Порядок виконання роботи:

1. Ознайомитись з установкою.

2. Відгвинтити затискачі на барабані та встановити паперову стрічку, намотуючи її за годинниковою стрілкою.

Ретельно закріпити затискачі.

3. Виміряти діаметр барабана штангенциркулем.

4. Закрити охоронну кришку та зарядити рушницю.

5. Ввімкнути електромотор і після усталення швидкості обертання зробити постріл. Визначити за тахометром число обертів n_i в секунду і вимкнути двигун. Кутова швидкість обертання барабана дорівнює ω_i = 2π n_i.

6. Відчинити кришку, відмітити цифрами 1 - 1 точки прострілу та виміряти відстань L₁ між ними.

7.Зачинити кришку, виміряти товщину b пробиваної пластинки , вставити її в проріз кришки , зарядити рушницю , ввімкнути електромотор , визначити за тахометром усталене число обертів n₂, зробити постріл і вимкнути двигун.

8. Відчинити кришку , відмітити точки прострілу 2-2 і виміряти відстань L₂ між ними. Зачинити кришку .

9. Зробити постріл при нерухомому барабані, відчинити кришку і виміряти довжину дуги L₀. Обчислити кут φ / 2 = L₀ / R і знайти його синус.

10. Визначити ΔL = L₁ – L₀, ΔL΄ = L₂ – L₀ і виконати розрахунки за запропонованими співвідношеннями, приймаючи масу кулі m = 280 мг.

11. Результати розрахунків подати в таблиці:

Таблиця 1. Визначення швидкості та пробивної здатності кулі.

R

b

b

L0

L1

L2

ΔL

ΔL΄

φ/2

sin(φ/2)

n1

n2

ω1

ω2

v

v΄

W0

W΄

A

F

b0

Зняти стрічку з барабана і поставити затискачі на місце. Стрічку підписати і прикласти до звіту. У звіті подати приклад розрахунків.

Дайте відповідь на запитання:

1. Як треба змінити умови вимірювань, якщо швидкість кулі збільшилась б в 5 разів?

2. Якою має бути швидкість кулі, щоб вхідний і вихідний отвори пробою співпадали?

Лабораторна робота № 4.

Дослідження сил тертя за допомогою плоского трибометра.

Прилади та приладдя: плоский трибометр зі змінними пластинами і набори тіл із різних металів, різноваги.

Мета роботи: засвоїти один із методів визначення коєфіцієнта тертя ковзання.

Коротка теорія та метод вимірювання

Розрізняють два основні види тертя: внутрішне і зовнішнє. Внутрішнє тертя в твердих, аморфних тілах та рідинах має складний механізм, пов’язаний з деформацією. В твердих тілах внутрішнє тертя призводить до нагрівання деформованого тіла. В рідинах та газах воно проявляється як в’язкість – опір відносному переміщенню різних шарів речовини. Зовнішне тертя – це протидія відносному переміщенню прилягаючих тіл. Сила протидії спрямована вздовж стичних поверхонь.

Ми будемо вивчати зовнішнє тертя. Згідно закону Амонтона –Кулона сила зовнішнього тертя пропорційна силі нормальної реакції N між стичними тілами і не залежить від величини стичної поверхні тіл і швидкості їх відносного руху:

F = k N (1)

Коефіцієнт тертя k залежить від матеріалу тіл, що труться, якості обробки поверхонь, наявності на поверхнях забруднень або мастила. Закон (1) наближений і застосовується тільки для орієнтовних розрахунків. В дійсності явище тертя значно складніше: мають бути враховані сили міжмолекулярного зчеплення, величина стичних поверхонь, врешті закон (1) не враховує залежність сил тертя від швидкості відносного руху тіл, що труться, тобто не відрізняє статичне і кінематичне тертя.

Статичне тертя - це тертя між тілами, що знаходяться в стані спокою: при малих значеннях діючої на тіло сили воно залишається в спокою по відношенню до поверхні іншого тіла із-за наявності сили тертя спокою. Згідно з третім законом механіки сила тертя дорівнює за величиною і протилежна за напрямком прикладеній силі. При деякому максимальному значенні прикладеної сили тіло зривається з місця і починає рухатись. Така властивість сил статичного тертя називається застоєм. Причина статичного тертя - наявність сил молекулярного зчеплення і зачеплення нерівностей поверхонь тіл.

Після того, як тіло почало рухатись, статичне тертя змінюється кінематичним, причому величина сили кінематичного тертя виявляється меншою за максимальну силу тертя спокою. Кінематичне тертя зумовлене рядом причин, на яких ми зупинятися не будемо.

На сьогодні “точного” закону тертя не існує, тому на практиці коефіцієнт тертя визначають для різних пар тертьових матеріалів при різній якості обробки поверхонь, різних тисках і швидкостях руху, а результати подають у вигляді довідкових таблиць.

В даній роботі для вимірювання сил тертя застосовується плоский трибометр з набором пластин і тіл із різних матеріалів. Трибометр - це площина, кут нахилу якої до горизонту можна змінювати. Трибометр має градусну шкалу, затискач для фіксування кута нахилу, нерухомий блок для нитки і шальку для встановлення гир. Зовнішньо рушійною силою в такому трибометрі є сила натягу нитки, паралельна похилій площині, що визначається вагою гир, складової сили тяжіння тіла, паралельно похилій площині, а також силою тертя. Величину рушійної сили можна регулювати підбором маси гир і зміною кута нахилу площини трибометра. Застій долається легкими ударами молоточка по пластині.

Розглянемо рух тіла на похилій площині під дією вказаних сил. Розкладено силу тяжіння P, що діє на тіло, на дві складові – паралельну похилій площині (складова P₁) і перпендикулярну їй (складова P₂) . Складова P₂ викликає з боку похилої площини рівновелику собі силу нормальної реакції N. В залежності від того, куди спрямована рівнодіюча всіх сил, прикладених до тіла , в тому напрямку буде прискорюватись тіло. Хай сила натягу нитки F΄ не менша від суми сили тертя F₁ і складової P₁ (рис. 1а) . Тоді тіло рухається з прискоренням вгору. Якщо складова P₁ більша за суму сили натяг F΄ у нитки та силу тертя F₂, то тіло буде рухатись з прискоренням вниз (рис. 1б). При рівномірному ковзанні тіла вгору має виконуватись:

F΄ = P₁ + F₁. (2)

У співвідношенні (2) сила тертя F₁ = kN = Pcosα, а складова P₁ = Psinα. Підставляючи F₁ і P₁ в (2), знаходимо коефіцієнт тертя:

k₁ = F΄/ P cos (α₁) – tg (α₁). (3)

При рівномірному русі тіла вниз по похилій площені виконується рівність:

P₁ = F΄ + F₂ . (4)

Після підстановки в (4) значень P₁ і F₂ для коефіцієнта тертя одержуємо

k₂ = tg (α₂ ) - F΄/ ( P cos (α₂ ). (5)

З метою зменшення похибок, зумовлених різними значеннями сил нормального тиску та різного значення величини молекулярного зчеплення, за коефіцієнт тертя приймають половину суми (3) і (5):

k = (k₁ + k₂ )/2. (6)

У випадку найпростіших (грубих вимірювань) коефіцієнт тертя визначають без врахування додаткової сили F΄. При цьому підбирають такий кут α₃, при якому тіло рівномірно ковзає по похилій площині. В цьому разі співвідношення (5) приводить до

k ₃ = tg (α₃ ). (7)

P₁

N F΄ F₂

N F΄

P

P

F₁ P ₁

P₂

P₂

а б

Рис. 1.