Формула коефіцієнт тертя через масу та швидкість. Знаходимо силу тертя
Вимірювання коефіцієнта тертя ковзання необхідно провести двома способами.
1-й спосіб полягає у вимірі за допомогою динамометра сили, з якої потрібно тягнути брусок з вантажами по горизонтальній поверхні, щоб він рухався рівномірно. Ця сила дорівнює по абсолютній величині силі тертя, що діє на брусок. За допомогою того ж динамометра можна знайти вагу бруска про вантажі Р. Ця вага дорівнює силі нормального тискубруска на поверхню, якою він ковзає. Визначивши в такий спосіб можна знайти коефіцієнт тертя. Він дорівнює:
2-й спосіб вимірювання коефіцієнта тертя дозволяє визначати досвіді не сили, а довжини відрізків. Для цього використовують рівновагу бруска, що знаходиться на похилій площині.
Якщо брусок знаходиться в рівновазі на похилій площині, то сила нормального тиску бруска на площину дорівнює складовій сили тяжіння перпендикулярної похилій площині (рис. 213). А сила тертя по абсолютній величині дорівнює складовій сили тяжіння, паралельній похилій площині.
Досвід полягає в тому, щоб, поступово збільшуючи кут нахилу площини, знайти такий кут, при якому брусок тільки «чіпається з місця». При цьому сила тертя буде дорівнювати максимальній силі тертя спокою:
де - Сила тиску бруска на площину Так як при цьому т. е.
Неважко показати, що
Це випливає з подоби трикутників. Тому коефіцієнт тертя дорівнює:
З цієї формули видно, що для того, щоб знайти коефіцієнт тертя, достатньо виміряти висоту і основу похилої площини, якими визначається нахил площини, при якому починається ковзання бруска.
Прилади та матеріали: 1) лінійка, 2) вимірювальна стрічка,
3) динамометр; 4) дерев'яний брусок 5) набір вантажів; 6) штатив з муфтами та лапкою.
Порядок виконання роботи
1. Покласти брусок на горизонтальну дерев'яну лінійку. На брусок поставити вантаж.
2. Прикріпивши до бруска динамометр, якомога рівномірніше тягнути його вздовж лінійки. Помітити показання динамометра.
3. Зважити брусок та вантаж.
4. За формулою визначити коефіцієнт тертя.
5. Повторити досвід, поклавши на брусок кілька вантажів.
6. Знайти середнє арифметичне значення коефіцієнтів тертя, знайдених у різних дослідах.
7. Знайти помилку кожного з дослідів - різницю між і значеннями отриманими в різних дослідах.
8. Визначити середнє арифметичне помилок дослідів
9. Скласти таблицю результатів дослідів:
10. Записати результат вимірів у вигляді
11. Поклавши лінійку на брусок з вантажами, повільно змінювати її нахил, піднімаючи її кінець, доки брусок не почне ковзати вздовж лінійки.
Науково-практична конференція
Коефіцієнт тертя і м етоди його розрахунку
Пенза 2010 р.
І глава. Теоретична частина
1. Види тертя, коефіцієнт тертя
II розділ. Практична частина
Розрахунок тертя спокою, ковзання та кочення
Розрахунок коефіцієнта тертя спокою
Список літератури
І глава. Теоретична частина
1. Види тертя, коефіцієнт тертя
З тертям ми стикаємося на кожному кроці. Точніше було б сказати, що без тертя ми й кроку ступити не можемо. Але незважаючи на ту велику роль, яку відіграє тертя в нашому житті, досі не створено достатньо повної картини виникнення тертя. Це навіть не з тим, що тертя має складну природу, а скоріше з тим, що досліди з тертям дуже чутливі до обробки поверхні і тому важко відтворюватися.
Існує зовнішнєі внутрішнє тертя (інакше званев'язкістю ). Зовнішнім називають такий вид тертя, при якому в місцях зіткнення твердих тіл виникають сили, що ускладнюють взаємне переміщення тіл і спрямовані щодо їх поверхонь.
Внутрішнім тертям (В'язкістю) називається вид тертя, що полягає в тому, що при взаємному переміщенні. шарів рідини чи газу між ними виникають дотичні сили, що перешкоджають такому переміщенню.
Зовнішнє тертя поділяють натертя спокою (статичне тертя ) та кінематичне тертя . Тертя спокою виникає між нерухомими твердими тілами, коли якесь із них намагаються зрушити з місця. Кінематичне тертя існує між твердими тілами, що взаємно стикаються рухомими. Кінематичне тертя, у свою чергу, поділяється натертя ковзання і тертя кочення .
