Reibungskoeffizient. Wovon hängt die Gleitreibungskraft ab, wovon hängt der Reibungskoeffizient ab?

Reibungskraft ist die Kraft, die beim Kontakt zweier Körper entsteht und deren Relativbewegung verhindert. Es wird entlang der Kontaktfläche auf die Körper aufgetragen. Die Reibung, die zwischen den Oberflächen verschiedener Körper auftritt, wird äußere Reibung genannt. Tritt Reibung zwischen Teilen desselben Körpers auf, spricht man von innerer Reibung.

Die Reibung zwischen den Oberflächen zweier sich berührender Festkörper, wenn zwischen ihnen keine flüssige oder gasförmige Schicht vorhanden ist, wird Trockenreibung genannt.

Die Reibung zwischen der Oberfläche eines festen Körpers und dem umgebenden flüssigen oder gasförmigen Medium, in dem sich der Körper bewegt, wird als viskose Reibung bezeichnet.

Es gibt Haftreibung, Gleitreibung und Rollreibung.

Die Haftreibungskraft entsteht zwischen bewegungslosen Festkörpern, wenn Kräfte in Richtung der möglichen Bewegung des Körpers wirken.

Die Haftreibungskraft ist immer gleich groß und entgegengesetzt zur Kraft parallel zur Kontaktfläche gerichtet und hat das Ziel, diesen Körper in Bewegung zu versetzen. Eine Erhöhung dieser auf den Körper ausgeübten äußeren Kraft führt zu einer Erhöhung der Haftreibungskraft. Die Haftreibungskraft ist der möglichen Bewegung des Körpers entgegengerichtet (Abb. 1 a, b). . Die maximale Haftreibungskraft ist proportional zum Modul der normalen Druckkraft, die der Körper auf den Träger erzeugt:

Da nach Newtons drittem Gesetz. Dabei handelt es sich um den Haftreibungskoeffizienten, abhängig vom Material und Zustand der Reibflächen. Die Kraft der Haftreibung verhindert den Beginn einer Bewegung. Es gibt jedoch Fälle, in denen die Kraft der Haftreibung die Bewegung eines Körpers verursacht. Zum Beispiel eine Person, die geht. Beim Gehen sorgt die auf die Sohle wirkende Haftreibung für Beschleunigung. Die Sohle rutscht nicht zurück, daher handelt es sich bei der Reibung zwischen ihr und der Fahrbahn um Haftreibung.

Stellen Sie sich einen Block vor, der auf einem Wagen liegt (Abb. 2). Auf ihn wirkt eine Kraft, die versucht, ihn von seinem Platz zu bewegen. In der entgegengesetzten Richtung wirkt die Haftreibungskraft von der Seite des Wagens auf den Block. Auf den Wagen wirkt von der Seite des Blocks her eine gleich große und entgegengesetzt gerichtete Kraft, die zu einer Bewegung des Wagens nach rechts führt. Die Haftreibungskraft spielt eine grundlegende Rolle bei der Bewegung von Autos. Die Reifen der Antriebsräder von Autos scheinen sich von der Straße wegzudrücken, und wenn kein Schlupf auftritt, ist die Kraft, die das Auto antreibt, die Haftreibungskraft.

Die Gleitreibungskraft entsteht, wenn sich relativ zueinander bewegende Körper berühren und deren Bewegung erschwert. Die Gleitreibungskraft ist entlang der Kontaktfläche entgegen der Bewegungsgeschwindigkeit gerichtet. Die Gleitreibungskraft ist direkt proportional zur Normaldruckkraft:

Wo ist der Gleitreibungskoeffizient, der von der Qualität der Oberflächenbehandlung und deren Material abhängt?

für diese Tel.

(etwas mehr) – einen Körper zu bewegen ist schwieriger als sein Gleiten fortzusetzen.

Die Reibungskraft hängt nicht von der Fläche der Kontaktflächen der Körper und ihrer Lage zueinander sowie vom Geschwindigkeitsmodul bei niedrigen Geschwindigkeiten ab, sondern von der Richtung der Geschwindigkeit: wenn die Richtung von Ändert sich die Geschwindigkeit, ändert sich auch die Richtung (Abb. 3). Die Wirkung der Gleitreibungskräfte geht mit der Umwandlung mechanischer Energie in innere Energie einher.

