สูตรหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน การหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน ขั้นตอนการทำงาน

วัสดุพื้นผิวต่างๆ

เป้าหมายของงาน: การหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการกลิ้งและการเลื่อน

ทฤษฎีโดยย่อสำหรับการศึกษาการเคลื่อนไหวของร่างกายบนระนาบเอียง

เมื่อมีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กันของวัตถุทั้งสองที่สัมผัสกัน หรือเมื่อพยายามที่จะทำให้เกิดการเคลื่อนไหวดังกล่าว แรงเสียดทานจะเกิดขึ้น แรงเสียดทานมีสามประเภทที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุของแข็งสัมผัสกัน: แรงเสียดทานแบบเลื่อน แรงเสียดทานแบบสถิต และแรงเสียดทานแบบกลิ้ง แรงเสียดทานจากการเลื่อนและแรงเสียดทานจากการหมุนนั้นสัมพันธ์กับกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เสมอ - การแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานความร้อน

ข้าว. 5.15.1

แรงเสียดทานแบบเลื่อนจะกระทำต่อวัตถุที่สัมผัสกันและพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับความเร็วของการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ แรงปฏิกิริยาพื้นดินปกติและแรงเสียดทาน เป็นองค์ประกอบปกติและวงสัมผัสที่มีแรงเท่ากันซึ่งเรียกว่าแรงปฏิกิริยาพื้น (รูปที่ 5.15.1) โมดูลบังคับเอฟ ตร. และเอ็น มีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันโดยกฎอมอนตัน-คูลอมบ์เชิงประจักษ์โดยประมาณ:

(5.15.1)

ในสูตรนี้ µ คือค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ขึ้นอยู่กับวัสดุและคุณภาพของการประมวลผลของพื้นผิวสัมผัส ขึ้นอยู่กับความเร็วการเลื่อนเล็กน้อย และแทบไม่ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัส

ข้าว. 5.15.2

แรงเสียดทานสถิตรับค่าที่ทำให้เกิดความสมดุล เช่น สถานะของส่วนที่เหลือของร่างกาย มุมα ระหว่างทิศทางของแรงและค่าปกติกับพื้นผิวสามารถรับค่าได้ในช่วงตั้งแต่ศูนย์ถึงค่าสูงสุดซึ่งกำหนดโดยกฎอมอนตัน-คูลอมบ์

แรงเสียดทานแบบกลิ้งเกิดขึ้นเนื่องจากการเสียรูปของวัสดุของพื้นผิวของตัวกลิ้งและการรองรับตลอดจนเนื่องจากการแตกของพันธะโมเลกุลที่เกิดขึ้นชั่วคราว ณ จุดที่สัมผัส

ลองพิจารณาเพียงเหตุผลแรกเท่านั้น เนื่องจากประการที่สองมีบทบาทที่เห็นได้ชัดเจนก็ต่อเมื่อร่างกายได้รับการขัดเกลาอย่างดีเท่านั้น เมื่อกระบอกสูบหรือลูกบอลกลิ้งบนพื้นผิวเรียบ การเสียรูปของตัวกลิ้งหรือส่วนรองรับจะเกิดขึ้นที่จุดที่สัมผัสกันและด้านหน้า ร่างกายพบว่าตัวเองอยู่ในหลุม (รูปที่ 3.2) และถูกบังคับให้กลิ้งออกจากหลุมตลอดเวลา ด้วยเหตุนี้จุดที่ใช้แรงปฏิกิริยาของพื้นดินเคลื่อนไปข้างหน้าเล็กน้อยในทิศทางการเคลื่อนที่ และแนวการกระทำของแรงนี้จะเบี่ยงเบนไปด้านหลังเล็กน้อย ส่วนประกอบแรงปกติคือแรงยืดหยุ่น และแรงในแนวสัมผัสคือแรงเสียดทานกลิ้ง สำหรับแรงเสียดทานจากการหมุน กฎคูลอมบ์โดยประมาณนั้นใช้ได้

คุณภาพ TR. = k(NN/R)

(5.15.2)

ในการแสดงออกนี้ร คือรัศมีของตัวกลิ้ง และเค - ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการกลิ้งซึ่งมีมิติของความยาว

การเคลื่อนที่ของร่างกายไปตามระนาบเอียงภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงและแรงเสียดทาน

เมื่อวัตถุชิ้นเดียวเคลื่อนที่ไปตามระนาบเอียง แรงผลักดันคือแรงโน้มถ่วง F=มก. (รูปที่ 5.15.3)

ข้าว. 5.15.3

มากระจายแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายตามแนวแกน OX และ OY กัน ลองกำหนดทิศทางแกน OX ไปตามระนาบเอียง และ OY ตั้งฉากกับมัน

• OX: m a = mg sin a – F tr; F tr = µN;
• OY: 0 = มก. cos a –N; N = มก. cos a;
• m a = mg sin a – mg µ cos a;
• a = ก. บาป ก – ก. µ cos; ก. µ cos a = ก. บาป a –ก;
• µ = (g บาป a – a )/ (g cos a)
• µ=tg a – a/g cos a

สมการสุดท้ายกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

การเคลื่อนที่ของวัตถุไปตามระนาบเอียงภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง แรงเสียดทาน และแรงดึงของเส้นด้ายที่พุ่งไปตามความเร็วของการเคลื่อนที่

ข้าว. 5.15.4

เราจะอธิบายแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายตามแนวแกน OX และ OY ลองกำหนดทิศทางแกน OX ไปตามระนาบเอียง และ OY ตั้งฉากกับมัน

• OX: ม. 1 a = -ม. 1 ก. บาป – F tr + T; F tr = µN;
• OY: 0 = ม. 1 ก. cos a –N; N = ม. 1 ก. cos a;
• ม. 1 ก =- ม. 1 ก. บาป – ม. 1 ก. µ cos ก+ม. 2 ก.;
• ม. 1 ก = ม. 2 ก. – ม. 1 ก. บาป ก – ม. 1 ก. µ cos a;
• m 1 g µ cos a =m 2 g – m 1 g sin α – m 1 a ;
• µ = (m 2 g – m 1 g sin a – m 1 a )/ (m 1 g cos a)

การเคลื่อนที่ของวัตถุตามแนวระนาบเอียงภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง แรงเสียดทาน และแรงดึงของเส้นด้ายที่ตั้งฉากกับความเร็วของการเคลื่อนที่

ข้าว. 5.15.5

การเคลื่อนที่ของร่างกายตามแนววิถีคันศรมีความแตกต่างในเชิงคุณภาพจากการเคลื่อนที่ของร่างกายตามแนวเส้นตรงสาเหตุหลักมาจากลักษณะของความเร่งสู่ศูนย์กลาง ในงานห้องปฏิบัติการนี้เสนอให้คำนวณเส้นสัมผัสα τ และปกติ α n ความเร่งของร่างกายตามการวัดที่อุปกรณ์ทำ หาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากการทดลองครั้งก่อน

คำอธิบายและกฎการใช้งาน:

การติดตั้งประกอบด้วยแท่นที่มีความยาวในการทำงาน 140 ซม. โดยมีมาตราส่วนเส้นขาวดำอยู่ด้านบน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับรวบรวมข้อมูล ทำหน้าที่เป็น สามารถติดตั้งแพลตฟอร์มในตำแหน่งใดก็ได้ตั้งแต่แนวนอนถึง 45 0 - มุมเอียงวัดโดยใช้สเกล (รูปที่ 5.15.6) ในการทำการทดลอง อุปกรณ์นับอิเล็กทรอนิกส์จะวางอยู่ใต้เส้นกว้างที่กำหนดไว้เป็นพิเศษบนสเกลการสอบเทียบ หลังจากการทดลอง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ผ่านสายเคเบิลพิเศษ

ข้าว. 5.15.6. มุมมองทั่วไปของการติดตั้ง

วิธีการทำงานของห้องปฏิบัติการ

เมื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อน แท่นจะถูกติดตั้งในมุมที่มากกว่ามุมเสียดสี

หลังจากการสอบเทียบ ตัวอย่างจะถูกปล่อยออกจากตำแหน่งเดิมด้วยมือเพื่อให้เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ เมื่อผ่านไป อุปกรณ์จะบันทึกเวลาระหว่างสองจังหวะสุดท้ายบนเครื่องชั่ง

จากผลการทดสอบที่ได้รับ จะมีการคำนวณเส้นทาง ความเร็ว และสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อน มีการวางแผนกราฟเส้นทางและความเร็วเทียบกับเวลา

คำนวณข้อผิดพลาดตามกฎสำหรับการคำนวณข้อผิดพลาดของการวัดทางอ้อม

คำถามควบคุม:

1. แรงเสียดทาน อธิบายสาเหตุของการเกิดแรงเสียดทานแบบเลื่อน
2. แรงเสียดทานแบบกลิ้ง

2.2.4. แรงเสียดทาน

แรงเสียดทานไม่เพียงแต่กระทำต่อร่างกายที่กำลังเคลื่อนไหวเท่านั้น แต่ยังกระทำต่อร่างกายที่อยู่นิ่งด้วย หากมีกองกำลังที่มีแนวโน้มจะรบกวนความสงบสุขนี้ แรงเสียดทานยังกระทำต่อวัตถุที่หมุนไปตามแนวรองรับด้วย

แรงเสียดทานสถิตย์ตัวเลขเท่ากับองค์ประกอบของแรงที่พุ่งไปตามพื้นผิวซึ่งร่างกายที่กำหนดตั้งอยู่และมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนตัวออกจากตำแหน่ง (รูปที่ 2.7):

F tr.pok = F x .

ข้าว. 2.7

เมื่อส่วนประกอบที่ระบุถึงค่าวิกฤติ (F x = F crit) ร่างกายจะเริ่มเคลื่อนไหว ค่าวิกฤตของแรงซึ่งสอดคล้องกับจุดเริ่มต้นของการเคลื่อนที่จะถูกกำหนดโดยสูตร

F x = F คริติคอล = µ pok N ,

โดยที่ µ pok คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต N คือโมดูลัสของแรงปฏิกิริยารองรับปกติ (แรงนี้มีตัวเลขเท่ากับน้ำหนักตัว)

ในขณะที่การเคลื่อนไหวเริ่มต้นขึ้น แรงเสียดทานสถิตจะถึงค่าสูงสุด:

เอฟ ตร. pok max = μ pok N

แรงเสียดทานแบบเลื่อนมีค่าคงที่และถูกกำหนดโดยผลิตภัณฑ์:

F tr.sk = µ sk N ,

ที่ไหน µ sc - ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน; N คือโมดูลัสของแรงปฏิกิริยาปกติของตัวรองรับ

เมื่อแก้ไขปัญหาจะถือว่าค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานสถิต µ pok และแรงเสียดทานแบบเลื่อน µ sc มีค่าเท่ากัน:

µ ป็อก = µ sk = µ

ในรูป รูปที่ 2.8 แสดงกราฟของการพึ่งพาขนาดของแรงเสียดทาน F tr กับการฉายภาพของแรง F x มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนร่างกายไปยังแกนที่พุ่งไปตามพื้นผิวของการเคลื่อนไหวที่ต้องการ

ข้าว. 2.8

เพื่อที่จะกำหนด ร่างกายนี้จะเข้าหรือเปล่า. พักผ่อนหรือเริ่มเคลื่อนไหวภายใต้อิทธิพลของแรงที่ใช้ขนาดและทิศทางบางอย่างจำเป็น:

F คริติคอล = µN,

โดยที่ µ คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน N คือโมดูลัสของแรงปฏิกิริยาปกติของตัวรองรับ

3) เปรียบเทียบค่าของ F crit และ F x:

• ถ้า F x > F คริติคอล ร่างกายจะเคลื่อนที่ภายใต้การกระทำของแรงที่ใช้ ในกรณีนี้ แรงเสียดทานแบบเลื่อนจะคำนวณดังนี้

F tr.sk = µN ;

• ถ้า F x< F крит, то тело покоится под действием приложенной силы; в этом случае сила трения покоя рассчитывается как

F tr.pok = F x .

โมดูล แรงเสียดทานแบบกลิ้งการแกว่งของลูกกลิ้ง F เป็นสัดส่วนกับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการกลิ้ง µ ม้วน ซึ่งเป็นโมดูลัสของแรงปฏิกิริยาปกติของส่วนรองรับ N และเป็นสัดส่วนผกผันกับรัศมี R ของตัวกลิ้ง:

เอฟ ตร. คุณภาพ = μคุณภาพ N R .

