без видимых повреждений.
7. Источник тока и электрической цепи подключайте в последнюю очередь.

8. Собранную цепь включайте только после проверки и с разрешения преподавателя. Проверяйте наличие напряжения на источниках питания или других частях электроустановки с помощью прибора для измерения напряжения.

9. Не прикасайтесь к находящимся под напряжением элементам цепей, лишенным изоляции. Не производите присоединения в цепях до отключении источника электропитания.

10. Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, а на концах проводов были наконечники. При сборке электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.

11. Выполняйте измерения и наблюдения, соблюдая осторожность, чтобы случайно не прикоснуться к оголенным проводам (токоведущим частям, находящимся под напряжением).

12. Не прикасайтесь к конденсаторам, даже после отключения электрической цепи от источника питания, их сначала нужно разрядить. По окончании работы отключите источник питания, после чего разберите электрическую цепь.

13. Обнаружив неисправность в электрических установках, находящихся под напряжением, немедленно отключите источник тока и сообщите об этом учителю.

14. По окончании работы отключите источник электропитания, после чего разберите электрическую цепь.

15.Не уходите с рабочего места без разрешения преподавателя.

Выполнение лабораторных работ связано с измерением различных физических величин и последующей обработкой их результатов.
Измерение — нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений. Прямое измерение — определение значений физической величины непосредственно средствами измерения.
Косвенное измерение — определение значения физической величины по формуле, связывающей ее с другими физическими величинами, определяемыми прямыми измерениями. Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.

Допустим, что I (сила тока) — физическая величина.

I_пр — приближенное значение физической величины, т. е. значение, полученное путем прямых или косвенных измерений.
I_ист.— истинное (действительное ) значение измеряемой величины.

Абсолютная погрешность ΔI —  это разность между измеренным I _пр и истинным I_ист значениями измеряемой величины. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины:   

ΔI = I _пр — I_ист

Относительная погрешность  ε — это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному (действительному) значению измеряемой величины.

ε= ΔI/ Iист *100%
Инструментальные (приборные или аппаратурные ) погрешности обусловлены погрешностями применяемых средств измерений и занесены в паспорт прибора. Эти погрешности обусловлены конструктивными и технологическими недостатками средств измерений, а также следствием их износа, старения или  неисправности.

ученическая

чертёжная

инструментальная (стальная)

демонстрационная

До 50 см

До 50 см

20 см

100 см

1мм

1мм

1мм

1см

±1мм

±0,2мм

±0.1мм

±0.5см

2

Лента измерительная

150 см

0,5 см

±0,5 см

3

Измерительный цилиндр

До 250 мм

1 мл

±1 мл

4

Штангенциркуль

150 мм

0,1 мм

±0,05 мм

5

Микрометр

25 мм

0,01 мм

±0,005 мм

6

Динамометр учебный

4 Н

0,1

±0,05 Н

7

Весы учебные

200 г

—

±0,01 г

8

Секундомер

0—30 мин

0,2 с

±1 с за 30 мин

9

Барометр-анероид

720-780 мм

1 ммрт. ст.

±3 мм рт. ст.

10

Термометр лабораторный

0—100 °С

1 °С

±1°С

11

Амперметр школьный

2 А

0,1 А

±0,05 А

12

Вольтметр школьный

6 В

0,2 В

±0,15 В

ΔА_и— абсолютная инструментальная погрешность, определяемая конструкцией прибора (погрешность средств измерения; см. табл. 1.)
ΔА_о— абсолютная погрешность отсчета (получающаяся от недостаточно точного отсчета показаний средств измерения), она равна в большинстве случаев половине цены деления; при измерении времени — цене делении секундомера или часов.

Максимальная абсолютная погрешность прямых измерений складывается из абсолютной инструментальной погрешности и абсолютной погрешностиотсчета при отсутствии других погрешностей:

ΔА=ΔАи+ΔАо

Абсолютная погрешность косвенных измерений
∆А_косв=ε_А*А_пр(e-выражается десятичной дробью)

 Ответ записывается в форме:         А = А_пр ±  ΔА_косв

Таблица 2. Относительная погрешность косвенных измерений.
       

Вид формулы физической величины

Формула относительной погрешности

1.

Х=А+В+С

2.

Х=А-В

3.

Х=А*В*С

4.

Х = Аⁿ

(Х = ВС²)

 = ΔB/B + 2ΔC/C

5.

Х=А/В

6.

