Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
docx

Студенческий документ № 000002 из ДГТУ (бывш. РИСХМ)

Лабораторная работа № 101

Определение силы трения качения

Цель работы: исследование кинематики и динамики равноускоренного движения системы связанных тел. Определение силы трения качения и работы, совершаемой системой против сил трения.

Оборудование: установка для выполнения работы, секундомер, набор грузов.

Краткая теория

Согласно второму закону Ньютона

, (1)

где - ускорение тела (или системы тел); - равнодействующая сил, действующих на тело; - масса тела.

Принципиальная схема установки представлена на рис.1.

Рис.1

В работе исследуется движение тележки массой , движущейся горизонтально под действием силы натяжения нити, перекинутой через блок, к концу которой привязан груз массой .

На рис.1 показаны силы, действующие на тела.

Следует отметить, что на тележку действует сила трения качения, возникающая между колесами, катящимися без скольжения, и поверхностью. Она намного меньше силы трения скольжения. Из теории трения следует, что сила трения качения для четырех колес равна

(2)

где -коэффициент трения качения, - радиус колеса тележки.

Из формулы (2) получаем коэффициент трения качения

(3)

Считаем нить нерастяжимой, поэтому модули ускорений тел одинаковы, т.е.

(4)

Если пренебречь массами нити и блока, а также силой трения в блоке, то модули сил натяжения тоже одинаковы, т.е.

(5)

Запишем второй закон Ньютона для двух тел с учетом (4) и (5):

(6)

Решая эту систему, получаем:

. (7)

Воспользуемся кинематическими формулами для пути и скорости при равноускоренном движении без начальной скорости:

(8)

Из (8) получаем:

. (9)

Подставляем (9) в (7):

. (10)

При движении тел часть механической энергии затрачивается на работу против сил сопротивления:

(11)

где - потенциальная энергия тела , находящегося на высоте , потенциальная энергия тела не меняется; - сумма кинетических энергий тел в конце движения. Очевидно, что высота падения тела равна пути, пройденному телом , т.е. =. Скорость в конце пути определяется из формул (8): .

Следует отметить, что работа сил сопротивления по модулю равна работе против сил сопротивления.

В результате получаем

(12)

С другой стороны, работа против силы трения равна

. (13)

Задание 1. Определение силы трения качения и коэффициента трения качения.

1. Занести в табл. 1 массы грузов и , а также путь (по заданию преподавателя).

2. Определить время движения системы . Опыт повторить 5 раз. Результаты занести в табл. 1.

3. Выполнить статистическую обработку времени по методу Стьюдента (табл. 1, 2). Занести в табл. 2 доверительную вероятность () по заданию преподавателя, коэффициент Стьюдента и погрешность секундомера ().

Таблица 1

= = = 1 2 3 4 5 , ?t, (?t)2,

Таблица 2

- - %

Рассчитать среднюю квадратическую погрешность по формуле:

где - абсолютная погрешность каждого измерения; - число измерений;

. Абсолютная погрешность измерений:

. Относительная погрешность:

. 4. Определить для среднего значения времени силу трения по формуле (10). Занести результат в табл. 3.

Таблица 3

- - 5. Вычислить относительную погрешность по формуле:

где ;.

6. Вычислить абсолютную погрешность по формуле:

7. Результат представить в виде:

8. По формуле (3) вычислить коэффициент трения, учитывая, что =1,8 см. Результат занести в табл. 3.

9. Вычислить относительную и абсолютную погрешности по формулам:

??=?????? ,

где . 10. Результат представить в виде:

Задание 2. Определение работы силы трения качения.

1. Рассчитать работу сил сопротивления по формуле (12), подставляя - среднее время из табл. 1.

2. Рассчитать работу силы трения по формуле (13) .

3. Сравнить и .

4. Сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте законы Ньютона.

2. Что называется массой тела?

3. Что называется силой?

4. Как производится сложение сил?

5. Что называется силой сопротивления?

6. Что называется силой трения? Как она направлена?

7. Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

8. Что называется потенциальной и кинетической энергией.

9. Как определить механическую работу?

Показать полностью…
140 Кб, 10 сентября 2017 в 11:31 - Россия, Ростов-на-Дону, ДГТУ (бывш. РИСХМ), 2017 г., docx
Рекомендуемые документы в приложении