Как найти коэффициент трения деревянного бруска

(Занятие каникулярной школы для учащихся 8–9 кл.)

Цель:

• Активизация мыслительной деятельности учащихся.
• Формирование обобщенного умения проводить физические измерения.
• Формирование обобщенного умения проводить экспериментальную проверку
  физических закономерностей.
• Формирование умения систематизировать полученные результаты в виде
  таблицы, умение делать вывод на основе эксперимента.

Организация проведения практикума: Все учащиеся принимающие участие в
работе практикума делятся на группы. Каждая группа учащихся получает задание с
кратким описанием работы.

По окончании выполнения работы учащимся необходимо составить отчет. Отчет
состоит из таблицы, вычисления искомой величины и ее погрешности, вывода по
работе.

Ход работы

I. Вступительное слово учителя:

Если положить на горизонтальную поверхность брусок и подействовать на него с
достаточной силой в горизонтальном направлении, то брусок станет двигаться.
Нетрудно убедиться, что в этом случае на брусок действуют четыре силы: в
вертикальном направлении – сила тяжести P и сила реакции опоры Q, равные по
модулю противоположные по направлению; в горизонтальном направлении – сила тяги
F и
противоположная по направлению сила трения F_mp.

Чтобы брусок двигался равномерно и прямолинейно, нужно, чтобы
модуль силы тяги был равен модулю силы трения.

На этом основан метод измерения силы трения. Следует приложить к бруску силу
тяги, которая будет поддерживать равномерное прямолинейное движение этого тела.
По этой силе тяги определяют модуль силы трения.

II. Практикум.

Задание группе I.

Определите коэффициент трения скольжения при движении бруска по
горизонтальной поверхности стола.

Оборудование: трибометр, деревянная
линейка, деревянный бруска с тремя отверстиями; динамометр; набор грузов по
механике.

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 столу. Для этого
   перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра.
4. Результат измерения запишите в таблицу.
5. Нагружая брусок одним, двумя и тремя грузами, измерьте в каждом случае
   силу трения. Данные занесите в таблицу.
6. Вычислите коэффициент трения скольжения
7. Определите инструментальную погрешность коэффициента трения.
8. Сделайте вывод.

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.

Количество грузов	Fтр, H	P, H	µ
Без груза		0,6 ± 0,1
Один груз	0,3 ± 0,1	1,6 ± 0,1	0,18 ± 0,06
Два груза	0,5 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0,19 ± 0,04
Три груза	0,7 ± 0,1	3,6 ± 0,1	0,19 ± 0,03

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.

Вид трения	Fтр, H	P, H	µ
Трение покоя	0,9 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0,35
Трение скольжения	0,5 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0,19
Трение качения	0,1 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0,04

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.

Виды трущихся поверхностей	Fтр, H	P, H	µ
Дерево по дереву (гладкая поверхность)	0,5 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0,19
Дерево по дереву (нешлифованная деревянная рейка)	0,9 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0, 35
Дерево по линолеуму	1,1 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0, 42
Дерево по наждачной бумаге		2,6 ± 0,1

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.

Сила трения: величина, направление

С силой трения вы сталкиваетесь буквально каждую секунду. Каждый раз, когда вы взаимодействуете с любой поверхностью — идете по асфальту, сидите на стуле, пьете чай из чашки — на вас действует сила трения.

Измеряется сила трения, как и любая сила — в Ньютонах.

Возникает сила трения по двум причинам:

• Различные шероховатости, царапины и прочие «несовершенства» поверхностей. Эти дефекты задевают друг друга при соприкосновении и создается сила, тормозящая движение.
• Когда контактирующие поверхности практически гладкие (до идеала довести невозможно, но стремиться к нему — значит устремлять силу трения к нулю), то расстояние между ними становится минимальным. В этом случае возникает взаимное притяжение молекул вещества этих поверхностей. Притяжение обусловлено взаимодействием между электрическими зарядами атомов. В связи с этим можно часто услышать формулировку «Сила трения — сила электромагнитной природы»

Направлена сила трения всегда против скорости тела. В этом плане все просто, но всегда есть вопрос:

В задачах часто пишут что-то вроде: «Поверхность считать идеально гладкой». Это значит, что сила трения в данной задаче отсутствует. Да, в реальной жизни это невозможно, но во имя красивой математической модели трением часто пренебрегают.

Не переживайте из-за этой несправедливости, а просто решайте задачи без трения, если увидели словосочетание «гладкая поверхность».

Сухое и вязкое трение

Есть очень большая разница между вашим соприкосновением с водой в бассейне во время плавания и соприкосновением между асфальтом и колесами вашего велосипеда.

В случае с плаванием мы имеем дело с вязким трением — явлением сопротивления при движении твердого тела в жидкости или воздухе. Самолет тоже подвергается вязкому трению и вон тот наглый голубь из вашего двора.

А вот сухое трение — это явление сопротивления при соприкосновении двух твердых тел. Например, если школьник ерзает на стуле или злодей из фильма потирает ладоши — это будет сухое трение.

Вязкое трение в школьном курсе физики не рассматривается подробно, а вот сухое — разбирают вдоль и поперек. У сухого трения также есть разновидности, давайте о них поговорим.

Трение покоя

Если вы решите сдвинуть с места грузовик, вряд ли у вас это получится. Не то, чтобы мы в вас не верим — просто это невозможно сделать из-за того, что масса человека во много раз меньше массы грузовика, да еще и сила трения мешает это сделать. Мир жесток, что тут поделать.

В случае, когда сила трения есть, но тело не двигается с места, мы имеем дело с силой трения покоя.

Сила трения покоя равна силе тяги. Например, если вы пытаетесь сдвинуть с места санки, действуя на них с силой тяги 10 Н, то сила трения будет равна 10 Н.

Немного потренируемся!

Задача

Найти силу трения покоя для тела, на которое действуют сила тяги в 4 Н.

Решение:

Тело покоится, значит

F_тр = Fтяги = 4 Н

Ответ: сила трения равна 4 Н.

Трение скольжения

А теперь давайте скользить на коньках по льду. Каток достаточно гладкий, но, как мы уже выяснили, сила трения все равно будет присутствовать и вычисляться будет по формуле:

Сила трения, которую мы получим по этой формуле будет максимально возможной — то есть больше уже некуда.

