Федеральное агентство по образованию
Волгоградский государственный технический университет
Кафедра “Экспериментальная физика”
ИЗУЧЕНИЕ СУХОГО ТРЕНИЯ
Методические указания
к лабораторной работе №103
Волгоград
2008
УДК 53 (075. 5).
Изучение сухого трения: метод. указ. к лабораторной работе №103/ сост. В.Е. Аввакумов, Е.Н. Свежинцев; Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2008. -12 с..
Cодержат основные сведения и рекомендации по выполнению лабораторной работы №103, представленной в практикуме кафедры “Экспериментальная физика” Волгоградского государственного технического университета.
Предназначены для студентов всех форм обучения.
Ил. 6. Табл. 3. Библиогр.:2 назв.
Рецензент доц. Д.П. Калинкин.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета
Составители: Владислав Евгеньевич Аввакумов
Евгений Николаевич Свежинцев
ИЗУЧЕНИЕ СУХОГО ТРЕНИЯ
Методические указания к лабораторной работе № 103
Темплан 2007 г. поз. №
Подписано в печать . Формат 60x84 1/16.
Бумага газетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. .
Тираж 250 экз. Заказ . Бесплатно.
Волгоградский государственный технический университет.
400131 Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28.
РПК “Политехник” Волгоградского государственного технического университета.
400131 Волгоград, ул. Советская, 35.
© Волгоградский государственный технический университет, 2008.
103. Изучение сухого трения
103.1. Цель работы
Определение коэффициентов трения покоя, скольжения и качения.
103.2. Содержание работы
Силы трения возникают между соприкасающимися телами или их частями как при относительном движении, так и при относительном покое. Трение называется внешним, если оно действует между различными соприкасающимися телами, не образующими единого тела (например, трение между бруском и наклонной плоскостью, на которой он лежит или с которой он соскальзывает). Если же трение проявляется между различными слоями жидкости или газа, скорости которых непрерывно меняются от слоя к слою, то трение называется внутренним. Силы трения направлены по касательной к трущимся поверхностями (или слоям), причем так, что они противодействуют перемещению этих поверхностей (слоев).
Трение между поверхностями двух соприкасающихся твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки (смазки) называется сухим. Если соприкасающиеся тела движутся друг относительно друга, то различают трение скольжения и трение качения. Сухое трение возникает не только при скольжении одного тела по поверхности другого, но и при всякой попытке вызвать такое скольжение. В последнем случае трение называется трением покоя.
Трение между поверхностями твердого тела и окружающей его жидкой или газообразной средой, в которой оно движется, а также трение между частями такой среды, называется жидким или вязким.
103.2.1. Трение покоя
Механизм возникновения трения покоя заключается в следующем: поверхность даже хорошо отполированного твердого тела имеет микровыступы, трещины, впадины. Заполнение этих выступов будет препятствовать относительному перемещению соприкасающихся тел.
На ряде участков расстояние между соприкасающимися телами может оказаться порядка радиуса действия молекулярных сил. Это приводит к слипанию тел на данных участках, что также препятствует их относительному перемещению.
Внедрению микровыступов и частичному слипанию поверхностей способствует сила нормального давления, прижимающая твердые тела друг к другу. Этой силой может служить сила тяжести или ее нормальная составляющая, а также любая другая сила, перпендикулярная поверхности соприкасающихся тел.
Когда на одно тело вдоль поверхности его соприкосновения с другим никакая сила не действует, то сила трения покоя равна нулю. По мере возрастания величины внешней силы будет возрастать и противоположно направленная ей сила трению покоя, так что сумма этих сил будет оставаться равной нулю, и тело не придет в движение. Тело будет оставаться в покое до тех пор, пока прилагаемая к нему внешняя сила не превзойдет по величине максимальной силы трения покоя. Внешняя сила, меньшая максимальной силы трения покоя, вызывает в основном упругие деформации микровыступов и областей, где действуют силы молекулярного сцепления.
Зависимость силы трения от величины внешней силы представлена на рис. 103.1. Участок I соответствует трению покоя. На участке II тело приходит в движение, и сила трения покоя переходит в силу трения скольжения.
Величина максимальной
силы трения покоя
не зависит от величины площади поверхности,
вдоль которой тела соприкасаются, и
пропорциональна силе N
нормального давления, численно равной
силе реакции опоры.
(103.1)
Безразмерный коэффициент пропорциональности μ называется коэффициентом трения покоя, он зависит от материала поверхностей, их микрогеометрического профиля и других факторов. Выражение (103.1) называется законом Амонтона.
Рис. 103.1.
103.2.2. Трение скольжения
Если сила, действующая на тело вдоль поверхности его соприкосновения с другим телом, больше предельного значения силы трения покоя, то тело приобретает ускорение и сила трения покоя переходит с силу трения скольжения. Сила трения скольжения зависит от природы и состояния трущихся поверхностей, так и от относительной скорости тел. Вначале с возрастанием относительной скорости величина силы трения несколько уменьшается, а затем начинает расти. В случае, когда состояние поверхностей не изменяется (за счет сглаживания поверхностей, нагрева и т.д.), сила трения скольжения оказывается практически не зависящей от скорости и равной максимальной силе трения покоя.
Трение скольжения возникает в результате пластических деформаций микровыступов и их частичного разрушения. Взаимное проскальзывание тел приводит к уменьшению зацеплений микровыступов и уменьшению прилипания поверхностей, в результате чего коэффициент трения скольжения меньше коэффициента трения покоя.
Поскольку сила трения скольжения направлена в сторону противоположную скорости тела, то работа силы трения всегда отрицательна. Движение при наличии силы трения сопровождается диссипацией механической энергии, т.е. переходом ее во внутреннюю энергию трущихся тел.