Лабораторная работа «Измерение коэффициента трения скольжения»

Лабораторная работа Тема: «Измерение коэффициента трения скольжения»      Цель работы: измерить коэффициент трения скольжения деревянного  бруска по деревянной линейке двумя различными способами.      Оборудование, средства измерения: 1) деревянный брусок, 2) набор  грузов, 3) динамометр, 4) деревянная линейка, 5) измерительная лента.      Теоретическое обоснование скольжения приведена на рисунке 1. 1. Принципиальная схема первого способа измерения коэффициента трения  Рис. 1 Деревянный брусок, на котором сверху помещаются грузы, присоединен к динамометру. При приложении к динамометру внешней силы брусок может перемещаться по   горизонтально   расположенной   деревянной   линейке.   При   равномерном движении бруска его ускорение равно нулю. Согласно второму закону Ньютона геометрическая сумма сил, действующих на брусок в этом случае, также равна нулю.   Это   означает,   что   сила   трения   скольжения   уравновешивает   силу растяжения пружины динамометра и может быть измерена динамометром. Коэффициент   трения   скольжения   определяется   как   коэффициент пропорциональности между силой трения.  Fтр  и силой нормального  давления F┴ бруска с грузами на опору (или весом тела): Fтр=μ F        ┴ (1) Сила нормального давления F┴ в данном случае равна весу бруска вместе с грузом и определяется взвешиванием (рис.2). Тогда по результатам измерений Fтр и F┴ можно вычислить коэффициент трения скольжения: μ= Fтр / F   ┴ (2)                                                                            Согласно   формуле   (1)   графиком   зависимости  F  ┴ от   силы   нормального давления тела F  ┴ является прямая линия (рис. 3). Как видно из графика, μ=tg α α  (где   — угол наклона прямой к оси абсцисс). Рис. 3 Рис. 4 Рис. 2 2. Второй способ измерения коэффициента трения скольжения не требует непосредственного   измерения   сил   и   соответственно   использования динамометра. В этом случае один из концов линейки с помещенным на ней бруском и грузом постепенно приподнимают до тех пор, пока при небольшом толчке брусок не начнет равномерно скользить вниз по линейке (рис. 4). В этот момент линейка образует угол а с горизонталью, а сумма проекций сил на оси X и Y, действующих на тело, будет равна нулю:  ­α  Fтр= 0, (X) mg sin  (Y) mg cos α – N = 0.   (3) Учитывая,  что  Fтр=μ  F  ┴ , а  F  ┴ =  N  по   третьему   закону   Ньютона,  можно представить систему уравнений (3) в виде  α = μN mg sin  mg cos α = N       (4) Беря отношения правых и левых частей системы (4), получаем:     μ = tg α      (5) Как видно из рисунка 4,  h / 2  hl 2     (6) Порядок выполнения работы 1.  С помощью динамометра определите вес деревянного бруска Р0,  бруска вместе с одним грузом (Р0 + Р), бруска с двумя грузами (Р0 + 2Р), бруска  с  тремя  грузами  (Р0+ЗР). Результаты  занесите  в  табл.1 (в графу  F  ┴ ). Таблица  1   Р0 Р0+Р Р0+2Р Р0+ЗР F   ┴ Fтр Fтр=F┴.Опыт   повторите,  2.  Динамометром   равномерно   тяните   брусок   по   линейке,   измеряя   силу   тяги   потом двумя и тремя грузами. Результаты измерений Fтр запишите в табл. 1.       3.  Постройте график зависимости  Fтр(F┴)  (рис.5), используя данные табл. 1. Через начало отсчета проведите прямую линию так,  чтобы   число   точек   над прямой равнялось числу точек под прямой.   нагрузив   брусок   одним, 4.  Найдите коэффициент трения скольжения μ по формуле (5) как тангенс Для этого выберите произвольную точку с координатами Fтр(F┴)   на прямой и угла наклона прямой линии к оси абсцисс. найдите μ  как отношение μ= Fтр / F   ┴ = 5. Измерьте длину линейки. l= 6.  Отсоедините   динамометр   от   бруска.   На   один   из   концов   линейки поместите   брусок   с   одним   грузом   и   медленно   приподнимите   его   (см. рис. 4). Измерьте высоту подъема h конца линейки, когда при  небольшом толчке брусок начинает скользить вниз равномерно: h= 7. Вычислите коэффициент трения скольжения по формуле (6).  h / 2  hl 2   =      8. Сравните величины коэффициента трения скольжения, измеренные двумя различными способами. Вывод:         Дополнительное  задание.  Доказать,   что   сила   трения   скольжения  не зависит от площади трущихся поверхностей. 1)Деревянный брусок равномерно тяните динамометром по горионтальной  линейке, измеряя силу тяги. 2)Опыт повторите при перестановке бруска на другие грани с различной  площадью поверхности. Убедитесь, что сила трения скольжения не зависит от площади трущихся  поверхностей, и сделайте вывод. Вывод: