4 Контрольные вопросы

1. Что называется вращательным движением?

2. Приведите формулы связи характеристик поступательного и вращательного движений.

3. Что такое момент инерции тела? Какова его роль во вращательном движении?

4. Что называется моментом силы относительно неподвижной точки? Относительно неподвижной оси? Как определяется направление момента силы?

5. Сформулируйте уравнение динамики вращательного движения твердого тела.

6. Сопоставьте основные уравнения динамики поступательного и вращательного движений, нет ли в них аналогии?

7. Выведите выражение момента силы в данной работе.

8. Влияют ли силы трения на движение маятника Обербека, как это проверить?

Лабораторная работа № 3 Определение коэффициента трения

Цель и задачи работы:Ознакомление с основными законами динамики. Изучение природы сил трения скольжения. Определение коэффициента трения покоя и коэффициента трения скольжения.

1 Общие сведения

Рассмотрим тело массой m, находящееся на наклонной плоскости с углом наклона(рисунок 3). Силу тяжести можно разложить на 2 составляющие: параллельную наклонной плоскости и перпендикулярную к ней. Первая составляющаяF_т=mgsinспособствует движению тела вниз по плоскости, вторая^N ´вызывает силу реакции опоры^N. Сила трения пропорциональна силеN:F_тр=kN. Согласно третьему закону Ньютона^N ´= –^N, в таком случаеN=N ´=mgcosи

F_тр=kmgcos. (1)

Рисунок 1 Силы, действующие на тело, находящееся

на наклонной плоскости

Тогда уравнение движения данного тела по оси x(второй закон Ньютона, проекция на осьx):

ma = mgsin – kmgcos . (2)

При равновесии тела по плоскости F_тр  k₀Nи из уравнения (2) можно найти коэффициент трения покоя

k₀=tg₀, (3)

определяющий предельный угол равновесия ₀тела на наклонной плоскости.

При скольжении тела можно считать, что коэффициент трения kслабо зависит от скорости, а движение тела – равноускоренное без начальной скорости. Тогда ускорение выражается через длину пройденного путиlи время его прохожденияt:

. (4)

Исходя из уравнения (2), можно найти коэффициент трения:

. (5)

2 Описание установки

Эксперименты проводятся на универсальном комплексе (КУЛ) (рисунок 2), в котором использованы цифровые приборы для измерения временных интервалов при движении исследуемого тела (шайбы) бесконтактным оптическим способом. При этом запуск и остановка датчика времени движения на известной базе длиной lосуществляется автоматически путем прерывания инфракрасного луча, направленного от излучателя к фотодатчику (фотодиоду), скользящей шайбой.

Рисунок 2 Схема КУЛ для измерения коэффициента трения

Наклонная направляющая выполнена из пластика и содержит комплект из восьми пар излучателей и фотодатчиков, позволяющих измерить временные интервалы на семи отрезках пути. При этом предусмотрена возможность изменения угла наклона направляющей к горизонту.