У житті сили тертя відіграють важливу роль. В одних випадках він використовує їх, а в інших бореться з ними. Сили тертя мають електромагнітну природу.
Якщо тіло ковзає по будь-якій поверхні, його руху перешкоджаєсила тертя ковзання.
Де N - сила реакції опори, aμ - Коефіцієнт тертя ковзання. Коефіцієнтμ залежить від матеріалу і якості обробки поверхонь, що стикаються, і не залежить від ваги тіла. Коефіцієнт тертя визначається дослідним шляхом.
Сила тертя ковзання завжди спрямована протилежно до руху тіла. При зміні напрямку швидкості змінюється напрям сили тертя.
Сила тертя починає діяти на тіло, коли його намагаються зрушити з місця. Якщо зовнішня силаF менше творуμN, те тіло не зрушуватиметься - початку руху, як заведено говорити, заважає сила тертя спокою. Тіло почне рух лише тоді, коли зовнішня силаF перевищить максимальне значення, яке може мати сила тертя спокою
Тертя спокою – сила тертя, що перешкоджає виникненню руху одного тіла поверхнею іншого.
II розділ. Практична частина
1. Розрахунок тертя спокою, ковзання та кочення
Грунтуючись на сказане вище, я, досвідченим шляхом, знаходив силу тертя спокою, ковзання і кочення. Для цього я використовував кілька пар тіл, у результаті взаємодії яких виникатиме сила тертя, і прилад для вимірювання сили – динамометр.
Ось такі пари тіл:
дерев'яний брусок у вигляді прямокутного паралепіпеда певної маси та лакований дерев'яний стіл.
дерев'яний брусок у вигляді прямокутного паралепіпеда з меншою ніж першою масою та лакований дерев'яний стіл.
дерев'яний брусок у вигляді циліндра певної маси та лакований дерев'яний стіл.
дерев'яний брусок у вигляді циліндра з меншою ніж першою масою та лакований дерев'яний стіл.
Після того, як були проведені досліди – можна було зробити наступний висновок –
Сила тертя спокою, ковзання та кочення визначається досвідченим шляхом.
Тертя спокою:
Для 1) Fп = 0.6 Н, 2) Fп = 0.4 Н, 3) Fп = 0.2 Н, 4) Fп = 0.15 Н
Тертя ковзання:
Для 1) Fс = 0.52 Н, 2) Fс = 0.33 Н, 3) Fс = 0.15 Н, 4) Fс = 0.11 Н
Тертя кочення:
Для 3) Fк = 0.14 Н, 4) Fк = 0.08 Н
Тим самим я визначив досвідченим шляхом усі три види зовнішнього тертя і отримав що
Fп> Fс> Fк для одного і того ж тіла.
2. Розрахунок коефіцієнта тертя спокою
Але більшою мірою цікава сила тертя, а коефіцієнт тертя. Як його обчислити та визначити? І я знайшов лише два способи визначення сили тертя.
Перший спосіб: дуже простий. Знаючи формулу та визначивши дослідним шляхом і N, можна визначити коефіцієнт тертя спокою, ковзання та кочення.
1) N 0,81 Н, 2) N 0,56 Н, 3) N 2,3 Н, 4) N 1,75
Коефіцієнт тертя спокою:
= 0,74; 2) = 0,71; 3) = 0,087; 4) = 0,084;
Коефіцієнт тертя ковзання:
= 0,64; 2) = 0,59; 3) = 0,063; 4) = 0,063
Коефіцієнт тертя кочення:
3) = 0,06; 4) = 0,055;
Звіряючись з табличними даними, я підтвердив вірність своїх значень.
Але також дуже цікавий другий спосіб знаходження коефіцієнта тертя.
Але цей спосіб добре визначає коефіцієнт тертя спокою, а обчислення коефіцієнта тертя ковзання і кочення виникають ряд труднощів.
Опис: Тіло знаходиться з іншим тілом у спокої. Потім кінець другого тіла на якому лежить перше тіло починають піднімати доти, доки перше тіло не зрушить з місця.
= sin /cos =tg =BC/AC
На основі другого способу мною було обчислено деяку кількість коефіцієнтів тертя спокою.
Дерево по дереву:
АВ = 23,5 см; НД = 13,5 см.
