- •Министерство образования и науки рф
- •1. Краткие теоретические сведения
- •1.1. Сила трения
- •1.2. Энергия. Закон сохранения энергии
- •1.4 Движение тела, катящегося по наклонной плоскости
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •1. Эксперимент с поступательно движущимся телом
- •2. Эксперимент с вращающимся телом
- •4. Контрольные вопросы
- •Библиографический список
Министерство образования и науки рф
ФГБОУ ВПО РЫБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.А. СОЛОВЬЕВА
КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
|
УТВЕРЖДЕНО на заседании методического семинара кафедры ОиТФ « » 2013 г.
Зав.каф. Пиралишвили Ш. А. |
|
Лаборатория «Физические основы механики»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№ ФМ-4
Исследование законов движения тел
по наклонной плоскости
|
Переработано: к. т. н. доцент |
|
Каляева Н. А. _________ |
|
Рецензент: к. п. н., доцент Попкова Е. А. _________ |
Рыбинск 2013
Требования техники безопасности:
Необходимо выполнение общих требований безопасности, установленных в лаборатории.
Цель работы: проверка законов сохранения энергии для поступательного и вращательного движения тел по наклонной плоскости с учетом силы трения.
Приборы и оборудование:
Лабораторная наклонная плоскость;
Набор тел (брусок, сплошной цилиндр);
Электронный блок управления с секундомером;
Линейка;
Весы.
1. Краткие теоретические сведения
1.1. Сила трения
Силы трения появляются при перемещении соприкасающихся тел или их частей друг относительно друга. Трение, возникающее при относительном перемещении двух соприкасающихся тел, называется внешним; трение между частями одного и того же сплошного тела (например, жидкости или газа) носит название внутреннего трения.
Трение между поверхностями двух твердых тел при отсутствии какой-либо прослойки, например, смазки между ними, называется сухим. Трение между твердым телом и жидкой или газообразной средой, а также между слоями такой среды, называется вязким (или жидким).
Применительно к сухому трению различают трение покоя, трение скольжения и трение качения.
Трение покоя возникает при попытках вызвать скольжение одной поверхности твердого тела по другой. Рассмотрим два тела 1 и 2, из которых последнее закреплено неподвижно (рис. 1.1).
Рис. 1.1
Подействуем на тело 1 внешней силой , постепенно увеличивая ее модуль. Вначале тело 1 будет оставаться неподвижным. ПоII закону Ньютона это возможно в том случае, если сила уравновешивается некоторой силой , направленной по касательной к трущимся поверхностям противоположно силе . Сила и есть сила трения покоя. Она обусловлена действием опоры, на которой лежит тело, и согласно III закону Ньютона принимает значение, равное по модулю (= –). Когда модуль внешней силы (а следовательно, и модуль силы трения покоя) превысит значение, тело начинает скользить – трение покоя сменяется трением скольжения.
Рис. 1.2
Вертикальный участок графика, начинающийся в нуле и заканчивающийся при =, соответствует силе трения покоя.
Опытным путем установлено, что максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел и приблизительно пропорциональна модулю силы нормального давления , прижимающей трущиеся поверхности друг к другу:
. (1.1)
Безразмерный множитель называется коэффициентом трения покоя. Он зависит от природы и состояния трущихся поверхностей.
Аналогичная зависимость имеет место и для силы трения скольжения:
. (1.2)
Здесь – коэффициент трения скольжения, который является функцией скорости.
Заметим, что по III закону Ньютона сила нормального давления равна по модулю и противоположна по направлению силе нормальной реакции опоры(= –), следовательно, выражения (1.1) и (1.2) можно записать в виде:
и . (1.3)
Трение качения возникает между шарообразным или цилиндрическим телом и поверхностью, по которой оно катится. Сила трения качения также подчиняется закону (1.2), но коэффициент трения качения в этом случае бывает значительно меньшим, чем при скольжении.