Кафедра общей и технической физики

 

 

	УТВЕРЖДЕНО на заседании методического семинара кафедры ОиТФ «»2013 г.   Зав.каф. Пиралишвили Ш. А.

 

Лаборатория «Физические основы механики»

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ФМ-4

Исследование законов движения тел

По наклонной плоскости

	Переработано: к. т. н. доцент
	Каляева Н. А. _________
	Рецензент: к. п. н., доцент Попкова Е. А. ­ _________

 

Рыбинск 2013

Требования техники безопасности:

Необходимо выполнение общих требований безопасности, установленных в лаборатории.

Цель работы: проверка законов сохранения энергии для поступательного и вращательного движения тел по наклонной плоскости с учетом силы трения.

Приборы и оборудование:

· Лабораторная наклонная плоскость;

· Набор тел (брусок, сплошной цилиндр);

· Электронный блок управления с секундомером;

· Линейка;

· Весы.

 

Краткие теоретические сведения

Сила трения

Силы трения появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относительно друга. Трение, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел, называется внешним; трение между частями одного и того же сплошного тела (например, жидкости или газа) носит название внутреннего трения.

Трение между поверхностями двух твердых тел при отсутствии какой-либо прослойки, например, смазки между ними, называется сухим. Трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой, а также между слоями такой среды, называется вязким (или жидким).

Применительно к сухому трению различают трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Трение покоя возникает при попытках вызвать скольжение одной поверхности твердого тела по другой. Рассмотрим два тела 1 и 2, из которых последнее закреплено неподвижно (рис. 1.1).

Рис. 1.1

Тело 1 прижимается к телу 2 с силой , направленной по нормали поверхности соприкосновения тел. Она называется силой нормального давления и может быть обусловлена весом тела или другими причинами.

Подействуем на тело 1 внешней силой , постепенно увеличивая ее модуль. Вначале тело 1 будет оставаться неподвижным. По II закону Ньютона это возможно в том случае, если сила уравновешивается некоторой силой , направленной по касательной к трущимся поверхностям противоположно силе . Сила и есть сила трения покоя. Она обусловлена действием опоры, на которой лежит тело, и согласно III закону Ньютона принимает значение, равное по модулю ( = – ). Когда модуль внешней силы (а следовательно, и модуль силы трения покоя) превысит значение , тело начинает скользить – трение покоя сменяется трением скольжения.

Рис. 1.2

Величина представляет собой максимальное значение силы трения покоя. Сама эта сила, в зависимости от модуля внешней силы, принимает одно из значений в интервале от нуля до (0< < ). Модуль силы трения скольжения приблизительно равен и зависит от скорости скольжения υ. Примерный график зависимости от показан на рис. 1.2. Из графика следует, что с увеличением скорости сила трения скольжения вначале немного убывает, а затем начинает возрастать.

Вертикальный участок графика, начинающийся в нуле и заканчивающийся при = , соответствует силе трения покоя.

Опытным путем установлено, что максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел и приблизительно пропорциональна модулю силы нормального давления , прижимающей трущиеся поверхности друг к другу:

. (1.1)

Безразмерный множитель называется коэффициентом трения покоя. Он зависит от природы и состояния трущихся поверхностей.

Аналогичная зависимость имеет место и для силы трения скольжения:

. (1.2)

Здесь – коэффициент трения скольжения, который является функцией скорости.

Заметим, что по III закону Ньютона сила нормального давления равна по модулю и противоположна по направлению силе нормальной реакции опоры ( = – ), следовательно, выражения (1.1) и (1.2) можно записать в виде:

и . (1.3)

Трение качения возникает между шарообразным или цилиндрическим телом и поверхностью, по которой оно катится. Сила трения качения также подчиняется закону (1.2), но коэффициент трения качения в этом случае бывает значительно меньшим, чем при скольжении.