За полных колебаний при
переходе из положения
в положение
(рисунок 2.2) маятник теряет энергию
, равную работе сил сопротивления на
пройденном пути
:
, (2.5)
где
- работа силы трения,
-работа по преодолению сопротивления среды
и трения в подвесе маятника,
- потеря высоты центром
тяжести шара.
Пренебрегая , ввиду ее малости имеем
. (2.6)
Учитывая (2.4), после геометрических преобразований, очевидных на рисунках, имеем
, (2.7)
откуда
для получаем
, (2.8)
где
-радиус шара,
.
Если - угол отклонения
маятника в начальный момент,
- угол отклонения после
полных колебаний,
-
длина маятника, то путь который проходит центр тяжести маятника за
колебаний
где
Считая углы и
малыми
,
окончательно для коэффициента трения качения
получаем
. (2.9)
Здесь и
- значение углов в радианах.
Описание установки
Общий вид установки FPM-07 (наклонный маятник) представлен на рисунке 2.3. На основании 2 прикреплен секундомер 1 и колонна с червячной передачей 3. Червячная передача, при вращении воротка 4, позволяет изменять угол наклона несущей опоры 5. Для отсчета угла наклона используется шкала 6. На несущей опоре 5 прикреплен маятник (шар на нити), а в ее основании шкала 7, для отсчета угла отклонения маятника и фотодатчик 8, позволяющий фиксировать число и время колебаний маятника. В шкалу 7 вмонтировано устройство для смены образцов. Шары маятника заменяются путем свинчивания их с указательного стержня 9.
Установка для определения коэффициента статического трения состоит из наклонной плоскости сопряженной с транспортиром, служащим для отсчета угла наклона плоскости к горизонту.
Ход работы
Упражнение 1 Определение коэффициента статического трения
1 Установить наклонную плоскость в горизонтальном положении.
2
Поместить на плоскость указанный
образец и ,наклоняя ее, зафиксировать угол наклона , при
котором началось движение образца. Измерения повторить не менее 5-10 раз.
Результаты занести в таблицу2.1 и обработать, вычислив
.
3 По формуле (2.2) рассчитать коэффициент статического трения.
4 Повторить упражнение для других пар трения. Сделать выводы.
Упражнение 2 Определение коэффициента трения качения
1 Установить испытуемый плоский образец в устройство на шкале 7.
2 При помощи регулируемых ножек основания, установить маятник в вертикальном положении. При этом указательный стержень 9 должен находиться против нулевой отметки шкалы 7.
3 Включить прибор в сеть.
4
При заданном угле наклона колонны
(25°-60°) отклонить шар от положения
равновесия на угол и, нажав клавишу «Сброс», без
толчка отпустить маятник. Спустя 7-10 полных колебаний, нажав клавишу «Стоп» и
визуально зафиксировать угол отклонения маятника
.
Результаты измерений
,
,
занести в таблицу 2.2.
5
При тех же значениях ,
,
повторить измерения
не менее 10-15 раз. Результаты занести в
таблицу 2 и обработать.
6
Измерить штангенциркулем радиус
шарика .
7 По формуле (2.9) рассчитать коэффициент трения качения.
8
Повторить упражнение, изменив угол
или пару трения. Для этого необходимо
поменять либо плоский образец в шкале 7, либо шарик маятника.
9 Сделать выводы.
Вопросы для самоконтроля
1 Силы трения. Их особенности.
2 Зависимость сил трения от скорости движения.
3 Выведите формулы (2.2) и (2.7).
4 Укажите основные источники погрешности измерения коэффициентов трения в выполненной работе.
Литература
1 Стрелков С.П., Механика, М., Наука, 1975, гл.7.
2 Матвеев А.Н., Механика и теория относительности, Высшая школа, 1976, 53-56.
3 Сивухин Д.В., Общий курс физики, т.1., Наука, 1974, 17.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.