Trabajo de laboratorio No. 3 "Medida coeficiente fricción de deslizamiento "
Objetivo del trabajo: encontrar el coeficiente de fricción de una barra de madera que se desliza a lo largo de una regla de madera mediante la fórmula F tr = = μР. Utilizando un dinamómetro, determine la fuerza con la que es necesario tirar de una barra con pesos sobre una superficie horizontal para que se mueva moderadamente. Esta fuerza es igual en magnitud a la fuerza de fricción F tr que actúa sobre la barra. Con el mismo dinamómetro, puede encontrar el peso de una barra con carga. Este módulo de peso igual a la fuerza la presión habitual N de la barra sobre la superficie sobre la que se desliza. Habiendo determinado de esta manera los valores de la fuerza de fricción a diferentes valores de la fuerza de presión ordinaria, es necesario construir un gráfico de la dependencia de F tr de P y encontrar significar coeficiente de fricción(ver obra No. 2).
El principal dispositivo de medición en este trabajo es el dinamómetro. El dinamómetro tiene un error de Δ d = 0.05 N. Es igual al error de medición si el puntero coincide con el recorrido de la escala. Si el puntero en el proceso de medición no coincide con el trazo de la escala (o fluctúa), entonces el error en la medición de la fuerza es igual a ΔF = 0.1 N.
Instrumentos de medida: dinamómetro.
Materiales: 1) bloque de madera; 2) regla de madera; 3) un juego de pesas.
El orden del trabajo.
1. Coloque el bloque sobre una regla de madera horizontal. Coloque una carga en el bloque.
2. Después de colocar un dinamómetro en la barra, tire de él a lo largo de la regla lo más moderadamente posible. Con todo esto, mida la lectura del dinamómetro.
3. Pese el bloque y el peso.
4. Agregue el segundo, tercer peso al primer peso, cada vez que pese la barra y los pesos y mida la fuerza de fricción.
Según los resultados de la medición, complete la tabla:
5. Con base en los resultados de la medición, cree un gráfico de la dependencia de la fuerza de fricción con la fuerza de presión y, utilizándolo, determine el valor promedio. coeficiente fricción μ cf (ver obra n ° 2).
6. Calcule el error relativo más alto al medir el coeficiente de fricción. Porque.
(ver fórmula (1) del trabajo No. 2).
De la fórmula (1) se deduce que el coeficiente de fricción se midió con mayor error en el experimento con una carga (porque en este caso los denominadores son de menor importancia).
7. Encuentre el error absoluto.
y escribe la respuesta en el formulario:
Se requiere encontrar el coeficiente de fricción de deslizamiento de una barra de madera que se desliza a lo largo de una regla de madera.
Fuerza de fricción deslizante.
donde N es la reacción del soporte; μ - co.
coeficiente de fricción por deslizamiento, de donde μ = F tr / N;
El módulo de la fuerza de fricción es igual a la fuerza dirigida en paralelo a la superficie de deslizamiento, que se requiere para el movimiento uniforme de la barra con la carga. El módulo de reacción del soporte es igual al peso de la barra con la carga. Ambas fuerzas se miden con un dinamómetro escolar. Al mover la barra a lo largo de la regla, es fundamental lograr su movimiento uniforme, para que las lecturas del dinamómetro permanezcan sin cambios y se puedan encontrar con mayor precisión.
Peso de una barra con carga P, N.
Calculemos el error relativo:
Se puede ver que habrá un gran error relativo en el experimento con una carga mínima, ya que el denominador es menor.
Calculemos el error absoluto.
El coeficiente de fricción por deslizamiento obtenido como resultado de los experimentos se puede escribir como: μ = 0.35 ± 0.05.
Selecciónelo con el mouse y presione CTRL ENTER.
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La fuerza de fricción es la cantidad con la que interactúan dos superficies durante el movimiento. Depende de las características de los cuerpos, la dirección del movimiento. Debido a la fricción, la velocidad del cuerpo disminuye y pronto se detiene.
La fuerza de fricción es un valor direccional que no depende del área del soporte y del objeto, ya que al moverse y aumentar el área, aumenta la fuerza de reacción del soporte. Este valor está involucrado en el cálculo de la fuerza de fricción. Como resultado, Ftr = N * m. Aquí N es la reacción del soporte y m es un coeficiente, que es un valor constante si no hay necesidad de cálculos muy precisos. Con esta fórmula, puede calcular la fuerza de fricción por deslizamiento, que debe tenerse en cuenta al resolver problemas relacionados con el movimiento. Si el cuerpo gira sobre la superficie, entonces la fuerza de rodadura debe incluirse en la fórmula. Entonces, la fricción se puede encontrar mediante la fórmula Ftrkach = f * N / r. Según la fórmula, cuando el cuerpo gira, su radio importa. El valor f es un coeficiente que se puede encontrar al saber de qué material están hechos el cuerpo y la superficie. Este es el coeficiente que se encuentra en la tabla.Hay tres fuerzas de fricción:
Conocimiento propiedades físicas cuerpos y las fuerzas acompañantes que actúan sobre el objeto, puede calcular fácilmente la fuerza de fricción.