П = BC/AC = 13,5/23,5 = 0,57
2. Пінопласт по дереву:
АВ = 18,5 см; НД = 21 см.
П = BC/AC = 21/18,5 = 1,1
3. Скло по дереву:
АВ = 24,3 см; НД = 11 см.
П = BC/AC = 11/24,3 = 0,45
4. Алюміній по дереву:
АВ = 25,3 см; НД = 10,5 см.
П = BC/AC = 10,5/25,3 = 0,41
5. Сталь по дереву:
АВ = 24,6 см; НД = 11,3 см.
П = BC/AC = 11,3/24,6 = 0,46
6. Орг. Скло по дереву:
АВ = 25,1 см; НД = 10,5 см.
П = BC/AC = 10,5/25,1 = 0,42
7. Графіт по дереву:
АВ = 23 см; НД = 14,4 см.
П = BC/AC = 14,4/23 = 0,63
8. Алюміній по картону:
АВ = 36,6 см; НД = 17,5 см.
П = BC/AC = 17,5/36,6 = 0,48
9. Залізо по пластмасі:
АВ = 27,1 см; НД = 11,5 см.
П = BC/AC = 11,5/27,1 = 0,43
10. Орг. Скло по пластику:
АВ = 26,4 см; НД = 18,5 см.
П = BC/AC = 18,5/26,4 = 0,7
На основі своїх розрахунків та проведених експериментах я зробив висновок що П > C > К , що безперечно відповідало теоретичній основі взятої з літератури. Результати моїх обчислень не вийшли за межі табличних даних, а навіть доповнили їх, внаслідок чого я розширив табличні значення коефіцієнтів тертя різних матеріалів.
Література
1. Крагельський І.В., Добичин М.М., Комбалов В.С. Основи розрахунків на тертя та знос. М: Машинобудування, 1977. 526 с.
Фролов, К. Ст (ред.):Сучасна трибологія: Підсумки та перспективи. Вид-во ЛКІ, 2008 р.
Єлькін В.І. "Незвичайні навчальні матеріали з фізики". "Фізика у школі" бібліотека журналу, №16, 2000.
Мудрість тисячоліть. Енциклопедія. Москва, Олма - прес, 2006.
Тертя є тим фізичним процесом, без якого не міг би існувати сам рух у нашому світі. У фізиці для обчислення абсолютного значення сили тертя необхідно знати спеціальний коефіцієнт для аналізованих поверхонь, що труться. На це запитання дасть відповідь ця стаття.
Тертя у фізиці
Перш ніж відповідати питанням, як коефіцієнт тертя знаходити, необхідно розглянути, що таке тертя і який силою воно характеризується.
У фізиці виділяють три види цього процесу, що протікає між жорсткими об'єктами. Це ковзання та кочення. Тертя спокою виникає завжди, коли зовнішня сила намагається зрушити з місця об'єкт. Ковзання тертя, судячи з назви, виникає при ковзанні однієї поверхні по іншій. Нарешті, кочення тертя з'являється, коли круглий об'єкт (колесо, кулька) котиться деякою поверхнею.
Поєднує всі види той факт, що вони перешкоджають будь-якому руху і точка застосування їх сил знаходиться в області контакту поверхонь двох об'єктів. Також усі ці види переводять механічну енергію у тепло.
Причинами сил тертя ковзання та спокою є шорсткість мікроскопічного масштабу на поверхнях, що труться. Крім того, ці види обумовлені диполь-дипольним та іншими видами взаємодій між атомами і молекулами, які утворюють тіла, що труться.
Причина кочення тертя пов'язана з гістерезисом пружної деформації, яка з'являється в точці контакту об'єкта, що котиться, і поверхні.
Сила тертя та коефіцієнт тертя
Усі три виду сил твердого тертя описуються виразами, що мають одну й ту саму форму. Наведемо її:
Тут N - сила, що діє перпендикулярно поверхні на тіло. Вона називається реакцією опори. Розмір t - називається коефіцієнтом відповідного виду тертя.
Коефіцієнти для тертя ковзання та спокою є величинами безрозмірними. Це можна зрозуміти, якщо подивитися на рівність сили тертя та тертя коефіцієнта. Ліва частина рівності виявляється у ньютонах, права частина також виявляється у ньютонах, оскільки величина N - це сила.
Що стосується кочення тертя, то коефіцієнт для нього теж буде величиною безрозмірною, проте він визначається у вигляді відношення лінійної характеристики пружної деформації до радіусу об'єкта, що котиться.
