Обработка результатов измерений

1. Рассчитать средний (для всех пяти) диаметр шариков по формуле

.

2. По формуле (13.5) рассчитать коэффициент внутреннего трения жидкости  для каждого опыта.

3. Определить среднее (из пяти опытов) значение коэффициента внутреннего трения.

4. Провести статистическую обработку результатов измерения для одного из шариков (выбрать шарик, для которого значения d₁, d₂, d₃ отличаются наиболее сильно). Рассчитать d.

Примечание. Отметим, что для  статистическую обработку проводить нельзя; это было бы возможно, если бы каждый раз вынимали шарик из сосуда и проводили бы эксперимент с одним и тем же шариком.

5. Убедиться, что относительная погрешность _d значительно превышает погрешности табличных величин, а также погрешности измерения  и L.

6. Погрешность косвенного измерения  рассчитать по приближенной формуле

.

7.Записать результат с учетом погрешности измерений.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте определение явлению внутреннего трения.

2. Запишите закон Ньютона для внутреннего трения.

3. Объясните понятие градиента упорядоченной скорости жидкости.

4. Какие силы действуют на шарик при его движении в жидкости?

5. Почему метод Стокса не применяют для определения коэффициента внутреннего трения воздуха?

6. Зависит ли коэффициент внутреннего трения жидкости от температуры? Проанализируйте данные вашего повседневного опыта. Можете ли вы объяснить эту зависимость с молекулярно-кинетической точки зрения?

7. Пояснить, какое движение называют ламинарным, турбулентным.

Лабораторная работа №14 сухое трение. Определение коэффициента трения скольжения

Оборудование: трибометр (лабораторная установка для определения коэффициента трения скольжения), грузы, измерительная линейка.

Краткие теоретические сведения

Во всех механических явлениях есть трение, действие которого связано с переходом энергии из одного вида в другой: обычно механическая энергия переходит во внутреннюю. Пусть какое-нибудь тело скользит после толчка по ровной горизонтальной поверхности, например, дощечка по льду. Дощечка с течением времени замедляет свое движение и останавливается. Скорость дощечки уменьшается, вектор ускорения направлен против вектора скорости. Причина этого ускорения - в возникновении сил трения о воздух и лед, которые также направлены против скорости движения. В данном случае силы трения возникают вследствие взаимодействия движущегося тела с другими физическими телами (с поверхностью льда, по которой совершается движение, с окружающей средой - воздухом ). Ее действие связано с переходом кинетической энергии в тепловую. Скорость определяет направление смещения тела, значит смещение и сила трения направлены в разные стороны, следовательно, работа сил трения отрицательна. Таким образом, механическая энергия всегда уменьшается, когда на тело действует сила трения.

Для тела массой m, движущегося с ускорением , по второму закону динамики

или в скалярном виде

,

так как направление ускорения и силы трения совпадают. Умножим обе части на ds=dt, получаем

.

Интегрируя выражение по ds от положения 1 до положения 2, получаем

Кинетическая энергия тела уменьшается (К₂<К₁). Уменьшение кинетической энергии равно работе силы трения, что можно бы было сразу написать на основании закона сохранения и превращения энергии.

Различают два вида трения твердого тела о поверхность – сухое трение и трение о жидкую или газообразную среду – вязкое трение.

При достаточно малых скоростях силу трения скольжения можно считать постоянной, не зависящей от скорости, и равной

F_тр=F_тр.

Если нормальная реакция опоры численно равна единице, то коэффициент трения скольжения будет равен величине силы трения – в этом и состоит физический смысл коэффициента трения скольжения. Поскольку коэффициент трения определяется как отношение силы трения к силе нормального давления (или нормальной реакции опоры), то размерность его равна 1, т.е. он не имеет единиц измерения. В таком случае часто говорят: величина безразмерная.

Коэффициент трения скольжения  характеризует трущиеся поверхности. Поэтому выражение коэффициент трения стали не имеет смысла, если не указана вторая поверхность (правильно будет сказать, например, коэффициент трения стали о сталь или коэффициент трения стали о дерево и др.). Поскольку число трущихся поверхностей может быть очень большим, то чаще всего коэффициент трения скольжения определяется экспериментально. Предлагается определить его двумя методами – динамическим и энергетическим.