Описание установки. Основной частью описываемой установки является стальной цилиндр А1 , находящийся на плоской алюминиевой плите b (рис

Основной частью описываемой установки является стальной цилиндр А₁, находящийся на плоской алюминиевой плите B (рис. 3). Цилиндр закреплен в обойме А₂, причем центры цилиндра и обоймы не совпадают. На цилиндре имеется стержень, который является стрелкой на шкале S.

Р и с. 3

Так как центры цилиндра (точка O ₁) и обоймы (точка O ₂)не совпадают (x=3,1 мм), то если отклонить ось маятника на какой-либо угол, система придет в колебательное движение. Ось цилиндра при этом движется поступательно, а сам цилиндр вращается вокруг этой оси.

Подвижная часть установки называется "маятником", который из-за наличия сил трения качения совершает затухающие колебания. Будем считать, что отклонение стрелки по шкале s и угол поворота цилиндра a в первом приближении cвязаны соотношением , где L - расстояние от оси цилиндра до шкалы (рис. 4).

Р и с. 4

Если первоначальное отклонение s _o, а после n полных колебаний s_n, то соответственно получим:

, . (2)

При начальном отклонении маятника на угол a ₀ (или отклонении стрелки маятника на s _o) наша система будет обладать потенциальной энергией. Отпустив маятник, система придет в движение, ее потенциальная энергия будет уменьшаться, а кинетическая – увеличиваться. Из-за наличия сил трения качения полная энергия маятника будет уменьшаться и маятник будет совершать затухающие колебания. Это уменьшение энергии вызвано работой силы тяжести маятника против сил трения качения. Исходя из закона изменения энергии (D E = A), можно получить следующую формулу для определения коэффициента трения качения:

, (3)

где x - расстояние между центрами тяжести маятника и его осью (x = 3,1мм),

L - расстояние от оси цилиндра до шкалы,

s₀ - начальное отклонение маятника,

s_n - отклонение маятника после n полных колебаний.

Таким образом, уменьшение угла отклонения за известное число периодов колебаний маятника дает возможность вычислить величину коэффициента трения качения. Под цилиндр могут подкладываться плоские пластинки из различного материала. Это позволяет вычислить коэффициент трения качения различных пар металлов и сравнить их.