"Голь на выдумки хитра" - 2

Лабораторная работа №4. Изучение трения скольжения в кинематике и динамике..

Цель. Изучить трение скольжения методами кинематики и динамики. Провести сравнение результатов..

Оборудование. Баллистический пистолет, брусок с наклейкой из пластилина, школьные весы с разновесами, измерительная линейка, линейка трибометра, транспортир, штатив с лапкой и муфтой, набор грузов и др.

Выполнение работы.

1.Инструктаж БЖД (работа по механике – соответствующие инструкции кабинета!).

2. Теоретический минимум.

Как известно, трение возникает при движении или при попытке движения одного тела по поверхности другого. Трение, как мы знаем, характеризуется разными видами коэффициента трения 𝝁, зависящего от состояния и свойств соприкасающихся поверхностей. При равномерном скольжении бруска массой m по горизонтальной плоскости коэффициент трения 𝝁 вычисляется по формуле:

𝝁 = F_тр/ N = F_тр/ mg [1]

При равномерном скольжении по наклонной плоскости из решений известной динамической задачи получаем, что 𝝁 равно тангенсу угла α наклона плоскости:

𝝁 = tg α [2]

При неупругом горизонтальном столкновении шарика массой m_ш баллистического пистолета, налетающего на брусок массой m_бр со скоростью 𝜐 ₀ коэффициент трения 𝝁 можно вычислять по формуле, получаемой из решения задачи на столкновение, применяя закон сохранения энергии, импульса и теорему о кинетической энергии:

𝝁 = (m_ш/ m_ш + m_бр)²∙( 𝜐 ₀²/2gl), [3]

где l – величина перемещения бруска после неупругого соударения с шариком.

3.Измерения, наблюдения, вычисления, выводы.

1. В данной работе брусок во всех экспериментах скользит по линейке трибометра. Согласно рис. 1 соберите наклонную плоскость, положите на неё рабочий брусок и, меняя угол наклона, добейтесь равномерного скольжения бруска вниз по наклонной плоскости. Измерив значения катетов a и b, найдите значение коэффициента трения скольжения 𝝁 бруска по линейке трибометра, зная что

tg α = b/a [4]

Замечание: на рис.1 показан способ измерения угла α с помощью транспортира. Поэтому tg α можно сразу найти по таблице тангенсов. А катеты a и b… найдите сами, измерьте их и по ним найдите tg α, согласно [4]

Рис.1

2*).Исходя из данных условий эксперимента, оцените погрешности измерений в п.1.

3).Снимите линейку трибометра, положите её на рабочий стол и, протягивая несколько раз при различной нагрузке на брусок (см. рис. 2), определите вновь коэффициент трения 𝝁, так же, как вы делали на фронтальной текущей работе в течение года.

Рис.2

4*).Оцените погрешности измерений и в п.2.

5*).Из формулы [3] выведите формулу для начальной скорости вылета шарика баллистического пистолета 𝜐 ₀, измерьте массы бруска и шарика, пользуясь весами, и найдите экспериментальное значение этой скорости.

Рис.3

Рис.4

Для этого укрепите баллистический пистолет на рабочем столе (рис. 3,4).

Проведите выстрелы и необходимые измерения. Попытайтесь оценить погрешности для скорости.

Замечание: в формулу для скорости подставьте среднее арифметическое двух значений коэффициента трения скольжения, полученных в пп. 1и 3.

6*). Полученное значение скорости вылета шарика баллистического пистолета сравните со значением, полученным из задачи о горизонтальном бросании (рис. 5).

Рис.5

Для этого закрепите ваш баллистический пистолет на штативе на высоте Н для горизонтального выстрела. Проведите несколько выстрелов, по ним возьмите среднее значение дальности полёта L и по формуле [5] найдите значение горизонтальной скорости вылета шарика:

L = 𝜐 ₀ ∙ [5]

7*).Оцените погрешности эксперимента, сравните полученное значение скорости в пп.5* и 6*. Объясните полученное.

Контрольные вопросы.

1.Докажите формулы: [1], [2], [3], [5].

2. Какие законы. Понятия, определения, физические величины использовались при выводе формул: [1], [2], [3], [5]?

3.Как вы рассчитывали погрешности для каждой величины, значение которой получали из эксперимента?

4.Как сравнивают два значения измеряемой величины с учётом погрешностей из разных экспериментов?

5.Что называют коэффициентом трения скольжения? Покоя? Качения?

Какова природа каждого из них?

6. Какое соглашение принято в физике по поводу согласования коэффициентов трения покоя и скольжения?

7.Что называют баллистическим пистолетом? Трибометром? Наклонной плоскостью? Каково их назначение?

8. задайте свой вопрос своему у напарнику по ходу выполнения вашей лабораторной работы.

4