Сила реакции опоры — это сила, с которой опора действует на тело. Она численно равна силе нормального давления и противоположна по направлению.

Подробнее про вес тела читайте в нашей статье😇

Также, если тело находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры будет равна силе тяжести: N = mg.

Коэффициент трения — это характеристика поверхности. Он определяется экспериментально, не имеет размерности и показывает, насколько поверхность гладкая — чем больше коэффициент, тем более шероховатая поверхность. Коэффициент трения положителен и чаще всего меньше единицы.

Задача 1

Масса котика, лежащего на столе, составляет 5 кг. Коэффициент трения µ = 0,2. К коту прилагают внешнюю силу, равную 2,5 Н. Какая сила трения при этом возникает?

Решение:

По условию данной задачи невозможно понять, двигается наш котик или нет. Решение о том, приравниваем ли мы к силе тяги силу трения, принять сразу нельзя. В таких случаях нужно все-таки рассчитать по формуле:

F = μN

Так как котик лежит на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.

F = μmg = 0,2 · 5 · 10 = 10Н

Мы получили максимально возможную силу трения. Внешняя сила по условию задачи меньше максимальной. Это значит, что котик находится в покое. Сила трения уравновешивает внешнюю силу. Следовательно, она равняется 2,5 Н.

Ответ: возникает сила трения величиной 2,5 Н

Задача 2

Барсук скользит по горизонтальной плоскости. Найти коэффициент трения, если сила трения равна 5 Н, а сила давления тела на плоскость — 20 Н.

Решение:

В данной задаче нам известно, что барсучок скользит. Значит нужно воспользоваться формулой:

F_тр = μN

Так как барсук находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе давления на плоскость: N = F_д.

F_тр = μF_д

Выражаем коэффициент трения:

μ = F_тр / F_д = 5 / 20 = 0,25

Ответ: коэффициент трения равен 0,25

Задача 3

Пудель вашей бабушки массой 5 кг скользит по горизонтальной поверхности. Сила трения скольжения равна 20 Н. Найдите силу трения, если пудель сильно похудеет, и его масса уменьшится в два раза, а коэффициент трения останется неизменным.

Решение:

В данной задаче нам известно, что пудель скользит. Значит, нужно воспользоваться формулой:

F_тр = μN

Так как пудель находится на горизонтальной поверхности, сила реакции опоры в данном случае равна силе тяжести: N = mg.

F_тр = μmg

Выразим коэффициент трения:

μ = F_тр / mg = 20 / 5 · 10 = 0,4

Теперь рассчитаем силу трения для массы, меньшей в два раза:

Ответ: сила трения будет равна 10 Н.

Задача 4

Ученик провел эксперимент по изучению силы трения скольжения, перемещая брусок с грузами равномерно по горизонтальным поверхностям с помощью динамометра.

Результаты экспериментальных измерений массы бруска с грузами m, площади соприкосновения бруска и поверхности S и приложенной силы F представлены в таблице.

Какие утверждения соответствуют результатам проведенных экспериментальных измерений? Из предложенного перечня утверждений выберите два правильных.

1. Коэффициенты трения скольжения во втором и третьем опытах равны.

2. Коэффициент трения скольжения между бруском и деревянной рейкой больше коэффициента трения скольжения между бруском и пластиковой рейкой.

3. Сила трения скольжения зависит от площади соприкосновения бруска и поверхности.

4. Сила трения скольжения зависит от рода соприкасающейся поверхности.

Решение:

Подробно рассмотрим каждое утверждение.

1. В данном случае сила реакции опоры равна силе тяжести. Значит F_тр = μN = μmg.

   Выразим коэффициент трения скольжения:
   μ = F_тр / mg

   Коэффициент трения скольжения во втором опыте равен 0,4 / (0,2 · 10) = 0,2.

   В третьем опыте — 0,4 / (0,1 · 10) = 0,4.

   Следовательно, утверждение «Коэффициенты трения скольжения во втором и третьем опытах равны» неверно.

2. Как и в первом утверждении, коэффициент трения будет вычисляться по формуле:
   μ = F_тр / mg

   Для деревянной рейки μ = F_тр / mg = 0,8 / 0,2 · 10 = 0,4

   Для пластиковой рейки μ = F_тр / mg = 4,8 / 0,2 · 10 = 0,2

   Следовательно утверждение «Коэффициент трения скольжения между бруском и деревянной рейкой больше коэффициента трения скольжения между бруском и пластиковой рейкой» верно.

3. Согласно формуле F_тр = μN, сила трения не зависит от площади поверхности соприкосновения. Значит утверждение «Сила трения скольжения зависит от площади соприкосновения бруска и поверхности» неверно.

4. Если проанализировать первый и второй эксперимент, можно увидеть, что при прочих равных данных сила меняется. Это значит, что утверждение «Сила трения скольжения зависит от рода соприкасающейся поверхности» верно.

Ответ: 25

Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!

Трение качения

Про колесо совершенно точно нельзя сказать, что оно скользит или покоится. При этом сила трения явно возникает, так как существует соприкосновение двух поверхностей.

В этом случае мы говорим о трении качения — сопротивлению движения, если одно тело катится по поверхности другого. При равных силах нормального давления сила трения скольжения больше силы трения качения. Это явление часто используют, например, ставя колесики на чемодан. Да и вообще, ставя колесики куда угодно.

Задачи на трение качения встречаются только в задачах высокого уровня сложности (например, в олимпиадах). Однако на формулу посмотреть полезно, даже если вы не планируете покорять самую высокую вершину.

Если приглядеться, она очень похожа на формулу трения скольжения, только в знаменателе появляется радиус. Если мы будем увеличивать знаменатель, то сила трения будет уменьшаться. То есть, чем больше радиус колеса, тем меньше трение.

Ладно, давайте все-таки решим задачу на силу трения качения — только никому об этом не рассказывайте 😉

Задача

Какого радиуса понадобится установить колесо, чтобы уменьшить силу трения, равную 17 Н — на 5 Н. При коэффициенте трения 0,6 мм и силе нормального давления тела равной 10 кН.