Х=    

Х = B

+

 ПРИМЕР :

Лабораторная работа №1.    Вычислим погрешность измерения коэффициента трения , измеренного с помощью динамометра. 

Вес бруска с грузами Р = N=1,8 Н. F_тр=0,6 Н, μ_пр=0,33.

Инструментальная погрешность динамометра ( таблица 1) Δ _и  =0,05Н, Погрешность отсчета — половина цены деления(таблица 1) Δ _о = 0,05Н  .

Абсолютная погрешность прямых измерений рассчитывается по формуле :

ΔА=ΔАи+ΔА₀

 Абсолютная погрешность измерения веса и силы трения ∆А= 0,05Н+0,05Н = 0,1 Н.(Измерения были проведены одним прибором-динамометром)

Относительная погрешность измерения (в таблице 5-я строчка)

 .

Абсолютная погрешность косвенного измерения ∆ μ =ε _μ * μ _пр ∆ μ  = 0,22*0,33=0,074 Ответ:  

Оценка лабораторных работ

Оценка «5» ставится в том случае, если обучающийся:
а) выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений;
б) в представленном отчете правильно и аккуратно выполнил все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления и сделал выводы;
в) полностью выполнил анализ погрешностей;

г) соблюдал требования безопасности труда.

Оценка «4» ставится в том случае, если выполнены требования к оценке «5», но допущены недочеты или негрубые ошибки.

Оценка «3» ставится, если работа выполнена не полностью или если

а) в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки, приводящие к получению результатов с большей погрешностью,
б) не выполнен совсем или выполнен неверно анализ погрешностей.
Оценка «2» ставится в том случае, если
работа выполнена не полностью и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов.

В тех случаях, когда обучающийся показал оригинальный и наиболее рациональный подход к выполнению дополнительного задания, но не избежал тех или иных недостатков, оценка за выполнение работы по усмотрению преподавателя может быть повышена по сравнению с указанными выше нормами.

Лабораторная работа №1

Тема: «Определение коэффициента трения скольжения».

Цель работы: Изучить особенности силы трения, вычислить коэффициент трения скольжения.

Оборудование, средства измерения :

1. деревянная линейка,

2. деревянный брусок

3. динамометр

4. набор грузов

.

Теоретическое обоснование:

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. В соответствии с третьим законом Ньютона вес тела P равен по модулю силе реакции опоры и направленной в противоположную сторону: (рис3).

Рисунок 1 Рисунок 2 Рисунок 3

Измерить силу трения можно с помощью динамометра, который под действием внешней силы может перемещаться по горизонтально расположенной плоскости (линейке). При равномерном движении согласно первому закону ньютона равнодействующая сил, действующих на тело рано нулю. Это означает, что сила трения скольжения уравновешивает силу упругости пружины динамометра и может быть измерена динамометром. F_тр =F_упр .

Контрольные вопросы:

2.

Какова причина возникновения силы трения?

3.

Какие существуют виды силы трения?

4.

По какой формуле можно рассчитать силу трения скольжения?

5.

Запишите формулу для определения коэффициента трения

6.

Что называется весом тела?

7.

Напишите основную формулу для определения веса тела

8.

Почему при измерении силы трения необходимо придерживаться равномерного движения бруска?

9.

Приведите примеры практического использования силы трения в технических системах автомобиля.

10.

Предложите способы увеличения или уменьшения силы трения скольжения.

Порядок выполнения работы.

Запишите показания динамометра в таблицу 3.

Измените вес тела, добавляя грузы массой 100г (2 и 3 шт.). Для каждого случая измерьте вес тела. Запишите значения веса тел для каждого случая в таблицу 3 (1 и 4 столбец таблицы)

2.

Равномерно тяните брусок вдоль горизонтально расположенной плоскости (линейки). Определите значение силы упругости, действующей на брусок. Запишите показания динамометра в таблицу 3, учитывая, что : Fупр =Fтр.

3.Увеличивайте количество грузов на бруске до 3=х, измерьте силу упругости в каждом случае и занесите показания динамометра в таблицу 3 (столбцы 2и 3).

3

3.Увеличивайте количество грузов на бруске до 3-х, измерьте силу упругости в каждом случае и занесите показания динамометра в таблицу 3 (столбцы 2и 3).

4.

Вычислите коэффициент трения по формуле

где N = P

А) Коэффициент трения в первом опыте μ1==

Б) Коэффициент трения во втором опыте μ2==

В) Коэффициент трения в третьем опыте μ3 ==

Г) Среднее значение коэффициента трения μ ср = μ1 + μ2+ μ3 =

3

Занесите вычисленные значения коэффициентов трения в таблицу 3 (столбцы 5и 6)

6.

