1.Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było wyznaczanie współczynnika tarcia czopowego metodą doświadczalną.

2.Przebieg ćwiczenia:

a) Zapoznanie się z teoretycznymi zagadnieniami dotyczącymi wyznaczania współczynnika tarcia czopowego.

b) Zapoznanie się z elementami konstrukcji wahadła oraz jego napędu i układu pomiarowego.

c) Przygotowanie stanowiska do przeprowadzenia ćwiczenia (włączenie zasilania silnika, umieszczenie magnesu na końcówce wahadła, włączenie zasilania diod LED, przygotowanie wagi oraz suwmiarki).

d)Zmierzenie wymiarów elementów wahadła zgodnie z rys. nr.1.

e)Wymiary umieszczono w tabeli nr. 1.

f)Badanie polegało na wychylaniu wahadła o ustalony kąt przy włączonym napędzie, po około 5-6 wychyleniach ruch stabilizował się i największe wychylenia odczytywało się z diod LED, które były odpowiednio ponumerowane

g)Dane pomiarowe umieszono w tabeli (pkt.4).

3.Wymiary wahadła oraz schemat pomiarowy.

rys.1

Aluminiowy czop	Mosiężny czop
d	35mm
d1	25mm
d2	10mm
D1	70mm
I	295mm
dB	29mm
h	19mm
panewka	183g±1g
pręt oraz nakrętki	192g±1g
ciężarek oraz magnes	105g±1g

4.Tabele pomiarowe:

Aluminium:

Pomiar	Prędkość obrotowa n1=375 obr/min	Prędkość obrotowa n2=575 obr/min
	Φmin(w lewo)	Φmax(w prawo)
30°|30°	-27	32
35°|35°	-32	36
45°|45°	-36	42

Mosiądz:

Pomiar	Prędkość obrotowa n1=375 obr/min	Prędkość obrotowa n2=575 obr/min
	Φmin(w lewo)	Φmax(w prawo)
30°|30°	-27	40
35°|34°	-34	45
45°|38°	-40	45

5.Pełny przebieg obliczeń:

Aluminium:

I_{o panewki}=$\frac{1}{2}$*m*(D₁²+d₁²)=$\ \frac{1}{2}$*0.183*(0.07²+0.025²)=5.055*10⁻⁴=0.000505

I_{o pręt}=$\frac{1}{12}$*m*L²=$\frac{1}{12}$*0.192*0.295²=1.3924*10^-4=0.000139

I_{o cieżarek}=$\frac{1}{12}$*m*(3r²+h²)=$\ \frac{1}{12}$*0.105*(0.0145²+0.019²)=4.9984*10⁻⁶=0.00000499

Tw. Stainera:

I=I_o+md²

(d-odległość pomiędzy osiami, m-masa)

I_panewka=0.000505+0.183*0.0125²=0.0005335[kg*m²]

I_pręt=0.000139+0.192*(0.025+0.0225+0.1475)²=0.0074398[kg*m²]

I_ciężarki=0.00000499+0.105*(0.025+0.0225+0.295+0.0095)²=0.01301[kg*m²]

I_A=0.0005335+0.0074398+0.01301=0.02098 [kg*m²]

a=$\frac{\sum_{i = 1}^{i = 3}\left( m_{i}*y_{i} \right)}{m}$=$\frac{\left( 0.183*0.0125 \right) + \left( 0.192*0.195 \right) + (0.105*0.305)}{0.183 + 0.192 + 0.105}$=0.1494[m]

I₂=$\frac{I_{A}}{m*a}$=$\frac{0.02098}{0.48*0.1494}$=0.292[m]

φ_o=$\frac{\varphi_{\min} - \varphi_{\max}}{2}$ , u’=$\frac{2{*l}_{2}*\text{φo}}{d}$, p_l=$\frac{2\varphi_{0}}{d}$, p_d=$\frac{2\varphi_{0}*I_{2}}{d^{2}}$

prędkość obrotowa 375 obr/min	prędkość obrotowa 575 obr/min
Pomiar [°]	Wychylenie
30	-27,32
35	-32,36
40	-36,42

dla prędkość obrotowa 375 obr/min

u’_śr=0.720

p_l=$\frac{2*0.034}{0.035}$=1.94

p_d=$\frac{2*0.034*0.292}{0.035}$=0.56

∆u’=$\sqrt{(1.94*0.02)^{2} + (0.56*0.02)^{2}} = 0.04$

dla prędkość obrotowa 575 obr/min

u’_śr=0.283

p_l=0.971

p_d=8.104

∆u’=0.16

Mosiądz:

I_{o panewka}=$\frac{1}{2}$*m*(D₁²+d₁²)=$\ \frac{1}{2}$*0.350*(0.059²+0.025²)=7.1855*10⁻⁴=0.0007185

I_{o pręt}=$\frac{1}{12}$*m*L²=0.000139

I_{o cieżarek}=$\frac{1}{12}$*m*(3r²+h²)= 0.00000499

Tw. Stainera:

I=I_o+md²

(d-odległość pomiędzy osiami, m-masa)

I_panewki=0.0007185+0.350*0.0125²=0.005468[kg*m²]

I_pręt=0.000139+0.192*(0.025+0.0017+0.1475)²=0.007033[kg*m²]

I_ciężarki=0.00000499+0.105*(0.025+0.0225+0.295+0.0095)²=0.012611[kg*m²]

I_A=0.005468+0.007033+0.012611=0.05112 [kg*m²]

a=$\frac{\sum_{i = 1}^{i = 3}\left( m_{i}*y_{i} \right)}{m}$=$\frac{\left( 0.350*0.0125 \right) + \left( 0.192*0.1895 \right) + (0.105*0.3465)}{0.350 + 0.192 + 0.105}$=0.119[m]

I₂=$\frac{I_{A}}{m*a}$=$\frac{0.025112}{0.647*0.119}$=0.326[m]

φ_o=$\frac{\varphi_{\min} - \varphi_{\max}}{2}$ , u’=$\frac{2{*l}_{2}*\text{φo}}{d}$, p_l=$\frac{2\varphi_{0}}{d}$, p_d=$\frac{2\varphi_{0}*I_{2}}{d^{2}}$

prędkość obrotowa 375 obr/min	prędkość obrotowa 575 obr/min
Pomiar [°]	Wychylenie
30	-27,40
35	-34,45
40	-40,45

dla prędkość obrotowa 375 obr/min

u’_śr=0.911

p_l=$\frac{2.049}{0.035}$=2.8

p_d=$\frac{2*0.049*0.326}{0.0352}$=26.08

∆u’=0.52

dla prędkość obrotowa 575 obr/min

u’_śr=0.745

p_l=2.28

p_d=21.28

∆u’=0.42

6.Wnioski:

-Wraz ze wzrostem prędkości ten współczynnik tarcia czopowego maleje.

-Tarcie jest to opór mechaniczny występujący pomiędzy dwoma ciałami. Tarcie jest wynikiem niedoskonałości budowy powierzchni ciał. Są one zawsze chropowate, nawet jeżeli wydaje się nam, że są idealnie wypolerowane, także materiał z którego są wykonane mają wpływ na wielkość powstałego tarcia.