ตัวอย่างที่ 13 แรง 25 นิวตันที่พุ่งไปตามพื้นผิวถูกนำไปใช้กับวัตถุที่มีมวล 6.0 กก. ที่วางอยู่บนพื้นผิวแนวนอน ค้นหาแรงเสียดทานหากค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเท่ากับ 0.5

สารละลาย. ให้เราประมาณขนาดของแรงที่อาจทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของร่างกายโดยใช้สูตร

Fcr = µN,

โดยที่ µ คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน N คือโมดูลัสของแรงปฏิกิริยาปกติของส่วนรองรับ ซึ่งมีค่าเท่ากับน้ำหนักตัว (P = มก.)

ขนาดของแรงวิกฤติที่เพียงพอที่จะเริ่มการเคลื่อนไหวของร่างกายคือ

F cr = ไมโคร มก. ก. = 0.5 ⋅ 6.0 ⋅ 10 = 30 นิวตัน

เส้นโครงของแรงที่กระทำต่อร่างกายในทิศทางแนวนอนบนแกนของการเคลื่อนที่ที่คาดหวัง วัว (ดูรูป) เท่ากับ

F x = F = 25 นิวตัน

เอฟเอ็กซ์< F кр,

เหล่านั้น. ขนาดของแรงที่กระทำต่อร่างกายนั้นน้อยกว่าขนาดของแรงที่สามารถทำให้เกิดการเคลื่อนที่ได้ ดังนั้นร่างกายจึงได้พักผ่อน

แรงเสียดทานที่ต้องการ - แรงเสียดทานสถิต - เท่ากับแรงแนวนอนภายนอกที่มีแนวโน้มที่จะทำลายความสงบนี้:

F tr.pok = F x = 25 N.

ตัวอย่างที่ 14 ลำตัวอยู่บนระนาบเอียงโดยมีมุมฐาน 30° คำนวณแรงเสียดทานหากค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเท่ากับ 0.5 3 น้ำหนักตัว 3.0 กก.

สารละลาย. ลูกศรในรูปแสดงทิศทางของการเคลื่อนไหวที่คาดหวัง

มาดูกันว่าร่างกายจะยังคงอยู่นิ่งหรือเริ่มเคลื่อนไหว เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เราจะคำนวณขนาดของแรงวิกฤติที่สามารถทำให้เกิดการเคลื่อนไหวได้ เช่น

Fcr = µN,

โดยที่ µ คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน N = mg cos α คือขนาดของแรงปฏิกิริยาปกติของระนาบเอียง

การคำนวณให้ค่าของแรงที่ระบุ:

F cr = μ mg cos 30 ° = 0.5 3 ⋅ 3.0 ⋅ 10 ⋅ 3 2 = 22.5 N.

ร่างกายมีแนวโน้มที่จะถูกนำออกจากสภาวะนิ่งโดยการฉายแรงโน้มถ่วงไปยังแกนวัวซึ่งมีขนาดเท่ากับ

F x = มก. ซิน 30° = 15 นิวตัน

จึงเกิดความไม่เท่าเทียมกัน

เอฟเอ็กซ์< F кр,

เหล่านั้น. การฉายแรงที่มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการเคลื่อนไหวของร่างกายนั้นน้อยกว่าขนาดของแรงที่สามารถทำได้ ส่งผลให้ร่างกายคงสภาวะได้พักผ่อน

แรงที่ต้องการ - แรงเสียดทานสถิต - มีค่าเท่ากับ

F tr = F x = 15 นิวตัน

ตัวอย่างที่ 15 เครื่องซักผ้าตั้งอยู่บนพื้นผิวด้านในของซีกโลกที่ความสูง 10 ซม. จากจุดด้านล่าง รัศมีของซีกโลกคือ 50 ซม. คำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของวงแหวนบนทรงกลมหากทราบว่าความสูงที่ระบุคือค่าสูงสุดที่เป็นไปได้

สารละลาย. ให้เราอธิบายสภาพปัญหาด้วยภาพวาด

เด็กซนตามเงื่อนไขของปัญหาจะอยู่ที่ความสูงสูงสุดที่เป็นไปได้ ดังนั้น แรงเสียดทานสถิตที่กระทำต่อเครื่องซักผ้าจึงมีค่าสูงสุดซึ่งสอดคล้องกับการฉายแรงโน้มถ่วงบนแกน Ox:

เอฟ ตร. จนถึงตอนนี้สูงสุด = F x ,

โดยที่ F x = mg cos α คือโมดูลัสของการฉายแรงโน้มถ่วงลงบนแกน Ox m คือมวลของเครื่องซักผ้า g - โมดูลเร่งความเร็วตกฟรี α คือมุมที่แสดงในภาพ

แรงเสียดทานสถิตสูงสุดเกิดขึ้นพร้อมกับแรงเสียดทานแบบเลื่อน:

เอฟ ตร. จนถึงสูงสุด = F tr SK,

โดยที่ F tr.sk = µN - โมดูลัสของแรงเสียดทานแบบเลื่อน N = mg sin α คือขนาดของแรงปฏิกิริยาปกติของพื้นผิวซีกโลก µ - สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

ให้เรากำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานโดยการเขียนความเท่าเทียมกันที่ระบุอย่างชัดเจน:

มก.  คอส α = µมก.  ซิน α

ตามมาว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่ต้องการถูกกำหนดโดยแทนเจนต์ของมุมα:

เรากำหนดมุมที่ระบุจากการก่อสร้างเพิ่มเติม:

tg α = R − ชั่วโมง 2 ชั่วโมง R − ชั่วโมง 2 ,

โดยที่ h คือความสูงสูงสุดที่สามารถวางเครื่องซักผ้าได้ R คือรัศมีของซีกโลก

การคำนวณให้ค่าแทนเจนต์:

สีแทน α = 0.5 − 0.1 2 ⋅ 0.1 ⋅ 0.5 − (0.1) 2 = 4 3

และช่วยให้คุณสามารถคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่ต้องการได้

เวิร์คช็อปฟิสิกส์

ปัญหาหมายเลข 3

การหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน

ในการเตรียมตัวสำหรับงานนี้คุณควรทำความคุ้นเคยกับทฤษฎีในตำราเรียน:

1. บทที่ 2, IV Savelyev “ หลักสูตรฟิสิกส์ทั่วไป”, เล่ม 1, M. , “วิทยาศาสตร์”

2. § 1 และ 2 พีซี คาชคารอฟ, A.V. Zoteev, A.N. เนฟโซรอฟ, เอ.เอ. Sklyankin “ ปัญหาสำหรับหลักสูตร”ฟิสิกส์ทั่วไปพร้อมเฉลย « กลศาสตร์. ไฟฟ้าและแม่เหล็ก » , ม. เอ็ด. มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก

1. เป้าหมายของการทำงาน

ทดสอบกฎของจลนศาสตร์และพลศาสตร์โดยใช้ตัวอย่างการเคลื่อนที่แบบแปลนของวัตถุแข็งเกร็งเมื่อมีแรงเสียดทานแห้ง ทำความคุ้นเคยกับวิธีการหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน - ไทรโบเมทรี จากข้อมูลการทดลอง ให้คำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน

2. อุปกรณ์ทดลอง เครื่องมือ และอุปกรณ์เสริม

ล
ขาตั้งห้องปฏิบัติการ (รูปที่ 3.1) รวมถึงม้านั่งนำทางแบบเอียง (1) โดยมีไม้บรรทัดวัดติดอยู่บล็อกแบบเคลื่อนย้ายได้ (2) (2 ชิ้น) เซ็นเซอร์ออปติคัล (3) (3 ชิ้น) ไม้โปรแทรกเตอร์สำหรับการวัด มุมเอียงของแท่นนำทางและโมดูลสำหรับรวบรวมสัญญาณจากเซ็นเซอร์ออปติคัล (4)

เครื่องมือและอุปกรณ์เสริมประกอบด้วยคอมพิวเตอร์ที่มีซอฟต์แวร์ที่จำเป็นและฮับสำหรับเชื่อมต่อโมดูลรับสัญญาณเข้ากับคอมพิวเตอร์

3. ส่วนทางทฤษฎี

ก. บทบัญญัติทั่วไป

เมื่อวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของวัตถุโดยใช้กฎของนิวตัน เราจะต้องจัดการกับแรงประเภทต่อไปนี้:

แรงโน้มถ่วงเป็นการรวมตัวกันของปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงของร่างกาย

แรงดึงของเกลียว สปริง ปฏิกิริยาของตัวรองรับและสารแขวนลอย ฯลฯ (“แรงปฏิกิริยาของพันธะ”) – การรวมตัวกันของแรงยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนรูปของร่างกาย

แรงเสียดทาน - แยกแยะระหว่างกองกำลัง แรงเสียดทานที่แห้งและหนืด แรงเสียดทานแบบแห้งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุที่เป็นของแข็งสามารถเคลื่อนที่บนพื้นผิวของวัตถุที่เป็นของแข็งอีกอันได้

ในสภาวะที่แรงกระทำต่อวัตถุที่สัมผัสกับพื้นผิวบางอย่าง แต่ไม่ได้เคลื่อนที่สัมพันธ์กับพื้นผิวนี้ แรงอย่างหลังจะกระทำต่อร่างกาย แรงเสียดทานสถิต - ค่าของมันถูกค้นพบจากสภาวะที่ไม่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์:

(3.1),

ที่ไหน - แรงที่กระทำต่อร่างกาย ยกเว้น
- เหล่านั้น. ขณะที่ร่างกายอยู่นิ่ง แรงเสียดทานสถิตจะมีขนาดเท่ากันทุกประการและตรงข้ามกับองค์ประกอบในวงสัมผัสของแรงลัพธ์
- แรงเสียดทานสูงสุด n โอโคยะ เท่ากัน
, ที่ไหน เอ็น – ส่วนประกอบปกติ (เช่น ตั้งฉากกับพื้นผิว)แรงปฏิกิริยาภาคพื้นดิน *) ,  – ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อน ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีขึ้นอยู่กับวัสดุและสภาพของพื้นผิวของวัตถุที่สัมผัส สำหรับพื้นผิวที่หยาบ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะมากกว่าพื้นผิวที่ขัดเงา ในรูป 3.2 แสดงให้เห็นว่าแรงเสียดทานแบบแห้งเปลี่ยนแปลงอย่างไรตามขนาดแรงที่เพิ่มขึ้น เอฟ  - ส่วนลาดเอียงของกราฟ ( เอฟทริ  เอ็น) สอดคล้องกับร่างกายที่อยู่นิ่ง ( เอฟตรอก = เอฟ  ) และแนวนอน – เลื่อน

. (3.2)

* โดยธรรมชาติแล้ว แรงเสียดทานแบบแห้งมีสาเหตุมาจากปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าของโมเลกุลของชั้นผิวของของแข็งที่สัมผัสกัน ความเป็นอิสระของแรงเสียดทานจากความเร็วจะสังเกตได้เฉพาะที่ความเร็วไม่สูงมากเท่านั้น ไม่ใช่สำหรับวัตถุทั้งหมดและไม่ใช่สำหรับคุณภาพการประมวลผลพื้นผิวทั้งหมด

แรงเสียดทานแบบเลื่อนจะตรงข้ามกับเวกเตอร์ความเร็วของร่างกายเสมอ สิ่งนี้สอดคล้องกับการแสดงเวกเตอร์ของกฎสำหรับแรงเสียดทานแบบเลื่อน ซึ่งกำหนดขึ้นจากการทดลองโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส C. Coulomb และ G. Amonton:

. (3.3)

ที่นี่ – ความเร็วของการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของร่างกาย โวลต์– โมดูลของมัน

เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ในตัวกลางที่เป็นของเหลวหรือก๊าซ แรงเสียดทานที่มีความหนืด - ที่ความเร็วต่ำจะเป็นสัดส่วนกับความเร็วในการเคลื่อนที่ของร่างกายสัมพันธ์กับตัวกลาง:

, (3.4)

ที่ไหน ร – ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานความหนืด (ขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของร่างกายขึ้นอยู่กับคุณสมบัติความหนืดของตัวกลาง)

