close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1-3 (2)

код для вставкиСкачать
 Лабораторна робота № 1-3
ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕРТЯ КОЧЕННЯ
Мета роботи:експериментально визначити основні закономірності, що виникають при терті кочення.
Обладнання:лабораторна установка.
Теоретичні відомості
Опір, який виникає при коченні одного тіла по поверхні іншого, називається тертям кочення. Однією з основних причин виникнення тертя кочення є деформація тіла, яке котиться, і тіла по якому проходить кочення. Всі реальні тіла (і пружні в тому числі) мають властивість після пружної дії, яка полягає в тому, що тіла не зразу відновлюють свою форму після зняття навантаження. Під час руху катка (або кулі) це проявляється в тому, що деформація площини кочення стає несиметричною (рис. 1). За катком деформація площини не зникає, або зникає через деякий час. Тому рівнодіюча всіх елементарних сил реакції площини виявляється зміщеною в сторону дії сили , що прикладена до осі. При збільшенні це зміщення збільшується до деякої граничної величини . Таким чином, у граничному положенні на каток буде діяти пара сил (,) з моментом приблизно рівним ( - радіус катка), та врівноважуюча її пара сил (, ) з моментом . Із рівності моментів знаходимо
 ==> (1)
Поки , каток знаходиться в спокої, а коли  починається кочення. Величина , що входить до співвідношення (1) називається коефіцієнтом тертя кочення. Вимірюють величину , як правило, в сантиметрах. Значення коефіцієнта залежить від матеріалу тіл і визначається дослідним шляхом. Відношення для більшості матеріалів значно менше коефіцієнта тертя ковзання . Цим пояснюється те, що в техніці, коли це можливо, прагнуть замінити ковзання коченням (колеса, катки, кульові підшипники і т.п.).
Куля, що закріплена на довгій тонкій нитці (див. рис. 2), може кататись по похилій площині, при цьому нитка закручується. Якщо кулю відвести від положення рівноваги (вісь ) на кут і потім відпустити то вона буде коливатись, катаючись біля положення рівноваги.
Виведемо формулу, яка зв'яже зменшення амплітуди коливань з . При коченні кулі по площині сила тертя виконує роботу. Ця робота зменшує повну енергію кулі. Повна енергія складається з кінетичної та потенціальної енергії. У тих положеннях, де маятник максимально відхилений від положення рівноваги, його швидкість дорівнює нулю, а значить і кінетична енергія також дорівнює нулю. Ці точки називаються точками повороту. В них маятник зупиняється, повертається і рухається назад. У момент повороту енергія маятника дорівнює потенціальній енергії, тому зменшення потенціальної енергії маятника при його русі від однієї точки повороту до другої дорівнює роботі сили тертя на шляху між точками повороту.
Нехай А - точка повороту (рис. 2). У цьому положенні нитка маятника складає кут з віссю . Якби тертя не було, то через половину періоду маятник опинився б у точці В, а кут відхилення дорівнював би . Але із-за тертя куля трошки не докотиться до точки В і зупиниться в точці В1. Це і буде точка повороту. В цій точці кут нитки з віссю буде . За половину періоду кут повороту маятника зменшився на . Точка розміщена дещо нижче ніж точка і тому потенціальна енергія маятника в точці менше ніж у точці А. Отже, маятник втратив висоту при переміщенні з в . Знайдемо зв'язок між втратою кута і втратою висоти . З рис. 2 видно, що
(2) де - довжина нитки. Довжина дуги (3)
Оскільки вісь нахилена під кутом до горизонту, то проекція відрізка на вертикальну вісь і є втрата висоти .
(4)
Зміна потенціальної енергії між точками і -,(5)
де - маса кулі, - прискорення вільного падіння. Розглянемо роботу сили тертя:
-- -(6)
Оскільки , то
.(7)
Звідки маємо:
==.(8)
Врахуємо те, що ,  і, отже,
.(9)
Тоді із (8) маємо:
 ==> .(10)
Відмітимо те, що не залежить від кута , отже для коливань втрата кута буде:
.(11)
Звідки одержуємо розрахункову формулу
=(12)
Кути , в (12) необхідно брати в радіанах, - радіус кульки.