Die Existenz von Reibungskräften wird durch die Manifestation elektromagnetischer Wechselwirkungskräfte erklärt. Statische Reibungskräfte werden hauptsächlich durch elastische Verformungen von Mikrovorsprüngen auf der Oberfläche reibender Körper verursacht; Gleitreibungskräfte entstehen durch plastische Verformungen von Mikrovorsprüngen und deren teilweise Zerstörung sowie durch intermolekulare Wechselwirkungskräfte im Kontaktbereich.

Unterscheiden Sie zwischen Reibung extern Und intern.

Innere Reibung beobachtet bei relativer Bewegung von Teilen desselben Festkörpers (z. B. Flüssigkeit oder Gas).

Unterscheiden trocken und flüssig (bzw viskos) Reibung.

Trockene Reibung tritt zwischen den Oberflächen von Festkörpern ohne Schmierung auf.

Trockenreibung wiederum wird in Reibung unterteilt Unterhose und Reibung rollt.

Betrachten wir die Gesetze der Trockenreibung (Abb. 4.5).

Reis. 4.5

Reis. 4.6

Lassen Sie uns mit einer äußeren Kraft auf einen Körper einwirken, der auf einer stationären Ebene liegt, und dessen Modul allmählich erhöhen. Der Block bleibt zunächst bewegungslos, was bedeutet, dass die äußere Kraft durch eine Kraft ausgeglichen wird, die tangential zur Reibfläche gerichtet ist und der Kraft entgegengesetzt ist. In diesem Fall gibt es die Haftreibungskraft.

Es wurde festgestellt, dass die maximale Haftreibungskraft nicht von der Kontaktfläche zwischen den Körpern abhängt und ungefähr proportional zum Modul ist normale Druckkräfte N:

μ 0 – Haftreibungskoeffizient, abhängig von der Beschaffenheit und Beschaffenheit der Reibflächen.

Wenn der Modul der äußeren Kraft und damit der Modul der Haftreibungskraft den Wert überschreitet F 0 beginnt der Körper entlang der Unterlage zu gleiten – Haftreibung F Reibung wird durch Gleitreibung ersetzt F sk (Abb. 4.6):

Dabei ist μ der Gleitreibungskoeffizient.

Zwischen einem kugelförmigen Körper und der Oberfläche, auf der er rollt, entsteht Rollreibung. Die Rollreibungskraft folgt den gleichen Gesetzen wie die Gleitreibungskraft, der Reibungskoeffizient beträgt jedoch μ; hier gibt es viel weniger.

Schauen wir uns die Gleitreibungskraft auf einer schiefen Ebene genauer an (Abb. 4.7).

Ein Körper, der sich auf einer schiefen Ebene mit Trockenreibung befindet, ist drei Kräften ausgesetzt: der Schwerkraft, der normalen Stützreaktionskraft und der Trockenreibungskraft. Die Kraft ist die Resultierende der Kräfte und ; es ist entlang der schiefen Ebene nach unten gerichtet. Aus Abb. 4.7 es ist klar, dass

F = mg Sünde α, N = mg cos α.

Reis. 4.7

F tr = μ N = mg cosα,
F = mg sinα.

Wenn α > α max, rollt der Körper mit Beschleunigung

a = g(sinα - μcosα),
F sk = ma = F-F tr.

Zur Frage: Wovon hängt der Gleitreibungskoeffizient ab? vom Autor gegeben europäisch Die beste Antwort ist aus Oberflächenmaterial
von der Oberflächenrauheit (glatt oder nicht)
leicht zu überprüfen...
1) Aluminiumschlitten auf Schnee oder Asphalt...
2) zwei Holzklötze – poliert oder nur gesägt...