ระบบวิธีการวัดแรง ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน และความต้านทานการสึกหรอของตัวถูถือเป็นเนื้อหาของส่วนพิเศษของกลศาสตร์ - ไทรโบเมทรีในงานนี้ จะทำการทดลองหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน  ไทรโบมิเตอร์ใช้ในรูปแบบของระนาบเอียงพร้อมมุมเอียงที่ปรับได้ และระบบเซ็นเซอร์ออปติคัลเพื่อบันทึกลักษณะทางจลนศาสตร์ของวัตถุที่เลื่อนออกมา

ข. ที่มาของ “สูตรคำนวณ”

บี ที่จับที่อยู่บนระนาบเอียงของม้านั่งนำทางของม้านั่งในห้องปฏิบัติการ (รูปที่ 3.1) สัมผัสกับการกระทำของแรงสองแรง: แรงโน้มถ่วง
และแรงปฏิกิริยารองรับจากลิ่ม อย่างหลังตามปกติสะดวกในการจินตนาการทันทีในรูปแบบของสององค์ประกอบ - แรงเสียดทาน
ตามพื้นผิวและองค์ประกอบ "ปกติ" (เช่น ตั้งฉากกับพื้นผิว) – (ดูรูปที่ 3.3) โดยทั่วไปแล้ว แรงเสียดทานสามารถถูกบังคับทั้งขึ้นและลงตามระนาบที่มีความลาดเอียง อย่างไรก็ตาม เราจะสนใจในกรณีที่บล็อกเลื่อนหรือใกล้จะเลื่อนลงมาตามระนาบเอียง จากนั้นแรงเสียดทานจะมุ่งลงอย่างเฉียงลง

เราจะถือว่าจุดยืนนั้นอยู่กับที่โดยสัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่เกี่ยวข้องกับโลก จากนั้นจนกว่าบล็อกจะเลื่อน ผลรวมของแรงที่กระทำต่อบล็อกจะเป็นศูนย์ เพลาที่สะดวก เกี่ยวกับเอ็กซ์และ เกี่ยวกับยระบบพิกัดของระบบอ้างอิงเฉื่อยที่เราเลือกควรวางตามแนวระนาบเอียงและตั้งฉากกับระนาบตามลำดับ (ดูรูปที่ 3.3) สภาวะสมดุลของบล็อกที่อยู่นิ่งบนระนาบเอียงมีรูปแบบดังนี้

0 = เอ็น – มกคอส  . (3.5)

0 = มกบาป  – เอฟ ตร . (3.6)

แม้ว่ามุมเอียงของไกด์จะน้อย แต่องค์ประกอบของแรงโน้มถ่วงที่อยู่ตามนั้น (“แรงหมุน”) จะถูกสมดุลด้วยแรง แรงเสียดทานสถิต - เมื่อมุมเพิ่มขึ้น  มันยังเติบโตอีกด้วย (ตาม “กฎของไซน์”) อย่างไรก็ตาม การเติบโตของมันไม่ได้จำกัด อย่างที่เรารู้ค่าสูงสุดของมันเท่ากับ

=  เอ็น. (3.7)

สิ่งนี้จะกำหนดค่าสูงสุดของมุมที่บล็อกไม่เลื่อนออกจากระนาบเอียง การแก้สมการร่วม (3.5) – (3.7) นำไปสู่เงื่อนไข:

. (3.8)

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน  เท่ากับค่าแทนเจนต์ของมุมเอียงของเครื่องบินถึงขอบฟ้าที่การเลื่อนเริ่มขึ้น วัตถุจากระนาบเอียง นี่เป็นพื้นฐานสำหรับหลักการทำงานของไทรโบมิเตอร์รูปแบบหนึ่งที่เป็นไปได้

อย่างไรก็ตาม ค่อนข้างยากที่จะสร้างมุมจำกัดที่วัตถุเริ่มเลื่อนออกจากระนาบเอียงด้วยความแม่นยำเพียงพอ (“วิธีคงที่”) ดังนั้นในงานทดลองนี้จึงใช้วิธีการแบบไดนามิกเพื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนระหว่างการเคลื่อนที่แบบแปลของวัตถุแข็งเกร็ง (แท่ง) ตามแนวระนาบเอียงด้วยความเร่ง

เมื่อบล็อกเลื่อนไปตามระนาบเอียง สมการการเคลื่อนที่ (กฎข้อที่สองของนิวตัน) ในการฉายภาพไปยังแกนพิกัดจะมีลักษณะดังนี้:

แม่= มกบาป  – เอฟ ตร , (3.9)

0 = นมกเพราะ  . (3.10)

แรงเสียดทานแบบเลื่อนมีค่าเท่ากับ

เอฟ ตร =  เอ็น . (3.11)

สมการไดนามิกเหล่านี้ช่วยให้คุณค้นหาความเร่งของร่างกายได้:

ก= (บาป  –  คอส  )ก. (3.12)

พิกัดของร่างกายที่เลื่อนลงมาตามระนาบเอียงจะเปลี่ยนไปตามกฎของการเคลื่อนที่ที่มีความเร่งสม่ำเสมอ:

. (3.13)

เซ็นเซอร์รับแสงที่วางอยู่ในระยะทางคงที่ตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของบล็อกทำให้สามารถวัดเวลาที่ร่างกายใช้ในการเดินทางผ่านส่วนที่เกี่ยวข้องของเส้นทางได้ เมื่อใช้ความเท่าเทียมกัน (3.13) โดยการประมาณตัวเลขของข้อมูลการทดลอง เราจะสามารถหาค่าความเร่งได้ ก.

ขึ้นอยู่กับค่าของความเร่งที่คำนวณได้โดยใช้ความเท่าเทียมกัน (3.12) เราสามารถรับ "สูตรการคำนวณ" เพื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน  :

(3.14)

ดังนั้นในการทดลองหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจึงจำเป็นต้องวัดปริมาณสองค่า: มุมเอียงของเครื่องบิน  และการเร่งความเร็วของร่างกาย ก.

