Определение коэффициента трения скольжения

В данной работе применяется метод, предложенный В.А. Желиговским (метод рейсшины).

Описание установки

Рис. 15.6

Установка состоит (рис. 15.6) из доски A с зажимами G, пластинки C и рейсшины, состоящей из линейки B, ползушки E и винта D, которым линейка может закрепляться на ползушке под разными углами. При перемещении рейсшины по доске будет перемещаться по ней и пластинка. На пластинку будут действовать в горизонтальной плоскости две силы (рис. 15.7). Со стороны линейки по направлению перемещения центра масс пластинки будет действовать сила Ф_1. Со стороны плоскости доски в противоположном направлении будет действовать сила трения скольжения Ф_2.

При a = 0 направление перемещения центра масс пластинки совпадает с направлением нормали к линейке и с направлением перемещения самой линейки. Перемещение пластинки относительно линейки отсутствует.

При a < j, где j определяется из соотношения . Сила Ф₁ не совпадает с направлением нормали к линейке рейсшины. Разложив эту силу на направление нормали и касательной к линейке, получим ее компоненты Q и F. В этом случае также нет относительного перемещения. Сила F является силой трения покоя.

При a > j сила Ф₁ также не совпадает с направлением нормали к линейке. Имеется относительное перемещение линейки и пластинки. Сила F в этом случае является силой трения скольжения между этими телами.

Сила Ф₂ не может изменять направление силы Ф₁, определяемой взаимодействием линейки и пластинки, а, следовательно, не влияет и на величину силы трения скольжения F. Поэтому определяется именно коэффициент трения между боковой поверхностью пластинки и поверхностью линейки. Величина коэффициента трения между нижней поверхностью пластинки и поверхностью доски не играет роли.

Пусть центр масс пластинки переместился (рис. 15.8) на доске на расстояние L₁L_2. Проекция перемещения на нормаль будет L₁M. Из сопоставления рисунков 15.7 и 15.8 видно, что коэффициент трения скольжения пластинки о линейку может быть определен из отношения:

. (15.9)

Для отметок начального и конечного положений центра масс пластинка имеет в своем геометрическом центре отверстие. Отметка производится карандашом через это отверстие на листе бумаги, положенном на доску и закрепленным зажимами G.

Линейка рейсшины сделана из дюраля. На одной стороне пластинки укреплен слой резины, что позволяет измерить коэффициент трения скольжения для двух пар материалов, а именно: дюраль – дюраль, дюраль – резина.

Измерения

Все измерения требуют большого внимания и аккуратности.

1. Предварительно на плоскость доски накладывается и закрепляется лист бумаги размером 21х17 см (лист из школьной тетради). На бумагу помещается линейка рейсшины, ползушка которой до упора сдвинута вправо.

2. К поверхности линейки прикладывается пластинка. Очень осторожно, придерживая левой рукой рейсшину и пластинку, отмечают остро отточенным карандашом начальное положение центра масс пластины (точка L₁).

3. Плавно и равномерно прижимая ползушку к ребру доски, перемещают рейсшину до упора влево. Очень осторожно, не сдвигая при этом пластинку, отмечают новое положение центра масс (точка L₂).

4. Точки соединяют прямой – получают траекторию движения центра масс пластинки (прямая L₁L₂). Необходимо получить не менее пяти таких прямых. Следует каждый раз несколько смещать начальное положение пластинки, чтобы траектории не располагались очень близко одна к другой.

5. Пользуясь рейсшиной и угольником, проводят через начальные точки каждой траектории нормали к линейке рейсшины (прямая L₁M). На этих нормалях от каждой начальной точки L₁ откладывают расстояние в 100 миллиметров.

6. Через полученные точки, пользуясь рейсшиной, проводят прямые до пересечения с соответствующей траекторией (прямая M^¢L₂^¢, параллельная ML₂).

7. Измеряют в миллиметрах длины всех пяти отрезков и вычисляют среднее арифметическое значение этих величин . Коэффициент трения скольжения вычисляется по формуле:

. (15.10)

8. Положив на пластинку разновес в 200 г, проводят еще одно измерение. В этом случае необходимо быть особенно осторожным, чтобы при наложении и снятии разновеса и отметок карандашом точек центра масс не сдвинуть пластинку. Производится измерение и вычисление коэффициента трения и для этого случая. Сопоставляют это значение с ранее полученной величиной. Оценить погрешность определения k.

9. Аналогичные измерения и вычисления (см. пункты 1-7) произвести при скольжении резины по дюралю (можно использовать обратную сторону бумаги).

10. Следует следить, чтобы угол наклона линейки рейсшины к вертикали (угол a) был неизменным во время всех измерений. Его величина не должна быть меньше 45°.

11. Увеличив угол a, следует убедиться, что искомая величина не зависит от угла наклона линейки рейсшины.

Упражнение 2

Предыдущая 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 161718 19 20 21 Следующая