Antwort von Ilja Eremin[Neuling]
Die Gleitreibungskraft ist die Kraft, die zwischen sich berührenden Körpern während ihrer Relativbewegung entsteht. Befindet sich zwischen den Körpern keine flüssige oder gasförmige Schicht (Schmierstoff), spricht man von trockener Reibung. Ansonsten wird Reibung als „flüssig“ bezeichnet. Ein charakteristisches Merkmal der Trockenreibung ist das Vorhandensein von Haftreibung.
Es wurde experimentell festgestellt, dass die Reibungskraft von der Druckkraft der Körper aufeinander (Stützreaktionskraft), von den Materialien der Reibflächen, von der Geschwindigkeit der Relativbewegung und nicht von der Fläche abhängt Kontakt. (Dies kann dadurch erklärt werden, dass kein Körper absolut flach ist. Daher ist die tatsächliche Kontaktfläche viel kleiner als die beobachtete. Außerdem verringern wir durch die Vergrößerung der Fläche den spezifischen Druck der Körper aufeinander.) Der die Reibflächen charakterisierende Wert wird Reibungskoeffizient genannt und am häufigsten mit dem lateinischen Buchstaben „k“ oder dem griechischen Buchstaben „μ“ bezeichnet. Es kommt auf die Art und Qualität der Bearbeitung der Reibflächen an. Darüber hinaus ist der Reibungskoeffizient geschwindigkeitsabhängig. Meistens ist diese Abhängigkeit jedoch schwach ausgeprägt, und wenn keine höhere Messgenauigkeit erforderlich ist, kann k als konstant betrachtet werden.
In erster Näherung lässt sich die Größe der Gleitreibungskraft nach folgender Formel berechnen:
, Wo
- Gleitreibungskoeffizient,
- normale Bodenreaktionskraft.
Gemäß der Wechselwirkungsphysik wird Reibung üblicherweise unterteilt in:
Trocken, wenn in Wechselwirkung stehende Feststoffe nicht durch zusätzliche Schichten/Schmierstoffe getrennt werden – ein in der Praxis sehr seltener Fall. Ein charakteristisches Merkmal der Trockenreibung ist das Vorhandensein einer erheblichen Haftreibung.
Mit Trockenschmiermittel (Graphitpulver) trocknen
Flüssigkeit, bei der Wechselwirkung von Körpern, die durch eine Flüssigkeits- oder Gasschicht (Schmierstoff) unterschiedlicher Dicke getrennt sind – tritt in der Regel bei Rollreibung auf, wenn feste Körper in eine Flüssigkeit eingetaucht sind;
Gemischt, wenn die Kontaktfläche Bereiche trockener und flüssiger Reibung enthält;
Grenzflächen, bei denen die Kontaktfläche Schichten und Bereiche unterschiedlicher Art (Oxidfilme, Flüssigkeit usw.) enthalten kann, ist der häufigste Fall von Gleitreibung.
Aufgrund der Komplexität der im Bereich der Reibungswechselwirkung ablaufenden physikalisch-chemischen Prozesse können Reibungsvorgänge grundsätzlich nicht mit den Methoden der klassischen Mechanik beschrieben werden.
Bei mechanischen Prozessen kommt es immer mehr oder weniger zu einer Umwandlung mechanischer Bewegung in andere Bewegungsformen der Materie (am häufigsten in eine thermische Bewegungsform). Im letzteren Fall werden Wechselwirkungen zwischen Körpern Reibungskräfte genannt.
Experimente mit der Bewegung verschiedener in Kontakt stehender Körper (Festkörper auf Festkörper, Feststoff in Flüssigkeit oder Gas, Flüssigkeit in Gas usw.) mit unterschiedlichen Zuständen von Kontaktflächen zeigen, dass bei der Relativbewegung der berührenden Körper Reibungskräfte auftreten und gegen gerichtet sind der relative Geschwindigkeitsvektor tangential zu Kontaktflächen. In diesem Fall kommt es immer zu einer Erwärmung der interagierenden Körper.
Reibungskräfte sind die tangentialen Wechselwirkungen zwischen sich berührenden Körpern, die bei deren Relativbewegung entstehen. Die Reibungskräfte, die bei der Relativbewegung verschiedener Körper entstehen, werden äußere Reibungskräfte genannt.
Reibungskräfte entstehen auch bei der Relativbewegung von Teilen desselben Körpers. Die Reibung zwischen Schichten desselben Körpers wird als innere Reibung bezeichnet.
Bei realen Bewegungen treten immer mehr oder weniger große Reibungskräfte auf. Deshalb muss man bei der Aufstellung von Bewegungsgleichungen streng genommen immer die Reibungskraft F tr in die Anzahl der auf den Körper einwirkenden Kräfte einbeziehen.
Ein Körper bewegt sich gleichmäßig und geradlinig, wenn eine äußere Kraft die bei der Bewegung entstehende Reibungskraft ausgleicht.
Um die auf einen Körper wirkende Reibungskraft zu messen, reicht es aus, die Kraft zu messen, die auf den Körper ausgeübt werden muss, damit er sich ohne Beschleunigung bewegt.

Reibung- der Prozess der mechanischen Wechselwirkung berührender Körper während ihrer relativen Verschiebung in der Kontaktebene ( äußere Reibung) oder mit relativer Verschiebung paralleler Schichten aus Flüssigkeit, Gas oder verformbarem Feststoff ( innere Reibung oder Viskosität). Im weiteren Verlauf dieses Artikels bezieht sich Reibung nur auf äußere Reibung. Die Untersuchung von Reibungsprozessen ist ein Zweig der Physik, der als Mechanik der Reibungswechselwirkung oder Tribologie bezeichnet wird.

Reibungskraft [ | ]

Reibung ist eine Kraft, die beim Kontakt zweier Körper auftritt und deren Relativbewegung behindert. Die Ursache der Reibung ist die Rauheit der Reibflächen und die Wechselwirkung der Moleküle dieser Flächen. Die Reibungskraft hängt vom Material der Reibflächen ab und davon, wie fest diese Flächen aneinander gepresst werden. In den einfachsten Reibungsmodellen (Coulombsches Reibungsgesetz) wird angenommen, dass die Reibungskraft direkt proportional zur Kraft der Normalreaktion zwischen den reibenden Oberflächen ist. Aufgrund der Komplexität der physikalischen und chemischen Prozesse, die in der Wechselwirkungszone reibender Körper ablaufen, können Reibungsvorgänge grundsätzlich nicht mit einfachen Modellen der klassischen Mechanik beschrieben werden.

Arten der Reibungskraft[ | ]

Bei einer Relativbewegung zweier sich berührender Körper können die bei ihrer Wechselwirkung entstehenden Reibungskräfte unterteilt werden in:

Die Natur der Reibungswechselwirkung[ | ]

In der Physik wird die Reibungswechselwirkung üblicherweise unterteilt in:

• trocken wenn wechselwirkende Feststoffe nicht durch zusätzliche Schichten/Schmierstoffe (einschließlich Festschmierstoffe) getrennt werden – ein in der Praxis sehr seltener Fall, ist ein charakteristisches Merkmal der Trockenreibung das Vorhandensein einer erheblichen Haftreibungskraft;
• Grenze wenn der Kontaktbereich Schichten und Bereiche unterschiedlicher Art (Oxidfilme, Flüssigkeit usw.) enthalten kann – der häufigste Fall von Gleitreibung;
• gemischt wenn der Kontaktbereich Bereiche trockener und flüssiger Reibung enthält;
• flüssig (viskos), bei der Wechselwirkung von Körpern, die durch eine Schicht aus Feststoff (Graphitpulver), Flüssigkeit oder Gas (Schmierstoff) unterschiedlicher Dicke getrennt sind – in der Regel entsteht bei Rollreibung, wenn feste Körper in eine Flüssigkeit eingetaucht werden, die Menge an Viskose Reibung wird durch die Viskosität des Mediums charakterisiert;
• elastohydrodynamisch(viskoelastisch), wenn die innere Reibung im Schmierstoff von entscheidender Bedeutung ist, tritt mit zunehmenden relativen Bewegungsgeschwindigkeiten auf.

Amonton-Coulomb-Gesetz[ | ]

Das Hauptmerkmal der Reibung ist Reibungskoeffizient μ (\displaystyle \mu ), bestimmt durch die Materialien, aus denen die Oberflächen interagierender Körper bestehen.

Im einfachsten Fall die Reibungskraft F (\displaystyle F) und normale Belastung (oder Kraft). normal Reaktionen) N n o r m a l (\displaystyle N_(normal)) durch Ungleichheit gebunden

Amonton-Coulomb-Gesetz unter Berücksichtigung der Adhäsion[ | ]

Für die meisten Materialpaare der Wert des Reibungskoeffizienten μ (\displaystyle \mu )überschreitet nicht 1 und liegt im Bereich von 0,1 - 0,5. Wenn der Reibungskoeffizient 1 überschreitet (μ > 1) (\displaystyle (\mu >1)) Dies bedeutet, dass zwischen den sich berührenden Körpern eine Kraft herrscht Adhäsion N a d h e s i o n (\displaystyle N_(Adhäsion)) und die Formel zur Berechnung des Reibungskoeffizienten ändert sich in

Anwendungswert[ | ]

Reibung in Mechanismen und Maschinen[ | ]

