220 3, wydzia˙ WTM


Politechnika Szczecińska

Instytut Fizyki

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI

wydział: WTM

kierunek: Informatyka

imię i nazwisko: Marcin Sowa i Jarosław Borek

grupa dziekańska: 27

zespół numer: 1

doświadczenie numer 220

Wyznaczanie współczynnika tarcia tocznego za pomocą wahadła nachylnego

Siły tarcia powstają w wyniku działania różnych procesów zachodzących w powierzchniowych warstwach stykających się ciał. Podczas toczenia się cylindrycznego ciała po płaskiej powierzchni mogą wystąpić trzy rodzaje sił tarcia: poślizgowe, spoczynkowe i toczne. Tarcie toczne powstaje w wyniku niesprężystej deformacji ciała i podłoża. W realnych warunkach straty energii na tarcie występują a przyczyną tych strat są siły tarcia tocznego, których nie da się sprowadzić do sił tarcia spoczynkowego, ani tarcia poślizgu.

Pomiar siły tarcia tocznego za pomocą wahadła nachylnego oparty jest na podstawie pomiarów zmian amplitudy wahań w czasie określonej ilości okresów drgań tego wahadła. Wzór, z którego będziemy obliczali współczynnik tarcia tocznego „k” otrzymamy przyrównując pracę sił tarcia zmianie energii całkowitej wahadła. W ciągu n okresów drgań wahadło z pozycji początkowego wychylenia przesunie się ostatecznie do położenia wychylenia końcowego. W ciągu tego czasu kulka zmniejszy swoją energię o:

gdzie:

m - masa kulki,

g - przyspieszenie ziemskie,

Δh - zmniejszenie wysokości środka kulki.

Energia ta została rozproszona dzięki pracy sił tarcia tocznego i pracy sił oporu ośrodka, w którym porusza się kulka:

ΔE=ΔA+ΔA1=Ftocz*s+ΔA1

gdzie: s jest drogą, jaka została przebyta przez kulkę w rozpatrywanym czasie.

Zakładając, że opory ośrodka można pominąć ( tzn. ΔA1≈0 ) mamy:

mgΔh=Ftocz*s

gdzie:

Δh=Δl*sinβ

ponadto siła reakcji podłoża:

N=mg*cosβ

Stąd:

Ttocz = k*N*r -1

Więc:

k = r*Δl*tgβ*s -1

Jeżeli α0 oznaczymy kąt wychylenia początkowego oraz αn kąt zmierzony po n wychyleniach, a L jest długością nici wahadła, to droga jaką przebywa kulka w tym czasie wyniesie:

s = 2L*n*(α0n)

Dla małych wychyleń cosα = 1 - 0,5*α2

stąd

Δl = L*(cosα0 - cosαn)

W wyniku przekształceń otrzymujemy:

k = 0,25*r*tgβ*(α0 - αn)*n -1

Potrzebne przyrządy:

- milisekundomierz

- czujnik fotoelektryczny

- przyrząd do badania współczynnika tarcia tocznego FPM-07

- komplet płytek i kulka

- suwmiarka.

Kolejność czynności:

1) Sprawdzić połączenia przyrządów.

2) Zamocować badaną płytkę w prowadnicy.

3) Wypoziomować przyrząd.

4) Włączyć zasilanie.

5) Wyzerować miernik i sprawdzić fotokomórkę.

6) Ustawić ramię nachylne ma zadany kąt β.

7) Wychylić kulkę o kąt α0 =10°.

8) Odczytać dla n-tego wahnięcia kąt αn na skali ( proponowane n=10 ). Powtórzyć pomiar pięciokrotnie.

9) Czynności z punktów 6 - 8 wykonać dla tej samej płytki dla innych kątów β ( 15, 20, 25, 30, 35 ) oraz dla innej płytki.

10) Wyniki pomiarów wpisać do tabeli.

Nr. kulki

Nr. płytki

β

[°]

αn

[°]

(α)

[°]

Δα

[°]

k

(k)

Δk

10

4.5

4.5

4.5

4.5

4.5

4.5

0

0.242

kulka 1

15

6

6.5

6

6

6.5

6.2

0.14

0.255

płytka 1

20

7

6.5

6.5

6.5

6.5

6.6

0.114

0.309

Al

25

6.5

6.5

6.5

6.5

6.5

6.5

0

0.408

0.418

0.087

30

6

6

6

6

6

6

0

0.577

35

6

6

6

5.5

6

5.9

0.114

0.718

10

3

3

3

3

2.5

2.9

0.114

0.313

kulka 1

15

4.5

4.5

4.5

4.5

4.5

4.5

0

0.368

płytka 2

20

6

6

5.5

5.5

6

5.8

0.14

0.382

stal

25

6

6.5

6.5

6.5

6

6.3

0.14

0.431

0.473

0.091

nierdzewna

30

6

6

6

6

5.5

5.9

0.114

0.592

35

5.5

5.5

6

5.5

6

5.7

0.14

0.753

n=10 - ilość wahnięć

r=10mm - promień kulki

α0=10° - wychylenie początkowe

αn - kąt dla n-tego wahnięcia



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Zarzadzanie firma Wydzial Elektryczny wyklad1
III rok harmonogram strona wydział lekarski 2013 2014 II i III Kopia
220 2id 29583
WYDZIA~1, Labolatoria fizyka-sprawozdania, !!!LABORKI - sprawozdania, Lab, !!!LABORKI - sprawozdania
hydrobiologia 30.11.2011, ►► UMK TORUŃ - wydziały w Toruniu, ► WYDZIAŁ Biologii, WYDZIAŁ Chemii, Bio
Wydział Leśny NS I st, LEŚNICTWO SGGW, IZL, Z dziennych
KARTA INSTRUKCYJNA OBROBKI2, POLITECHNIKA ŚLĄSKA Wydział Mechaniczny-Technologiczny - MiBM POLSL, Se
Program Meteorologia, Geografia Nauczycielska licencjat Wydział Nauk Geograficznych Uni wersytet Łód
Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej 02, studia, PK - WIŚ -UCZ, Semestr I, Fizyka
11-nkb~1, wisisz, wydzial informatyki, studia zaoczne inzynierskie, podstawy programowania, l2
Matematyka (1), Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Mechanika i Budowa Maszyn, Matematyka
2-eukl~1, wisisz, wydzial informatyki, studia zaoczne inzynierskie, podstawy programowania, l2
1-algo~1, wisisz, wydzial informatyki, studia zaoczne inzynierskie, podstawy programowania, l2

więcej podobnych podstron