Визначення коефіцієнта тертя ковзання

Мета роботи: експериментально визначити коефіцієнт тертя ковзання.

Завдання:

1. Розрахувати коефіцієнт тертя ковзання

2. Розрахувати коефіцієнт тертя кочення

3. Розрахувати коефіцієнт тертя спокою

Обладнання та інструменти: динамометр, дерев’яний брусок, дерев’яна дошка, набір важків по 100 г.

Вказівки на теоретичний матеріал:

1. Сила тертя.

Теоретичні положення:

Сили тертя мають електромагнітну природу, виникають у площині дотику поверхонь і перешкоджають їх взаємному переміщенню, завжди напрямлені у бік, протилежний миттєвій швидкості тіла.

Рисунок 1. Схема установки досліду

Властивості

1. За своєю фізичною природою сила тертя належить до електростатичних сил і не є фундаментальним типом взаємодії. В мікроскопічному світі сили тертя немає. Сила тертя виникає лише в макроскопічних системах, де внаслідок хаотичного руху атомів відбувається незворотній процес розсіяння енергії макроскопічного руху складових системи в енергію мікроскопічного руху атомів та молекул.

2. Сила тертя завжди направлена проти вектора швидкості. Сила тертя не належить до потенціальних сил.

3. Коли тіло рухається в газі чи рідині, сила тертя пропорційна швидкості, при великих швидкостях — квадрату швидкості.

4. Вивченням процесів тертя займається розділ фізики, який називається механікою фрикційного взаємодії, або трибологією

Сили тертя бувають:

Сили тертя спокою.
Сили тертя ковзання.
Сили тертя кочення.
Сили внутрішнього тертя.

Сила тертя спокою

Максимальна сила тертя спокою прямо пропорційна до сили нормального тиску. Сила тертя спокою перешкоджає початкові руху тіла. З іншого боку, сила тертя спокою може спричинити прискорений рух тіла після початку руху.

Сила тертя ковзання

Схема дії сил при терті ковзання: W — сила ваги, N — нормальна сила реакції опори, F — прикладена сила, що заставляє тіло ковзати по поверхні, Ff — сила тертя ковзання.

Отже, коли тіло пересувається на поверхні іншого тіла, сила тертя пропорційна силі реакції опори N з коефіцієнтом пропорційності μ, який називається коефіцієнтом тертя:

F_тер = μN (1)

В техніці в залежності від умов змащування тертя ковзання поділяють на:

– сухе, коли взаємодіючі тверді тіла не розділені жодними додатковими шарами змащення. В техніці зустрічається рідко. Характерна риса сухого тертя — наявність значної сили тертя спокою;

– рідинне (в'язке), при взаємодії тіл, що розділені шаром твердого тіла (порошком графіту), рідини чи газу (мастильного матеріалу).

Зустрічається в гідростатичних чи гідродинамічних опорах. Сила рідинного тертя залежить тільки від властивостей мастила та товщини його шару, а не від властивостей поверхні;

– змішане, коли область контакту містить ділянки сухого і рідинного тертя;

– граничне, коли в зоні контакту можуть міститися шари і ділянки різної природи (окисні плівки, рідина і т. д.) — напоширеніший випадок при терті ковзання.

У зв'язку зі складністю перебігу фізико-хімічних процесів, в зоні фрикційної взаємодії, процеси тертя принципово не піддаються опису методами класичної механіки.

Тертя кочення — опір рухові, що виникає при перекочуванні тіла одне по одному. Проявляється, наприклад, між елементами підшипників кочення, між шиною колеса автомобіля і дорожнім полотном.