Bei den meisten herkömmlichen Mechanismen (Verbrennungsmotoren, Autos, Getriebe usw.) spielt Reibung eine negative Rolle und verringert die Effizienz des Mechanismus. Um die Reibungskraft zu reduzieren, werden verschiedene natürliche und synthetische Öle und Schmierstoffe verwendet. In modernen Mechanismen wird zu diesem Zweck auch das Aufsprühen von Beschichtungen (dünne Filme) auf Teile eingesetzt. Mit der Miniaturisierung von Mechanismen und der Schaffung mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) und nanoelektromechanischer Systeme (NEMS) nimmt die Reibung im Vergleich zu den im Mechanismus wirkenden Kräften zu und wird sehr bedeutsam (μ ⩾ 1) (\displaystyle (\mu \geqslant 1)), und kann gleichzeitig mit herkömmlichen Schmierstoffen nicht reduziert werden, was bei Ingenieuren und Wissenschaftlern ein großes theoretisches und praktisches Interesse an diesem Bereich hervorruft. Zur Lösung des Reibungsproblems werden im Rahmen der Tribologie und Oberflächenwissenschaft neue Methoden zu deren Reduzierung entwickelt (Englisch).

Oberflächengriff[ | ]

Das Vorhandensein von Reibung ermöglicht die Bewegung entlang der Oberfläche. Beim Gehen haftet die Sohle also aufgrund der Reibung am Boden, was zu einer Abstoßung vom Boden und einer Vorwärtsbewegung führt. Ebenso wird die Haftung der Räder eines Autos (Motorrads) auf der Fahrbahnoberfläche gewährleistet. Um diesen Grip zu verbessern, werden insbesondere neue Formen und spezielle Gummiarten für Reifen entwickelt und an Rennwagen werden Flügel angebracht, die das Auto fester auf die Strecke drücken.

Ziel der Arbeit: Machen Sie sich mit dem Phänomen der Rollreibung vertraut und bestimmen Sie den Rollreibungskoeffizienten eines vierrädrigen Wagens.

Ausrüstung: ein Trolley als Modell einer Kutsche, eine horizontale Schiene mit einem Satz Fotozellen, eine Stoppuhr, ein Satz Gewichte.

THEORETISCHE EINFÜHRUNG

Rollreibungskraft ist eine Bewegungswiderstandskraft tangential zur Kontaktfläche, die beim Rollen zylindrischer Körper auftritt.

Wenn ein Rad auf einer Schiene rollt, kommt es zu Verformungen sowohl am Rad als auch an der Schiene. Aufgrund der nicht idealen Elastizität des Materials kommt es in der Kontaktzone zu plastischen Verformungsprozessen von Mikrotuberkeln, Oberflächenschichten von Rad und Schiene. Aufgrund der Restverformung ist das Schienenniveau hinter dem Rad niedriger als vor dem Rad und das Rad rollt beim Fahren ständig auf die Bodenwelle. Im äußeren Teil der Kontaktzone kommt es zu einem teilweisen Durchrutschen des Rades entlang der Schiene. Bei all diesen Prozessen wird Arbeit durch die Rollreibungskraft verrichtet. Die Arbeit dieser Kraft führt zur Dissipation mechanischer Energie, ihrer Umwandlung in Wärme, daher ist die Rollreibungskraft eine dissipative Kraft.

Im zentralen Teil der Kontaktzone entsteht eine weitere Tangentialkraft – die Kraft der Haftreibung bzw Adhäsionskraft Rad- und Schienenmaterial. Beim Antriebsrad einer Lokomotive ist die Adhäsionskraft die Zugkraft, beim Bremsen mit einer Backenbremse die Bremskraft. Da in der Mitte der Kontaktzone keine Bewegung des Rades relativ zur Schiene stattfindet, wird durch die Adhäsionskraft keine Arbeit geleistet.

Die Druckverteilung auf das Rad von der Schienenseite her erweist sich als asymmetrisch. Vorne herrscht mehr Druck und hinten weniger (Abb. 1). Daher wird der Angriffspunkt der resultierenden Kraft auf das Rad um eine kleine Strecke nach vorne verschoben B relativ zur Achse . Stellen wir uns die Kraft der Schiene auf das Rad in Form von zwei Komponenten vor. Die eine ist tangential zur Kontaktzone gerichtet, es ist die Adhäsionskraft F-Kupplung. Eine weitere Komponente Q senkrecht zur Kontaktfläche gerichtet und verläuft durch die Radachse.