Deslizamientos: Ftr = mN, donde m es el coeficiente de fricción por deslizamiento, N es la fuerza de reacción del soporte, N. Para un cuerpo que se desliza sobre un plano horizontal, N = G = mg, donde G es el peso corporal, N; m es el peso corporal, kg; g - aceleración debida a la gravedad, m / s2. Los valores del coeficiente adimensional m para un par de materiales dado se dan en la hoja de datos. Conociendo el peso corporal y un par de materiales. deslizándose entre sí, encuentre la fuerza de fricción.
Caso 2. Considere un cuerpo que se desliza sobre una superficie horizontal y se mueve uniformemente. Sobre él actúan cuatro fuerzas: la fuerza que pone el cuerpo en movimiento, la fuerza de gravedad, la fuerza de reacción del soporte, la fuerza de fricción por deslizamiento. Dado que la superficie es horizontal, la fuerza de reacción del soporte y la fuerza de gravedad se dirigen a lo largo de una línea recta y se equilibran entre sí. El desplazamiento describe la ecuación: Fdv - Ftr = ma; donde Fä es el módulo de la fuerza que pone el cuerpo en movimiento, N; Ftr - módulo de fuerza de fricción, N; m es el peso corporal, kg; a - aceleración, m / s2. Conociendo los valores de la masa, la aceleración del cuerpo y la fuerza que actúa sobre él, encuentre la fuerza de fricción. Si estos valores no se especifican directamente, vea si la condición contiene datos a partir de los cuales se pueden encontrar estos valores.
Problema de ejemplo 1: una barra de 5 kg que se encuentra en la superficie recibe la acción de una fuerza de 10 N. Como resultado, la barra se mueve uniformemente y se desplaza 10 en 10. Encuentre la fuerza de fricción deslizante.
La ecuación para el movimiento de la barra: Fdv - Ftr = ma. La trayectoria del cuerpo para un movimiento uniformemente acelerado viene dada por la igualdad: S = 1 / 2at ^ 2. Desde aquí puede determinar la aceleración: a = 2S / t ^ 2. Sustituya estas condiciones: a = 2 * 10/10 ^ 2 = 0.2 m / s2. Ahora encuentre la resultante de dos fuerzas: ma = 5 * 0.2 = 1 N. Calcule la fuerza de fricción: Ffr = 10-1 = 9 N.
Caso 3. Si un cuerpo sobre una superficie horizontal está en reposo o se mueve uniformemente, según la segunda ley de Newton, las fuerzas están en equilibrio: Ftr = Fdv.
Problema de ejemplo 2: Se informa que un bloque de 1 kg en una superficie nivelada viaja 10 metros en 5 segundos y se detiene. Determine la fuerza de fricción por deslizamiento.
Como en el primer ejemplo, el deslizamiento de la barra está influenciado por la fuerza de movimiento y la fuerza de fricción. Como resultado de este impacto, el cuerpo se detiene, es decir viene el equilibrio. La ecuación de movimiento de la barra: Ftr = Fdv. O: N * m = ma. La barra se desliza uniformemente. Calcule su aceleración de manera similar al problema 1: a = 2S / t ^ 2. Sustituye los valores de las cantidades de la condición: a = 2 * 10/5 ^ 2 = 0.8 m / s2. Ahora encuentre la fuerza de fricción: Ffr = ma = 0.8 * 1 = 0.8 N.
Caso 4. Tres fuerzas actúan sobre un cuerpo que se desliza espontáneamente a lo largo de un plano inclinado: gravedad (G), fuerza de reacción del soporte (N) y fuerza de fricción (Ffr). La fuerza de gravedad se puede escribir de la siguiente manera: G = mg, N, donde m es el peso corporal, kg; g - aceleración debida a la gravedad, m / s2. Dado que estas fuerzas no se dirigen a lo largo de una línea recta, escriba la ecuación de movimiento en forma vectorial.
