Определение коэффициента трения качения

Прибор ФПМ-07 представлен на рис. 15.9. К основанию 2, оснащенному четырьмя ножками с регулируемой высотой, прикреплен миллисекундомер 1. В основании закреплена труба 3, на которой смонтирован корпус 4 с червячной передачей. Посредством оси червячная передача соединена с кронштейном 5, на котором прикреплены шкалы 6 и 7. В кронштейне закреплена колонка 8, на которой подвешен на нити шар с прерывателем света 9. В кронштейн по направляющим устанавливаются образцы 10.

Для наклона прибора используется вороток 11. К кронштейну 5 прикреплен фотоэлектрический датчик 12. Отвинчивая шар от прерывателя света, заменяют его новым. Фотоэлектрический датчик соединен с миллисекундомером.

На лицевой панели миллисекундомера находятся следующие элементы управления: СЕТЬ – выключатель сети. Нажатие этой клавиши включает напряжения питания. Это фиксируется визуально свечением цифровых индикаторов (высвечивает цифру нуль) и свечением лампочки фотоэлектрического датчика.

СБРОС – сброс измерителя. Нажатие клавиши вызывает сброс напряжения со схем миллисекундомера и генерирование сигнала разрешения на измерение.

СТОП – окончание измерения. Нажатие клавиши вызывает генерирование сигнала разрешения на окончание процесса счета.

На задней стенке миллисекундомера размещены входное гнездо, служащее для подключения фотоэлектрического датчика, и заземляющий зажим.

Принцип работы прибора. Подготовка к измерениям

К прерывателю света прикрепить шар, в направляющих установить образец. Наклонить прибор на угол, для которого нужно определить коэффициент трения качения. Отклонить шарик от положения равновесия на угол 4-5° по лицевой шкале. Отпустить шарик, тогда он будет скатываться по образцу. Время скатываний и число колебаний будет подсчитывать миллисекундомер.

Определение коэффициента трения качения для данной пары шаров и образца основано на измерении угла отклонения прерывателя света с шаром после определенного числа колебаний. Этот угол будет меньше начального угла вследствие действия силы трения качения. Значение коэффициента трения качения определяется по формуле:

, (15.11)

где R – радиус шара (в мм),

a₀ – угол начального отклонения маятника (в рад),

a – угол отклонения после n полных колебаний маятника (в рад),

b – угол наклона маятника по боковой шкале,

n – число полных колебаний маятника.

Формулу (15.11) для расчета коэффициента трения качения можно получить, приравняв работе сил трения убыль потенциальной энергии маятника. За n полных колебаний при переходе из положения В в положение В¢ (см. рис.15.10) убыль потенциальной энергии маятника составляет величину mgDH, где DH – потеря высоты центром тяжести маятника. Из приведенного рисунка видно, что DH = h sinb, где h = (l – l cosa₀) – (l – l cosa) = – (cosa₀ – cosa) = 2 l sin[(a₀ + a)/2] sin[(a₀ – a)/2] =2 l (a₀ + a) (a₀ – a) / 4.

Работа сил трения на пройденном шаром пути L: А = f_K L = (kmg cosb)L/R (см. формулу (15.7) ), где mg cosb – нормальная составляющая силы тяжести, k – коэффициент трения качения. Пройденный шаром путь за n полных колебаний: L= l [(a₀+a)/2] 4n, где [(a₀ + a)/2] 4n - сумма углов, пройденных маятником. При нахождении этой суммы учитывалось, что в каждом последующем колебании значение угла уменьшается на одну и ту же величину Da, т.е. члены суммы составляют арифметическую прогрессию. Наконец, приравнивая изменение потенциальной энергии маятника к работе сил трения, получаем:

mg sin b l (a₀ + a) (a₀ – a) / 2 = k mg cosb [(a₀ + a)/2] 4n l / R,

откуда после сокращений следует формула (15.11).

Для подготовки прибора к работе необходимо:

- проверить выравнивание прибора,

- включить шнур измерителя в сеть,

- нажав клавишу СЕТЬ, проверяя все ли индикаторы измерителя высвечивают цифру нуль, и светится ли лампочка фотоэлектрического датчика.

Прибор не нуждается в прогреве и готов к работе сразу после подключения к сети.

Измерения

1. Отклонить прибор с помощью воротка 11 на угол b = 30°.

2. Вывести шар из положения равновесия на угол a₀ = 4-5°. Следить за тем, чтобы прерыватель света пересекал поток света фотоэлектрического датчика.

3. Замерить угол a через n = 10 полных колебаний маятника.

4. Вычислить коэффициент трения качения по формуле (15.11).

5. Измерения проделать для угла b = 45°, а также для пар шарик – плоскость из различных материалов (указаны на установке). Зависит ли коэффициент трения качения от угла b?

Контрольные вопросы

1. В чем отличие сухого трения от вязкого?

2. Что означает «сила трения покоя»? Чем она определяется?

3. Что такое максимальная сила трения покоя?

4. В чем заключается закон Амонтона?

5. Как можно определить коэффициент трения покоя, пользуясь наклонной плоскостью?

6. Какова природа сухого трения?

7. Как зависит сила трения скольжения от скорости?

8. В чем заключается закон Кулона?

9. Какова роль силы трения в природе и технике?

10. Приведите примеры полезного и вредного проявления силы трения. В чем состоит явление застоя, чем определяется ширина области застоя?

11. Почему при очень хорошем качестве обработки поверхности сила трения становится больше, чем при плохом качестве?

12. Рассмотреть задачу в § 42 «Механика» С.П. Стрелкова.

13. В каком случае возникает сила трения качения? Какой характер имеет деформация при трении качения?

14. Как в принципе определить величину силы трения качения?

15. Что называется коэффициентом момента силы трения качения?

16. Каков принцип действия прибора ФПМ-07?

17. Записать уравнение динамики поступательного и вращательного движения для катящегося тела.

18. 18. Вывести формулу (11).

Лабораторная работа № 16

Предыдущая 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 171819 20 21 Следующая