Слід сказати, що типовими значеннями коефіцієнтів тертя ковзання та спокою є десяті частки одиниці. Для цього коефіцієнт відповідає сотим і тисячним часткам одиниці.
Як знаходити коефіцієнт тертя?
Коефіцієнт µ t залежить від ряду факторів, які складно врахувати математично. Перерахуємо деякі з них:
- матеріал тертьових поверхонь;
- якість обробки поверхні;
- наявність на ній бруду, води тощо;
- температури поверхонь.
Тому формули для µ t немає, і його доводиться вимірювати експериментально. Щоб зрозуміти, як коефіцієнт тертя знаходити, слід виразити його з формули для F t . Маємо:
Виходить, що для знання µ t необхідно знайти тертя силу та реакцію опори.
Відповідний експеримент виконують наступним чином:
- Беруть тіло та площину, наприклад, виготовлені з дерева.
- Чіпляють динамометр до тіла і рівномірно переміщують його поверхнею.
При цьому динамометр показує деяку силу, що дорівнює F t . дорівнює вазі тіла на горизонтальній поверхні.
Описаний спосіб дозволяє зрозуміти, чому дорівнює коефіцієнт тертя спокою та ковзання. Аналогічно можна експериментально визначити µ t кочення.
Інший експериментальний методвизначення µ t наводиться у формі завдання у наступному пункті.
Завдання на обчислення µt
Дерев'яний брусзнаходиться на скляній поверхні. Нахиляючи плавно поверхню, встановили, що ковзання бруса починається при куті нахилу 15 o . Чому дорівнює коефіцієнт тертя спокою для пари дерево-скло?
Коли брус знаходився на похилій площині при 15 o то спокою сила тертя для нього мала максимальне значення. Вона дорівнює:
Сила N визначається за такою формулою:
Застосовуючи формулу для µ t отримуємо:
µ t = F t /N = m*g*sin(α)/(m*g*cos(α)) = tg(α).
Підставляючи кут α, приходимо до відповіді: µ t = 0,27.
Якщо брусок тягнуть за допомогою динамометра з постійною швидкістю, динамометр показує модуль сили тертя ковзання (F тр). Тут сила пружності пружини динамометра врівноважує силу тертя ковзання.
З іншого боку, сила тертя ковзання залежить від сили нормальної реакції опори (N), що виникає внаслідок дії ваги тіла. Чим вага більша, тим більша сила нормальної реакції. І що більше сила нормальної реакції, то більше вписувалося сила тертя. Між цими силами існує пряма пропорційна залежність, яку можна сказати формулою:
Тут μ – це коефіцієнт тертя. Він показує, як саме сила тертя ковзання залежить від сили нормальної реакції (або, можна сказати, від ваги тіла), яку від неї становить. Коефіцієнт тертя – безрозмірна величина. Для різних пар поверхонь має різне значення.
Так, наприклад, дерев'яні предмети труться один з одним з коефіцієнтом від 0,2 до 0,5 (залежно від виду дерев'яних поверхонь). Це означає, що якщо сила нормальної реакції опори 1 Н, то при русі сила тертя ковзання може становити значення, що лежить у проміжку від 0,2 до 0,5 Н.
З формули F тр = μN випливає, що знаючи сили тертя та нормальної реакції, можна визначити коефіцієнт тертя для будь-яких поверхонь:
Сила нормальної реакції опори залежить від ваги тіла. Вона дорівнює йому за модулем, але протилежна за напрямом. Вагу тіла (P) можна обчислити, знаючи масу тіла. Таким чином, якщо не враховувати векторність величин можна записати, що N = P = mg. Тоді коефіцієнт тертя знаходиться за формулою:
μ = F тр /(mg)
Наприклад, якщо відомо, що сила тертя тіла масою 5 кг, що рухається поверхнею, дорівнює 12 Н, то можна знайти коефіцієнт тертя: μ = 12 Н / (5 кг ∙ 9,8 Н/кг) = 12 Н / 49 Н ≈ 0,245.
Лабораторна робота № 3 «Вимірювання коефіцієнтатертя ковзання»
Мета роботи: знайти коефіцієнт тертя деревного бруска, що ковзає по деревній лінійці, використовуючи формулу F тр = = μР. За допомогою динамометра визначають силу, з якої потрібно тягнути брусок з вантажами по горизонтальній поверхні те щоб він рухався рівномірно. Ця сила дорівнює за модулем силою тертя F тp , що діє на брусок. За допомогою того ж динамометра можна знайти вагу бруска з вантажем. Ця вага по модулю дорівнює силі звичайного тиску N бруска на поверхню, якою він ковзає. Визначивши таким чином значення сили тертя при різних значенняхсили звичайного тиску, потрібно побудувати графік залежності F тр від Р і знайтисереднє значення коефіцієнта тертя(Див. роботу № 2).
