Федеральное государственное казенное образовательное учреждение

Федеральное государственное казенное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Ломоносовский морской колледж Военно-Морского Флота»

Министерства обороны Российской Федерации

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

К лабораторной работе

«Проверка законов трения; определение коэффициента трения скольжения и угла трения»

Ломоносов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

1. Тема лабораторной работы:Проверка законов трения; определение коэффициента трения скольжения и угла трения»

2. Цель работы: Определение коэффициента трения скольжения различных материалов.

3. Время выполнения работы: -2 часа

4. Теоретическое обоснование:

При перемещении тела по поверхности другого всегда возникает сила, препятствующая движению. Она называется силой трения. При попытке сдвинуть одно тело относительно другого всегда обнаруживается, что между твёрдыми телами возникает сила трения ещё до начала движения. При действии одного тела на другое силой тяжести (рис.1) кроме нормальной реакции опоры при действии сдвигающей силы возникает касательная реакция - сила трения _тр.пр.

С увеличением сдвигающей силы сила трения также возрастает и достигает предельной величины _тр.пр. (рис. 2), затем с началом движения сила трения несколько уменьшается. Сила трения всегда направлена в сторону, противоположную перемещению тела.

Рис 1. Рис. 2

Трение представляет собой сложный комплекс механических, электрических и химических явлений. Во-первых, поверхности тел всегда неровны, и зазубрины одной поверхности цепляются за шероховатости другой. Это, так называемое, геометрическое трение. Во-вторых, трущиеся тела очень близко соприкасаются друг с другом, и на их движении сказывается взаимодействие молекул (молекулярное трение). Величина силы трения зависит не только от материала, шероховатости поверхности, давления и относительной скорости скольжения, но и от целого ряда других причин: влажности, температуры и т.д. Учесть влияние всех факторов не представляется возможным, поэтому ограничиваются приближённым определением значения силы трения (закон Кулона): «Сила трения скольжения пропорциональна силе, нормальной к поверхности соприкасающихся поверхностей (их материал, обработка, смазка) и не зависит от величины пощади трущихся поверхностей».

Отношение предельной силы трения к силе нормального давления называется статическим коэффициентом трения f_0.

f₀ =

где f₀ - статический коэффициент трения, безразмерная величина,

0 < f₀ < 1

F_тр.пр. и N - силы, размерность в Н.

Сила трения отклоняет полную реакцию (рис. 1) от нормали на угол j₀– угол трения покоя. Тангенс угла трения покоя равен статическому коэффициенту трения:

= = f₀

Отношение силы трения при движении к силе нормального давления называется динамическим коэффициентом трения скольжения. Коэффициенты трения скольжения величины безразмерные и определяются опытным путём ,различными способами. Наиболее часто эти коэффициенты для двух материалов (сталь по стали, чугун по стали, резина по стали и т.п.) определяются при помощи наклонной плоскости.

Некоторые коэффициенты трения скольжения из справочников приведены в таблице 1

Таблица 1

Металл по металлу……………………………………………………....0,15-0,20 Дерево по дереву………………………………………………………...0,20-0,50 Металл по металлу при смазке ………………………………………...0,07-0,10 Лёд по льду ……………………………………………………….……0,028 Сталь по стали……………………………………………………….…0,03-0,09 Шина по сухому асфальту…………………………………………….0,50-0,70 Шина по мокрому асфальту…………………………………………..0,35-0,45 Шина (резина) по гладкому льду…………………………………….0,15-0,20 Точильный камень по стали…………………………………………..0,94 Подшипник скольжения (при смазке)………………………………..0,02-0.08

Рассмотрим силы, действующие на тело, лежащее на наклонной плоскости (рис.3).

Рис. 3

Разложим силу по двум направлениям.

1. По нормали к трущимся поверхностям:

G₂=G

2. По направлению ,параллельному наклонной плоскости:

G₁ = G

Составляющая веса ₂ вызове со стороны плоскости нормальную реакцию ,

а в связи со стремлением тела к скольжению по плоскости возникает сила трения F_тр = f₀ = f₀ G₂

Сила ₁ стремится сдвинуть тело вниз по наклонной плоскости.

Если G₁ > F_тр тело будет двигаться равноускоренно;

Если G₁ < F_тр тело находится в покое;

Если G₁ = F_тр тело находится в состоянии предельного равновесия

F_тр = F_тр.пр.

При этом: f₀ = = = =

Таким образом, коэффициент трения покоя f₀ численно равен тангенсу угла наклона плоскости, при котором тело под влиянием составляющей силы тяжести начнёт движение: f₀ = =

5. Оборудование:

1) установка для определения коэффициента трения скольжения - представляет собой наклонную плоскость (рис. 4), которая при помощи винтового механизма может быть установлена под различным углом к горизонтальной плоскости. Величина угла наклона отсчитывается по шкале;

2) набор образцов из различных материалов.

1 –наклонная плоскость

2 – винтовой механизм

3 – шкала

Рис. 4

6. Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с устройством установки для определения трения скольжения на наклонной плоскости.

2. Определить угол наклона, соответствующий наклонной плоскости, для этого:

- установить наклонную плоскость в горизонтальное положение и на неё установить испытуемый образец;

- медленно увеличить угол подъёма плоскости до того момента, пока под действием собственной силы тяжести образец не начнёт двигаться;

- по шкале определить угол наклона плоскости (точность измерения ± 0.5°).

Для каждого образца опыт повторить не менее трёх раз, результаты записать в таблицу отчёта.

3. Вычислить коэффициент трения покоя f₀ для чего:

- вычислить среднее значение угла наклона для каждого образца

a_ср =

- = f₀

- расчёт вести в таблице отчёта (табл.2).

7. Контрольные вопросы:

1. Какие факторы влияют на величину силы трения?

2. Всегда ли сила трения является вредной? Укажите случаи, когда сила трения необходима.

3. Как изменяется сила трения при переходе тела от состояния покоя к движению?

4. Нужно ли знать величину тяжести образца при определении коэффициента трения при определении коэффициента трения скольжения при помощи наклонной плоскости?

5. Какая зависимость между углом трения и коэффициентом трения?

6. Достаточна ли для практических целей точность, с которой можно определить коэффициент трения на наклонной плоскости?

ПЛАН ОТЧЁТА

Лабораторная работа № 3

Проверка законов трения; определение коэффициента трения скольжения и угла трения»

Курсанта……группы………..Ф.И.О.

1. Цель работы.

2. Оборудование (перечислит приборы и принадлежности).

3. Теоретическая зависимость между a₀ и f , начертить схему разложения сил на наклонной плоскости, описать зависимости между составляющими силы тяжести и силы трения _тр, определение зависимости между f₀ и

4. Начертит схему установки и указать назначение её элементов.

5. Расчёт и запись полученных результатов проводить в таблице 2.

Таблица 2

Материал плиты ________________		Материал образцов
Материал плиты ________________		а)	б)	в)
Угол Наклона к горизонту a,град	1 замер
	2 замер
	3 замер
	среднее значение a_ср=
Статический коэффициент трения f₀ =

6. Ответы на контрольные вопросы.

Литература

1. Мовнин М. С., Израелит А.Б., Рубашкин А.Г. Основы технической механики -Л: Машиностроение 1990.

2. Олофинская В. П. Техническая механика: Сборник тестовых заданий.

- М.: «Форум-Инфра-М», 2002.

3. Мовнин М. С., Израелит А.Б., Рубашкин А.Г. Руководство к решению задач по технической механике. – М.: « Судостроение » 1977.