Решение:

Берем формулу силы трения качения:

F_тр = (λN)/R

Выражаем из нее радиус:

R = (λN)/F_тр

Коэффициент трения качения и сила нормального давления нам даны, а чтобы найти силу трения, нам нужно вычесть из начальной силы трения ее изменение:

F_{тр 2} = F_{тр 1} − ΔF_тр = 17 − 5 = 12Н

Подставляем числа в формулу, предварительно переведя их в СИ:

R = (λN)/F_тр = 0,0006 · 10 000 / 12 = 0,5 м

Ответ: необходимо поставить колесо радиусом 0,5 м.

Избавиться от трения: возможно ли это

Итак, идеально гладких поверхностей в реальной жизни не бывает. Это значит, что стараясь делать поверхность идеально гладкой — например, натирая ее миллион часов супер-мелкой наждачной бумагой — мы минимизируем трение, но не избавляемся от него.

Но это не значит, что способов избавиться от трения не существует. Например, вполне себе реальны поезда на магнитных подушках. Благодаря магнитному полю, которое создается между рельсом и вагоном, поезд как будто бы парит. Так он ликвидирует соприкосновение различных поверхностей, из-за которого и создается трение.

Лабораторная работа

Тема: «Измерение коэффициента трения
скольжения»

     Цель
работы: измерить коэффициент трения скольжения деревян­ного
бруска по деревянной линейке двумя различными способами.

     Оборудование,
средства измерения: 1) деревянный брусок, 2) на­бор грузов, 3)
динамометр, 4) деревянная линейка, 5) измерительная лента.

     Теоретическое
обоснование

1. Принципиальная схема первого способа
измерения коэффициен­та трения скольжения приведена на рисунке 1.

Рис. 1

Деревянный брусок, на котором сверху
помещаются грузы, присо­единен к динамометру.

При приложении к динамометру внешней
силы брусок может пере­мещаться по горизонтально расположенной деревянной
линейке. При равномерном движении бруска его ускорение равно нулю. Согласно
второму закону Ньютона геометрическая сумма сил, действующих на брусок в этом
случае, также равна нулю. Это означает, что сила тре­ния скольжения
уравновешивает силу растяжения пружины динамо­метра и может быть
измерена динамометром.

Коэффициент трения скольжения определяется
как коэффициент пропорциональности между силой трения. F_тр и силой
нормального давления  F_┴ бруска с грузами на опору (или весом тела):

F_тр=μ F_┴     
(1)                                                                        

Сила нормального давления F_┴ в данном случае
равна весу бруска вместе с грузом и определяется взвешиванием (рис.2). Тогда по
ре­зультатам измерений  F_тр и F_┴ можно
вычислить коэффициент трения скольжения:

μ= F_тр / F_┴  (2)                                                                          

Согласно формуле (1) графиком зависимости F_┴ от силы нормаль­ного давления тела F_┴ является прямая линия (рис. 3). Как видно из графика, μ=tg α (где α —
угол наклона прямой к оси абсцисс).

Рис. 2                         Рис. 3                                Рис. 4

2. Второй способ измерения коэффициента
трения скольжения не требует
непосредственного измерения сил и соответственно использо­вания динамометра. В этом случае один из концов
линейки с поме­щенным на ней бруском и
грузом постепенно приподнимают до тех пор,
пока при небольшом толчке брусок не начнет равномерно сколь­зить вниз по линейке (рис. 4). В этот момент
линейка образует угол а с
горизонталью, а сумма проекций сил на оси X и Y, действующих на
тело, будет равна
нулю:

(X)
mg sin α – F_тр= 0,

(Y) mg cos α – N = 0.   (3)

Учитывая, что F_тр=μ F_┴ , а F_┴ = N по третьему закону
Ньютона, можно представить систему уравнений (3) в виде

mg sin α =
μN

mg
cos α = N       (4)

Беря отношения правых и левых частей системы (4), получаем:
   
μ = tg α      (5)                                                                     

Как
видно из рисунка 4,

    (6)

Порядок выполнения работы

1. С помощью динамометра определите вес деревянного бруска Р₀,
бруска вместе с одним грузом (Р₀
+ Р), бруска с двумя грузами (Р₀ + 2Р),

бруска  с 
тремя  грузами  (Р₀+ЗР). Результаты  занесите  в  табл.1 (в графу  F_┴ ).

Таблица  1

	Р0	Р0+Р	Р0+2Р	Р0+ЗР
F┴
Fтр

   
2. Динамометром равномерно тяните брусок по линейке, измеряя
силу тяги F_тр=F_┴.Опыт
повторите, нагрузив брусок одним, потом
двумя
и тремя грузами. Результаты измерений F_тр запишите в табл. 1.

     3. Постройте график зависимости F_тр(F_┴) (рис.5), используя
данные табл. 1. Через начало отсчета проведите прямую линию так, чтобы число
точек над прямой равнялось числу точек под прямой.

4. Найдите коэффициент
трения скольжения μ по формуле (5) как тангенс угла наклона прямой
линии к оси абсцисс.

Для этого выберите произвольную точку
с координатами
F_тр(F_┴)   на
прямой и найдите μ  как отношение

μ= F_тр / F_┴  =

5. Измерьте длину линейки.
l=

6.   Отсоедините динамометр от бруска. На один из концов линейки
поместите брусок с одним грузом и медленно приподнимите его (см.
рис. 4). Измерьте высоту подъема h конца
линейки, когда при

неболь­шом толчке
брусок начинает скользить вниз равномерно:

h=

7.  Вычислите коэффициент трения
скольжения по формуле (6).

  =

   8. Сравните величины коэффициента трения
скольжения, изме­ренные двумя различными способами.

Вывод:

    Дополнительное задание. Доказать, что сила трения скольжения не зависит
от площади трущихся поверхностей.

1)  Деревянный
брусок равномерно тяните динамометром по горионтальной линейке, измеряя силу
тяги.

2)  Опыт
повторите при перестановке бруска на другие грани с раз­личной площадью
поверхности.

Убедитесь,
что сила трения скольжения не зависит от площади тру­щихся поверхностей, и
сделайте вывод.