Erweitern wir wiederum die Normaldruckkraft Q in zwei Komponenten: Stärke N, die senkrecht zur Schiene steht und Schwerkraft und Kraft ausgleicht F-Qualität, die entgegen der Bewegung entlang der Schiene gerichtet ist. Diese Kraft verhindert die Bewegung des Rades und ist die Rollreibungskraft. Druckkraft Q erzeugt kein Drehmoment. Daher müssen sich die Momente seiner Komponentenkräfte relativ zur Radachse gegenseitig kompensieren: . Wo . Rollreibungskraft proportional zur Kraft N, auf das Rad senkrecht zur Schiene wirkend:

. (1)

Hier – Rollreibungskoeffizient. Sie hängt von der Elastizität des Schienen- und Radmaterials, der Beschaffenheit des Untergrunds und der Radgröße ab. Wie Sie sehen, ist die Rollreibungskraft umso geringer, je größer das Rad ist. Würde die Form der Schiene hinter dem Rad wiederhergestellt, wäre das Druckdiagramm symmetrisch und es gäbe keine Rollreibung. Wenn ein Stahlrad auf einer Stahlschiene rollt, ist der Rollreibungskoeffizient recht klein: 0,003–0,005, hunderte Male kleiner als der Gleitreibungskoeffizient. Daher ist das Rollen einfacher als das Ziehen.

Die experimentelle Bestimmung des Rollreibungskoeffizienten erfolgt auf einer Laboranlage. Lassen Sie einen Trolley, der ein Modell einer Kutsche ist, entlang horizontaler Schienen rollen. Es unterliegt horizontalen Rollreibungs- und Adhäsionskräften der Schienen (Abb. 2). Schreiben wir die Gleichung des zweiten Newtonschen Gesetzes für die langsame Bewegung eines Wagens mit einer Masse M in Projektion auf die Beschleunigungsrichtung:

. (2)

Da die Masse der Räder einen erheblichen Teil der Masse des Wagens ausmacht, kann die Drehbewegung der Räder nicht außer Acht gelassen werden. Stellen wir uns das Rollen von Rädern als die Summe zweier Bewegungen vor: der translatorischen Bewegung zusammen mit dem Wagen und der rotatorischen Bewegung relativ zu den Achsen der Radpaare. Wir kombinieren die Vorwärtsbewegung der Räder mit der Vorwärtsbewegung des Wagens mit seiner Gesamtmasse M in Gleichung (1) . Die Drehbewegung der Räder erfolgt ausschließlich unter dem Einfluss des Traktionsmoments F sc R. Grundgleichung Gesetz der Rotationsdynamik(das Produkt aus dem Trägheitsmoment aller Räder und der Winkelbeschleunigung ist gleich dem Kraftmoment) hat die Form

. (3)

Wenn das Rad relativ zur Schiene nicht durchrutscht, ist die Geschwindigkeit des Kontaktpunkts Null. Das bedeutet, dass die Geschwindigkeiten von Translations- und Rotationsbewegungen gleich und entgegengesetzt sind: . Wenn wir diese Gleichheit differenzieren, erhalten wir den Zusammenhang zwischen der Translationsbeschleunigung des Wagens und der Winkelbeschleunigung des Rades: . Dann nimmt Gleichung (3) die Form an . Fügen wir diese Gleichung zu Gleichung (2) hinzu, um die unbekannte Adhäsionskraft zu eliminieren. Als Ergebnis bekommen wir

. (4)

Die resultierende Gleichung stimmt mit der Gleichung des zweiten Newtonschen Gesetzes für die Translationsbewegung eines Wagens mit effektiver Masse überein: , was bereits den Beitrag der Trägheit der Raddrehung zur Trägheit des Wagens berücksichtigt. In der Fachliteratur wird die Drehbewegungsgleichung der Räder (3) nicht verwendet, sondern die Raddrehung durch Einführung einer wirksamen Masse berücksichtigt. Zum Beispiel für ein beladenes Auto der Trägheitskoeffizient γ ist gleich 1,05, und bei einem leeren Auto ist der Einfluss der Radträgheit größer: γ = 1,10.

