Визначення коефіцієнта тертя кочення методом похилого маятника

Мета роботи: визначення коефіцієнта тертя кочення кулі.

Прилади та матеріали: похилий маятник ГРМ-07, металева кулька і бронзова пластина.

21.1. Короткі теоретичні відомості

Всі тіла, що рухаються, зустрічають опір своєму руху з боку зовнішнього середовища та інших тіл, з якими вони під час руху стикаються. На всяке тіло, що рухається, діє сила тертя. Сила тертя завжди має напрям, протилежний напряму руху тіла.

В роботі визначається коефіцієнт тертя кочення металевої кулі, яка котиться по металевій поверхні і дорівнює:

(21.1)

де f_k  коефіцієнт тертя кочення, м, N  сила нормального тиску, Н, r  радіус кулі, м.

2 1.2. Опис лабораторної установки

Схема установки, що використана в даній роботі, зображена на рис. 21.1. У нижній частині приладу (1) розміщуються чотири ніжки з регулятором висоти та електричний секундомір. Тут саме прикріплений кронштейн (2), на якому змонтований корпус з черв’ячною передачею (3) та першою і другою шкалами (4) і (5). До кронштейна підвішена кулька (6), та в ньому за напрямними вставлена металева пластинка (7), для якої і визначається коефіцієнт тертя кочення f_k.

184

ля проведення вимірювань нахиляють маятник під певним кутом до горизонту. Кут нахилу фіксується за шкалою (4). Потім відхиляють кульку, прикріплену до нитки, на малий кут від положення рівноваги. Цей кут візуально фіксується за допомогою шкали (5), прикріпленої до лицьової частини приладу. Після чого кулька, прикріплена до нитки, починає здійснювати коливальні рухи в площині, розміщеній під заданим кутом до горизонту, одночасно котячись по поверхні металевої пластинки, вставленої в кронштейн. За допомогою секундоміра визначають час і кількість коливань.

В умовах даної роботи розрахункова формула для коефіцієнта тертя кочення має вигляд:

(21.2)

де r  радіус кульки, м,   кут нахилу до горизонту площини, по якій рухається (котиться) кулька, ₀ і _n  кути відповідно максимального і мінімального відхилення нитки, до якої прикріплена кулька, від вертикалі, n  число повних коливань маятника, протягом яких кут зменшився від ₀ до _n.

21.3. Порядок виконання роботи

1. Прилад ввімкнути в мережу в присутності викладача або лаборанта.

2. Нахилити маятник на кут  за допомогою коловорота, зафіксувати необхідний для вимірів кут  = 30.

3. Відхилити кульку, підвішену на нитці, на кут 4-5(₀).

4. Послідовно натиснути на кнопки “Стоп”, а потім “Сброс”. Після цього кулька почне котитися по металевій поверхні, секундомір буде відраховувати кількість коливань n (періоди) і час t, за який ці коливання відбулись.

5. Коли на табло висвітиться цифра 5, натисніть кнопку “Стоп” (на табло висвітиться цифра 6). Це означає, що система завершила n = 6 повних коливань. В цю саму мить візуально на першій шкалі (6) зафіксувати мінімальний кут відхилення системи від положення рівноваги (_n).

185

. Пункти 3 - 5 повторити не менше п’яти разів. Дані занести до звітної таблиці 21.1. Обчислення коефіцієнта тертя f_kі вести за формулою (21.2).

7. Обчисліть середнє арифметичне значення коефіцієнта тертя кочення f_kcp: