Коефіцієнт тертя і методи його розрахунку - лабораторна робота
Розрахунок тертя спокою, ковзання, і кочення
Розрахунок коефіцієнта тертя спокою
I глава. Теоретична частина
З тертям ми стикаємося на кожному кроці. Вірніше було б сказати, що без тертя ми й кроку ступити не можемо. Але незважаючи на ту велику роль, яку відіграє тертя в нашому житті, до сих пір не створена досить повна картина виникнення тертя. Це пов'язано навіть не з тим, що тертя має складну природу, а швидше з тим, що досліди з тертям дуже чутливі до обробки поверхні і тому важко відтворювані.
Існує зовнішнє і внутрішнє тертя (інакше зване в'язкістю). Зовнішнім називають такий вид тертя, при якому в місцях зіткнення твердих тіл виникають сили, що утрудняють взаємне переміщення тіл і спрямовані по дотичній до їх поверхонь.
Внутрішнім тертям (в'язкістю) називається вид тертя, що складається в тому, що при взаємному переміщенні. шарів рідини або газу між ними виникають дотичні сили, які перешкоджають такому переміщенню.
Зовнішнє тертя поділяють на тертя спокою (статичний тертя) і кінематичне тертя. Тертя спокою виникає між нерухомими твердими тілами, коли будь-яка з них намагаються зрушити з місця. Кинематическое тертя існує між взаємно дотичними рухомими твердими тілами. Кинематическое тертя, в свою чергу, підрозділяється на тертя ковзання і тертя кочення.
У житті людини сили тертя відіграють важливу роль. В одних випадках він їх використовує, а в інших бореться з ними. Сили тертя мають електромагнітну природу.
Якщо тіло ковзає по будь-якої поверхні, його руху перешкоджає сила тертя ковзання.
, де N - сила реакції опори, a μ - коефіцієнт тертя ковзання. Коефіцієнт μ залежить від матеріалу і якості обробки дотичних поверхонь і не залежить від ваги тіла. Коефіцієнт тертя визначається дослідним шляхом.
Сила тертя ковзання завжди направлена протилежно руху тіла. При зміні напрямку швидкості змінюється і напрямок сили тертя.
Сила тертя починає діяти на тіло, коли його намагаються зрушити з місця. Якщо зовнішня сила F менше твори μN, то тіло не буде зрушуватися - початку руху, як прийнято говорити, заважає сила тертя спокою. Тіло почне рух тільки тоді, коли зовнішня сила F перевищить максимальне значення, яке може мати сила тертя спокою
Тертя спокою - сила тертя, що перешкоджає виникненню руху одного тіла по поверхні іншого.
II глава. Практична частина
1. Розрахунок тертя спокою, ковзання і кочення
Грунтуючись на вищесказане, я, дослідному шляхом, знаходив силу тертя спокою, ковзання і кочення. Для цього я використовував кілька пар тіл, в результаті взаємодії яких буде виникати сила тертя, і прилад для вимірювання сили - динамометр.
Ось такі пари тел:
дерев'яний брусок у вигляді прямокутного параллепіпед певної маси і лакований дерев'яний стіл.
дерев'яний брусок у вигляді прямокутного параллепіпед з меншою ніж перший масою і лакований дерев'яний стіл.
дерев'яний брусок у вигляді циліндра певної маси і лакований дерев'яний стіл.
дерев'яний брусок у вигляді циліндра з меншою ніж перший масою і лакований дерев'яний стіл.
Після того як були проведені досліди - можна було зробити наступний висновок -
Сила тертя спокою, ковзання і кочення визначається дослідному шляхом.
Для 1) Fп = 0.6 Н, 2) Fп = 0.4 Н, 3) Fп = 0.2 Н, 4) Fп = 0.15 Н
Для 1) Fс = 0.52 Н, 2) Fс = 0.33 Н, 3) Fс = 0.15 Н, 4) Fс = 0.11 Н
Для 3) Fк = 0.14 Н, 4) Fк = 0.08 Н
Тим самим я визначив досвідченим шляхом всі три види зовнішнього тертя і отримав
Fп> Fс> Fк для одного і того ж тіла.
2. Розрахунок коефіцієнта тертя спокою
Але більшою мірою цікава не сила тертя, а коефіцієнт тертя. Як його обчислити і визначити? І я знайшов тільки два способи визначення сили тертя.
Перший спосіб: дуже простий. Знаючи формулу і визначивши досвідченим шляхом і N, можна визначити коефіцієнт тертя спокою, ковзання і 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 для обчислення коефіцієнта тертя ковзання і кочення виникають ряд труднощів.
Опис: Тіло знаходиться з іншим тілом в спокої. Потім кінець другого тіла на якому лежить перше тіло починають піднімати до тих пір поки перше тіло не зрушиться з місця.
= sin / cos = tg = BC / AC
На основі другого способу мною були обчислені деяке число коефіцієнтів тертя спокою.
Дерево по дереву:
АВ = 23,5 см; ВС = 13,5 см.
П = BC / AC = 13,5 / 23,5 = 0,57
2. Пінопласт по дереву:
АВ = 18,5 см; ВС = 21 см.
П = BC / AC = 21 / 18,5 = 1,1
3. Скло по дереву:
АВ = 24,3 см; ВС = 11 см.
П = BC / AC = 11 / 24,3 = 0,45
4. Алюміній по дереву:
АВ = 25,3 см; ВС = 10,5 см.
П = BC / AC = 10,5 / 25,3 = 0,41
5. Сталь по дереву:
АВ = 24,6 см; ВС = 11,3 см.
П = BC / AC = 11,3 / 24,6 = 0,46
6. Орг. Скло по дереву:
АВ = 25,1 см; ВС = 10,5 см.
П = BC / AC = 10,5 / 25,1 = 0,42
7. Графіт по дереву:
АВ = 23 см; ВС = 14,4 см.
П = BC / AC = 14,4 / 23 = 0,63
8. Алюміній по картоні:
АВ = 36,6 см; ВС = 17,5 см.
П = BC / AC = 17,5 / 36,6 = 0,48
9. Залізо по пластмасі:
АВ = 27,1 см; ВС = 11,5 см.
П = BC / AC = 11,5 / 27,1 = 0,43
10. Орг. Скло по пластику:
АВ = 26,4 см; ВС = 18,5 см.
П = BC / AC = 18,5 / 26,4 = 0,7
На основі своїх розрахунків і проведених експериментах я зробив висновок що П> C> К. що незаперечно відповідало теоретичної базі взятої з літератури. Результати моїх обчислень не вийшли за рамки табличних даних, а навіть доповнили їх, в результаті чого я розширив табличні значення коефіцієнтів тертя різних матеріалів.
1. Крагельський І.В. Добичін М.Н. Комбалу В.С. Основи розрахунків на тертя і знос. М. Машинобудування, 1977. 526 с.