Определение коэффициента трения скольжения

Цель этой работы: с помощью экспериментальной установки определить коэффициент трения скольжения между кареткой и поверхностью рейки.

Для выполнения этой работы мы будем использовать оборудование из комплекта № 2 в составе: каретка с крючком, динамометр с пределом измерения 5 Н и динамометр с пределом измерения 1 Н, а также груз массой сто граммов.

Прежде чем приступить к работе давайте с вами вспомним, что при скольжении одного тела по поверхности другого тела между ними возникает сила трения скольжения. При этом модуль силы трения скольжения прямо пропорционален модулю силы давления тела на опору:

Так как по третьему закону Ньютона модуль силы нормального давления равен модулю силы нормальной реакции опоры, то можно записать, что сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции опоры:

В записанной формуле μ — это коэффициент трения скольжения. Именно его нам и предстоит найти в сегодняшней работе. Приступим к выполнению.

Итак, первое, что мы с вами сделаем, — это подготовим экспериментальную установку, положив на стол направляющую рейку и закрепив груз в каретке.

Далее мы с вами делаем рисунок экспериментальной установки. Для этого мы нарисуем ровную поверхность, на которой расположим каретку в виде прямоугольника. К одному из торцов каретки пририсуем динамометр так, как это показано на экране.

На время оставим наш рисунок в покое и запишем формулы, которыми будем пользоваться при выполнении данной работы. Как мы уже вспоминали, при скольжении одного тела по поверхности другого тела между ними возникает сила трения скольжения, модуль которой прямо пропорционален силе нормальной реакции опоры:

Теперь вернёмся к нашему рисунку и укажем на нём силы, действующие на каретку. Во-первых, это сила тяги, действующая со стороны динамометра. Конечно же — это сила трения скольжения, действующая между поверхностями каретки и рейки. Сила нормальной реакции опоры, действующая перпендикулярно опоре. И сила тяжести бруска, направленная вертикально вниз.

Свяжем с нашей установкой инерциальную систему отсчёта. Тогда на основании третьего закона Ньютона при равномерном прямолинейном движении каретки по поверхности рейки сила трения и сила тяги будут равны по модулю и противоположны по направлению:

Аналогично находим, что модуль силы тяги равен модулю силы упругости, действующей со стороны пружины динамометра.

Сила же нормальной реакции опоры будет равна по модулю и противоположна по направлению весу тела, который, в случае покоя или равномерного прямолинейного движения, равен силе тяжести, действующей на каретку:

С учётом вышесказанного получаем, что коэффициент трения мы с вами будем находить отношением силы тяги к весу тела:

Теперь приступаем непосредственно к работе. Вначале давайте с вами измерим вес каретки с грузом при помощи динамометра № 2.

Незабываем, что показания динамометра мы записываем с учётом погрешности измерения:

Отметим, что если груз не хочет плотно фиксироваться на каретке, то необходимо измерить по отдельности вес каретки и вес груза, а результаты измерения сложить:

Далее цепляем каретку к динамометру, с пределом измерения один ньютон и без резких движений (стараемся как можно равномернее) протягиваем каретку вдоль рейки. При этом незабываем смотреть на показания динамометра. Желательно провести опыт несколько раз, добившись тем самым примерно одинаковых показаний динамометра.

Результаты измерения силы тяги записываем в бланк ответов с учётом погрешности измерения:

Прямы измерения мы с вами завершили — осталось только определить коэффициент трения. Подставляем значения силы тяги и веса каретки с грузом в нашу расчётную формулу:

После простых вычислений получаем примерно 0,23. Тогда в конце работы мы можем с вами записать, что коэффициент трения каретки о рейку равен 0,23.