Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Chełmie

Instytut Nauk Technicznych i Lotnictwa

LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

Data wykonania ćwiczenia: 28.10.2014r.	Nr ćwiczenia:	Ocena:
Wykonali: Konrad Oleszczuk , Hubert Piróg, Konrad Ochman		Grupa:
Temat: Wyznaczanie współczynników tarcia za pomocą równi pochyłej.		Prowadzący:

1. Podstawy teoretyczne:

Siła tarcia statycznie i kinetycznie:

Zależność między tarciem statycznym a kinetycznym:

a)Tarcie statyczne- to siła działająca między ciałem spoczywającym na powierzchni, a tą powierzchnią. Siła tarcia statycznego rośnie wraz z siłą, która chce wprawić ciało w ruch. Maksymalna wartość siły tarcia statycznego zależy od rodzaju powierzchni i siły nacisku ciała na powierzchnię. Ciało zacznie się poruszać dopiero wtedy, gdy siła zewnętrzna pokona maksymalną siłę tarcia statycznego.

b)Tarcie kinetyczne- Gdy ciało przesuwa się po podłożu, to działa na nie siła tarcia kinetycznego, która jest zwrócona przeciwnie do wektora prędkości.
Siła ta hamuje ruch ciała i tym samym jest przyczyną opóźnienia. Jej wartość wyrażamy wzorem: T = f⋅N
T - wartość siły tarcia kinetycznego, 
f - współczynnik tarcia kinetycznego zależny od rodzaju stykających się powierzchni, 
N - wartości siły nacisku działającej prostopadle do powierzchni, po której przesuwa się ciało. 

W zastosowaniach technicznych rozróżniamy 3 typy tarcia poślizgowego:

• tarcie suche- występujące wówczas, gdy powierzchnie trące stykają się bezpośrednio, bez rozdzielającej je warstwy płynu

• tarcie półsuche lub półpłynne- jest przypadkiem między tarciem suchym a tarciem płynnym

• tarcie płynne - występujące wówczas, gdy powierzchnie trące oddzielone są od siebie warstwą smaru

Współczynnik tarcia (μ) - jest to stosunek tarcia do całkowitego nacisku normalnego.

Współczynnik tarcia ma dla określonych materiałów stałą wartość. Zależy od materiałów

i fizycznych własności powierzchni trących tj. wielkości i charakteru chropowatości, wilgotności temperatury. Nie zależy natomiast od wielkości powierzchni trących.

Jeżeli ciała pozostają w spoczynku względem siebie, to tarcie nazywane jest tarciem statycznym (spoczynkowym), a siła - siłą tarcia statycznego. Gdy ciała poruszają się względem siebie to tarcie nazywa się tarciem ruchowym (kinetycznym), a siła - siłą tarcia kinetycznego.

Siła tarcia statycznego ma kierunek działania siły równoległej do trących powierzchni

i przeciwny do niej zwrot. Siła tarcia kinetycznego ma kierunek ruchu wzajemnego ciał, a zwrot przeciwny do zwrotu ruchu.

Zwiększając powoli kąt nachylenia równi względem poziomu, dochodzimy do pewnej wartości kąta α, przy której nastąpi równowaga graniczna. Dalsze zwiększanie kąta spowoduje już zsuwanie się ciała z równi.

Z warunków równowagi otrzymujemy :

∑P_ix= T- Gsinα = 0

∑P_iy= N- Gcosα = 0

T = Gsinα

N= Gcosα

T=μN

Gsinα = μGcosα

μ =

μ = tgα

Współczynnik tarcia jest równy tangensowi kąta nachylenia równi względem poziomu w chwili, kiedy ciężar rozpoczyna się zsuwać z równi.

Przy kącie μ<μ_gr pochylenia równi, ciało umieszczone na równi będzie w równowadze bez żadnej dodatkowej siły utrzymującej. Taka równię pochyłą nazywamy samohamowną.
Zjawisko samohamowności występuje wtedy, gdy kąt pochylenia jest mniejszy od kąta tarcia

( α< φ), czyli spełniony jest warunek : T> Gsin α

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie współczynnika tarcia statycznego oraz kinetycznego dla dwóch różnych materiałów: mosiądz oraz aluminium.

4. Wyniki pomiarów:

MOSIĄDZ:

d = 16,04

środek masy = 67,5 cm.

f = 10,5 cm.

L = 27,5 cm.

KĄTY TARCIA STATYCZNEGO:

α₁ = 17 ° α₂ = 18 ° α ₃= 18

αśr. = 17,666°

S₁ = 15,9 - 0,7 = 15,2 cm.

S₂ = 16,6 - 0,7 = 15,9 cm.

S₃ = 18,9 - 0,7 = 18,2 cm.

μ = tgα

μ= -2,45198589

ALUMINIUM:

d = 15,02

środek masy = 177,5 cm.

f = 7,3 cm.

L = 27,5 cm.

KĄTY TARCIA STATYCZNEGO:

α₁ = 19 ° α₂ = 19,5° α ₃= 18°

αśr = 18,833°

S₁ = 10,5 - 0,7 = 9,8cm.

S₂ = 7- 0,7 = 6,3 cm.

S₃ = 10,3 - 0,7 = 9,6 cm.

μ = tgα

μ= -0,612494373

5. Wnioski:

W badanym ćwiczeniu większy współczynnik tarcia wykazuje aluminium niż mosiądz. Dla mosiądzu jest to w przybliżeniu (- 2,452) zaś dla aluminium w przybliżeniu

(-0,612).

Niedokładność pomiarów mogła wynikać z niedokładności w odczytywaniu pomiarów lub z nie wystarczająco dobrych warunków do wykonania ćwiczenia. Dla większej dokładności każdy pomiar zostało powtórzony trzy razy. To pozwoliło do obliczenia średniej aby jak najbardziej przybliżyć się do właściwych kątów a co za tym idzie dokładniejszego wyliczenia współczynnika tarcia.

---