1. คำอธิบายการตั้งค่าห้องปฏิบัติการ

ดี

ข้าว. 3.4

บล็อกไม้ 1 (รูปที่ 3.4) พร้อมแถบเล็ง (2) ที่มีความยาวติดกาวไว้ ℓ เลื่อนไปตามระนาบเอียง ข้ามแกนแสงของเซ็นเซอร์ (3) ซึ่งบันทึกช่วงเวลาของจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการทับซ้อนกันของแกนแสงโดยมีบล็อกเลื่อนไปตามระนาบเอียง ขอบนำของพัลส์ของแกนแสงของเซนเซอร์สัมพันธ์กับจุดเริ่มต้นของการทับซ้อนของแกนแสงโดยแถบเป้าหมาย และขอบต่อท้ายสัมพันธ์กับความสมบูรณ์ของการทับซ้อนของแกนแสงโดยแถบ ในช่วงเวลานี้ บล็อกจะเคลื่อนที่ไปไกล ℓ - ดังนั้น เมื่อแท่งหนึ่งตัดแกนแสงของเซ็นเซอร์สามตัวตามลำดับ เวลาของการเคลื่อนที่ของเครื่องหมายพิกัด 6 จุดบนแกนจะถูกบันทึกตามลำดับ โอ้(ดูรูปที่ 3.5): x 1 , x 1 +ℓ , x 2 , x 2 +ℓ , x 3 , x 3 +ℓ - ค่าที่วัดได้จากการทดลองของเวลาที่ผ่านไป ที 1 ,ที 2 ,ที 3 ,ที 4 ,ที 5 ,ที 6 ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการประมาณเส้นโค้งการพึ่งพากำลังสอง (3.13) โปรแกรมการประมาณค่าจะต้องมีค่าพิกัดของจุดเหล่านี้ด้วย x 1 , x 1 +ℓ , x 2 , x 2 +ℓ , x 3 , x 3 +ℓ ซึ่งรวมอยู่ในตารางที่ 1 หลังจากกำหนดตำแหน่งของเซ็นเซอร์ออปติคอล 3 ตัวแล้ว

1. ขั้นตอนการทำงาน

ตัวเลือกการติดตั้ง:

ความยาวของแถบเล็งบาร์: ℓ = (110  1) มม;

มุมเอียงของรางม้านั่งสำหรับแท่งหมายเลข 1 และหมายเลข 2:

α 1 = (24 ± 1) ลูกเห็บ;

α 2 = (27 ± 1) ลูกเห็บ.

ตารางที่ 1

ประสานงาน เซ็นเซอร์ตัวที่ 1 x 1 , มม	x 1 +ℓ ,	ประสานงาน เซ็นเซอร์ตัวที่ 2 x 2 , มม	x 2 +ℓ ,	ประสานงาน เซ็นเซอร์ตัวที่ 3 x 3 , มม	x 3 +ℓ ,

แบบฝึกหัดที่ 1 (บาร์หมายเลข 1)

1. ประกอบการตั้งค่าห้องปฏิบัติการโดยการติดตั้งม้านั่งนำทางเป็นมุม α 1 = 24 (ควบคุมโดยใช้ไม้โปรแทรกเตอร์) และวางเซ็นเซอร์ออปติคอล 3 ตัวไว้ตามเส้นทางของบล็อกตามแนวรางวาง

2. วางบล็อกหมายเลข 1 บนรางเอียงและยึดไว้ที่ตำแหน่งเริ่มต้นด้านบน

เริ่มการวัดโดยการกดปุ่ม (Ctrl+S) (เริ่มการวัดสำหรับเซ็นเซอร์ที่เลือก) และทันทีหลังจากเริ่มต้น ให้ปล่อยบล็อก หลังจากนั้นจะเริ่มเลื่อนไปตามระนาบเอียงจากตำแหน่งบนสุด

3. หลังจากที่บล็อกผ่านระนาบเอียงทั้งหมดแล้ว ให้หยุดการวัดโดยกดปุ่ม (Ctrl+T) (หยุดการวัด) บนหน้าจอจะมองเห็นพัลส์สามพัลส์ซึ่งแสดงช่วงเวลาของการทับซ้อนกันของแกนแสงของเซ็นเซอร์ 3 ตัวเมื่อบล็อกไม้เลื่อนไปตามระนาบเอียง (รูปที่ 3.6) (ตัวเลขสัมพันธ์กัน)

ร

เป็น. 3.6

4. ประมวลผลข้อมูลที่ได้รับตามสถานการณ์:

	ที,กับ	x,ม

คอลัมน์ทางขวาของตาราง มีเครื่องหมาย " x, ม"จะต้องกรอกด้วยตนเอง หากติดตั้งเซ็นเซอร์สามตัวที่ 15 ซม, 40 ซมและ 65 ซมตามนั้น (ข้อมูลนำมาจากตารางที่ 1) จากนั้นหลังจากป้อนค่าพิกัดเซ็นเซอร์ทั้ง 6 ค่าแล้ว ตารางบนหน้าจอจะมีลักษณะดังนี้:

	ที,กับ	x,ม

ตัวเลขในคอลัมน์กลางของตาราง (ภายใต้ชื่อ "A") เท่ากับสองเท่าของสัมประสิทธิ์ของกำลังสองในสมการ (3.13) เช่น
ดังนั้นในกรณีนี้ค่าความเร่งจะเท่ากับ ก 1 = 2A = 0.13×2 = 0.26 ม/กับ 2. บันทึกค่านี้ในตารางที่ 2

5. ทำซ้ำการทดลองตามย่อหน้า 2-4 อีกสี่ครั้ง บันทึกผลลัพธ์ทั้งหมดในตารางที่ 2

6. ตั้งม้านั่งไกด์เป็นมุม α 2 = 27 , โดยการวางเซ็นเซอร์ออปติคอลสามตัวในเส้นทางของบล็อกที่เคลื่อนที่ไปตามรางวาง ทำซ้ำการทดลองทั้งหมดตามย่อหน้า 2–4. บันทึกผลลัพธ์ทั้งหมดในตารางที่ 3

ตารางที่ 2 บล็อกหมายเลข 1 ( α 1 = 24) ประสบการณ์ ก 1 ฉัน , ม/กับ 2 μ 1 ฉัน , หน่วย. μ 1 ฉัน ,หน่วย. 1 2 3 4 5

ตารางที่ 3 บล็อกหมายเลข 1( α 2 = 27) ประสบการณ์ ก 2 ฉัน , ม/กับ 2 μ 2 ฉัน , หน่วย. μ 2 ฉัน ,หน่วย. 1 2 3 4 5

หลังจากตาราง ให้เหลือพื้นที่สำหรับบันทึกผลลัพธ์ที่คำนวณได้ (ประมาณครึ่งหน้า)

แบบฝึกหัดที่ 2 (บาร์หมายเลข 2)