Вывод:

Лабораторная работа № 3 «Измерение коэффициента трения скольжения»

Цель работы: определить коэффициент трения деревянного бруска, скользящего по деревянной линейке, используя формулу F_тр = = μР. С помощью динамометра измеряют силу, с которой нужно тянуть брусок с грузами по горизонтальной поверхности так, чтобы он двигался равномерно. Эта сила равна по модулю силе трения F_тp, действующей на брусок. С помощью того же динамометра можно найти вес бруска с грузом. Этот вес по модулю равен силе нормального давления N бруска на поверхность, по которой он скользит. Определив таким образом значения силы трения при различных значениях силы нормального давления, необходимо построить график зависимости F_тр от Р и найти среднее значение коэффициента трения (см. работу № 2).

Основным измерительным прибором в этой работе является динамометр. Динамометр имеет погрешность Δ_д =0,05 Н. Она и равна погрешности измерения, если указатель совпадает со штрихом шкалы. Если же указатель в процессе измерения не совпадает со штрихом шкалы (или колеблется), то погрешность измерения силы равна ΔF = = 0,1 Н.

Средства измерения: динамометр.

Материалы: 1) деревянный брусок; 2) деревянная линейка; 3) набор грузов.

Порядок выполнения работы

1. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз.

2. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Замерьте при этом показание динамометра.

3. Взвесьте брусок и груз.

4. К первому грузу добавьте второй, третий грузы, каждый раз взвешивая брусок и грузы и измеряя силу трения.

По результатам измерений заполните таблицу:

Номер опыта	Р, Н	ΔP, Н	Fтр, Н	ΔFтр, Н

5. По результатам измерений постройте график зависимости силы трения от силы давления и, пользуясь им, определите среднее значение коэффициента трения μ_ср (см. работу № 2).

6. Рассчитайте максимальную относительную погрешность измерения коэффициента трения. Так как

(см. формулу (1) работы № 2).

Из формулы (1) следует, что с наибольшей погрешностью измерен коэффициент трения в опыте с одним грузом (так как в этом случае знаменатели имеют наименьшее значение) .

7. Найдите абсолютную погрешность

и запишите ответ в виде:

Требуется определить коэффициент трения скольжения деревянного бруска, скользящего по деревянной линейке.

Сила трения скольжения

где N — реакция опоры; μ — ко

эффициент трения скольжения, откуда μ=F_тр/N;

Сила трения по модулю равна силе, направленной параллельно поверхности скольжения, которая требуется для равномерного перемещения бруска с грузом. Реакция опоры по модулю равна весу бруска с грузом. Измерения обоих сил проводятся при помощи школьного динамометра. При перемещении бруска по линейке важно добиться равномерного его движения, чтобы показания динамометра оставались постоянными и их можно было точнее определить.

Выполнение работы:

№ опыта	Вес бруска с грузом Р, Н	Сила трения Fтр, H	μ
1	1,35	0,4	0,30
2	2,35	0,8	0,34
3	3,35	1,3	0,38
4	4,35	1,7	0,39

Вычисления:

Рассчитаем относительную погрешность:

Так как

Видно, что наибольшая относительная погрешность будет в опыте с наименьшим грузом, т.к. знаменатель меньше

Рассчитаем абсолютную погрешность

Так как

Видно, что наибольшая относительная погрешность будет в опыте с наименьшим грузом, т.к. знаменатель меньше.

Рассчитаем абсолютную погрешность

Полученный в результате опытов коэффициент трения скольжения можно записать как: μ = 0,35 ± 0,05.

5terka.com

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.

Определение погрешностей измерений

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.

Таблица 1. Абсолютные инструментальные погрешности средств измерений. Линейка

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:

Коэффициент пропорциональности μ называют коэффициентом трения скольжения. Существуют сила трения покоя, сила трения скольжения, качения, сила жидкого и воздушного трения.

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

Это соотношение выражает экспериментально установленный закон Гука. Коэффициент k называется жесткостью тела. В системе СИ жесткость измеряется в н/м.

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:

Что называется силой трения?

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.

Подвесьте деревянный плоский брусок к динамометру и определите его вес вместе с одним из грузов.

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

Вес тела

Р ,Н

Коэффициент трения

μ

Среднее значение коэффициента трения μ_ср= μ_пр

1

2

3

4

5

6

1.

2.

3.

Определите абсолютную погрешность прямых измерений силы трения и веса тела с помощью динамометра (таблица 1)

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.

infourok.ru

Лабораторная работа «Определение коэффициента трения скольжения»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить из опыта коэффициенты трения скольжения.

ОБОРУДОВАНИЕ: 1. Установка для определения коэффициента трения скольжения.

1. Набор тел цилиндрической формы разной массы.

ТЕОРИЯ: Силой трения называют силу, возникающую при соприкосновении поверхностей двух тел и препятствующую их взаимному перемещению. Эта сила приложена к телам вдоль поверхности их соприкосновения и всегда направлена противоположно относительной скорости перемещения. Таким образом, трение препятствует движению. Сила трения покоя направлена противоположно внешней силе, стремящейся сдвинуть тело с места.

Различают внешнее (сухое) и внутреннее (жидкое или вязкое) трение. Внешним трением называют взаимодействие между поверхностями двух соприкасающихся твердых тел. Если эти тела неподвижны друг относительно друга, то говорят о трении покоя, при относительном перемещении этих тел говорят о трении скольжения. Трение обусловлено шероховатостью (неровностью) поверхностей взаимодействующих тел. В том случае, когда одно из тел катится по поверхности другого без проскальзывания, возникает особый вид сопротивления, называемый трением качения.

Сила трения скольжения зависит от силы нормального давления и качества обработки трущихся поверхностей, она не зависит от площади их соприкосновения и мало зависит от скорости относительного движения трущихся тел. Сила трения скольжения определяется по формуле:

F=k·N,

Где F – сила трения,

N – сила реакции опоры (нормального давления) — сила, действующая на данное тело со стороны опоры перпендикулярно к ее поверхности,

k – коэффициент трения – зависит от материала соприкасающихся тел и от качества обработки их поверхностей.