Al sumar las fuerzas N y mg de acuerdo con la regla del paralelogramo, se obtiene la fuerza resultante F '. Se pueden extraer las siguientes conclusiones de la figura: N = mg * cosα; F '= mg * sinα. Donde α es el ángulo de inclinación del plano. La fuerza de fricción se puede escribir mediante la fórmula: Ftr = m * N = m * mg * cosα. La ecuación de movimiento toma la forma: F'-Ftr = ma. O: Ftr = mg * sinα-ma.
Caso 6. El cuerpo se mueve uniformemente a lo largo de una superficie inclinada. Esto significa que según la segunda ley de Newton, el sistema está en equilibrio. Si el deslizamiento es espontáneo, el movimiento del cuerpo obedece a la ecuación: mg * sinα = Ftr.
Si se aplica una fuerza adicional (F) al cuerpo, evitando un desplazamiento uniformemente acelerado, la expresión del movimiento tiene la forma: mg * sinα - Ftr-F = 0. A partir de aquí, encuentre la fuerza de fricción: Ftr = mg * sinα -F.
La fricción es el proceso físico sin el cual el movimiento mismo en nuestro mundo no podría existir. En física, para calcular el valor absoluto de la fuerza de fricción, es necesario conocer un coeficiente especial para las superficies de fricción consideradas. Este artículo responderá a esta pregunta.
Antes de responder a la pregunta de cómo encontrar el coeficiente de fricción, es necesario considerar qué es la fricción y por qué fuerza se caracteriza.
En física, hay tres tipos de este proceso que ocurre entre objetos sólidos. Estos se deslizan y ruedan. La fricción en reposo ocurre siempre que Fuerza externa intenta empujar el objeto. Deslizamiento La fricción, como su nombre indica, ocurre cuando una superficie se desliza sobre otra. Finalmente, la fricción de rodadura ocurre cuando un objeto redondo (rueda, bola) rueda sobre una superficie.
Todos los tipos están unidos por el hecho de que impiden cualquier movimiento y el punto de aplicación de sus fuerzas está en el área de contacto de las superficies de dos objetos. Además, todos estos tipos convierten la energía mecánica en calor.
Las fuerzas de deslizamiento y fricción estática son causadas por rugosidades microscópicas en superficies que rozan. Además, estos tipos se deben a dipolo-dipolo y otros tipos de interacciones entre átomos y moléculas que forman cuerpos en fricción.
La causa del rozamiento está relacionada con la histéresis de la deformación elástica, que aparece en el punto de contacto entre el objeto rodante y la superficie.
Los tres tipos de fuerzas de fricción sólidas se describen mediante expresiones que tienen la misma forma. Vamos a darle:
Aquí N es la fuerza que actúa perpendicular a la superficie del cuerpo. A esto se le llama reacción de apoyo. El valor µ t se denomina coeficiente del tipo de fricción correspondiente.
Los coeficientes de deslizamiento y fricción estática son cantidades adimensionales. Esto se puede entender si observamos la igualdad de la fuerza de fricción y el coeficiente de fricción. El lado izquierdo de la igualdad se expresa en Newtons, el lado derecho también se expresa en Newtons, ya que el valor de N es fuerza.
En cuanto a la fricción de rodadura, el coeficiente también será una cantidad adimensional, pero se determina como la relación entre la característica lineal de deformación elástica y el radio del objeto rodante.
Debe decirse que las décimas de unidad son valores típicos de los coeficientes de fricción de deslizamiento y reposo. Pues este coeficiente corresponde a centésimas y milésimas de unidad.
El coeficiente µ t depende de una serie de factores que son difíciles de tener en cuenta matemáticamente. Enumeremos algunos de ellos:
Por lo tanto, no existe una fórmula para µ t, y debe medirse experimentalmente. Para entender cómo encontrar el coeficiente de fricción, debe expresarse a partir de la fórmula de F t. Tenemos:
Resulta que para conocer µ t es necesario encontrar la fuerza de fricción y la reacción del soporte.
El experimento correspondiente se realiza de la siguiente manera:
En este caso, el dinamómetro muestra cierta fuerza, que es igual a F t. igual al peso del cuerpo sobre una superficie horizontal.
El método descrito le permite comprender por qué es igual al coeficiente fricción en reposo y deslizamiento. De manera similar, puede determinar experimentalmente el µ t de laminación.
Otro método experimental para determinar µ t se presenta en forma de problema en la siguiente sección.
Vigas de madera está sobre una superficie de vidrio. Inclinando suavemente la superficie, se constató que el deslizamiento de la barra comienza en un ángulo de inclinación de 15o. ¿Cuál es el coeficiente de fricción estática para un par de madera y vidrio?
