Лабораторная работа № 9 измерение коэффициента трения
Цель работы – изучение силы трения.
Приборы и принадлежности: трибометр – набор колец и дисков, лабораторный модуль ЛКМ–3, блок на вертикальной стойке, набор грузов, нити – длиной 45 см (бордовая) и длиной 120 см (бежевая), динамометр.
Введение
Трением называется механическое сопротивление, возникающее в плоскости касания двух прижатых друг к другу тел при их относительном перемещении. Сила сопротивления F, направленная противоположно относительному перемещению данного тела, называется силой трения, действующей на это тело. Трение является диссипативным процессом, сопровождающимся выделением теплоты, электризацией тел, их разрушением и т. д.
В данной работе мы имеем дело с так называемым сухим трением скольжения, которое в значительной степени зависит от состояния поверхностей трущихся тел и их химической природы.
Рассмотрим тело, лежащее на плоской поверхности, к которому приложена горизонтальная сила F. В том случае, когда сила F меньше некоторой величины Fтp.пок , тело остается неподвижным и сила трения остается равной величине силы F. При увеличении силы F в том случае, когда эта сила превысит значение Fтp.пок , тело придет в движение с ускорением а (рис. 1). Это ускорение может быть рассчитано по второму закону Ньютона:
ma = F– Fmp , (1)
где т–- масса тела, Fтp – сила трения скольжения.
Французские физики Г. Амонтон и Ш. Кулон опытным путем установили закон: сила трения скольжения Fтp пропорциональна силе нормального давления FN , с которой одно тело действует на другое: Fтp = μ FN ,
Рис. 1. Сила трения
где FN - сила, действующая на плоскую поверхность со стороны тела т, численно равная силе N со стороны плоской поверхности на тело (по третьему закону Ньютона), μ - коэффициент трения скольжения.
На горизонтальной поверхности сила нормального давления равна силе тяжести: FN = mg.
Описание установки
Трибометр состоит из двух дисков (рис. 2, а, б) между которыми закрепляются два кольца из набора колец (рис. 2, в).
Рис. 2. Трибометр
Нижний диск а закрепляется на вращающемся столе 10 установки ЛКМ–3. Два кольца из набора колец в закрепляются
дисках; верхний диск б накладывается на нижний диск а, так, чтобы ось нижнего диска вошла в отверстие верхнего диска.
К верхнему диску прикрепляют один конец нити (короткая нить бордового цвета), второй конец которой, пропустив через блок 12, прикрепляют к динамометру 13 (рис. 3).
Рис. 3. Трибометр на модуле ЛКМ-3
Нить наматывают на шкив верхнего диска. На верхний диск помещается груз 11 известной массы. При прокручивании стола установки нижний диск начнет вращаться относительно верхнего диска, при этом с некоторого момента начнется проскальзывание нижнего кольца относительно верхнего, нить в натянутом состоянии передаст усилие, с которым взаимодействуют кольца, на динамометр, по которому определяют силу трения.