Если тело находится на наклонной плоскости, то на него действуют силы:

F _тяж.= m·g – сила тяжести;

N – сила реакции опоры;

F_тр. =k·N – сила трения

Оси координат в этом случае удобнее направить вдоль наклонной плоскости и перпендикулярно к ней (Рис 1.). Тогда проекции силы тяжести на оси x и y составят: F _х = m·g·sin B F _y = m·g· cos B, т.к. треугольники АВС и ЕОD подобны, следовательно углы при вершинах В и О равны.

Рис.1

Если ускорение тела равно нулю, то

ох) а· m = m·g·sin B — F_тр = 0

m·g_х·sin B = F_тр = k·N

оу) а· m = N — m·g· cos B = 0

N = m·g· cos B

m·g·sin B = k· m·g· cos B

k = sin B/ cos B = tg B

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Определите род материала доски из следующего перечня:

Материал доски – дерево, эбонит, латунь.

Материал тела — сталь

1. Установите доску горизонтально.

Положите одно из выданных тел на край доски и очень медленно наклоняйте доску до тех пор, пока тело не сдвинется с места.

Зафиксируйте угол наклона доски при помощи барашка, находящегося на противоположной стороне от транспортира. Определите угол наклона по транспортиру (учтите, что отсчет ведется не от 0º, а от 90º). Выполните опыт несколько раз, чтобы убедиться, что вы правильно определили угол.

1. Проделайте тот же опыт с телом другой массы.

2. Рассчитайте соответствующие коэффициенты трения скольжения для тел разной массы по формуле:

k = tg B

где k – коэффициент трения

B – угол наклона доски.

Вычислите среднее значение коэффициента трения скольжения:

k_ср=

1. Определить погрешности измерений:

где k_таб определить по таблице:

Материал взаимодействующих тел

Коэффициент трения скольжения

Сталь-латунь

0,18

Сталь-текстолит

0,25

Сталь-дерево

0,5

6. Оформить отчет. Данные опытов и результаты вычислений занести в таблицу:

пп

Материал взаимодействующих тел

Угол наклона доски, B

tg B

Коэффициент трения, k

Δ _k

δ _k, %

опыт

k _ср.

табл.

1

2

7. Сделайте выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Каков физический смысл силы трения скольжения?

2. Как определить силу трения скольжения?

3. Зависит ли коэффициент трения скольжения от массы тела? Подтвердите ответ формулами.

4. На наклонной плоскости, составляющей угол 30º с горизонтом, лежит груз массой 100 кг. Коэффициент трения покоя равен 0,2. Найти силу трения. Будет ли тело покоиться или соскальзывать вниз?

5. Брусок массой 0,5 кг прижат к вертикальной стене силой 10 Н, направленной горизонтально. Коэффициент трения скольжения между бруском и стеной равен 0,4. Какую минимальную силу надо приложить к бруску по вертикали, чтобы равномерно поднимать его вертикально вверх?

6. Тело лежит на наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол 4º. При каком предельном значении коэффициента трения тело начнет скользить по наклонной плоскости? С каким ускорением будет скользить тело по плоскости, если коэффициент трения равен 0,03?

infourok.ru

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 Определение коэффициента трения скольжения

Определение коэффициента трения скольжения

Цель работы: определить коэффициент трения скольжения для различных поверхностей (дерева по дереву и дерева по шлифовальной бумаге). Установить, от чего зависит коэффициент трения.

Введение

Силы трения возникают при соприкосновении твёрдых тел и направлены вдоль поверхности соприкосновения противоположно относительному перемещению. Непосредственное экспериментальное измерение силы трения затруднительно, но её значение можно найти, используя второй закон Ньютона. При равномерном перемещении бруска по горизонтальной поверхности под действием горизонтальной силы в любой момент справедливо равенство F = F_тр.ск . До начала движения сила трения покоя увеличивается при увеличении действующей на тело горизонтальной силы, причем значение силы трения покоя равно значению действующей силы Максимальное значение силы трения покоя зависит от:

1) свойств соприкасающихся поверхностей: материалов, качества обработки поверхностей, чистоты, наличия смазки — всё это определяется коэффициентом трения µ;

2) «степени проникновения» неровностей одной поверхности между неровностями другой что определяется силой давления одной поверхности на другую или равной ей по модулю силой реакции опоры . При движении тела по горизонтальной поверхности сила нормального давления тела, как правило, численно равна его весу и может по модулю совпадать с силой тяжести.

Сила трения скольжения так же, как и сила трения покоя, направлена вдоль поверхности соприкосновения в сторону, противоположную относительной скорости, и пропорциональна силе давления тела на поверхность:

F_тр.ск = µ_скN.

Коэффициент трения можно вычислить по формуле

µ_ск = F_тр.ск / N.

Коэффициент трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей и слабо зависит от относительной скорости движения тел (в приближенных технических расчётах обычно считают, что коэффициент трения скольжения не зависит от относительной скорости скольжения).

Неподвижно стоящее тело труднее сдвинуть с места, чем затем равномерно перемещать по поверхности. На экране УИОД (рис. 1) вы будете наблюдать такую картину, из которой ясно, что максимальная сила трения покоя немного больше средней силы трения скольжения.

Описание эксперимента

В этой работе вам предлагается экспериментально определить коэффициент трения скольжения.

Измерение силы трения скольжения и веса тела будет производиться с помощью датчика силы.

По результатам измерений будет вычисляться значение коэффициента трения μ по формуле

Оборудование и материалы

Оборудование, необходимое для проведения лабораторной работы, показано на рис. 2.

Рис. 2

Задачи

1. Определить коэффициент трения скольжения для различных трущихся поверхностей.

2. Сравнить полученные данные.

3. Сделать выводы.

Выполнение эксперимента

Опыт 1. Определение коэффициента трения дерева по дереву

1. Ознакомьтесь с общими правилами техники безопасности по проведению практических работ в кабинете физики.

2. Перед началом работы проверьте подключение и работу датчика силы. Подключите датчик к УИОД. Выберите в меню файл пункт новый. Датчик должен определиться автоматически, тогда на экране устройства вы увидите изображение, показанное на рисунке 3.

