Файл: Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения всех специальностей.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 145
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
3.
3.3.6 Поднять правый груз до положения среднего кронштейна и измерить время t движения груза на расстоянии h.
3.3.7 Перекладывая перегрузки так, чтобы масса правого груза всегда была больше, повторить измерения еще два раза.
Таблица 3.3
3.4 Обработка результатов
3.4.1 По результатам таблицы 3.1 проверить соотношение (6).
3.4.2 По данным таблицы 3.2 проверить соотношение (8).
3.4.3 По результатам таблицы 3.3 проверить соотношение (9).
3.4.4 Для одного из упражнений оценить точность полученных результатов.
3.4.5 Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.
3.5 Контрольные вопросы
3.5.1 Укажите участки равномерного и равноускоренного движения фаз на машине Атвуда.
3.5.2 Что такое мгновенная скорость?
3.5.3 Чему равна сила натяжения нити при равномерном и равноускоренном движении?
3.5.4 Почему в первом упражнении расстояние между верхним и средним кронштейнами должно оставаться постоянным ?
3.5.5 Почему при выполнении третьего упражнения общая масса всех грузов должна оставаться постоянной?
4 Лабораторная работа ММФ -3. Определение коэффициента трения качения методом наклонного маятника
Цель работы: экспериментальное изучение явления трения качения.
Задача:определить коэффициент трения качения для металлов при различных углах наклона маятника.
4.1 Методика работы
При перемещении одного тела относительно другого по его поверхности или слоев одного и того же тела относительно друг друга возникает сопротивление, которое описывается силой трения F
. Сила трения направлена тангенциально относительно перемещения соприкасающихся тел. Она равна произведению коэффициента трения µ на силу нормального давления N
F
тp =µN.
Экспериментальные данные показывают, что величина коэффициента трения не является константой, а зависит от материала поверхностей, микрогеометрического профиля, смазки, среды и других факторов.
Различают силы трения покоя, скольжения и качения. Трение качения возникает при перекатывании одного тела (шара) по поверхности другого. При этом возникают как упругие так и пластические деформации. Из-за деформации поверхностей линия действия силы реакции соприкасающихся тел Q, направленная перпендикулярно поверхности соприкосновения, не совпадает c линией действия силы нормального давления N, равной весу шара (рисунок 4.1).
Нормальная составляющая силы реакции Qn уравновешивается силонормального давления N, а горизонтальная - представляет собой силу трения качения Qτ.
При равномерном движении шара должно выполняться правило равенства моментов: момент силы трения качения относительно точки О равен произведению нормальной составляющей силы реакции опоры Qn на расстояние смещения из-за контактных деформаций K.
где R - радиус шара.
Рисунок 4.1
Учитывая, что Qn = N, для определения силы трения качения получим выражение
. (1)
Величину К, представляющую собой плечо силы Qn и имеющую размерность длины, называют коэффициентом трения качения.
Для исследования процесса трения в данной работе используется метод наклонного маятника.
Шарик, подвешенный на нити, опирается на наклонную плоскость, угол наклона которой
можно изменять.
Если вывести шарик из положения равновесия, он начнет перекатываться по плоскости. Причем, движение его имеет характер колебаний, затухающих, главным образом, под действием внешнего трения.
Измерение силы трения с помощью наклонного маятника основано на измерении уменьшения амплитуды колебаний за определенное число циклов.
Энергия, рассеянная за цикл колебаний маятника
равна работе силы трения на пройденном пути = F
S.
Рисунок 4.2
Работой по преодолению сопротивления среды и трения в подвесе можно пренебречь. За n колебаний маятник теряет энергию = 
. С учетом (1) можно записать =K
(2)
где т -масса маятника,
h - потеря высоты центром тяжести маятника, которая как видно из рисунка 4.2, может быть выражена формулой
h=
где l= ОС - OB = L(cos 
n - cos
); - амплитудное значение угла отклонения маятников в начальный момент; n - амплитуда отклонения через n колебаний; l - длина маятника.
Путь, пройденный центром тяжести маятника за n колебаний равен
S = 4L n (a
- а
)/2.
Подставляя эти выражения в (2) и учитывая, что нормальная составляющая силы тяжести N = m g cos
, получим
(3)
здесь и 
- значения углов, выраженные в радианах.
4.2 Описание экспериментальной установки
Прибор "Наклонный маятник РРМ-07" предназначен для определения коэффициента трения качения. Принцип работы наклонного маятника представлен на рисунках 4.1 и 4.2. Угол наклона маятника
= 90 -φ, где φ - угол между наклонной плоскости и вертикалью. Фотоэлектрический датчик соединен с секундомером, который отсчитывает число колебаний и время, затраченное на них. На кронштейн подвешен шар с водилкой, совершающий колебания по пластинке (рисунок 4.2). В комплекте имеются набор шариков и пластинок, изготовленных из разных металлов.
4.3 Порядок выполнения эксперимента
4.3.1 Установить предложенные преподавателем образец и шарик.
4.3.2 При помощи опорных винтов установить маятник так, чтобы его нить оказалась против нулевого деления шкалы.
4.3.3 Наклонить плечо маятника на угол β = 30°. Отклонить шар от положения равновесия на угол
> 6° - 7° и считать число колебаний.
4.3.4 При уменьшении угла отклонения маятника до некоторого значе-
ния
, записать в таблицу значения углов отклонения шарика в начальный и конечный моменты времени и число n полных колебаний.
4.4.5 Пункты 3 и 4 повторить не менее пяти раз.
4.4.6 Повторить измерения для углов = 45° и 60°.
Записать данные в таблицу 4.1.
Таблица 4.1
3.3.6 Поднять правый груз до положения среднего кронштейна и измерить время t движения груза на расстоянии h.
3.3.7 Перекладывая перегрузки так, чтобы масса правого груза всегда была больше, повторить измерения еще два раза.
Таблица 3.3
| m, кг | h, м | t,c | а, м/с2 |
3.4 Обработка результатов
3.4.1 По результатам таблицы 3.1 проверить соотношение (6).
3.4.2 По данным таблицы 3.2 проверить соотношение (8).
3.4.3 По результатам таблицы 3.3 проверить соотношение (9).
3.4.4 Для одного из упражнений оценить точность полученных результатов.
3.4.5 Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.
3.5 Контрольные вопросы
3.5.1 Укажите участки равномерного и равноускоренного движения фаз на машине Атвуда.
3.5.2 Что такое мгновенная скорость?
3.5.3 Чему равна сила натяжения нити при равномерном и равноускоренном движении?
3.5.4 Почему в первом упражнении расстояние между верхним и средним кронштейнами должно оставаться постоянным ?
3.5.5 Почему при выполнении третьего упражнения общая масса всех грузов должна оставаться постоянной?
4 Лабораторная работа ММФ -3. Определение коэффициента трения качения методом наклонного маятника
Цель работы: экспериментальное изучение явления трения качения.
Задача:определить коэффициент трения качения для металлов при различных углах наклона маятника.
4.1 Методика работы
При перемещении одного тела относительно другого по его поверхности или слоев одного и того же тела относительно друг друга возникает сопротивление, которое описывается силой трения F
. Сила трения направлена тангенциально относительно перемещения соприкасающихся тел. Она равна произведению коэффициента трения µ на силу нормального давления NF
тp =µN.
Экспериментальные данные показывают, что величина коэффициента трения не является константой, а зависит от материала поверхностей, микрогеометрического профиля, смазки, среды и других факторов.
Различают силы трения покоя, скольжения и качения. Трение качения возникает при перекатывании одного тела (шара) по поверхности другого. При этом возникают как упругие так и пластические деформации. Из-за деформации поверхностей линия действия силы реакции соприкасающихся тел Q, направленная перпендикулярно поверхности соприкосновения, не совпадает c линией действия силы нормального давления N, равной весу шара (рисунок 4.1).
Нормальная составляющая силы реакции Qn уравновешивается силонормального давления N, а горизонтальная - представляет собой силу трения качения Qτ.
 |
При равномерном движении шара должно выполняться правило равенства моментов: момент силы трения качения относительно точки О равен произведению нормальной составляющей силы реакции опоры Qn на расстояние смещения из-за контактных деформаций K.
где R - радиус шара.
Рисунок 4.1
Учитывая, что Qn = N, для определения силы трения качения получим выражение
. (1) Величину К, представляющую собой плечо силы Qn и имеющую размерность длины, называют коэффициентом трения качения.
Для исследования процесса трения в данной работе используется метод наклонного маятника.
Шарик, подвешенный на нити, опирается на наклонную плоскость, угол наклона которой
можно изменять.  |
Если вывести шарик из положения равновесия, он начнет перекатываться по плоскости. Причем, движение его имеет характер колебаний, затухающих, главным образом, под действием внешнего трения.
Измерение силы трения с помощью наклонного маятника основано на измерении уменьшения амплитуды колебаний за определенное число циклов.
Энергия, рассеянная за цикл колебаний маятника
равна работе силы трения на пройденном пути = F S.Рисунок 4.2
Работой по преодолению сопротивления среды и трения в подвесе можно пренебречь. За n колебаний маятник теряет энергию
= . С учетом (1) можно записать =K (2)где т -масса маятника,
h - потеря высоты центром тяжести маятника, которая как видно из рисунка 4.2, может быть выражена формулой
h=
где
l= ОС - OB = L(cos n - cos ); - амплитудное значение угла отклонения маятников в начальный момент; n - амплитуда отклонения через n колебаний; l - длина маятника.Путь, пройденный центром тяжести маятника за n колебаний равен
S = 4L n (a
- а )/2.Подставляя эти выражения в (2) и учитывая, что нормальная составляющая силы тяжести N = m g cos
, получим (3)здесь
и - значения углов, выраженные в радианах.4.2 Описание экспериментальной установки
Прибор "Наклонный маятник РРМ-07" предназначен для определения коэффициента трения качения. Принцип работы наклонного маятника представлен на рисунках 4.1 и 4.2. Угол наклона маятника
= 90 -φ, где φ - угол между наклонной плоскости и вертикалью. Фотоэлектрический датчик соединен с секундомером, который отсчитывает число колебаний и время, затраченное на них. На кронштейн подвешен шар с водилкой, совершающий колебания по пластинке (рисунок 4.2). В комплекте имеются набор шариков и пластинок, изготовленных из разных металлов.
4.3 Порядок выполнения эксперимента
4.3.1 Установить предложенные преподавателем образец и шарик.
4.3.2 При помощи опорных винтов установить маятник так, чтобы его нить оказалась против нулевого деления шкалы.
4.3.3 Наклонить плечо маятника на угол β = 30°. Отклонить шар от положения равновесия на угол
> 6° - 7° и считать число колебаний.4.3.4 При уменьшении угла отклонения маятника до некоторого значе-
ния
, записать в таблицу значения углов отклонения шарика в начальный и конечный моменты времени и число n полных колебаний.4.4.5 Пункты 3 и 4 повторить не менее пяти раз.
4.4.6 Повторить измерения для углов
= 45° и 60°.Записать данные в таблицу 4.1.
Таблица 4.1
| | | |  |  |  |  |  |