Теоретичні відомості. Вимірювання коефіцієнта тертя ковзання

Вимірювання коефіцієнта тертя ковзання

Мета роботи: засвоїти один із методів визначення коефіцієнтатертя.

Розрізняють два основні види тертя: внутрішнє і зовнішнє. Внутрішнє тертя у твердих тілах, у газах і рідинах являє собою сукупність різних процесів, що призводять до розсіяння механічної енергії з переходом її в теплову при деформації тіл. У твердих тілах внутрішнє тертя проявляється через нагрів деформованого тіла (ковка, пресовка, дроблення). У рідинах і газах внутрішнє тертя проявляється як в’язкість ‑ опір відносному переміщенню різних шарів речовини.

Зовнішнє тертя ‑ це протидія відносному переміщенню тіл, що дотикаються. Сила протидії ‑ сила тертя ‑ напрямлена вздовж поверхні дотику.

Згідно із законом Амонтона ‑ Кулона сила зовнішнього тертя пропорційна силі нормального тиску і не залежить від площі поверхні тіл і швидкості відносного рух:

. (1)

Коефіцієнт тертя залежить від матеріалу тіл, що вступають у тертя, від якості обробки поверхонь і від наявності на поверхні забруднень, змазки. Формула (1) придатна лише для приблизного розрахунку сил тертя, оскількинасправді картина тертя значно складніша. Точнішим є закон тертя, встановлений Б. В. Дерягіним:

, (2)

де ‑ сила адгезії (міжмолекулярного зчеплення між тілами) на одиницю поверхні контакту тіл, що дотикаються; ‑ поверхня дотику.

Статичним називають тертя між тілами, що перебувають у стані спокою. Нехай на тіло діє сила , значення якої може змінюватись у широких межах. При малих значеннях сили тіло залишається нерухомим відносно поверхні іншого тіла за рахунок сили статичного тертя, яка за третім законом Ньютона є силою протидії () і може набувати будь-яких значень від нуля до деякого максимального значення, за якого тіло зрушується з місця і починає рухатись.

Цю властивість сил статичного тертя називають явищем застою. Причиною статичного тертя є зачеплення нерівностей поверхонь тіл і сили адгезії.

При дії сили тіло починає рухатись і статичне тертя змінюється кінематичним ‑ тертям між тілами, що рухаються. Сила кінематичного тертя завжди менша, ніж . Тому після зрушення з місця тіло рухається з прискоренням, оскільки частина діючої сили витрачається на надання тілу прискорення. Кінематичне тертя зумовлене низкою причин, починаючи від зчеплення і адгезії і закінчуючи зруйнуванням шорсткостей, нагрівом поверхонь у місці контактів до високих температур, окисненням та іншими причинами, теоретичне врахування яких практично неможливе. Тому й немає точного закону тертя і доводиться доповнювати недолік теорії багатьма дослідами, в яких визначаються експериментально коефіцієнти тертя для різних пар матеріалів, що вступають у тертя, за різних тисків і швидкостей руху. Результати цих дослідів наведені в довідниках у вигляді графіків і таблиць.

Уцій роботі проводять вимірювання коефіцієнта тертя ковзання для того часткового випадку, коли сила тертя ковзання не змінюється із зміною швидкості, а залишається рівною максимальній силі статичного тертя (що має місце для деяких спеціально оброблених поверхонь).

У роботі використовується трибометр ‑ горизонтальний столик (рис. 1). Однією з поверхонь, що підлягають тертю, є поверхня столика, а іншою ‑ поверхня бруска. Нехай ‑ сила нормальної реакції, яка дорівнює силі нормального тиску бруска на столик , ‑ сумарна сила ваги важка і чашки. Різниця сил є силою, що рухає брусок по поверхні столика. За другим законом Ньютона

Рис. 1. Схема трибометра.

, (3)

де ‑ прискорення рухомої маси, ‑ сумарна маса, що рухається, яка дорівнює , тоді:

. (4)

Прискорення можна визначити експериментально. Якщо за час брусок переміститься на відстань ,то, враховуючи, що , знайдемо:

. (5)

З формули (4) і (5) одержимо:

. (6)

Звідси визначаємо коефіцієнт тертя ковзання

. (7)

Дата добавления: 2015-05-24