- •Предисловие
- •Введение
- •Часть I. Лабораторные работы натурного физического эксперимента Лабораторная работа № 1 определение линейных величин и плотности тела
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 проверка основного закона динамики поступательного движения
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3 определение коэффициента трения покоя.
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4 определение коэффициента трения скольжения
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5 определение ускорения свободного падения с помощью машины атвуда
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №6 измерение скорости пули с помощью баллистического маятника
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 упругое соударение шаров
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №8 неупругое соударение шаров
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №9 определение момента инерции маятника обербека
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №10 определение момента инерции тела энергетическим методом
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №11 скатывание твердого тела с наклонной плоскости
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №12 математический маятник
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №13 физический маятник
- •Краткое теоретическое введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Часть II. Подсчет погрешностей измерений Виды измерений
- •Погрешности измерений
- •Определение случайной ошибки
- •Погрешность однократного прямого измерения
- •Учет случайной ошибки нескольких измерений и ошибки однократного измерения
- •Алгоритм вычисления ошибки прямых равноточных измерений
- •Ошибки косвенных измерений
- •Алгоритм вычисления ошибки косвенных измерений
- •Приложение
- •Список литературы
- •Содержание
- •Часть I. Лабораторные работы натурного физического эксперимента 5
- •Часть II. Подсчет погрешностей измерений 82
- •Лабораторный практикум механика
Контрольные вопросы
-
Сформулируйте основной закон динамики поступательного движения?
-
Каков алгоритм при составлении уравнения 2-го закона Ньютона?
-
Какие силы рассматриваются в динамике?
-
Запишите уравнения движения бруска и груза в векторном и скалярном виде?
-
Как в данной работе вычисляется ускорение? Выведите формулу (4).
-
Как в данной работе находят коэффициент трения скольжения? Выведите формулу (5).
-
Решите систему уравнений (6).
-
*Как изменилось бы ускорение бруска и груза, если учесть трение в блоке?
-
Какими силами пренебрегли в данной работе?
-
Отличается ли экспериментальная зависимость а(α) от теоретической зависимости?
-
Какие погрешности присутствуют в работе?
Лабораторная работа №3 определение коэффициента трения покоя.
Цель работы: Ознакомиться с одним из способов измерения коэффициента трения покоя.
Приборы и принадлежности: Модульный учебный комплекс МУК-М2: рабочий узел «наклонная плоскость», два бруска дерево-дюраль и дерево-сталь, секундомер электронный СЭ1.
Краткое теоретическое введение
Трение — процесс взаимодействия твёрдых тел при их относительном движении (смещении) либо при движении твёрдого тела в газообразной или жидкой среде.
Раздел физики, изучающий природу трения называется трибология.
В зависимости от масштаба, на котором изучается трение, в современной трибологии принято выделять три раздела:
-
макротрибологию (или просто трибологию);
-
микротрибологию;
-
нанотрибологию.
Лишь с возникновением сканирующих микроскопов появилась возможность экспериментального изучения микро- и нанотрибологии.
Сила трения – это совокупный эффект, возникающий в результате самых различных физических явлений: упругости, адгезии, вязкости, капиллярных сил, химических особенностей, фононного и электростатического взаимодействий и проч. В зависимости от условий может преобладать то или другое явление.
Каждый из разделов трибологии исследует трение на своем масштабе. Макротрибология имеет дело с большими объектами и не рассматривает особенностей строения вещества. С трением в макромире мы и познакомимся в данной лабораторной работе.
При соприкосновении движущихся (или приходящих в движение) тел с другими телами, а также с частицами вещества окружающей среды возникают силы, препятствующие такому движению. Эти силы называют силами трения. Действие сил трения всегда сопровождается превращением механической энергии во внутреннюю и вызывает нагревание тел и окружающей их среды.
Существует внешнее и внутреннее трение (иначе называемое вязкостью). Внешним называют такой вид трения, при котором в местах соприкосновения твердых тел возникают силы, затрудняющие взаимное перемещение тел и направленные по касательной к их поверхностям.
Внутренним трением (вязкостью) называется вид трения, состоящий в том, что при взаимном перемещении слоев жидкости или газа между ними возникают касательные силы, препятствующие такому перемещению.
Внешнее трение подразделяют на трение покоя (статическое трение) и кинематическое трение. Кинематическое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения.
Трение скольжения — сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих (взаимодействующих) тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.
Трение качения — момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих (взаимодействующих) тел относительно другого.
Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микроперемещениях (например, при деформации) контактирующих тел. Она действует в направлении, противоположном направлению возможного относительного движения.
В жизни человека силы трения играют важную роль. В одних случаях он их использует, а в других борется с ними. Силы трения имеют электромагнитную природу.
Для того чтобы понять природу сил трения, следует прежде всего обратиться к топографии поверхностей контактирующих между собой частей реальных механизмов. Эти поверхности никогда не являются идеально плоскими, имеют микронеровности. Места выступов на одной поверхности отнюдь не совпадают с местами выступов на другой. Площадь контакта оказывается очень малой. Однако при сжатии остроконечные неровности пластически деформируются и подлинная площадь контакта увеличивается пропорционально приложенной нагрузке. Именно сопротивление относительному сдвигу этих контактных зон и является основным источником трения движения. Само сопротивление сдвигу при идеальном контакте определяется межмолекулярным взаимодействием, зависящим от природы контактирующих материалов.
Трение покоя.
Сила трения покоя Fтр не является однозначно определенной величиной. В зависимости от приложенной силы тяги F величина силы трения покоя меняется от 0 до Fмин – того значения силы, когда брусок начнет двигаться. Поэтому
Обычно силой трения покоя называют максимальную силу трения покоя Fтр макс пок.
Сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел и пропорциональна силе нормального давления Pн (а следовательно, равной ей силе реакции опоры N):
. (1)
Соотношение (1) является законом Амонтона-Кулона, основным соотношением макротрибологии, который пропорционально связывает силу трения и нормальную реакцию:
Величина μпок называется коэффициентом трения покоя. Коэффициент трения покоя зависит от трущихся материалов и от качества обработки поверхностей.
Для определения коэффициента трения покоя удобно использовать наклонную плоскость рис.1. При медленном увеличении угла наклона плоскости можно найти такой угол α0, при котом брусок скачкообразно сдвинется с места и начнет скользить по плоскости.
В данном случае на брусок будут действовать три силы: сила тяжести Fт, сила реакции опоры N и сила трения Fтр пок.
рис. 1
Выберем направление координатной оси X вдоль плоскости вниз, а координатной оси Y перпендикулярно плоскости вверх. При отсутствии ускорения равнодействующая всех трех сил равна нулю. Запишем систему уравнений исходя из второго закона Ньютона:
Из системы уравнений следует . Исходя из выражения (1) можно получить
(2)