Рис. 3

3. Измените Частоту замеров датчика на 50 Гц и Время эксперимента на 10 с (рис. 4). Примечание: при меньшей частоте опроса не удастся заметить отличие максимальной силы трения покоя от силы трения скольжения.

Рис. 4

4. Обнулите показания датчика, выбрав в меню Датчики пункт Ноль (рис. 5).

Рис. 5

5. Измерьте вес деревянного бруска с двумя грузами с помощью датчика силы. Занесите значение веса в таблицу.

6. Соберите экспериментальную установку, положите на брусок два груза. Медленно тяните датчик силы и наблюдайте увеличение силы трения покоя до момента начала скольжения ( рис. 6). Обратите внимание на то, что в момент начала скольжения бруска сила уменьшается!

Рис. 6

На экране УИОД вы увидите зависимость силы трения дерева по дереву как функцию времени.

7. Проанализируйте полученные данные. Определите среднее значение силы трения скольжения деревянного бруска с грузами по дереву. Для этого выполните следующее:

а — выделите стилусом участок графика, соответствующий скольжению тела;

б — выберите в меню Анализ пункт Статистика, затем пункт Сила;

в — статистические данные эксперимента отобразятся в поле, расположенном справа от графика. Занесите среднее значение силы в таблицу.

Опыт 2. Определение коэффициента трения дерева по шлифовальной бумаге.

8. Для проведения опыта 2 закрепите на трибометре полоски шлифовальной бумаги с помощью двустороннего скотча. Далее соберите экспериментальную установку. Повторите экспериментальные действия по пунктам 5—7 для трех номеров шлифовальной бумаги.

9. Распечатайте полученный результат. Для этого в меню Файл выберите пункт Печать, затем пункт График. Занесите результаты измерений и вычислений в таблицу.

10. Сделайте развернутый вывод после выполнения лабораторной работы.

Обработка результатов эксперимента

Занесите результаты эксперимента в таблицу 1.

Таблица 1.

Силы трения и коэффициенты трения для различных образцов
поверхностей

Контрольные вопросы

1. От чего зависит сила трения скольжения?

2. Что такое коэффициент трения, от чего он зависит?

3. Какие величины измеряются при выполнении лабораторной работы? Как определялся коэффициент трения в работе?

Дополнительные задания (используйте ПО Logger Pro )

1. Предложите еще один экспериментальный способ измерения коэффициента трения, не связанный с непосредственным измерением сил.

2. Обсудите происхождение погрешности и примерные ее границы во втором способе нахождения коэффициента трения.

infourok.ru

лабораторная работа по физике № 12

13

Московский
государственный технический

университет им.
Н. Э. Баумана.

Калужский филиал.

Т.С. Китаева, Н.А.
Орлова

«Определение
коэффициента трения

качения методом
наклонного маятника»

Методические
указания к выполнению лабораторной
работы № 12

по курсу механики,
молекулярной физики и термодинамики.

Калуга 2006 г.

Техника безопасности
при работе с наклонным маятником FPM-07.

При работе с
наклонным маятником FPM-07 необходимо
соблюдать общие правила по технике
безопасности труда, касающиеся устройств,
в которых имеются напряжения до 200
.

Прибор разрешается
эксплуатировать только при использовании
заземления.

Цель работы:
экспериментальное изучение основных
закономерностей, возникающих при трении
качения, и определение коэф­фициента
трения качения методом наклонного
маятника.

1. Теоретическая
часть.

Сплошь и рядом
силы трения являются вредными. Таковы,
напри­мер, силы трения, возникающие
между осью и втулкой, а также меж­ду
другими деталями машины. Они приводят
к преждевременному изно­су машин, и
с ними приходится бороться. Для этой
цели применяется смазка. Однако более
радикальным способом уменьшения сил
трения являемся замена трения скольжения
трением качения (шарикоподшип­ники).

Под трением качения
понимают трение, возникающее, например,
между шарообразным или цилиндрическим
телом, катящимся без сколь­жения по
плоской или изогнутой поверхности.
Трение качения фор­мально подчиняется
тем же законом, что и трение скольжения.
Од­нако коэффициент трения при качении
значительно меньше, чем при скольжении.

Возникновение
трения качения можно объяснить
деформациями шара и плоскости, имеющими
место в реальных условиях. При этом
могут возникать как упругие, так и
пластические деформации. Из-за деформации
поверхностей линия действия силы реакции
не совпадает с линией действия силы
нормального давления,
дей­ствующей на опору со стороны
катящегося тела, т.е. с линией дей­ствия
силы веса тела (Рис. 1.). Нормальная
составляющаяэтой силы реакции к плоскости численно
практически равна силе,
а горизонтальная составляющая представляет
собой силу трения качения.
Если цилиндр или шар движется по плоскости
без ускорения, должно выполняться
правило равенства моментов. Момент силы
трения качения относительно точкиравен произведению силы нормальной
реакции опоры,
на расстояние смещениявследствие контактных деформаций точки
приложения:

(1)

где
— плечо силы,;

— радиус тела.

Отсюда, для силы
трения качения получаем следующее
выражение

(2)

Величину
называют коэффициентом трения качения.
Коэффициент трения качения, таким
образом, представляет собой плечо силыи имеет размерность длины.

В данной работе
коэффициент трения качения шара по
плоскости определяется методом наклонного
маятника. В этом случае маятник
представляет шарик, подвешенный на нити
и катящийся по наклонной плоскости;
затухание этого маятника обусловлено
главным образом трением качения.

Расчетная формула
для коэффициента трения качения имеет
следующий вид

(3)

где
— радиус шара;

— угол наклона
маятника, прочитанный на боковой шкале;

— число колебаний;

— начальное значение
угла отклонения маятника;

— угол отклонения
через
колебаний.

Вывод формулы (3)
смотрите в приложении на стр. 11 и 12.

2. Экспериментальная
часть.

2.1. Описание
установки.

Прибор «Наклонный
маятник FPM-07» представлен на Рис. 2. на
странице 8.

К основанию 2,
оснащенному четырьмя ножками с
регулируемой высотой, прикреплен
миллисекундомер 1 (FPM-14). В основании
закреплена труба 3, на которой смонтирован
корпус 4 с червяч­ной передачей.
Посредством оси червячная передача
соединена с кронштейном 5, на котором
прикреплена шкала I
(6) и шкала II
(7). В кронштейне закреплена колонка 8,
на которой подвешен на нити шар с
указателем 9. В кронштейн 5 по направляющим
вставляются образцы 10.