1. นำบล็อกหมายเลข 2 มาใช้กับวัสดุอื่นสำหรับพื้นผิวเลื่อนที่รองรับ และทำซ้ำการทดลองทั้งหมดตามย่อหน้า 1–6. บันทึกผลลัพธ์ทั้งหมดในตารางที่ 4 และ 5 ตามลำดับ

ตารางที่ 4 บล็อกหมายเลข 2 ( α 1 = 24) ประสบการณ์ ก 3 ฉัน , ม/กับ 2 μ 3 ฉัน , หน่วย. μ 3 ฉัน ,หน่วย. 1 2 3 4 5

ตารางที่ 5 บล็อกหมายเลข 2 ( α 2 = 27) ประสบการณ์ ก 4 ฉัน , ม/กับ 2 μ 4 ฉัน , หน่วย. μ 4 ฉัน ,หน่วย. 1 2 3 4 5

หลังจากตาราง ให้เหลือพื้นที่สำหรับผลลัพธ์ที่คำนวณได้ (ประมาณครึ่งหน้า)

6. การประมวลผลผลการวัด

ใช้ผลลัพธ์ที่ได้และความสัมพันธ์ที่คำนวณได้ (3.14) หาค่าเฉลี่ยของสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน I>μ> สำหรับแต่ละบล็อกและเงื่อนไขการทดลอง (มุมเอียงของระนาบ):

…

บันทึกการเบี่ยงเบนบางส่วนในตารางที่ 2–4 ค้นหาข้อผิดพลาดในการวัดสำหรับแต่ละกรณี

สำหรับบาร์หมายเลข 1:

1 > =…; 2 > = …;

สำหรับบาร์หมายเลข 2:

3 > = …; 4 > = …

2. ประเมินข้อผิดพลาดในการทดลอง (ข้อผิดพลาดในการวัด + ข้อผิดพลาดของวิธีการ)

ข้อผิดพลาดในการวัด (ค่าเฉลี่ยของโมดูลส่วนเบี่ยงเบนบางส่วน):

= ...

Δ µ 1 เปลี่ยน = …;Δ µ 2 เปลี่ยน = …;

Δ µ 3 เปลี่ยน = …;Δ µ 4 เปลี่ยน = …

ข้อผิดพลาดของวิธีการ:

/ข> ก 1 > = … นางสาว 2 ;Δ ก 1 = … นางสาว 2

ε µ = … Δ µ 1 ยาบ้า = ε µ · 1 > = …

Δ µ 1 = …

/ข> ก 2 > = … นางสาว 2 ;Δ ก 2 = … นางสาว 2

ε µ = ... Δ µ 2 ยาบ้า = ε µ · 2 > = …

Δ µ 2 = …

/ข> ก 3 > = … นางสาว 2 ;Δ ก 3 = … นางสาว 2

ε µ = ... Δ µ 3 ยาบ้า = ε µ · 3 > = ...

Δ µ 3 =

/ข> ก 4 > = … นางสาว 2 ;Δ ก 4 = … นางสาว 2

ε µ = ... Δ µ 4 ยาบ้า = ε µ · 4 > =

Δ µ 4 = ...

เขียนผลการทดลองหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน μ สำหรับแท่งหมายเลข 1 และแท่งหมายเลข 2 ในรูปแบบมาตรฐาน:

7. คำถามทดสอบ

แรงเสียดทานคืออะไร?

คุณรู้จักแรงเสียดทานประเภทใด

แรงเสียดทานสถิตย์คืออะไร? แรงเสียดทานสถิตคืออะไร?

วาดกราฟของการพึ่งพาแรงเสียดทานแห้งบนเส้นสัมผัสพื้นผิวของส่วนรองรับและองค์ประกอบผลลัพธ์ของแรงที่เหลือที่กระทำต่อร่างกาย

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อนขึ้นอยู่กับอะไร?

คุณจะทดลองหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อนจากสภาวะสมดุลของร่างกายบนระนาบเอียงได้อย่างไร

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อนถูกกำหนดโดยการทดลองในงานนี้อย่างไร

ม้านั่งในห้องปฏิบัติการคืออะไร?

บอกเราเกี่ยวกับขั้นตอนการปฏิบัติงานและการวัดผล

จะประมาณค่าความผิดพลาดของการวัดทางอ้อมของค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนได้อย่างไร

8. คำแนะนำด้านความปลอดภัย

ก่อนปฏิบัติงานให้รับคำแนะนำจากผู้ช่วยห้องปฏิบัติการ

ปฏิบัติตามกฎความปลอดภัยทั่วไปในการทำงานในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์

9. การใช้งาน

ภาคผนวก 1. การประมาณค่าความผิดพลาดในการวัดโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ บทเรียน

หมายเลขเพื่อวัตถุประสงค์ในการรวบรวมข้อมูลทางสถิติ): คำนิยามค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานลื่นตัวบนพื้นผิวที่ใช้ (use... us งาน- – ความเร่งของร่างกายต้องเป็นศูนย์ - มูลค่าเท่าไหร่ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ...

โปรแกรม

การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง" 1 3 การแก้กราฟ งาน 1 4 วิธีแก้ปัญหา งาน

หากบล็อกถูกดึงด้วยไดนาโมมิเตอร์ที่ความเร็วคงที่ ไดนาโมมิเตอร์จะแสดงโมดูลัสของแรงเสียดทานแบบเลื่อน (F tr) ในกรณีนี้ แรงยืดหยุ่นของสปริงไดนาโมมิเตอร์จะรักษาสมดุลของแรงเสียดทานแบบเลื่อน

ในทางกลับกัน แรงเสียดทานแบบเลื่อนขึ้นอยู่กับแรงของปฏิกิริยาปกติของตัวรองรับ (N) ซึ่งเกิดขึ้นจากการกระทำของน้ำหนักตัว ยิ่งน้ำหนักมากเท่าใด แรงของปฏิกิริยาปกติก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และ ยิ่งแรงปฏิกิริยาปกติมากเท่าใด แรงเสียดทานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น- มีความสัมพันธ์ตามสัดส่วนโดยตรงระหว่างแรงเหล่านี้ ซึ่งสามารถแสดงได้ด้วยสูตร:

