М19

Впервые явление трения исследовал Леонардо да Винчи, а основные эмпирические законы сухого трения получили французские физики Г. АмонтониШ. Кулон. Былоустановлено, чтопредельная(максимальная) сила трения покоя, которая возникает между телами А и В при отсутствии относительного скольжения (рис. 1) пропорциональна силе нормального давления, которая согласно третьему закону Ньютона, численно равна силе реакцииопорыN

Fтрmax =µ0 N (µ0–коэффициент трения покоя).

До возникновения скольжения (при относительном равновесии) модуль и направление силы трения покоя определяются действующими

на тело А внешними силами (на рис. 1 это сила F ), причем значение силы трения покоя удовлетворяет неравенству:

скольжения. На рис. 2 схематично представлена экспериментальная зависимость сил трения покоя и скольжения от значения приложенной горизонтальной силы F (при фиксированном N и малых скоростях скольжения). Опыт показывает, что коэффициенты µ0 и µ зависят от состояния поверхностей соприкасающихся тел, их химической природы и практически не зависят от площади контакта тел.

При малых скоростях относительного движения тел коэффициент µ не зависит от скорости, при увеличении скорости относительного движения, µ вначале уменьшается, а затем начинает возрастать. Этот факт можно связывать с тем, что вначале при увеличении скорости выступы шероховатых поверхностей тел все меньше попадают в углубления на этих поверхностях (трение уменьшается). Затем с увеличением скорости происходит разрушение выступов и их измельчение (трение увеличивается). Значение коэффициента трения скольжения µ определяется опытным путем. Например, для трения дерева по дереву µ = 0,4 ÷0,7 , металла по металлу µ = 0,15 ÷0,25, для стали по льду µ=0,027.

3

Установка состоит из доски (1) расположенной горизонтально, рейсшины (линейки, поставленной на ребро) и тела (5) (рис. 7, вид сверху). Рейсшина включает в себя линейку (2), скрепленную с ползунком (3), который может перемещаться слева направо по направляющей (направляющей служит ребро доски).

Для изменения угла наклона между ребром линейки и направлением перемещения ползунок (3) снабжен транспортиром (4). Поэтому линейка может быть закреплена под разными углами к ребру доски. Тело (5), представляет собой параллелепипед, в центре которого имеется отверстие. Вставив карандаш в отверстие тела (5) можно отметить положение тела в начале движения (т. М) и в конце движения (т. М1) на рис. 6. На одной грани параллелепипеда укреплена пластинка латуни, на другой – слой резины.

Линейка изготовлена из дюраля, что позволяет измерить коэффициент трения скольжения для двух пар материалов: дюраль– латунь и дюраль–резина.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.На плоскость доски наложить и закрепить лист бумаги. На бумагу поместить рейсшину, одев ползунок на ребро доски. Убедиться, что ползунок может свободно перемещаться влево и вправо по направляющей, совпадающей с ребром доски.

2.Установить рейсшину так, чтобы ребро линейки составляло угол β=45° с направляющей (ребром доски).

3.На бумагу вплотную к поверхности линейки приложить тело (например, соприкасающиеся поверхности дюраль–латунь) и аккуратно через отверстие в теле отметить начальное положение тела

М.

4.Прижимая ползунок к ребру доски, плавно и равномерно переместить ползунок вправо до упора.

5.Осторожно, не сдвигая тело, отметить новое положение тела М1.

6.Убрать тело и через полученную точку М1 провести прямую, параллельную линейке (прямая ДК рис. 6). Из начальной точки М

опустить перпендикуляр ММ2 на полученную прямую ДК. Соединить точки М и М1 прямой ММ1.

7.Измерить расстояние М2М1=l1 и ММ2=l2, при помощи измерительной линейки. Результаты записать в табл. 1. Определить коэффициент трения скольжения для данной пары материалов по формуле 2.

7

8.Изменив первоначальное положение тела относительно доски, проделать опыт не менее пяти раз. Найти среднее значение коэффициента трения скольжения для данной пары материалов дюраль–латунь.

9.Убедиться в отсутствии влияния силы трения тела о доску на величину коэффициента силы трения поверхностей (дюраль– латунь) тела и линейки. Для этого, для данной пары материалов произвести измерения коэффициента трения, положив на тело дополнительный груз (200 г). Результаты измерений записать в табл. 1.

Найти среднее значение коэффициента силы трения скольжения пары материалов дюраль–латунь. Сравнить коэффициенты трения скольжения, полученные в пункте 8 и 9. Сделать вывод.

10.Убедиться, что угол наклона рейсшины (линейки) к ребру доски β не влияет на коэффициент трения скольжения для пары материалов дюраль–латунь. Для этого, изменить угол наклона рейсшины к ребру доски. Выбрать β=50°. Выполнить последовательно упражнения 1–9. Найти средние коэффициенты сил трения для случаев:

8

6.Представьте графически зависимость силы трения от скорости скольжения.

7.Какова роль сил трения в природе?

8.Чем трение скольжения отличается от трения качения?

10