Tarcie - doświadczenie na równi pochyłej.
SPRAWOZDANIE Z SZACOWNIA WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA KINETYCZNEGO ZA POMOCĄ RÓWNI POCHYŁEJ
Cel: Celem doświadczenia jest zapoznanie się z prostą metodą wyznaczania współczynnika tarcia za pomocą równi pochyłej, bez dynamometra.
Sprzęt: duża książka, linijka, mały słownik, kartka i długopis (do zapisania wyników pomiaru).
Wymagane umiejętności: zestawiania wyników pomiaru w tabelce, znajomość wzorów na tarcie.
Wprowadzenie teoretyczne:
Tarciem nazywamy zjawisko występowania sił przeciwstawiających się ruchowi ciała po powierzchni innego ciała.
Wyróżniamy dwa rodzaje tarcia:
- Zewnętrzna (suche)
- Wewnętrzne (lepkość)
Tarciem zewnętrznym nazywamy oddziaływanie zachodzące między powierzchniami dwóch stykających się ciał stałych przeciwdziałające ich przemieszczaniu się względem siebie. Jeżeli ciała te nie poruszają się, mówimy o tarciu statycznym, a jeżeli występuje ruch, o tarciu kinetycznym. W przypadku ruchu ciał polegającym na przesuwaniu się jednego z ciał po powierzchni drugiego, mamy do czynienia z tarciem poślizgowym (posuwistym), a w przypadku toczenia się jednego ciała po powierzchni drugiego, z tarciem tocznym.
Tarciem wewnętrznym nazywamy oddziaływanie zachodzące między warstwami cieczy lub gazy poruszającymi się względem siebie. Różnica między tarciem wewnętrznym i zewnętrznym polega na tym, ze w tym pierwszym nie ma tarcia statycznego, a występuje siła ciężkości.
Prawa rządzące tarciem:
1. Siła tarcia NIE zależy od prędkości ciała.
2. Siła tarcia NIE zależy od wielkości powierzchni zetknięcia ciała z podłożem.
3. Siła tarcia jest proporcjonalna do siły nacisku ciała na powierzchnię styku.
T=fP
f – współczynnik tarcia
Współczynnik tarcia wyraża jaką część siły jest siła tarcia. Współczynnik tarcia zależy od rodzaju ciał, gładkości ślizgających się powierzchni i ich czystości oraz jest proporcjonalne do prędkości ciała względem podłoża. Jest wartością bezwymiarową, czyli nie ma jednostek.
Przebieg doświadczenia:
1. Na biurku lub innej płaskiej powierzchni umieszczamy książkę, a na jednym z jej końców mały słownik.
2. Powoli podnosimy książkę z przeciwnej strony niż słownik aż do momentu kiedy słownik zaczyna się zsuwać.
3. Zatrzymujemy książkę w tej pozycji i dokonujemy pomiarów wysokości(h) i długości podłoża, nad którym umieszczona jest książka(L).
4. Kilkakrotnie powtarzamy pomiar.
5. Obliczamy wartość współczynnika tarcia kinetycznego jako iloraz h/L.
6. Szacujemy niepewność pomiarową.
Nr h(m) ∆ h(m) L(m) ∆ L(m) hśr/Lśr = fk ∆ fk
1 0,11 0,01 O,26 0,01 0,38 0,05
2 0.09 0,26
3 0,1 0,26
Obliczenia:
Lśr = 0,26
hśr = (0,11 + 0,09 + 0,1) : 3 = 0,1
fk = hśr/ Lśr = 0,1/0,26 = 0,38
∆ fk / fk = ∆ h/h + ∆ L/L
∆ fk = fk (∆ h/h + ∆ L/L)
∆ fk = 0,38 (0,01/0/1 + 0,01/0,26) = 0,38 (0,1 + 0,04) = 0,14x0,38 = 0,05
Spostrzeżenia i wnioski:
Aby wynik końcowy był prawidłowy nasza równia pochyła musi być nieruchoma. Najlepiej wykonywać doświadczenie w dwie osoby, kiedy jedna trzyma dużą książkę, druga mierzy. Na niepewność pomiarową wpływa dokładność, z jaką mierzy osoba wykonująca doświadczenie, a także liczba wykonanych pomiarów (im więcej razy dokonujemy pomiarów, tym końcowa niepewność będzie mniejsza).