Проверка законов трения

Цель работы – ознакомиться с приближенными методами определения коэффициента трения скольжения; определить коэффициент трения скольжения различных материалов.

Рисунок 3.1

Теоретическое обоснование. При попытке сдвинуть одно тело относительно другого всегда обнаруживается, что между сухими твердыми телами возникает сила трения еще до начала движения. Это явление называется застоем.

При опоре одного тела силой тяжести G на другое (рисунок 3.1, а) кроме нормальной реакции N при действии сдвигающей силы Р возникает касательная реакция – сила трения Т.

С увеличением сдвигающей силы сила трения также возрастает и достигает предельной величины Т_пр (рисунок 3.1, б), затем с нача-лом движения сила трения несколько уменьшается. Сила трения всегда направлена в сторону, противоположную перемещению тела.

Трение представляет собой сложный комплекс механических (сдвиг, смятие выступов поверхности контакта), электрических и химических явлений. Величина силы трения скольжения зависит не только от материала, шероховатости поверхности, давления и относительной скорости скольжения, но и от целого ряда других причин: влажности, температуры и т. п. Учесть влияние всех фак­торов не представляется возможным, поэтому ограничиваются при­ближенным определением значения силы трения по закону Кулона: «Сила трения скольжения пропорциональна силе, нормальной к поверхности соприкасающихся тел, зависит от рода трущихся по­верхностей (их материала, обработки, смазки) и не зависит от величины площади трущихся поверхностей».

Отношение предельной силы трения к нормальной силе давле­ния называется статическим коэффициентом трения:

f₀ = T_пр /N, (3.1)

где: f₀ – безразмерная величина; T_пр [Н]; N [Н].

Сила трения отклоняет полную реакцию R (рисунок 3.1, б) от нормали на угол φ ₀ – угол трения покоя. Тангенс угла трения покоя равен статическому коэффициенту трения:

tg φ ₀ = T_пр /N= f₀, (3.2)

Отношение силы трения при движении к силе нормального давления называется динамическим коэффициентом трения сколь­жения. Он несколько меньше статического коэффициента трения скольжения.

Коэффициенты трения скольжения определяются опытным пу­тем различными способами. Наиболее часто эти коэффициенты для двух материалов (сталь по стали, чугун по стали, резина по стали и т.п.) определяются при помощи горизонтальной или наклонной плоскости.

Установка для определения коэффициента трения скольжения на горизонтальной плоскости. На рисунке 3.2 показана схема прибора для определения коэффициента трения скольжения, принцип действия которого следующий. Плоскость 1 при помощи винтов 6 устанавливается по уровню строго горизонтально (рисунок 3.2). К бруску 2 крючком 3 прикрепляется один конец шнура, перекинутого того через направляющий блок 4. К другому концу шнура привязана чаша 5. Блок 4 устанавливается таким образом, чтобы шнур от крючка до блока был параллелен плоскости 1. Чаша 5 пост пенно нагружается мелкими гирями, дробью или песком до тех пор, пока испытуемый образец 2 не начнет равномерно двигаться по плоскости.

Рисунок 3.2

На рисунке 3.3 изображен более сложный прибор для определения коэффициента трения скольжения на горизонтальной плоскости. Плита 1 перемещается равномерно вдоль направляющих станины. Эти движения плита получает от двигателя через червячный редуктор или вручную. Сила трения, возникающая на

Рисунок 3.3 поверхности контактов испытуемых материалов – плиты 1 и бруска 2, передается через тросик 3 на динамометр 5, закрепленный на стойке 4. Таким образом, этим прибором можно с гораздо большей точностью измерить величину силы трения, так как относительное движение создается принудительным равномерным перемещением одного из тел относительно другого.

Порядок выполнения работы по определению коэффициента трения скольжения на горизонтальной плоскости. Ознакомиться с устройством установки для определения коэффициента трения. В отчете по работе зарисовать принципиальную схему установки и показать силы, приложенные к образцу. Указать материалы, для которых определяются коэффициенты трения.

Подготовить образцы (бруски) и опорную плоскость плиты к испытанию, т.е. поверхность контакта протереть тряпочкой, смоченной в бензине и просушить. Образцы из резины, пластмассы и других материалов, реагирующих сбензином, протереть чистой сухой тряпочкой.

Определить силу тяжести испытуемых брусков и дополнительных грузов.

Установить и закрепить стойку на краю стола. На стойку закрепить диномометр.

К крючку испытуемого бруска привязать один конец шнура, к другому концу шнура прикрепить динамометр. Динамометр должен быть установлен так, чтобы шнур был направлен параллельно плоско­сти.

Плавно, равномерно потянуть за плиту, контролируя показания динамометра.

Опыт следует повторить не менее трех раз для каждого веса бруска. Результаты испытаний записать в таблицу 3.1отчета.

Вычислить величины коэффициентов трения.