นี่μคือ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน- มันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อนนั้นขึ้นอยู่กับแรงของปฏิกิริยาปกติ (หรือใคร ๆ ก็สามารถพูดได้ว่าขึ้นอยู่กับน้ำหนักของร่างกาย) ว่ามันประกอบเป็นสัดส่วนเท่าใด ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเป็นปริมาณไร้มิติ สำหรับพื้นผิวคู่ต่างๆ μ มีค่าต่างกัน

ตัวอย่างเช่น วัตถุที่เป็นไม้เสียดสีกันโดยมีค่าสัมประสิทธิ์ 0.2 ถึง 0.5 (ขึ้นอยู่กับประเภทของพื้นผิวไม้) ซึ่งหมายความว่าหากแรงปฏิกิริยาปกติของส่วนรองรับคือ 1 N ดังนั้นในระหว่างการเคลื่อนไหว แรงเสียดทานแบบเลื่อนอาจมีค่าตั้งแต่ 0.2 N ถึง 0.5 N

จากสูตร F tr = μN ตามมาว่าเมื่อทราบแรงเสียดทานและปฏิกิริยาปกติคุณสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับพื้นผิวใดก็ได้:

ความแรงของปฏิกิริยาพื้นดินปกติขึ้นอยู่กับน้ำหนักตัว มันเท่ากับมันในโมดูลัส แต่มีทิศทางตรงกันข้าม น้ำหนักตัว (P) สามารถคำนวณได้โดยการรู้มวลกาย ดังนั้น หากเราไม่คำนึงถึงธรรมชาติของเวกเตอร์ของปริมาณ เราสามารถเขียนได้ว่า N = P = mg จากนั้นหาค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานตามสูตร:

μ = F tr / (มก.)

ตัวอย่างเช่น หากทราบว่าแรงเสียดทานของร่างกายที่มีน้ำหนัก 5 กิโลกรัมที่เคลื่อนที่บนพื้นผิวเท่ากับ 12 นิวตัน จึงสามารถหาค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีได้: μ = 12 N / (5 กก. ∙ 9.8 N/kg) = 12 นิวตัน / 49 นิวตัน กลับไปยัง 0.245

แรงเสียดทาน () คือแรงที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของวัตถุ เป็นที่ยอมรับในเชิงประจักษ์ว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อนขึ้นอยู่กับแรงกดร่วมกันของวัตถุ (ปฏิกิริยารองรับ) (N) วัสดุของพื้นผิวของวัตถุที่ถู และความเร็วของการเคลื่อนที่สัมพัทธ์

คำนิยาม

ปริมาณทางกายภาพที่กำหนดลักษณะของพื้นผิวที่ถูเรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน- ส่วนใหญ่แล้วค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะแสดงด้วยตัวอักษร k หรือ

โดยทั่วไปค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีจะขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของวัตถุที่สัมพันธ์กัน ควรสังเกตว่าการพึ่งพามักจะไม่นำมาพิจารณาและค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนถือว่าคงที่ โดยส่วนใหญ่แล้วจะมีแรงเสียดทาน

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับ: คุณภาพของการรักษาพื้นผิว, การถู, การปรากฏตัวของสิ่งสกปรก, ความเร็วของการเคลื่อนไหวของวัตถุที่สัมพันธ์กัน ฯลฯ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานถูกกำหนดโดยเชิงประจักษ์ (ทดลอง)

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานซึ่งสอดคล้องกับแรงเสียดทานสถิตสูงสุด ในกรณีส่วนใหญ่จะมากกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน

สำหรับคู่วัสดุจำนวนมาก ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะไม่เกินความสามัคคีและอยู่ภายใน

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของคู่ของร่างกายใด ๆ ที่พิจารณาแรงเสียดทานนั้นได้รับอิทธิพลจากความดัน ระดับของการปนเปื้อน พื้นที่ผิวของร่างกาย และสิ่งอื่น ๆ ที่มักจะไม่นำมาพิจารณา ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่ระบุในตารางอ้างอิงจึงตรงกับความเป็นจริงภายใต้เงื่อนไขที่ได้รับเท่านั้น ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจึงไม่สามารถถือว่าไม่เปลี่ยนแปลงสำหรับตัวถูคู่เดียวกัน ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์หนามจึงมีความโดดเด่นสำหรับพื้นผิวแห้งและพื้นผิวที่มีการหล่อลื่น ตัวอย่างเช่น ค่าสัมประสิทธิ์การเลื่อนของตัววัสดุที่ทำด้วยทองแดงและตัวของเหล็กหล่อหากพื้นผิวของวัสดุแห้งจะเท่ากับ สำหรับวัสดุคู่เดียวกัน ค่าสัมประสิทธิ์การเลื่อนเมื่อมีสารหล่อลื่น

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย	โซ่โลหะบางวางอยู่บนโต๊ะแนวนอน (รูปที่ 1) ความยาวเท่ากับ , มวล . ปลายโซ่ห้อยอยู่เหนือขอบโต๊ะ หากความยาวของส่วนที่ห้อยของโซ่เป็นเพียงเศษเสี้ยวของความยาวของโซ่ทั้งหมด ก็จะเริ่มเลื่อนลงมาตามโต๊ะ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างโซ่กับโต๊ะจะเป็นเท่าใด ถ้าโซ่มีความยาวสม่ำเสมอกัน
สารละลาย	โซ่เคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ให้แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อหน่วยความยาวของโซ่เท่ากับ ในกรณีนี้ ในขณะที่การเลื่อนเริ่มขึ้น แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อส่วนที่ยื่นออกมาจะเป็น: ก่อนที่จะเริ่มการเลื่อน แรงนี้จะถูกปรับสมดุลโดยแรงเสียดทานที่กระทำกับส่วนของโซ่ที่วางอยู่บนโต๊ะ: เนื่องจากแรงมีความสมดุล เราสามารถเขียน ():
คำตอบ

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย	ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของร่างกายบนระนาบเอียงจะเป็นเท่าใด ถ้ามุมเอียงของระนาบเท่ากันและความยาวของมันเท่ากับ ร่างกายเคลื่อนที่ไปตามระนาบด้วยความเร่งคงที่ในช่วงเวลา t
สารละลาย	ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน ผลลัพธ์ของแรงที่กระทำต่อวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งจะเท่ากับ: ในการประมาณการบนแกน X และ Y ของสมการ (2.1) เราได้รับ: