Задания к лабораторной работе

1. Провести выстрелов, результаты измерений занести в стандартную таблицу.

2. Определить и записать численное значение скорости снаряда.

Вопросы

1. Деформация кручения.

2. Крутильный маятник.

3. Закон сохранения момента импульса.

4. Закон сохранения энергии.

Литература

1. Пономаренко В.И., Ильин Ю.М. Курс общей физики. Механика. – Киев: Изд-во «ВИПОЛ», 1997. – 212 с.

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Механика. – М.: Наука, 1974.

3. Стрелков С.П. Механика. М.: Наука, 1975.

4. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. М.: Высшая школа, 1976.

Лабораторная работа №4

Определение коэффициента трения качения

Оборудование: прибор для определения коэффициента трения качения FРМ -07, комплект образцов, шары.

Теоретическая часть

При качении тела по поверхности другого тела возникает сила, называемая силой трения качения, которая препятствует качению. Как показывает опыт, эта сила, при тех же материалах соприкасаемых тел, всегда меньше трения скольжения.

Кулон опытным путем установил, что сила трения качения пропорциональна силе нормального давления , оказываемого на соприкасающиеся поверхности, и обратно пропорциональна радиусу катящегося цилиндра

.

где - коэффициент трения качения.

Это выражение называется законом Кулона. Коэффициент трения качения имеет размерность длины и в системе СИ измеряется в метрах. Коэффициент трения качения не зависит от скорости качения и радиуса цилиндра, но зависит от материала, из которого изготовлены взаимодействующие тела, а также от состояния их поверхностей. Обычно уменьшается с увеличением твердости материала и чистоты его обработки.

Причины появления силы трения качения понятны из следующих рассуждений. Пусть на горизонтальной плоскости покоится цилиндр (рис. 1). Под действием силы, прижимающей цилиндр к плоскости (этой силой может быть сила тяжести), цилиндр и плоскость деформируются. Для простоты рассуждения будем считать, что деформируется только плоскость. Это упрощение мало повлияет на результат рассуждений. Силы упругости, действующие на каждый малый элемент цилиндра со стороны плоскости, будут симметричны относительно вертикальной плоскости , проходящей через ось цилиндра О. Поэтому результирующая сила "реакции опоры" вертикальна и проходит через ось цилиндра. Она и уравновешивает силу тяжести (рис. 1, а)

а) б)

Рис. 1 Явление трения качения

.

При движении цилиндра по плоскости картина распределения элементарных сил упругости существенно меняется. Это происходит по следующим причинам:

• всякая деформация твердого тела в какой-то степени не упруга, так как абсолютно упругих тел в природе не существует. Хотя при малых деформациях реальных твердых тел остаточные деформации весьма малы и ими обычно пренебрегают, здесь они приобретают принципиальное значение, и пренебрегать ими нельзя;

• все реальные тела обладают свойством послеупругого действия, состоящим в том, что тела не сразу восстанавливают свои формы после снятия нагрузки.

При движении цилиндра эти факторы проявляются в том, что деформация плоскости качения становится несимметричной (рис. 1, б).

Сзади цилиндра деформация плоскости не исчезает или исчезает лишь спустя некоторое время. Поэтому равнодействующая всех элементарных сил реакции плоскости оказывается наклоненной к поверхности качения и не проходит через ось цилиндра. Можно простыми рассуждениями прийти к заключению, что результирующая сила реакции плоскости должна проходить впереди оси, как показано на рис. 1 б. При этом момент силы препятствует движению. Точка приложения силы смещается в сторону движения на некоторое расстояние . Угол и смещение, как показывает опыт, очень малы. Разложим силу реакции плоскости на нормальную и касательную - составляющие к плоскости качения. Так как угол мал, то , а - направлено почти по касательной к ободу окружности.

Касательная, составляющая , есть как раз та сила, ко­торая препятствует движению цилиндра вперед. Ее и называют силой трения качения. Действие силы трения качения вызывает нагревание контактирующих тел.