Ersatz der Rollreibungskraft In Gleichung (4) erhalten wir die Berechnungsformel für den Rollreibungskoeffizienten

. (5)

Weg S und Fahrzeit T kann gemessen werden, aber die anfängliche Bewegungsgeschwindigkeit ist unbekannt V 0 . Allerdings verfügt die Anlage (Abb. 3) über sieben Stoppuhren, die die Bewegungszeit von der Startfotozelle bis zu den nächsten sieben Fotozellen messen. Dadurch können Sie entweder ein System aus sieben Gleichungen erstellen und daraus die Anfangsgeschwindigkeit ausschließen oder diese Gleichungen grafisch lösen. Für eine grafische Lösung schreiben wir die Gleichung der gleichmäßig langsamen Bewegung um und dividieren sie durch die Zeit: .

Die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit zu jeder Fotozelle hängt linear von der Bewegungszeit zu den Fotozellen ab. Daher das Abhängigkeitsdiagramm<V>(T) ist eine Gerade mit einem Winkelkoeffizienten gleich der halben Beschleunigung (Abb. 4)

. (6)

Das Trägheitsmoment der vier Räder eines Wagens, die wie Zylinder mit Radius geformt sind R mit ihrer Gesamtmasse Ich zähle, kann durch die Formel bestimmt werden . Dann nimmt die Korrektur für die Trägheit der Raddrehung die Form an .

ABSCHLUSS DER ARBEIT

1. Bestimmen Sie, indem Sie die Masse des Wagens zusammen mit etwas Ladung wiegen. Messen Sie den Radius der Räder entlang der Rollfläche. Tragen Sie die Messergebnisse in die Tabelle ein. 1.

Tabelle 1 Tabelle 2

2. Überprüfen Sie die Horizontalität der Schienen. Platzieren Sie den Wagen am Anfang der Schienen, sodass sich die Stange des Wagens vor den Löchern der Startfotozelle befindet. Schließen Sie das Netzteil an ein 220-V-Netz an.

3. Schieben Sie den Wagen entlang der Schienen, bis er die Falle erreicht und hineinfällt. Jede Stoppuhr zeigt die Zeit an, die der Wagen von der Startfotozelle zu seiner Fotozelle bewegt. Wiederholen Sie den Versuch mehrmals. Notieren Sie die Messwerte von sieben Stoppuhren in einem der Experimente in der Tabelle. 2.

4. Machen Sie Berechnungen. Bestimmen Sie die Durchschnittsgeschwindigkeit des Wagens auf dem Weg vom Start bis zu jeder Fotozelle

5. Zeichnen Sie die Abhängigkeit der durchschnittlichen Bewegungsgeschwindigkeit jeder Fotozelle von der Bewegungszeit auf. Die Größe des Diagramms beträgt mindestens eine halbe Seite. Geben Sie einen einheitlichen Maßstab für die Koordinatenachsen an. Zeichnen Sie eine gerade Linie in der Nähe der Punkte.

6. Bestimmen Sie den durchschnittlichen Beschleunigungswert. Konstruieren Sie dazu auf der Versuchsgeraden wie auf der Hypotenuse ein rechtwinkliges Dreieck. Ermitteln Sie mithilfe der Formel (6) den durchschnittlichen Beschleunigungswert.

7. Berechnen Sie die Korrektur für die Rotationsträgheit der Räder, indem Sie sie als homogene Scheiben betrachten . Bestimmen Sie den Durchschnittswert des Rollreibungskoeffizienten mit Formel (5)<μ>.

8. Schätzen Sie den Messfehler grafisch ab

. (7)

Notieren Sie das Ergebnis μ = <μ>± δμ, Р = 90%.

Schlussfolgerungen.

Kontrollfragen

1. Erklären Sie die Ursache der Rollreibungskraft. Welche Faktoren beeinflussen die Größe der Rollreibungskraft?

2. Schreiben Sie das Gesetz für die Rollreibungskraft auf. Wovon hängt der Rollreibungskoeffizient ab?

3. Schreiben Sie die Gleichungen für die Dynamik der Translationsbewegung des Wagens auf horizontalen Schienen und der Rotationsbewegung der Räder auf. Leiten Sie die Bewegungsgleichung für einen Wagen mit effektiver Masse her.

4. Leiten Sie eine Formel zur Bestimmung des Rollreibungskoeffizienten her.

5. Erklären Sie das Wesentliche der grafischen Methode zur Bestimmung der Beschleunigung eines Wagens beim Rollen auf Schienen. Leiten Sie die Beschleunigungsformel her.

6. Erklären Sie die Auswirkung der Raddrehung auf die Trägheit des Wagens.

Arbeit 17-b

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