理论力学(4.4)--摩擦

实验1 静、动(低速)滑动摩擦系数测试

一、实验目的

1．掌握静、动(低速)滑动摩擦系数测试原理与操作方法。

2．观察温度、湿度、表面光洁度等因素对静滑动摩擦系数的影响。

3．观察速度变化(低速范围内)及温度、湿度等因素对动滑动摩擦系数的影响。

4．加强学生对摩擦机理复杂性的感性认识。

二、实验性质

设计、探索型实验。

三、实验装置

1．摩擦系数实验台(图1)

2．光电测速仪

3．铝、钢、铜、橡胶板

4．试块：铝、钢、铜

四、实验背景与基本原理摩擦机理十分复杂，现行教材中的静摩擦定律(库仑定律)仅是近似的，它远不能完全反映出静滑动摩擦系数的复杂现象。通过实验，学生亲自观察到滑动摩擦系数受外界诸多因素的影响，加强对摩擦现象复杂性的感性认识，扩展知识面。同时培养学生树立实事求是的科学研究作风。

静滑动摩擦系数的测定原理：放置在斜面上的物体处于要动未动的临界状态时，斜面的倾角等于摩擦角，从而导出静滑动摩擦系数f 等于斜面倾角的正切值，即。

αφα

tan =f 图

1

动滑动(低速)摩擦系数测定原理：让物体沿斜面运动。由光电测速仪(毫秒计)测出其瞬时加速度，由牛顿二定律计算出动滑动摩擦力，利用动滑动摩擦库仑定律，得到动滑动摩擦系数。

五、实验步骤及注意事项

首先调整实验台4个垫脚，将台面调至水平(气泡在中央)。

静滑动摩擦系数测定：

1．将被测物体置于可动板上，慢慢摇动手柄，记录下物块欲动(未动)瞬

时的角度(重复3-5次)。

2．

物块及板，重复以上步骤。3．

给板加温，重复以上步骤。4．板面湿度变化，重复以上步骤。

动滑动摩擦系数测定：

1．调节支架上螺母使光电感应器降至稍高于试块，且试块上的铜片能遮

住光电门上的圆孔的高度。

2．将光电测速仪与电源连接好，将光电门线插入左起第1，第3插口

(注意一定要接驳可靠，按下电眼开关)。

3．按功能键调至加速度档。

4．将板调至试块可以滑动的角度，手持试块静止在离光电门较近位置(注意：使试块上的铜片能顺次通过光电门)。

5．松开手，让物块在光电门中间沿直线轨迹平动滑下(注意不要发生转动)。从显示屏记录瞬时加速度读数。

6．调大板的角度，重复以上步骤。(需采集5-8种角度下的加速度值)

7．当温度、湿度变化时，重复以上步骤。

六、数据整理

静滑动摩擦系数：

N

f F '=ααtan

1．对每两种材料之间，由记录的角度，查值。取其平均数。

2．将实验值与表上给出的值相比较，分析原因。

3．分析温度、湿度变化与静滑动摩擦系数变化的关系。

动滑动摩擦系数：

1．动滑动摩擦系数的数学表达式。

3．动摩擦系数的影响。

4．分析温度、湿度变化与动滑动摩擦系数变化的关系。

七、复习思考题

1．静滑动摩擦系数与书中给出的数据相差较大，原因何在？

2．做完实验，你对静滑动摩擦系数受诸多因素影响有何想法？你能总结出规律吗？

3．你有什么好的测试方法，既可节省时间，又不影响精度？

4．你发现过生活中有哪些实例与静滑动摩擦库仑定律不相符？

5．通过实验，你对摩擦的复杂现象有何认识？说说看。

6．比较低速滑动与高速滑动时，速度变化对动滑动摩擦力的影响有何不同？温度与湿度变化得影响有何不同？

实验6 动滑动摩擦力测试

一、实验目的

1．掌握动滑动摩擦力测试实验的原理与操作方法。

2．通过实验测定值与理论计算值对比，分析原因。

3．测试不同材质、在不同温度、湿度下接触面之间的动滑动摩擦力的变

化规律。

二、实验性质

设计、研究型实验。

三、实验装置

1．动滑动摩擦实验台(图1)

2．微机(数据处理)

3．试件、试验盘

图 1

四、实验背景与基本原理

摩擦现象在工程及生活中是普遍存在的，其机理及原因比较复杂，影响摩擦的因素较多，目前无法建立准确的理论计算公式，在工程应用中只能通过实验来测定。

土木工程的摩擦桩是通过桩体与土壤之间摩擦力来起承载作用的。有些工程结构中的阻尼器也利用摩擦原理来进行设计。机械工程的轴承、轴套，各类滑块、滑套等，都存在着摩擦问题。行驶的车辆轮胎与路面之间也存在着摩擦问题，包括轮胎的花纹设计也须要考虑摩擦的因素。

摩擦实验台的测定原理是由动盘与试块之间产生相对运动，在接触面上产生动滑动摩擦力，由检测仪器测出，记录下来。因动盘的速度可调，所以可以测出不同运动速度下接触面间的摩擦力，然后进行分析找出动滑动摩擦系数变化的一般规律。通过摩擦实验可进一步开阔学生的思路，培养实验技能。利用仪器还可以有实验者自行设计实验方案，可针对具体的工程问题进行实验研究，培养创新精神及解决问题的能力。

五、实验步骤及注意事项

1.打开微机，接通试验台电源，进入实验程序。

2.，注意如果右下角显示“AD/DA转换卡

3.连接失败”，请重新启动计算机，设定试件重量(1g—5000g)及试件

位置半径尺寸(150mm—250mm)。填完必要信息，转速达到0之后，选择“进入新实验”。

4.(注意不要超过仪器允许设定范围：0.5m/s—10m/s)，保存记录，正

式进入实验。

5.(用不同的实验名称来标识，输入材料质量及半径尺寸)，记录数据，进行分析比较。

6.继续测量，只允许选择2次，即最多只有三次测量数据，否则可能会对所有数据清空。

7.注意实验中仪器转动时，不要掀开仪器面板以免被机器伤害。严禁用力拉动黄色传感器柜体，以免损坏传感器。

六、数据整理

4．本仪器可自动生成试验的速度--动滑动摩擦力关系表格或曲线，可作记录或打印输出。

5．将实验数据分析，找出速度变化与动滑动摩擦力之间的关系，并与经验公式值进行比较。

6．将结果进行分析后，提出个人的看法或解释。

七、复习思考题

滑动摩擦力的值？

2．正压力的变化是否对实验结果有影响？

3．能否自己建立一个经验公式来表示速度变化与滑动摩擦力的变化关系？

4．还有哪些因素会影响到滑动摩擦力的变化？

5．能否结合工程实际问题设计一个实验，加以验证、分析？