Теория вопроса и метод выполнения работы. Для выполнения этой работы на трибометр помещают брусок и динамометр, связанные нитью (рис

Для выполнения этой работы на трибометр помещают брусок и динамометр, связанные нитью (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Трибометр с бруском и динамометром

 

Прикрепим к бруску крючок динамометра и попытаемся привести брусок в движение. При небольшом усилии растяжение пружины динамометра показывает, что на брусок действует сила упругости, но, тем не менее, брусок остается неподвижным. Это значит, что при действии на брусок силы упругости в направлении, параллельном поверхности соприкосновения бруска со столом, возникает равная ей по модулю сила противоположного направления. Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения тел, называется силой трения покоя.

При увеличении внешней силы, прикладываемой к динамометру, брусок начнет двигаться. Во время равномерного движения бруска динамометр показывает, что на брусок со стороны пружины действует постоянная сила упругости . При равномерном движении бруска равнодействующая всех сил, приложенных к нему, равна нулю. Следовательно, кроме силы упругости, во время равномерного движения на брусок действует сила, равная по модулю силе упругости, но направленная в противоположную сторону. Эта сила называется силой трения скольжения .

Силы трения возникают благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел, а при движении вклад в силу трения дает неровность (шероховатость) поверхностей.

Если динамометр вместе с линейкой прижать рукой к столу, а брусок оттянуть, чтобы динамометр показывал некоторую силу , то потенциальную энергию пружины можно записать так:

, (2.1)

где – показание динамометра, а – деформация пружины.

После освобождения брусок будет двигаться до остановки, и потенциальная энергия пружины израсходуется на совершение работы по преодолению силы трения на пути . Эту работу можно представить таким выражением:

, (2.2)

где – коэффициент трения; – масса бруска; – ускорение свободного падения; – перемещение бруска.

По закону сохранения энергии

(2.3)

следовательно,

. (2.4)

Силу упругости пружины измеряют динамометром, деформацию пружины и перемещение бруска – масштабной линейкой, массу бруска – взвешиванием, – табличное значение.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов.

 

№ опыта п/п
Н	кг	м	м					%
I
II
III

 

2. Определите взвешиванием с помощью динамометра массу бруска .

3. К крючку динамометра и бруску привяжите нить так, чтобы расстояние между ними было примерно 10 см. Брусок с динамометром поместите на трибометр, как показано на рисунке 2.1.

4. Положите динамометр на трибометр и прижмите их рукой к столу. Затем оттяните брусок так, чтобы динамометр показывал Н, измерьте линейкой растяжение пружины (растяжение от штриха 0 до 1 Н на динамометре). Отметьте положение бруска и отпустите его.

5. Измерьте линейкой расстояние , пройденное бруском, и вычислите коэффициент трения (по формуле 2.4).

6. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

7. Повторите опыт, изменив массу бруска (поместите на него стограммовый груз).

8. Повторите опыт, изменив растяжение пружины, оставив груз на бруске (показание динамометра в 2 Н).

9. Результаты измерений и вычислений также занесите в таблицу; найдите среднее значение коэффициента трения и вычислите абсолютную и относительную погрешность результата.

Контрольные вопросы

1. Назовите причины возникновения трения.

2. Перечислите виды трения.

3. Зависит ли коэффициент трения скольжения от изменения нагрузки на брусок и от изменения силы упругости пружины?

4. Зависит ли сила трения скольжения от скорости движения бруска?

5. Какие приборы из оборудования к данной работе следует заменить, чтобы получить другое значение коэффициента трения?

6. Какое преобразование энергии происходит при выполнении описанного опыта?

7. Как объяснить, что смазка препятствует изнашиванию трущихся поверхностей?

8. От чего зависит коэффициент трения скольжения?

9. В чем измеряется коэффициент трения скольжения?

10. Когда возникает сила трения покоя? скольжения? качения?

11. Напишите формулу для вычисления силы трения скольжения. От чего зависит сила трения скольжения?

12. От чего зависит сила трения покоя? Как ее можно вычислить? Как направлена сила трения покоя?

13. Как направлена сила трения скольжения?

14. Какую силу называют силой жидкого трения? От чего и как зависит сила жидкого трения?

15. Существует ли трение покоя в жидкостях?

16. Как влияет форма тела на его скорость при движении в жидкостях и газах?

17. Приведите примеры полезного и вредного действия сил трения покоя, скольжения, качения.

18. Как зависит тормозной путь и время торможения от скорости движения тела? От силы трения? От коэффициента трения?

19. Изобразите схематично график зависимости силы трения скольжения от силы реакции опоры. Как, пользуясь графиком, определить коэффициент трения скольжения?

20. Сформулируйте закон Амонтона-Кулона.

________________________________________________________________

________________________________________________

________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________

 

Лабораторная работа № 3