Меню

Опыт измерение коэффициента трения скольжения



Лабораторная работа № 3 «Измерение коэффициента трения скольжения»

Цель работы: определить коэффициент трения деревянного бруска, скользящего по деревянной линейке, используя формулу Fтр = = μР. С помощью динамометра измеряют силу, с которой нужно тянуть брусок с грузами по горизонтальной поверхности так, чтобы он двигался равномерно. Эта сила равна по модулю силе трения Fтp, действующей на брусок. С помощью того же динамометра можно найти вес бруска с грузом. Этот вес по модулю равен силе нормального давления N бруска на поверхность, по которой он скользит. Определив таким образом значения силы трения при различных значениях силы нормального давления, необходимо построить график зависимости Fтр от Р и найти среднее значение коэффициента трения (см. работу № 2).

Основным измерительным прибором в этой работе является динамометр. Динамометр имеет погрешность Δд =0,05 Н. Она и равна погрешности измерения, если указатель совпадает со штрихом шкалы. Если же указатель в процессе измерения не совпадает со штрихом шкалы (или колеблется), то погрешность измерения силы равна ΔF = = 0,1 Н.

Средства измерения: динамометр.

Материалы: 1) деревянный брусок; 2) деревянная линейка; 3) набор грузов.

Порядок выполнения работы

1. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз.

2. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Замерьте при этом показание динамометра.

3. Взвесьте брусок и груз.

4. К первому грузу добавьте второй, третий грузы, каждый раз взвешивая брусок и грузы и измеряя силу трения.

По результатам измерений заполните таблицу:

Источник

Лабораторная работа «Измерение коэффициента трения скольжения различными способами». 10 класс, профиль

Формат оформления работы достаточно сложен, так как содержит текстовую и графическую части, поэтому полную версию шаблона — методического пособия для выполнения лабораторной работы представила в формате PDF-файла.

Лабораторная работа № 3 «Измерение коэффициента трения скольжения»

Проводится Инструктаж по технике безопасности при выполнении работы . (1 мин)

Цель: Сравнить результаты расчетов величин коэффициента трения скольжения, полученных при выполнении лабораторной работы различными способами.

Оборудование: брусок деревянный, динамометр лабораторный, грузы известной массы, деревянная рейка (линейка) — наклонная плоскость.

Повторим теорию: [1]

(записываем определения, отвечаем на вопросы. Курсивом – ожидаемые ответы)

1. Коэффициент трения скольжения — ( коэффициент пропорциональности между величинами силы нормального давления тела на опору и силы трения)

2. Как определить силу нормального давления бруска для лабораторной работы? – (для этого необходимо определить вес бруска, используя динамометр)

3. Формула для вычисления коэффициента трения скольжения: ( )

4. Единица измерения коэффициента трения скольжения – ( безразмерная )

5. Изобразите на наклонной плоскости брусок, укажите все силы, действующие на него, величины, необходимые для расчета коэффициента трения скольжения в лабораторной работе.

6. Можно ли, используя предложенный график, определить μ? Если «да», то он равен: ____

Часть 1. Расчет коэффициента трения скольжения при движении тела по горизонтальной плоскости.

Схема выполнения первого варианта работы – на рисунке.

1. Прикрепив крючок динамометра к бруску, определите величину силы тяги при равномерном движении бруска по горизонтальной поверхности.

2. Повторите опыт, поочередно нагружая брусок грузами (одним, двумя, тремя).

3. Результаты измерений занесите в таблицу:

Коэффициент трения, μ

Брусок + 2 груза

Брусок + 3 груза

4. По результатам опытов постройте график, в котором значение μ соответствует рассчитанному значению коэффициента трения скольжения.

5. *Предложите собственные способы измерения других видов силы трения в условиях лабораторной работы. Какое оборудование дополнительно для этого вам понадобится?

Часть 2. Расчет коэффициента трения скольжения при движении тела по наклонной плоскости.

Примерная схема выполнения этого варианта работы (базовый уровень) – на рисунке (в PDF-файле).

Можно выполнить эту часть работы без использования такого измерительного инструмента, как динамометр. Для этого:

1. На краю рабочей поверхности – небольшой ширины деревянной рейки (линейки) помещаем брусок и неспешно приподнимаем второй конец рейки до тех пор, пока брусок не начнет соскальзывать, двигаясь равномерно, по поверхности.

Читайте также:  Способ измерения давления твердого тела

2. Необходимо в этот момент зафиксировать положение рейки (линейки) для того, чтобы измерить высоту подъема его края над горизонтальной поверхностью.

3. Оцените угол подъема плоскости, по которой равномерно скользит брусок, над горизонтальной поверхностью. (Подумайте, как это сделать!)

4. *Используя рисунок, выполненный вами к заданию 5 (повторим теорию), запишите в проекциях на оси ОХ и ОУ (на основе законов Ньютона) уравнения равномерного движения бруска.

5. Решая эти уравнения, определите величину коэффициента трения скольжения деревянного бруска по наклонной плоскости. [ 2]

6. *Составьте и решите задачу, используя значения, полученные в лабораторной работе, вычисляя коэффициент трения при скольжении деревянного бруска по рейке.

Часть 3. Оценка погрешностей измерения

Оценка абсолютной погрешности измерения коэффициента трения (по результатам 1 части)

Выберите удобный для себя способ расчета значения коэффициента (1.1. или 1.2.):

1. Используя данные графика, построенного по результатам измерения части 1 (п.5), определите значение μ как тангенс угла наклона прямой (графика) к оси абсцисс.

2. Для вычисления значения μ можно выбрать произвольную точку с удобными координатами, и вычислить значение коэффициента как соотношение:

3. Минимальное значение коэффициента трения скольжения можно рассчитать, если через экспериментально полученную точку и начало координат провести прямую линию, расположенную под наименьшим углом к горизонтали. Тогда μ min = tg α min ;

4. Результат вычислений с учетом погрешности запишите в виде: μ ± Δμ = ______

Оценка относительной погрешности измерения коэффициента трения (по результатам 2 части)

1. Длина рейки, используемой в части 2, l =_______ (м), принимая Δ l = ____ (м)

2. Высота подъема края рейки (линейки) при равномерном скольжении бруска по ней: . h =_____ (м), принимая Δh = ______ (м)

3. Значение коэффициента μ можно рассчитать по формуле: μ =

4. Тогда относительная погрешность косвенных измерений коэффициента трения скольжения:

ɛ = = + ; ɛ =________

5. Тогда абсолютная погрешность измерения коэффициента трения: Δμ = μ∙ɛ = ______

6. Окончательный результат запишем в виде: μ ± Δμ = ______

Сравнивая значения μ, полученные в различных опытах, сделайте и запишите ВЫВОД: ________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________

1. Касьянов Физика-10. Углубленный уровень. Дрофа, 2016,

Источник

Практикум «Способы определения коэффициента трения скольжения»

Разделы: Физика

(Занятие каникулярной школы для учащихся 8–9 кл.)

  • Активизация мыслительной деятельности учащихся.
  • Формирование обобщенного умения проводить физические измерения.
  • Формирование обобщенного умения проводить экспериментальную проверку физических закономерностей.
  • Формирование умения систематизировать полученные результаты в виде таблицы, умение делать вывод на основе эксперимента.

Организация проведения практикума: Все учащиеся принимающие участие в работе практикума делятся на группы. Каждая группа учащихся получает задание с кратким описанием работы.

По окончании выполнения работы учащимся необходимо составить отчет. Отчет состоит из таблицы, вычисления искомой величины и ее погрешности, вывода по работе.

I. Вступительное слово учителя:

Если положить на горизонтальную поверхность брусок и подействовать на него с достаточной силой в горизонтальном направлении, то брусок станет двигаться. Нетрудно убедиться, что в этом случае на брусок действуют четыре силы: в вертикальном направлении – сила тяжести P и сила реакции опоры Q, равные по модулю противоположные по направлению; в горизонтальном направлении – сила тяги F и противоположная по направлению сила трения Fmp.

Чтобы брусок двигался равномерно и прямолинейно, нужно, чтобы модуль силы тяги был равен модулю силы трения.

На этом основан метод измерения силы трения. Следует приложить к бруску силу тяги, которая будет поддерживать равномерное прямолинейное движение этого тела. По этой силе тяги определяют модуль силы трения.

Задание группе I.

Определите коэффициент трения скольжения при движении бруска по горизонтальной поверхности стола.

Оборудование: трибометр, деревянная линейка, деревянный бруска с тремя отверстиями; динамометр; набор грузов по механике.

Порядок выполнения работы.

  1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.
  2. Измерьте вес бруска при помощи динамометра. Результат измерения веса запишите в таблицу.
  3. Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по столу. Для этого перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра.
  4. Результат измерения запишите в таблицу.
  5. Нагружая брусок одним, двумя и тремя грузами, измерьте в каждом случае силу трения. Данные занесите в таблицу.
  6. Вычислите коэффициент трения скольжения
  7. Определите инструментальную погрешность коэффициента трения.
  8. Сделайте вывод.
Читайте также:  Все типовые измерения женской фигуры

Легко убедиться, что в случае движения тела по горизонтальной поверхности сила нормального давления равна силе тяжести, действующей на это тело: N = P. Это позволяет вычислить коэффициент трения:

Цена деления шкалы динамометра, ц.д = 0,1 Н.

1. Определили вес бруска и груза с помощью динамометра, записали в таблицу.

2. Двигая брусок равномерно по деревянной линейке, определили силу тяги, которая равна силе трения. Записали ее значение в таблицу.

Количество грузов Fтр, H P, H µ
Без груза 0,6 ± 0,1
Один груз 0,3 ± 0,1 1,6 ± 0,1 0,18 ± 0,06
Два груза 0,5 ± 0,1 2,6 ± 0,1 0,19 ± 0,04
Три груза 0,7 ± 0,1 3,6 ± 0,1 0,19 ± 0,03

3. Определили коэффициент трения для каждого измерения силы трения, занесли их в таблицу.

4. Определили погрешность измерения для каждого значения коэффициента силы трения.

1. Коэффициент трения равен 0,2.
2. Инструментальная погрешность измерения равна 0,06.
3. Коэффициент трения скольжения при взаимном движении тела по поверхности стола является величиной постоянной не зависящей от силы нормального давления.

2. Сравните коэффициент трения покоя, скольжения и качения. Сделайте вывод.

Оборудование: динамометр, брусок деревянный, грузы с двумя крючками – 2 шт., карандаши круглые – 2 шт.

Порядок выполнения работы.

1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.

2. Измерьте вес бруска с двумя грузами при помощи динамометра. Результат измерения веса запишите в тетрадь.

3. Измерьте максимальную силу трения покоя бруска по столу. Для этого положите брусок на стол, а на брусок два груза; к бруску прицепите динамометр и приведите брусок с грузами в движение. Запишите показания динамометра, соответствующее началу движения бруска.

4. Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по столу. Для этого перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра. Результат измерения силы запишите в тетрадь.

5. Измерьте силу трения качения бруска по столу. Для этого положите брусок с двумя грузами на два круглых карандаша и перемещайте равномерно брусок по столу при помощи динамометра. Результат измерения силы запишите в тетрадь.

6. Сделайте вывод о том, какая сила больше:
а) вес тела или максимальная сила трения покоя?
б) максимальная сила трения покоя или сила трения скольжения?
в) сила трения скольжения или сила трения качения?

7. Сравните коэффициент трения покоя, трения скольжения и трения качения.

Цена деления шкалы динамометра, ц.д = 0,1 Н.

Вид трения Fтр, H P, H µ
Трение покоя 0,9 ± 0,1 2,6 ± 0,1 0,35
Трение скольжения 0,5 ± 0,1 2,6 ± 0,1 0,19
Трение качения 0,1 ± 0,1 2,6 ± 0,1 0,04

а) Вес тела больше чем максимальная сила трения покоя.

б) Максимальная сила трения покоя больше чем сила трения скольжения.

в) Сила трения скольжения больше чем сила трения качения.

г) При неизменном весе тела, наименьшее значение коэффициент трения имеет при качении тела, а наибольшее в случае покоя.

3. Определите коэффициент трения скольжения при движении бруска вдоль поверхности резины, нешлифованной деревянной рейки, наждачной бумаги.

Оборудование: динамометр, брусок деревянный, грузы с двумя крючками – 2 шт., отрез линолеума, деревянная нешлифованная рейка, наждачная бумага.

Порядок выполнения работы.

1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.
2. Измерьте вес бруска при помощи динамометра. Результат измерения веса запишите в таблицу.
3. Измерьте силу трения скольжения бруска с грузами по поверхности резины, деревянной нешлифованной линейки и по поверхности наждачной бумаги. Для этого перемещайте брусок с грузами равномерно по столу при помощи динамометра. Результат измерения запишите в таблицу.
4. Вычислите коэффициент трения скольжения.
5. Сделайте вывод.

Читайте также:  Термометры сопротивления применяются для измерения температуры

Цена деления шкалы динамометра, ц.д = 0,1 Н.

Виды трущихся поверхностей Fтр, H P, H µ
Дерево по дереву (гладкая поверхность) 0,5 ± 0,1 2,6 ± 0,1 0,19
Дерево по дереву (нешлифованная деревянная рейка) 0,9 ± 0,1 2,6 ± 0,1 0, 35
Дерево по линолеуму 1,1 ± 0,1 2,6 ± 0,1 0, 42
Дерево по наждачной бумаге 2,6 ± 0,1

а) зависит от рода трущихся поверхностей.
б) зависит от шероховатости трущихся поверхностей.
в) чем больше шероховатости поверхности, тем коэффициент трения больше.

2. Способы увеличения или уменьшения силы трения скольжения:

Увеличить: увеличить шероховатость трущихся поверхностей, насыпать между трущихся поверхностей частицы (стружку, опилки, песок).

Уменьшить: шлифовка, полировка трущихся поверхностей, нанесение смазки.

Задание группе II.

Измерение коэффициент трения скольжения, используя наклонную плоскость

Оборудование: линейка деревянная от трибометра, брусок деревянный, линейка измерительная, штатив.

Порядок выполнения работы.

1. Используя штатив, закрепите линейку под углом к столу.
2. Положите брусок на закрепленную под углом деревянную линейку.
3. Меняя угол наклона линейки, найдите такой максимальный угол, при котором брусок еще покоится.
4. Измерьте длину основания линейки и высоту подъема линейки.
5. Рассчитайте значение коэффициента трения скольжения дерева о дерево по формуле:

6. Рассчитайте погрешность измерения.
7. Вывод.

Измерили высоту подъема и длину основания линейки.

1. Коэффициент трения равен 0,3.
2. Погрешность измерения равна 0,0016.

2. Измерение коэффициента трения скольжения, через опрокидывание бруска

Оборудование: брусок деревянный, линейка деревянная от трибометра, нить, линейка ученическая.

Порядок выполнения работы.

Теоретическое обоснование: Брусок с привязанной к длинной грани нитью поставьте торцом на горизонтальную поверхность стола и тяните за нить. Если нить закреплена невысоко над поверхностью стола, то брусок будет скользить. При определенной высоте h точки А крепления нити сила натяжения нити F опрокидывает брусок.

Условия равновесия для этого случая относительно точки – угла опрокидывания:

Согласно II закону Ньютона: F – Fтр = 0;

1. Рассчитайте по формуле значение коэффициента трения скольжения дерева о дерево.
2. Определите погрешность измерений.
3. Запишите полученный ответ с учетом допущенных погрешностей измерений.
4. Сделайте вывод.

a = 45 ± 1 мм, h = 80 ± 1 мм.

1. Коэффициент трения равен 0,28.
2. Инструментальная погрешность измерения равна 0,0098.

3. Измерение коэффициента трения скольжения с помощью карандаша.

Оборудование: карандаш, линейка деревянная от трибометра, линейка ученическая.

Порядок выполнения работы.

Теоретическое обоснование: Поставьте карандаш на стол вертикально, нажмите на него, наклоните и наблюдайте характер его падения. При небольших углах наклона к вертикали карандаш не проскальзывает относительно поверхности стола при любой величине силы, прижимающей его к столу. Проскальзывание начинается с некоторого критического угла, зависящего от силы трения.

Записываем второй закон Ньютона в проекциях на координатные оси при угле наклона, равном критическому. (Силой тяжести mg, действующей на карандаш, по сравнению с большой силой F пренебрегаем).

1. Рассчитайте по формуле значение коэффициента трения скольжения дерева о дерево.
2. Определите погрешность измерений.
3. Запишите полученный ответ с учетом допущенных погрешностей измерений.
4. Сделайте вывод.

1. Обработка результатов

µ= tgα = sin a /cos a

1. Коэффициент трения равен 0,58.

III. Подведение итогов практикума:

Сила трения скольжения зависит:

а) От рода трущихся поверхностей.
б) От шероховатости трущихся поверхностей.
в) Прямо пропорционально от силы давления.
г) Коэффициент трения скольжения при взаимном движении тела по поверхности является величиной постоянной не зависящей от силы нормального давления.
д) Чем больше шероховатости поверхности, тем коэффициент трения больше.

Источник