Заполните таблицу 3

Таблица 3

Р ,Н

Коэффициент трения

μ

Среднее значение коэффициента трения μ_ср= μ_пр

1

2

3

4

5

6

1.

2.

3.

ΔА=ΔАи+ΔА₀

_{___________________________________}

8.

Определите относительную погрешность измерения коэффициента трения (таблица 2)

_____________________

9.

Вычислите абсолютную погрешность косвенных измерения коэффициента трения

∆ μ =∆ А*

______________________

10.

Запишите окончательный результат в виде:

μ= μ_пр.+∆ μ

_____________________

Вывод:

____________________________________________________________________________________________________________________________________
Дополнительное задание №1. Проведите дополнительные эксперименты, доказывающие, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. Составьте план экспериментальных действий и опишите полученные результаты

Дополнительное задание №2. Определите коэффициент трения

скольжения различных тел (деревянного и металлического брусков) с

использованием наклонной плоскости.

  Отчет может быть представлен в виде описания полученных результатов и таблицы, в которую должны войти физические величины, измеренные в ходе эксперимента и физические величины , вычисленные в ходе проведения лабораторной работы.

Определение коэффициента трения скольжения

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

Цель работы: определить коэффициенты трения скольжения древесины и металла и сравнить их со справочными данными.

Оборудование: наклонная плоскость, брусок с поверхностями из разных материалов, электронный секундомер.

Краткие теоретические сведения

При соскальзывании бруска с наклонной плоскости (рис. 1) на него действует несколько сил: сила тяжести , сила нормальной реакции опоры и сила трения скольжения .

Рис. 1

Выберем направление координатной оси X вдоль плоскости вниз, а координатной оси Y перпендикулярно плоскости вверх. Запишем уравнение динамики поступательного движения бруска в проекциях на эти оси:

(1)

(2)

Учтём, что сила трения скольжения равна

(3)

где μ – коэффициент трения скольжения.

Решая систему уравнений (1), (2) и (3), получаем

(4)

Величину ускорения можно найти, измерив пройденный бруском путь s и соответствующее время t:

(5)

Формула получена при нулевом значении начальной скорости, что соответствует условиям опыта. Подставляя (5) в (4), получаем окончательную формулу для определения коэффициента трения скольжения:

(6)

Описание установки и метода измерений

Установка представляет собой наклонную плоскость 1, которую с помощью винта 2 можно устанавливать под разными углами α к горизонту (рис. 2). Угол α измеряется с помощью шкалы 3.

Рис. 2

На плоскость может быть помещен брусок 4 массой m. Брусок имеет две поверхности скольжения из различных материалов (древесина, дюралюминий). Брусок закрепляется в верхней точке наклонной плоскости с помощью электромагнита 5, управление которым осуществляется с помощью электронного секундомера СЭ1. 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.

Порядок выполнения работы

1. Ослабив винт 2 (рис. 2), установите плоскость под углом α = 25° к горизонту, электромагнит при этом должен находиться в верхней части плоскости. Закрепите плоскость в таком положении, зажав винт 2.

2. Включите электронный секундомер СЭ1. Убедитесь, что он находится в режиме № 1.

3. Поместите брусок на наклонную плоскость в положении деревом вниз. Прижмите торец бруска, на который наклеена металлическая пластина, к электромагниту. Убедитесь, что брусок удерживается в этом положении.

4. Нажмите кнопку «Пуск» секундомера. При этом происходит одновременное отключение электромагнита и включение секундомера. Выключение секундомера происходит автоматически в момент удара бруска по финишному датчику.

5. Запишите в табл. 1 время соскальзывания бруска t_i, пройденный бруском путь s, угол наклона α. Опыт повторить пять раз.

Таблица 1

6. Установить брусок в положение дюраль вниз. Повторить п. 3–5. Результаты записать в табл. 2, аналогичную табл. 1.

7. По формуле (6) вычислить среднее значение коэффициентов трения <μ>, подставляя в нее среднее значение времени <t>. Результаты записать в соответствующие таблицы.

8. Вычислить абсолютную погрешность измерения коэффициента трения по формуле Δμ = ε<μ>, где относительная погрешность ε равна:

(7)

Здесь абсолютная погрешность измерения угла Δα определяется в радианах.

