Лабораторные работы. Механика / Физика. Мех. ЛР. Определение коэффициента трения качения методом наклонного маятника

Приборы и принадлежности: маятник наклонный со сменными шариками.

Цель работы: определение коэффициента трения качения шаров, выполненных из различных материалов по стальной пластине.

ХОД РАБОТЫ:

1. Установим в гнездо шкалы исследуемый образец.

2. Произведём регулировку положения основания при помощи регулировочных опор таким образом, чтобы нить подвеса маятника совпала с нулевым делением шкалы.

3. Установим с помощью маховичка угол наклона образца равным 90⁰.

4. Отрегулируем длину маятника с помощью устройства на верхнем кронштейне таким образом, чтобы при колебании маятника шарик перемещался по рабочей поверхности образца, не касаясь шкалы.

5. Установим угол наклона образца =30⁰, =45⁰, =60⁰.

6. Отклоним маятник от положения равновесия на угол ₀ ~ 10⁰, нажмём кнопку «Пуск» и отпустим маятник. Нажмём кнопку «Стоп» миллисекундомера при достижении амплитуды колебания маятника _n ~ 5⁰, снимем с миллисекундомера количество n полных колебаний маятника. Повторим эксперимент для второго образца.

Сведём полученные данные в таблицу 1.

Таблица 1.

Материал	α0, °	α n, °	n	β, °	k, см	, см	ki, см	k, см
Сталь	10	5	10	30°	0,00126	0,00128	0,00002	1,1547*10-5
			17	45°	0,00128		0,00000
			29	60°	0,00130		0,00002
Алюминий			5	30°	0,00252	0,00265	0,00013	6,5574*10-5
			8	45°	0,00273		0,00008
			14	60°	0,00270		0,00005

7. Вычислим коэффициент трения k и погрешности измерений.

;

;

;

;

;

.

8. Вычислим относительные погрешности измерений.

;

;

;

;

;

.

9. Вычислим среднюю квадратичную погрешность.

;

.

.

.

ВЫВОД:

В данной лабораторной работе мы экспериментальным путём определили коэффициенты трения стали и алюминия с помощью наклонного маятника. Полученные результаты удовлетворяют действительным их значениям.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие виды движения может совершать твёрдое тело?

поступательное, если прямая, соединяющая любые две точки тела, перемещается, оставаясь параллельной своему начальному положению;

вращательное, если все точки лежащие на некоторой прямой, называемой осью вращения, остаются неподвижными;

плоское, если все точки тела движутся в плоскостях, параллельных некоторой плоскости, неподвижной в рассматриваемой системе отсчета;

сферическое, если одна из точек тела остается все время неподвижной в рассматриваемой системе отсчета, например движение гироскопа с тремя степенями свободы в карданном подвесе;

свободное, если нет перечисленных выше четырех ограничений, например движение свободного произвольного брошенного тела вблизи поверхности Земли.

2. Сформулируйте теорему Эйлера.

3. Что называется моментом силы?

Моментом силы называют вращательное усилие, создаваемое вектором силы относительно другого объекта (точки, оси). Аналогом момента силы является момент пары сил, расположенных на равном расстоянии от точки, оси, направленных в противоположные стороны и равные по модулю.

Обязательным условием возникновения момента является то, что точка, относительно которой создается момент не должна лежать на линии действия силы.

Равен векторному произведению радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

4. При каких условиях возникает вращение твёрдого тела?

Вращение твёрдого тела возникает при условии, что сумма моментов силы, приложенных к телу не равна нолю.

5. Чем определяется угловое ускорение твёрдого тела?

Угловое ускорение ­ псевдовекторная физическая величина, характеризующая изменения угловой скорости с течением времени. Равна первой производной угловой скорости по времени. Равна второй производной угла поворота по времени.

6. Что называется трением качения?

Тре́ние каче́ния — сопротивление движению, возникающее при перекатывании тел друг по другу т.е. сопротивление качению одного тела (катка) по поверхности другого. Причина трения качения — деформация катка и опорной поверхности. Проявляется, например, между элементами подшипников качения, между автомобильной шиной колеса автомобиля и дорожным полотном. В большинстве случаев величина трения качения гораздо меньше величины трения скольжения при прочих равных условиях, и потому качение является распространенным видом движения в технике. Трение качения возникает на границе двух тел, и поэтому оно классифицируется как вид внешнего трения.

7. Что такое коэффициент трения качения?

Коэффициент трения качения имеет следующие физические интерпретации:

Если тело находится в покое и внешняя сила отсутствует, то реакция опоры лежит на той же линии, что и прижимающая сила. Когда тело катится, то из условия равновесия следует, что нормальная составляющая реакции опоры параллельна и противонаправлена прижимающей силе, но не лежит с ней на одной линии. Коэффициент трения качения равен расстоянию между прямыми, вдоль которых действуют прижимающая сила и нормальная составляющая реакции опоры (рис).

Движение катящегося тела без проскальзывания можно рассматривать как поворот вокруг мгновенной оси вращения (на рис. 4 — точка приложения вектора  {\displaystyle {\vec {R}}_{p}}), которая для абсолютно твёрдых тел совпадает с основанием перпендикуляра, опущенного из центра круга на опору. Для случая реальных (деформирующихся под нагрузкой) материалов мгновенный центр вращения смещён в направлении качения тела, а величина смещения равна значению коэффициента трения качения.

Коэффициент трения качения - это отношение движущего момента к нормальной нагрузке. Эта величина имеет размерность длины.

8. Выведите формулу (2).

9. Почему автомобили, предназначенные для езды по бездорожью, снабжены колёсами большого диаметра?

Самой важной причиной является рост площади контакта колеса и дороги. Можно, не делая покрышку мягче, увеличить площадь соприкосновения с дорогой за счет уменьшения кривизны колеса в точке контакта.