Измерение коэффициента трения с помощью параллелепипеда.

Лабораторная работа (экспериментальная задача)
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ПАРАЛЛЕЛЕПИПЕДА
О б о р у д о в а н и е: деревянные бруски, нить, линейка с миллиметровыми делениями.
Цель работы: экспериментально определить коэффициент трения скольжения (сухого трения) и оценить правдоподобность полученного результата.
Содержание и метод выполнения работы
В случае соприкосновения твердых тел, как бы ни была мала скорость их относительного движения, силы трения всегда имеют конечную величину и сохраняют конечную
величину, когда относительная скорость движения падает до нуля.
Принято называть сухим трением силы трения, которые не обращаются в нуль, когда относительная скорость равна нулю, жидким трением – силы трения, которые обращаются в нуль вместе со скоростью. Сила трения, которая может существовать между соприкасающимися, но не движущимися телами, носит название трения покоя.
Величина и направление силы трения покоя определяются величиной и направлением той внешней силы, которая должна была бы вызвать скольжение. Сила трения покоя
всегда равна по величине и противоположна по направлению этой внешней силе.
Сила трения покоя может иметь разную величину и разное направление в плоскости
соприкосновения, но по величине не может превосходить некоторого определенного значения, которое называют максимальной силой трения покоя. До тех пор пока внешняя сила не превосходит максимальной силы трения покоя, скольжение не возникает. Силы трения покоя «автоматически» принимает такое значение, чтобы скольжение не возникало.
Законы
сухого
трения
были
сформулированы
а
Ш.О.Кулоном. Величина максимальной силы трения покоя Fтр
у
зависит от величины силы нормального давления между по
верхностями: Fтр = N, где N – сила нормального давления,  
А F
постоянный коэффициент, зависящий от состояния соприкаса
ющихся поверхностей. Этот коэффициент носит название коN
эффициента трения покоя. Закон Кулона соблюдается лишь
h
приблизительно и притом лучше для больших давлений, чем
для малых давлений.

Коэффициент трения можно определить следующим меFТ
B
тодом. Поставьте брусок торцом на горизонтальную поверх
Fтр
0
x
ность стола. Привяжите нить к бруску и потяните за нее. Если
нить привязана близко к поверхности стола (расстояние h от
Рис.
него до точки привязи мало) брусок будет скользить. При

определенной высоте h сила натяжения нити F опрокинет брусок.

На рисунке показаны силы, действующие на брусок: сила F , действующая со сто


роны нити, сила тяжести FТ , сила реакции опоры N и сила трения Fтр .
Уравнение равновесия (правило моментов сил) для данного случая относительно
точки опрокидывания В: Fh  mg
a
= 0.
2
Лабораторная работа (экспериментальная задача)
«Измерение коэффициента трения с помощью параллелепипеда»
2
По условию равновесия тела, не имеющего оси вращения, геометрическая сумма
сил, действующих на тело, равна нулю. Последнее условие в проекциях на оси координат
будет иметь вид: F – Fтр = 0, N – mg = 0.
а
.
Из этих выражений с учетом закона Кулона получим расчетную формулу:  
2h
Порядок выполнения работы
1. Подготовьте листы для отчета о проделанной работе с предварительными записями.
2. Поставьте брусок торцом на горизонтальную поверхность стола. Привяжите нить
к бруску и потяните за нее. Найдите методом подбора такое положение нити на поверхности бруска, при котором брусок опрокидывается при натяжении нити. Измерьте высоту,
на которой привязана нить.
3. Вычислите коэффициент трения по расчетной формуле.
4. Величины относительной и абсолютной погрешностей результата после проведе a h
ния одного опыта можно найти из следующего выражения:  
,



a
h
     .
5. Сделайте выводы о проделанной работе и оцените правдоподобность полученного
результата.
Дополнительное задание
Проведите аналогичные измерения и вычисления для нового бруска, имеющего другие линейные размеры.
Контрольные вопросы
1. К телу, находящемуся в покое на горизонтальной шероховатой поверхности, приложена горизонтальная сила определенной величины F. Какой может абсолютная величина силы трения?
2. Кубик, находящийся на доске, ускоренно движется вместе с доской. Какая сила
вызывает ускорение кубика?
3. Одинаковы ли будут ускорения тела, которое движется по наклонной плоскости
вверх или вниз при наличии силы трения?
4. Капля дождя, падая с большой высоты, испаряется. Ускоряется или замедляется
при этом ее движение?
Некоторые коэффициенты трения (ориентировочные значения)
Трущиеся материалы (при сухих поверхностях)
Бронза по бронзе
Дерево по дереву (в среднем)
Дерево по камню
Дуб по дубу (вдоль волокон)
Дуб по дубу (перпендикулярно волокнам)
Дерево по сухой земле
Кирпич по кирпичу
Лед по льду
Полозья деревянные по льду
Полозья металлические по льду
Сталь по льду (коньки)
Сталь по стали
Коэффициент трения
покоя
при движении
0,20
0,65
0,33
0,46-0,60
0,62
0,48
0,71
0,54
0,34
0,65
0,028
0,035
0,020
0,02-0,03
0,015
0,13
Лабораторная работа (экспериментальная задача)
«Измерение коэффициента трения с помощью параллелепипеда»
3