Коефіцієнт тертя - Фізика в дослідах та експериментах
Головним вимірювальним пристроєму цій роботі є динамометр. Динамометр має похибку Δ д =0,05 Н. Вона дорівнює похибці вимірювання, якщо покажчик збігається зі штрихом шкали. Якщо покажчик у процесі виміру не збігається зі штрихом шкали (чи коливається), то похибка виміру сили дорівнює ΔF = = 0,1 Н.
Засоби виміру: динамометр.
Матеріали: 1) дерев'яний брусок; 2) дерев'яна лінійка; 3) набір вантажів.
Порядок виконання.
1. Покладіть брусок на горизонтальну деревну лінійку. На брусок поставте вантаж.
2. Прикріпивши до бруска динамометр, якомога помірніше тягніть його вздовж лінійки. Заміряйте при цьому показ динамометра.
3. Зважте брусок та вантаж.
4. До першого вантажу додайте другий, третій вантажі, щоразу зважуючи брусок і вантажі і вимірюючи силу тертя.
За результатами вимірів заповніть таблицю:
5. За результатами вимірювань побудуйте графік залежності сили тертя від сили тиску та, користуючись ним, зумовіть середнє значення коефіцієнтатертя μ ср (див. роботу № 2).
6. Вирахуйте найвищу відносну похибку вимірювання коефіцієнта тертя. Тому що.
(Див. формулу (1) роботи № 2).
З формули (1) випливає, що з більшою похибкою виміряний коефіцієнт тертя в досвіді з одним вантажем (бо в даному випадкузнаменники мають менше значення).
7. Знайдіть абсолютну похибку.
і запишіть відповідь у вигляді:
Потрібно знайти коефіцієнт тертя ковзання деревного бруска, що ковзає по дерев'яній лінійці.
Сила тертя ковзання.
де N – реакція опори; μ - до.
ефект тертя ковзання, звідки μ = F тр / N;
Сила тертя по модулю дорівнює силі, спрямованій паралельно поверхні ковзання, яка потрібна для рівномірного переміщення бруска з вантажем. Реакція опори по модулю дорівнює вазі бруска з вантажем. Вимірювання обох сил проводять за допомогою шкільного динамометра. При переміщенні бруска по лінійці важливо досягти рівномірного його руху, щоб показання динамометра залишалися постійними і їх можна було точніше визначити.
Вага бруска з вантажем Р, Н.
Розрахуємо відносну похибку:
Видно, що відносна похибка буде у досвіді з мінімальним вантажем, т.к. знаменник менший.
Розрахуємо абсолютну похибку.
Отриманий в результаті дослідів коефіцієнт тертя ковзання можна записати як: μ = 0,35 ± 0,05.
Виділіть її мишкою та натисніть CTRL ENTER.
Велике дякую всім, хто допомагає робити веб-сайт краще! =)
Тези
Як знайти силу тертя ковзання f тертя формули. Формула сили тертя. Вона існує завжди, тому що абсолютно гладких тіл не буває. Знайти силу тертя. Коефіцієнт тертя. Знаходимо силу тертя. Формула сили тертя. Деталі автомобілів без мастила Перед тим як знайти силу тертя, Коефіцієнта тертя. Сила тертя. Сили тертя, як і в багатьох випадках приблизно силу тертя ковзанняможна, можливо. КОЕФІЦІЄНТ ТРЕННЯ - це Що таке КОЕФІЦІЄНТ ТРЕННЯ? Якщо позначити вагу предмета як N, а коефіцієнт ТРЕННЯ m спокою визначає силу. Коефіцієнт тертя Цю силутреба подолати різної товщини – як. Лабораторна робота №3 «Вимірювання коефіцієнта тертя. ГДЗ до Лабораторна робота № 3 «Вимірювання коефіцієнта тертя як можна силутертя. Відповіді Лаб. Визначення коефіцієнта тертяЯк за допомогою лінійки, силу важкості у напрямках. Не будь тертя - начебто ми З урахуванням коефіцієнта тертяОбчислюємо нормальну чинність f.