Для наклонения
маятника используется маховичок 11. К
крон­штейну 5 привинчен фотоэлектрический
датчик 12. Шары заменя­ются путем
отвинчивания шара от указателя и
навинчивания нового. Фотоэлектрический
датчик соединен с миллисекундомером
разъемом ZKI.

Вид лицевой панели
и задней стенки миллисекундомера FPM-14
представлен на Рис. 3.

2.2. Подготовка
установки к работе.

1. Установить в
кронштейн 5 по направляющим исследуемый
образец.

2. Произвести
выравнивание прибора при помощи ножек
основания та­ким образом, чтобы нить
подвеса маятника совпала с нулевым
деле­нием шкалы; установить угол
наклона образца 45
.

3. Подключить
миллисекундомер FPM-14 к сети (220 В).

4. Отклонить маятник
на некоторый небольшой угол.

5. Нажать кнопку
«Сеть».

6. Проверить, все
ли индикаторы измерителя высвечивают
цифру нуль, и светится ли лампочка
фотоэлектрического датчика.

7. Нажать кнопку
«Сброс».

8. Плавно отпустить
маятник. Убедиться, что маятник совершает
ко­лебательные движения, а миллисекундомер
производит отсчет времени и количества
полных периодов колебаний маятника.
Указатель, дол­жен пересекать световой
поток фотоэлектрического датчика. Длина
маятника регулируется вращением
маховичка верхнего кронштейна 13.

9. После совершения
маятником нескольких колебаний нажать
на кноп­ку «Стоп» и убедиться, что
счет времени и количества полных
перио­дов колебаний прекращается в
момент окончания очередного колебания
маятника.

10. Для повторения
эксперимента повторить пункты 4, 7, 8 и
9.

11. Выключить
установку, нажав на кнопку «Сеть».

3. Выполнение
эксперимента.

1. Отклонить маятник
на угол
(Рис..).

2. Нажать кнопку
«Сеть». Прибор готов к работе непосредственно
после подключения сетевого напряжения
и не нуждается в нагреве.

3. Нажать на кнопку
«Стоп» миллисекундомера при достижении
ампли­туды колебаний маятника
.
Снять показания миллисекундомера о
количестве полных колебаний маятника.

4. Повторить
эксперимент 10 раз.

5. Результаты
эксперимента занести в таблицу № 1 .

Таблица № 1.

Образец № 1, шарик № 1
1 2 … 10	6 6 … 6

6. Аналогичные
измерения произвести для углов наклона
образца 30
и 60.
Результаты эксперимента занести в
таблицу № 2, аналогичную таблице № 1.

7. Заменить образец
и произвести измерения для нового
образца.

8. Вычислить
по формуле (3).

9. Окончательный
результат эксперимента для каждого
образца представить в виде

(4)

Чтобы рассчитать
,
воспользуемся выражением для полуширины
доверительного интервала результата
косвенных измерений:

Подставляя значение
,
определенное по формуле (3), получим

(5)

где
,и— абсолютные погрешности прямых измерений,и.

Преобразуем
выражение (5) к виду, удобному для
вычислений:

Абсолютные
погрешности
,,ипринять равными цене деления соответствующих
шкал.

4. Литература.

1. И.В. Савельев.
«Курс общей физики». Т. 1. «Наука», М.
1977, М. 1982. Глава II. § 15 «Силы трения».

2. Д.В. Сивухин.
«Общий курс физики». Т. 3. «Наука». М.
1983.

3. И.В. Савельев.
«Курс общей физики в пяти книгах». М.
Астрель. А.С.Т. 2003.

Рис. 1. К вопросу о
возникновении силы трения качения.

Рис.
.
К выводу расчётной формулы (3).

Рис. 2. Наклонный
маятник FPM-07
(Вид спереди.).

Рис. 3. Универсальный
миллисекундомер FPM-14.
Лицевая панель и задняя стенка.

Рис. 4. Наклонный
маятник FPM-07
(Общий вид.).

5. Приложение.

Вывод формулы
(3) по Рис. 1′.

Шарик 1, подвешенный
на нити длиной
,
опирается на наклонную плоскость, угол
наклона которой можно изменять. Если
вывести шарик из поло­жения равновесия,
он будет катиться по плоскости, и его
движение примет характер затухающих
колебаний. Коэффициент трения качения
с помощью наклонного маятника определяют
путем измерения уменьшения амплитуды
его колебаний за определенное число
периодов.

За
периодов колебаний маятника шарик
переходит из положенияB
в положение B’.
При этом маятник теряет энергию
,
равную работе, затраченной на преодоление
сил сопротивления при изменении угла
отклонения маятника на величину,
где— длина дуги, которую описывает шарик.

где
— работа, затраченная на преодоление
силы трения качения;

;

— работа, затрачиваемая
на преодоление сопротивления среды и
трения в подвесе маятника;

— изменение положения
центра тяжести маятника.

Пренебрегая
ввиду ее малости, имеем

Из геометрических
соображений (Рис.
.)
найдем

Подставив
ив выражение,
получим

где
— радиус шара;

;

и
— амплитудные значения угла отклонения
маятника от положения равновесия в
начальный момент и черезполных колебаний, соответственно.

Из выражения
определяем коэффициент трения качения:

Путь, который
проходит центр тяжести маятника за
полных колебаний, равен:

где
.

При малых углах
и,
учитывая, что,
получим:

(3)

где
и— выраженные в радианах углы отклонения
маятника в начальный и конечный моменты
наблюдения.

studfiles.net

Практикум «Способы определения коэффициента трения скольжения»

Разделы:
Физика

---

(Занятие каникулярной школы для учащихся 8–9 кл.)

Цель:

• Активизация мыслительной деятельности учащихся.
• Формирование обобщенного умения проводить физические измерения.
• Формирование обобщенного умения проводить экспериментальную проверку
  физических закономерностей.
• Формирование умения систематизировать полученные результаты в виде
  таблицы, умение делать вывод на основе эксперимента.

