Т.С. Китаева, Н.А. Орлова
«Определение коэффициента трения
Качения методом наклонного маятника»
Методические указания к выполнению лабораторной работы № 12
по курсу механики, молекулярной физики и термодинамики.
Калуга 2006 г.
Техника безопасности при работе с наклонным маятником FPM-07.
При работе с наклонным маятником FPM-07 необходимо соблюдать общие правила по технике безопасности труда, касающиеся устройств, в которых имеются напряжения до 200 .
Прибор разрешается эксплуатировать только при использовании заземления.
Цель работы: экспериментальное изучение основных закономерностей, возникающих при трении качения, и определение коэффициента трения качения методом наклонного маятника.
Теоретическая часть.
Сплошь и рядом силы трения являются вредными. Таковы, например, силы трения, возникающие между осью и втулкой, а также между другими деталями машины. Они приводят к преждевременному износу машин, и с ними приходится бороться. Для этой цели применяется смазка. Однако более радикальным способом уменьшения сил трения являемся замена трения скольжения трением качения (шарикоподшипники).
|
|
Под трением качения понимают трение, возникающее, например, между шарообразным или цилиндрическим телом, катящимся без скольжения по плоской или изогнутой поверхности. Трение качения формально подчиняется тем же законом, что и трение скольжения. Однако коэффициент трения при качении значительно меньше, чем при скольжении.
Возникновение трения качения можно объяснить деформациями шара и плоскости, имеющими место в реальных условиях. При этом могут возникать как упругие, так и пластические деформации. Из-за деформации поверхностей линия действия силы реакции не совпадает с линией действия силы нормального давления , действующей на опору со стороны катящегося тела, т.е. с линией действия силы веса тела (Рис. 1.). Нормальная составляющая этой силы реакции к плоскости численно практически равна силе , а горизонтальная составляющая представляет собой силу трения качения . Если цилиндр или шар движется по плоскости без ускорения, должно выполняться правило равенства моментов. Момент силы трения качения относительно точки равен произведению силы нормальной реакции опоры , на расстояние смещения вследствие контактных деформаций точки приложения:
(1)
где - плечо силы , ;
- радиус тела.
Отсюда, для силы трения качения получаем следующее выражение
(2)
Величину называют коэффициентом трения качения. Коэффициент трения качения, таким образом, представляет собой плечо силы и имеет размерность длины.
|
|
В данной работе коэффициент трения качения шара по плоскости определяется методом наклонного маятника. В этом случае маятник представляет шарик, подвешенный на нити и катящийся по наклонной плоскости; затухание этого маятника обусловлено главным образом трением качения.
Расчетная формула для коэффициента трения качения имеет следующий вид
(3)
где - радиус шара;
- угол наклона маятника, прочитанный на боковой шкале;
- число колебаний;
- начальное значение угла отклонения маятника;
- угол отклонения через колебаний.
Вывод формулы (3) смотрите в приложении на стр. 11 и 12.