Лабораторные 2025 1 семестр / Отчёт По Лабораторной 4н

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ЛЭТИ» ИМ В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра Физики

Отчёт

по лабораторной работе №4н

по дисциплине «Физика»

тема: «Определение коэффициента трения покоя» 

Студент гр.

____

Преподаватель

Санкт-Петербург

2025

Цель работы: определение коэффициента трения покоя между телом и поверхностью наклонной плоскости.

Приборы и принадлежности: Установка представляет собой наклонную плоскость, с помощью винта её 2 можно устанавливать под разными углами. На плоскость может быть помещен брусок. Изменяя угол наклона плоскости, можно найти такой угол, при котором брусок сдвинется с места и начнет скользить по плоскости. По этому углу можно рассчитать коэффициент трения покоя бруска.

Исследуемые закономерности:

Внешним трением называется взаимодействие между различными соприкасающимися телами, препятствующее их взаимному перемещению. Если трение проявляется между частями одного и того же тела, оно называется внутренним трением.

Трение между поверхностями двух соприкасающихся твердых тел называют сухим трением. Трение между поверхностью твердого тела и окружающей его жидкой или газообразной средой, в которой тело движется, называется жидким или вязким трением.

В случае сухого трения, если соприкасающиеся тела неподвижны относительно друг друга, говорят о трении покоя; при относительном перемещении говорят о трении скольжения. В случае, когда одно из тел катится по поверхности другого без проскальзывания, говорят о трении качения.

Трение – неизбежное следствие молекулярной структуры твердых тел и обусловлено переходом кинетической энергии в тепло при последовательном образовании и разрыве молекулярных связей в зонах микроконтактов.

Во всех видах трения возникает сила трения , направленная вдоль поверхностей соприкасающихся тел противоположно скорости их относительного перемещения.

В данной работе рассматривается экспериментальное определение силы трения покоя , которая не является однозначно определяемой величиной. Если к телу, находящемуся в соприкосновении с другим телом, прикладывать возрастающую внешнюю силу F, параллельную плоскости соприкосновения, то при изменении F от нуля до некоторого значения движения тела не возникает. При этом сила трения изменяется от нуля до предельного значения . Относительное движение возникает при F  . Обычно, говоря о силе трения покоя, имеют в виду максимальную силу трения покоя .

Сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел и пропорциональна силе нормального давления, а следовательно, равной ей силе реакции опоры N:  . Величина называется коэффициентом трения покоя. Коэффициент трения покоя зависит от свойств трущихся материалов и от качества обработки поверхностей.

Для определения коэффициента трения покоя удобно использовать наклонную плоскость. При медленном увеличении угла наклона плоскости можно найти такой угол α, при котором брусок скачкообразно сдвинется с места и начнет скользить по плоскости.

В данном случае на брусок действуют три силы: сила тяжести mg, реакция опоры N и сила трения покоя . Условия равновесия тела вдоль осей x и y имеют вид: = mg sin и N = mg cos , откуда .

Обработка результатов эксперимента

1. Докажем формулу полной погрешности

Чтобы распространить погрешность переменных на функцию используется формула:

В нашем случае у нас есть только одна переменная для функции

С одной переменной формула принимает вид:

Подставим наши значения в формулу

, где , тогда

Формула принимает вид:

Т.к. всегда 0 и всегда 0:

Что и требовалось доказать.

2. В протоколе лабораторной работы заполнены две таблицы, для двух соотв. выборок: дерево-дерево (4.1) и дерево-дюралюминий (4.2).

Рассчитаем значения коэффициентов трения и для N = 5 и P = 95%.

,

, ,

rad

,

, 0.4 0.05

,

, ,

rad

,

,

3. Сравним полученные в опыте значения коэффициентов трения покоя с табличными и с результатами измерения трения скольжения:

Табличные значения :

Трение покоя, дерево-дерево: [0.3-0.5]

Трение покоя, дерево-дюралюминий: [0.4-0.6]

Трение скольжения, дерево-дерево: [0.2-0.3]

Трение скольжения, дерево-дюралюминий: [0.3-0.4]

В результате опыта мы получили, что в случае дерево-дерево равен , а в случае дерево-дюралюминий равен .

Результаты опыта входят в диапазоны табличных значений трения покоя. Также, они ненамного превосходят табличные значения трения скольжения.

Контрольные вопросы

1. Что такое внешнее, внутреннее, сухое и вязкое трение?

Трение – взаимодействие между соприкасающимися телами, которое препятствует их взаимному перемещение. Если трение происходит между частями одного и того же тела, то оно внутреннее, в противном же случае внешнее. Трение между сухими телами называется сухим, трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой называется вязким.

2. Какова классификация видов сухого трения и какова его физическая

природа?

Классификация видов сухого трения содержит: трение покоя, когда тела неподвижны относительно друг друга, трение скольжения, когда тела относительно перемещаются и трение качения, когда одно из тел катится по другому без скольжения. Физическая природа трения — это следствие силы соединения и взаимодействия молекул и неровностей поверхностей, требующих приложений силы для их сдвига и преодоления.

3. Что такое трение покоя и как коэффициент трения покоя определяется

в данной работе?

Трение покоя это сила сопротивления, препятствующая началу движения одного объекта по другому. В этой работе коэффициент трения покоя определяется как тангенс угла наклона плоскости, по которой скатывается тело.

Выводы

Перед началом работы при помощи прибора были получены две выборки: углы наклона плоскости, при которых по ней начинает скользить деревянное тело, и при которых начинает скользить дюралюминиевое тело:

Была доказана формулу полной погрешности , при помощи общей формулы для распространения погрешности переменных на функцию.

Затем были рассчитаны средние значения и , при помощи чего были рассчитаны средние значения коэффициентов трения и .

Затем были рассчитаны полные погрешности и , при помощи чего были рассчитаны полные погрешности коэффициентов трения и .

При помощи средних значений и полных погрешностей, были найдены коэффициенты трения и . Все данные были занесены в соответствующие таблицы протокола.

Далее было произведено сравнение полученных в результате опыта данных с табличными данными, в результате чего результаты опыта вошли в диапазоны табличных значений трения покоя, значит они были подсчитаны правильно. Также, они ненамного превзошли табличные значения трения скольжения, как и должно быть, т.к. в момент начала движения объекта нужно приложить больше силы, чем после начала движения.

В завершении лабораторной работы, были даны ответы на контрольные вопросы.

ПРОТОКОЛ

Определение коэффициента трения покоя между поверхностями дерево–дерево ( ) и дерево–дюралюминий ( ) при N = 5, P = 95 %, = 0,51, rad

Таблица 4.1

№
1	23.44°		0.6834°= =0.0119275 rad	0.0452341 rad	0.4304197	0.0536142	0.43 0.05
2	23.27°	23.288°
3	22.87°
4	22.76°
5	24.1°

Таблица 4.2

№
1	25.66°		1.2087°= =0.0210958 rad	0.0484654 rad	0.4575824	0.0586131	0.46 0.06
2	25.38°	24.588°
3	23.29°
4	24.08°
5	24.53°