Cuando la barra estaba en un plano inclinado a 15 o, entonces en reposo la fuerza de fricción tenía un valor máximo. Es igual a:
La fuerza N está determinada por la fórmula:
Aplicando la fórmula para µ t, obtenemos:
µ t = F t / N = m * g * sin (α) / (m * g * cos (α)) = tg (α).
Sustituyendo el ángulo α, llegamos a la respuesta: µ t = 0.27.
Jornada científica y práctica
Coeficiente de fricción ellos métodos su cálculo
Penza 2010
Capítulo I. Parte teórica
1. Tipos de fricción, coeficiente de fricción
Capitulo dos. Parte practica
Cálculo de fricción estática, deslizante y rodante.
Cálculo del coeficiente de fricción en reposo
Bibliografía
Capítulo I. Parte teórica
1. Tipos de fricción, coeficiente de fricción.
Nos enfrentamos a la fricción a cada paso. Sería más exacto decir que sin fricción no podemos ni siquiera dar un paso. Pero a pesar del gran papel que juega la fricción en nuestra vida, todavía no se ha creado una imagen suficientemente completa de la ocurrencia de la fricción. Esto ni siquiera se debe al hecho de que la fricción sea de naturaleza compleja, sino más bien al hecho de que los experimentos con fricción son muy sensibles al tratamiento superficial y, por lo tanto, difíciles de reproducir.
Existe externo y fricción interna (también llamadoviscosidad ). Externo Este tipo de fricción se llama, en la que surgen fuerzas en los puntos de contacto de los sólidos que impiden el movimiento mutuo de los cuerpos y se dirigen tangencialmente a sus superficies.
Fricción interna (viscosidad) es el tipo de fricción, que consiste en el hecho de que en el desplazamiento mutuo. capas de líquido o gas entre ellas, surgen fuerzas tangenciales que impiden tal movimiento.
La fricción externa se subdivide enfricción estática (fricción estática ) y fricción cinemática ... La fricción en reposo se produce entre cuerpos rígidos inmóviles cuando se intenta mover alguno de ellos. Existe fricción cinemática entre cuerpos rígidos en movimiento en contacto mutuo. La fricción cinemática, a su vez, se subdivide enfricción de deslizamiento y fricción rodante .
Las fuerzas de fricción juegan un papel importante en la vida humana. En algunos casos los usa y en otros pelea con ellos. Las fuerzas de fricción son de naturaleza electromagnética.
Si el cuerpo se desliza sobre cualquier superficie, su movimiento se ve impedido.fuerza de fricción deslizante.
Donde norte es la fuerza de reacción del soporte, unμ - coeficiente de fricción por deslizamiento. Coeficienteμ depende del material y la calidad del procesamiento de las superficies en contacto y no depende del peso corporal. El coeficiente de fricción se determina empíricamente.
La fuerza de fricción deslizante siempre se dirige en sentido opuesto al movimiento del cuerpo. Cuando cambia la dirección de la velocidad, también cambia la dirección de la fuerza de fricción.
La fuerza de fricción comienza a actuar sobre el cuerpo cuando intentan moverlo. Si una fuerza externaF menos trabajoμN, entonces el cuerpo no se moverá: el comienzo del movimiento, como dicen, se ve obstaculizado por la fuerza de fricción estática. El cuerpo comenzará a moverse solo cuando una fuerza externaF superará el valor máximo que puede tener la fuerza de fricción estática
Fricción en reposo - Fuerza de fricción que evita la ocurrencia del movimiento de un cuerpo sobre la superficie de otro.
Capitulo dos. Parte practica
1. Cálculo de la fricción en reposo, deslizamiento y balanceo
Con base en lo anterior, encontré empíricamente la fuerza de fricción en reposo, deslizándose y rodando. Para hacer esto, utilicé varios pares de cuerpos, como resultado de la interacción de los cuales surgirá una fuerza de fricción, y un dispositivo para medir la fuerza: un dinamómetro.
Aquí están los siguientes pares de cuerpos:
un bloque de madera en forma de paralelepípedo rectangular de cierta masa y una mesa de madera barnizada.
un bloque de madera en forma de paralelepípedo rectangular con menos de la primera masa y una mesa de madera barnizada.
un bloque de madera en forma de cilindro de cierta masa y una mesa de madera barnizada.
un bloque de madera en forma de cilindro con menos masa que la primera y una mesa de madera barnizada.
Después de que se llevaron a cabo los experimentos, se pudo sacar la siguiente conclusión:
La fuerza de fricción en reposo, deslizamiento y balanceo se determina empíricamente.