9. Конечные результаты вычислений записать в виде

μ = <μ> Δμ.

Контрольные вопросы

1. Назовите виды сил в механике.

2. Объяснить физическую природу сил трения.

3. Почему при улучшении качества обработки сопряженных поверхностей возрастает тел сила трения скольжения?

4. Какое трение называют сухим, какое вязким?

5. Что называется коэффициентом трения скольжения?; его размерность и физический смысл?

6. Какие факторы влияют на величину коэффициента трения скольжения?

7. Как зависят силы сухого и вязкого трения от скорости движения тел?

8. Какие силы действуют на брусок, равномерно скользящий по наклонной плоскости?; скользящий с ускорением?

9. Вывести расчетную формулу (6).

10. Вывести уравнение динамики поступательного движения с учетом трения при наличии дополнительной постоянной внешней силы, направленной вдоль плоскости вверх.

Библиографический список

1. Савельев, И. В. Курс общей физики в 3­х т. Т. 1 / И. В. Савельев. – М.: Наука, 1989. – § 15.

2. Хайкин, С. Э. Физические основы механики / С. Э. Хайкин. – М: Наука, 1971. – § 44–52.

3. Трофимова Т. И. Курс физики / Т. И. Трофимова. – М: Высш. шк., 1990. – § 8.

Определение коэффициента трения скольжения

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

Цель работы: определить коэффициенты трения скольжения древесины и металла и сравнить их со справочными данными.

Оборудование: наклонная плоскость, брусок с поверхностями из разных материалов, электронный секундомер.

Краткие теоретические сведения

При соскальзывании бруска с наклонной плоскости (рис. 1) на него действует несколько сил: сила тяжести , сила нормальной реакции опоры и сила трения скольжения .

Рис. 1

Выберем направление координатной оси X вдоль плоскости вниз, а координатной оси Y перпендикулярно плоскости вверх. Запишем уравнение динамики поступательного движения бруска в проекциях на эти оси:

(1)

(2)

Учтём, что сила трения скольжения равна

(3)

где μ – коэффициент трения скольжения.

Решая систему уравнений (1), (2) и (3), получаем

(4)

Величину ускорения можно найти, измерив пройденный бруском путь s и соответствующее время t:

(5)

Формула получена при нулевом значении начальной скорости, что соответствует условиям опыта. Подставляя (5) в (4), получаем окончательную формулу для определения коэффициента трения скольжения:

(6)

Описание установки и метода измерений

Установка представляет собой наклонную плоскость 1, которую с помощью винта 2 можно устанавливать под разными углами α к горизонту (рис. 2). Угол α измеряется с помощью шкалы 3.

Рис. 2

На плоскость может быть помещен брусок 4 массой m. Брусок имеет две поверхности скольжения из различных материалов (древесина, дюралюминий). Брусок закрепляется в верхней точке наклонной плоскости с помощью электромагнита 5, управление которым осуществляется с помощью электронного секундомера СЭ1. 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.

Порядок выполнения работы

1. Ослабив винт 2 (рис. 2), установите плоскость под углом α = 25° к горизонту, электромагнит при этом должен находиться в верхней части плоскости. Закрепите плоскость в таком положении, зажав винт 2.

2. Включите электронный секундомер СЭ1. Убедитесь, что он находится в режиме № 1.

3. Поместите брусок на наклонную плоскость в положении деревом вниз. Прижмите торец бруска, на который наклеена металлическая пластина, к электромагниту. Убедитесь, что брусок удерживается в этом положении.

4. Нажмите кнопку «Пуск» секундомера. При этом происходит одновременное отключение электромагнита и включение секундомера. Выключение секундомера происходит автоматически в момент удара бруска по финишному датчику.

5. Запишите в табл. 1 время соскальзывания бруска t_i, пройденный бруском путь s, угол наклона α. Опыт повторить пять раз.

Таблица 1

6. Установить брусок в положение дюраль вниз. Повторить п. 3–5. Результаты записать в табл. 2, аналогичную табл. 1.

7. По формуле (6) вычислить среднее значение коэффициентов трения <μ>, подставляя в нее среднее значение времени <t>. Результаты записать в соответствующие таблицы.

8. Вычислить абсолютную погрешность измерения коэффициента трения по формуле Δμ = ε<μ>, где относительная погрешность ε равна:

(7)

Здесь абсолютная погрешность измерения угла Δα определяется в радианах.

9. Конечные результаты вычислений записать в виде

μ = <μ> Δμ.

Контрольные вопросы

1. Назовите виды сил в механике.

2. Объяснить физическую природу сил трения.

3. Почему при улучшении качества обработки сопряженных поверхностей возрастает тел сила трения скольжения?

4. Какое трение называют сухим, какое вязким?

5. Что называется коэффициентом трения скольжения?; его размерность и физический смысл?

6. Какие факторы влияют на величину коэффициента трения скольжения?

7. Как зависят силы сухого и вязкого трения от скорости движения тел?

8. Какие силы действуют на брусок, равномерно скользящий по наклонной плоскости?; скользящий с ускорением?

9. Вывести расчетную формулу (6).

10. Вывести уравнение динамики поступательного движения с учетом трения при наличии дополнительной постоянной внешней силы, направленной вдоль плоскости вверх.

Библиографический список

1. Савельев, И. В. Курс общей физики в 3­х т. Т. 1 / И. В. Савельев. – М.: Наука, 1989. – § 15.

2. Хайкин, С. Э. Физические основы механики / С. Э. Хайкин. – М: Наука, 1971. – § 44–52.

3. Трофимова Т. И. Курс физики / Т. И. Трофимова. – М: Высш. шк., 1990. – § 8.

Определение коэффициента трения скольжения с использованием закона сохранения энергии

Цель работы: определить коэффициент трения скольжения.

Оборудование: трибометр лабораторный с бруском, динамометр учебный, весы технические, разновесы, набор грузов, линейка измерительная с миллиметровыми делениями.

Теория вопроса и метод выполнения работы

Для выполнения этой работы на трибометр помещают брусок и динамометр, связанные нитью (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Трибометр с бруском и динамометром

Прикрепим к бруску крючок динамометра и попытаемся привести брусок в движение. При небольшом усилии растяжение пружины динамометра показывает, что на брусок действует сила упругости, но, тем не менее, брусок остается неподвижным. Это значит, что при действии на брусок силы упругости в направлении, параллельном поверхности соприкосновения бруска со столом, возникает равная ей по модулю сила противоположного направления. Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения тел, называется силой трения покоя.

При увеличении внешней силы, прикладываемой к динамометру, брусок начнет двигаться. Во время равномерного движения бруска динамометр показывает, что на брусок со стороны пружины действует постоянная сила упругости . При равномерном движении бруска равнодействующая всех сил, приложенных к нему, равна нулю. Следовательно, кроме силы упругости, во время равномерного движения на брусок действует сила, равная по модулю силе упругости, но направленная в противоположную сторону. Эта сила называется силой трения скольжения.

Силы трения возникают благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел, а при движении вклад в силу трения дает неровность (шероховатость) поверхностей.

Если динамометр вместе с линейкой прижать рукой к столу, а брусок оттянуть, чтобы динамометр показывал некоторую силу , то потенциальную энергию пружины можно записать так:

, (1.1)

где – показание динамометра, а– деформация пружины.

После освобождения брусок будет двигаться до остановки, и потенциальная энергия пружины израсходуется на совершение работы по преодолению силы трения на пути . Эту работу можно представить таким выражением:

, (1.2)

где – коэффициент трения;– масса бруска;– ускорение свободного падения; – перемещение бруска.

По закону сохранения энергии

(1.3)

следовательно,

. (1.4)

Силу упругости пружины измеряют динамометром, деформацию пружиныи перемещение бруска – масштабной линейкой, массу бруска – взвешиванием,– табличное значение.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов.

2. Определите взвешиванием с помощью динамометра массу бруска .

3. К крючку динамометра и бруску привяжите нить так, чтобы расстояние между ними было примерно 10 см. Брусок с динамометром поместите на трибометр, как показано на рисунке 1.1.

4. Положите динамометр на трибометр и прижмите их рукой к столу. Затем оттяните брусок так, чтобы динамометр показывал Н, измерьте линейкой растяжение пружины (растяжение от штриха 0 до 1 Н на динамометре). Отметьте положение бруска и отпустите его.

5. Измерьте линейкой расстояние , пройденное бруском, и вычислите коэффициент трения(по формуле 1.4).

6. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

7. Повторите опыт, изменив массу бруска (поместите на него стограммовый груз).

8. Повторите опыт, изменив растяжение пружины, оставив груз на бруске (показание динамометра в 2 Н).

9. Результаты измерений и вычислений также занесите в таблицу; найдите среднее значение коэффициента трения и вычислите абсолютную и относительную погрешность результата.