Организация проведения практикума: Все учащиеся принимающие участие в
работе практикума делятся на группы. Каждая группа учащихся получает задание с
кратким описанием работы.

По окончании выполнения работы учащимся необходимо составить отчет. Отчет
состоит из таблицы, вычисления искомой величины и ее погрешности, вывода по
работе.

Ход работы

I. Вступительное слово учителя:

Если положить на горизонтальную поверхность брусок и подействовать на него с
достаточной силой в горизонтальном направлении, то брусок станет двигаться.
Нетрудно убедиться, что в этом случае на брусок действуют четыре силы: в
вертикальном направлении – сила тяжести P и сила реакции опоры Q, равные по
модулю противоположные по направлению; в горизонтальном направлении – сила тяги
F и
противоположная по направлению сила трения F_mp.

Чтобы брусок двигался равномерно и прямолинейно, нужно, чтобы
модуль силы тяги был равен модулю силы трения.

На этом основан метод измерения силы трения. Следует приложить к бруску силу
тяги, которая будет поддерживать равномерное прямолинейное движение этого тела.
По этой силе тяги определяют модуль силы трения.

II. Практикум.

Задание группе I.

Определите коэффициент трения скольжения при движении бруска по
горизонтальной поверхности стола.

Оборудование: трибометр, деревянная
линейка, деревянный бруска с тремя отверстиями; динамометр; набор грузов по
механике.

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 столу. Для этого
   перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра.
4. Результат измерения запишите в таблицу.
5. Нагружая брусок одним, двумя и тремя грузами, измерьте в каждом случае
   силу трения. Данные занесите в таблицу.
6. Вычислите коэффициент трения скольжения
7. Определите инструментальную погрешность коэффициента трения.
8. Сделайте вывод.

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.

Количество грузов	Fтр,H	P, H	µ
Без груза		0,6 ± 0,1
Один груз	0,3 ± 0,1	1,6 ± 0,1	0,18 ± 0,06
Два груза	0,5 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0,19 ± 0,04
Три груза	0,7 ± 0,1	3,6 ± 0,1	0,19 ± 0,03

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.

Вид трения	Fтр,H	P, H	µ
Трение покоя	0,9 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0,35
Трение скольжения	0,5 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0,19
Трение качения	0,1 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0,04

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.

Виды трущихся поверхностей	Fтр,H	P, H	µ
Дерево по дереву (гладкая поверхность)	0,5 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0,19
Дерево по дереву (нешлифованная деревянная рейка)	0,9 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0, 35
Дерево по линолеуму	1,1 ± 0,1	2,6 ± 0,1	0, 42
Дерево по наждачной бумаге		2,6 ± 0,1

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.

23.04.2013

urok.1sept.ru

Лабораторная работа № 3 Измерение коэффициента трения скольжения… решение задачи

Решение задачи:

цель работы: определить коэффициент трения деревянного бруска, скользящего по деревянной линейке, используя формулу f_тр = = μр. с помощью динамометра измеряют силу, с которой нужно тянуть брусок с грузами по горизонтальной поверхности так, чтобы он двигался равномерно. эта сила равна по модулю силе трения f_тp, действующей на брусок. с помощью того же динамометра можно найти вес бруска с грузом. этот вес по модулю равен силе нормального давления n бруска на поверхность, по которой он скользит. определив таким образом значения силы трения при различных значениях силы нормального давления, необходимо построить график зависимости f_тр от р и найти среднее значение коэффициента трения (см. работу № 2).
основным измерительным прибором в этой работе является динамометр. динамометр имеет погрешность δ_д =0,05 н. она и равна погрешности измерения, если указатель совпадает со штрихом шкалы. если же указатель в процессе измерения не совпадает со штрихом шкалы (или колеблется), то погрешность измерения силы равна δf = = 0,1 н.
средства измерения: динамометр.
материалы: 1) деревянный брусок; 2) деревянная линейка; 3) набор грузов.
порядок выполнения работы
1. положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. на брусок поставьте груз.
2. прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. замерьте при этом показание динамометра.
3. взвесьте брусок и груз.
4. к первому грузу добавьте второй, третий грузы, каждый раз взвешивая брусок и грузы и измеряя силу трения.
по результатам измерений заполните таблицу:

номер опыта	р, н	δp, н	fтр, н	δfтр, н

5. по результатам измерений постройте график зависимости силы трения от силы давления и, пользуясь им, определите среднее значение коэффициента трения μ_ср (см. работу № 2).
6. рассчитайте максимальную относительную погрешность измерения коэффициента трения. так как

(см. формулу (1) работы № 2).
из формулы (1) следует, что с наибольшей погрешностью измерен коэффициент трения в опыте с одним грузом (так как в этом случае знаменатели имеют наименьшее значение) .
7. найдите абсолютную погрешность

и запишите ответ в виде:

требуется определить коэффициент трения скольжения деревянного бруска, скользящего по деревянной линейке.
сила трения скольжения

где n — реакция опоры; μ — ко
эффициент трения скольжения, откуда μ=f_тр/n;
сила трения по модулю равна силе, направленной параллельно поверхности скольжения, которая требуется для равномерного перемещения бруска с грузом. реакция опоры по модулю равна весу бруска с грузом. измерения обоих сил проводятся при помощи школьного динамометра. при перемещении бруска по линейке важно добиться равномерного его движения, чтобы показания динамометра оставались постоянными и их можно было точнее определить.
выполнение работы:

№ опыта	вес бруска с грузом р, н	сила трения fтр, h	μ
1	1,35	0,4	0,30
2	2,35	0,8	0,34
3	3,35	1,3	0,38
4	4,35	1,7	0,39

вычисления:

рассчитаем относительную погрешность:
так как

видно, что наибольшая относительная погрешность будет в опыте с наименьшим грузом, т.к. знаменатель меньше

рассчитаем абсолютную погрешность
так как

видно, что наибольшая относительная погрешность будет в опыте с наименьшим грузом, т.к. знаменатель меньше.

рассчитаем абсолютную погрешность

полученный в результате опытов коэффициент трения скольжения можно записать как: μ = 0,35 ± 0,05.

davay5.com

No related posts.