Fricción en reposo:
Para 1) Fp = 0,6 N, 2) Fp = 0,4 N, 3) Fp = 0,2 N, 4) Fp = 0,15 N
Fricción de deslizamiento:
Para 1) Fc = 0.52 N, 2) Fc = 0.33 N, 3) Fc = 0.15 N, 4) Fc = 0.11 N
Fricción rodante:
Para 3) Fk = 0.14 N, 4) Fk = 0.08 N
Por lo tanto, determiné empíricamente los tres tipos de fricción externa y obtuve que
Fп> Fс> Fк para el mismo cuerpo.
2. Cálculo del coeficiente de fricción en reposo
Pero no es la fuerza de fricción lo más interesante, sino el coeficiente de fricción. ¿Cómo calcularlo y definirlo? Y encontré solo dos formas de determinar la fuerza de fricción.
Primera forma: muy sencilla. Conocer la fórmula y determinar empíricamente y N, se puede determinar el coeficiente de fricción estática, de deslizamiento y de rodadura.
1) N 0,81 N, 2) N 0,56 N, 3) N 2,3 N, 4) N 1,75
Coeficiente de fricción estática:
= 0,74; 2) = 0,71; 3) = 0,087; 4) = 0,084;
Coeficiente de fricción deslizante:
= 0,64; 2) = 0,59; 3) = 0,063; 4) = 0,063
Coeficiente de fricción de rodadura:
3) = 0,06; 4) = 0,055;
Al verificar los datos tabulares, confirmé la exactitud de mis valores.
Pero la segunda forma de encontrar el coeficiente de fricción también es muy interesante.
Pero este método determina bien el coeficiente de fricción estática, y surgen una serie de dificultades para calcular el coeficiente de fricción por deslizamiento y rodadura.
Descripción: El cuerpo está en reposo con otro cuerpo. Luego, el extremo del segundo cuerpo sobre el que se encuentra el primer cuerpo, comienza a levantarse hasta que el primer cuerpo se mueve de su lugar.
= sin / cos = tan = BC / AC
Sobre la base del segundo método, he calculado varios coeficientes de fricción estática.
Madera a madera:
AB = 23,5 cm; BC = 13,5 cm.
П = BC / AC = 13.5 / 23.5 = 0.57
2. Espuma de poliestireno para madera:
AB = 18,5 cm; BC = 21 cm.
П = BC / AC = 21 / 18.5 = 1.1
3. Vidrio sobre madera:
AB = 24,3 cm; BC = 11 cm.
П = BC / AC = 11 / 24,3 = 0,45
4. Aluminio para madera:
AB = 25,3 cm; BC = 10,5 cm.
П = BC / AC = 10.5 / 25.3 = 0.41
5. Acero sobre madera:
AB = 24,6 cm; BC = 11,3 cm.
П = BC / AC = 11,3 / 24,6 = 0,46
6. Org. Vidrio sobre madera:
AB = 25,1 cm; BC = 10,5 cm.
П = BC / AC = 10.5 / 25.1 = 0.42
7. Grafito para madera:
AB = 23 cm; BC = 14,4 cm.
П = BC / AC = 14,4 / 23 = 0,63
8. Aluminio sobre cartón:
AB = 36,6 cm; BC = 17,5 cm.
П = BC / AC = 17.5 / 36.6 = 0.48
9. Planchar sobre plástico:
AB = 27,1 cm; BC = 11,5 cm.
П = BC / AC = 11.5 / 27.1 = 0.43
10. Org. Vidrio sobre plástico:
AB = 26,4 cm; BC = 18,5 cm.
П = BC / AC = 18,5 / 26,4 = 0,7
Basándome en mis cálculos y experimentos, llegué a la conclusión de que P> C> K , lo que indudablemente correspondía a la base teórica extraída de la literatura. Los resultados de mis cálculos no fueron más allá de los datos tabulares, sino que incluso los complementaron, como resultado de lo cual amplié los valores tabulares de los coeficientes de fricción de varios materiales.
Literatura
1. Kragelsky I.V., Dobychin M.N., Kombalov V.S. Fundamentos de cálculos de fricción y desgaste. Moscú: Mashinostroenie, 1977, 526 p.
Frolov, K.V. (ed.):Tribología moderna: resultados y perspectivas... Editorial LCI, 2008
Elkin VI “Materiales didácticos inusuales en física”. Biblioteca de la revista "Física en la escuela", №16, 2000.
La sabiduría de los milenios. Enciclopedia. Moscú, Olma - prensa, 2006.