Опис експериментальної установки
До основи, оснащеній чотирма ніжками з регульованою висотою, закріплена колонка, до якої підвішена на нитці куля. У кронштейн по направляючим встановлюються зразки. Встановити кут нахилу площини необхідно так, як показано на рис. 3.
Проведення експерименту
1. Встановити досліджуваний плоский зразок.
2. Визначити довжину підвісу маятника . Виміряти діаметр кульки . Дані занести в таблицю 1.
3. Похиле плече приладу нахилити на кут 20 (дивиться рис. 3).
4. Кулю відхилити від положення рівноваги на кут 810 за шкалою, без поштовху відпустити маятник, і з цього моменту розпочати рахунок коливань. Записати в таблиці № 2-5 вибраний кут.
5. Виміряти період коливань маятника для числа повних коливань куль (як правило 10). Після того, як маятник зробить повних коливань, виміряти кут відхилення коливання маятника .
6. Вимірювання повторити по черзі для кутів 30 і 40. Для кожного кута вимірювання повторити тричі.
7. Пункти 4-7 повторити з іншими зразками. Результати вимірювань занести в таблиці № 2-5.
Таблиця № 1.
,см,см
Обробка результатів
1. За формулою (12) розрахувати .
2. Для кожного кута визначити середнє значення :
(13)
3. Оцінити абсолютну та відносну похибки за формулами:
;(14)
(15)
4. Остаточний результат представити у вигляді:
.(16) 5. За результатами обчислень зробити загальні висновки по всіх експериментах. Таблиці № 2-5.
Зразок№,см,cм,cм,%градрадградрадградрад1.2.3.4.5. Зразок№,см,cм,cм,%градрадградрадградрад1.2.3.4.5. Зразок№,см,cм,cм,%градрадградрадградрад1.2.3.4.5. Зразок№,см,cм,cм,%градрадградрадградрад1.2.3.4.5. Контрольні питання
1. Чому коефіцієнт тертя кочення має лінійну розмірність?
2. Від чого залежить коефіцієнт тертя кочення?
3. Поясніть відмінність між тертям кочення, тертям ковзання і тертям спокою.
Література
1. Дущенко В.П., Кучерук І.М. Загальна фізика: у 3-х кн. Кн. 1. Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка. - К.: Вища шк., 1995. - C. 68-71.
2. Бушок Г.Ф., Левандовський В.В., Півень Г.Ф. Курс фізики. У 2-х кн. Кн.1. Фізичні основи механіки. Електрика і магнетизм. - К.: Либідь, 2001. - с. 52-55.
3. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х томах. Т.1. Механика. Молекулярная физика.- М.: Наука, 1987. - с. 66-70.
4. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. В 3-х томах. Т.1. Механіка. Молекулярная фізика. - М.: Наука, 1974 - с. 129, с. 140-145, с. 285, с. 332.
5. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика. - М.: Просвещение, 1987. - с. 144-152.
6. Киттель Ч., Найт У., Рудерман М. Берклеївський курс фізики. Механика. - М.: Наука, 1975. - 232-234.
7. Фізичний практикум, ч.1.: Посібник (В.П.Дущенко, В.М.Барановський та інші). - К.: Вища школа, 1981.
8. Д.В. Сивухин. Общий курс физики, т.1. - М.: Наука, 1989.
9. С.Г. Каленков, Г.И. Соломахо. Практикум по физике. Механика, - М.: Высшая школа, 1990.
Лабораторна робота № 1-3
Лабораторна робота № 1-3
8
стор. 2 з 2
Херсонський державний технічний університет
Кафедра загальної та прикладної ф(зики
Дисципліна: фізика. Розділ "Механіка"
Склали Овчарук О.М., Шершень А.М., Дворник О.В. 17.03.2004.
стор. 1 з 1
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
67
Размер файла
596 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа