Определение коэффициента трения скольжения с использованием закона сохранения энергии

Цель работы: определить коэффициент трения скольжения.

Оборудование: трибометр лабораторный с бруском, динамометр учебный, весы технические, разновесы, набор грузов, линейка измерительная с миллиметровыми делениями.

Теория вопроса и метод выполнения работы

Для выполнения этой работы на трибометр помещают брусок и динамометр, связанные нитью (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Трибометр с бруском и динамометром

Прикрепим к бруску крючок динамометра и попытаемся привести брусок в движение. При небольшом усилии растяжение пружины динамометра показывает, что на брусок действует сила упругости, но, тем не менее, брусок остается неподвижным. Это значит, что при действии на брусок силы упругости в направлении, параллельном поверхности соприкосновения бруска со столом, возникает равная ей по модулю сила противоположного направления. Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения тел, называется силой трения покоя.

При увеличении внешней силы, прикладываемой к динамометру, брусок начнет двигаться. Во время равномерного движения бруска динамометр показывает, что на брусок со стороны пружины действует постоянная сила упругости . При равномерном движении бруска равнодействующая всех сил, приложенных к нему, равна нулю. Следовательно, кроме силы упругости, во время равномерного движения на брусок действует сила, равная по модулю силе упругости, но направленная в противоположную сторону. Эта сила называется силой трения скольжения.

Силы трения возникают благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел, а при движении вклад в силу трения дает неровность (шероховатость) поверхностей.

Если динамометр вместе с линейкой прижать рукой к столу, а брусок оттянуть, чтобы динамометр показывал некоторую силу , то потенциальную энергию пружины можно записать так:

, (1.1)

где – показание динамометра, а– деформация пружины.

После освобождения брусок будет двигаться до остановки, и потенциальная энергия пружины израсходуется на совершение работы по преодолению силы трения на пути . Эту работу можно представить таким выражением:

, (1.2)

где – коэффициент трения;– масса бруска;– ускорение свободного падения; – перемещение бруска.

По закону сохранения энергии

(1.3)

следовательно,

. (1.4)

Силу упругости пружины измеряют динамометром, деформацию пружиныи перемещение бруска – масштабной линейкой, массу бруска – взвешиванием,– табличное значение.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов.

№ опыта п/п
	Н	кг	10–3 м	10–3 м					%
I
II
III

2. Определите взвешиванием с помощью динамометра массу бруска .

3. К крючку динамометра и бруску привяжите нить так, чтобы расстояние между ними было примерно 10 см. Брусок с динамометром поместите на трибометр, как показано на рисунке 1.1.

4. Положите динамометр на трибометр и прижмите их рукой к столу. Затем оттяните брусок так, чтобы динамометр показывал Н, измерьте линейкой растяжение пружины (растяжение от штриха 0 до 1 Н на динамометре). Отметьте положение бруска и отпустите его.

5. Измерьте линейкой расстояние , пройденное бруском, и вычислите коэффициент трения(по формуле 1.4).

6. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

7. Повторите опыт, изменив массу бруска (поместите на него стограммовый груз).

8. Повторите опыт, изменив растяжение пружины, оставив груз на бруске (показание динамометра в 2 Н).

9. Результаты измерений и вычислений также занесите в таблицу; найдите среднее значение коэффициента трения и вычислите абсолютную и относительную погрешность результата.