理论力学摩擦实验报告

理论力学摩擦实验

实验报告

姓名：***

学号：*******

时间：2012年10月11日星期四

晚6:30——8:00

摩擦现象在日常生活和工程中普遍存在，摩擦力的存在既有不利的方面，如阻碍物体运动，消耗能量，并磨损机件等；也能为人们所利用，如利用摩擦力传动和制动等。所以研究摩擦力的性质就显得尤为重要，我们知道摩擦力与接触面的正压力成正比，这个系数就是摩擦因数，而且在滑动摩擦和静摩擦两种情况下的值不相同。由于多数情况下，正压力、摩擦力、物体所受拉力三力不汇交，于是就有物体先滑动还是先翻到的差别。所以我们本学期就在理论力学的学习过程中，加入的对摩擦性质的研究实验。我们在10月11日晚上对静摩擦因数、动摩擦因数和物块的滑动和翻到等三项进行了研究。

一、实验目的

1. 测量木与铁之间的静摩擦因数ƒs。

2. 测量木与铁之间的静摩擦因数ƒd。

3. 分别测量并验证木滑块在一定倾角的铁质滑道在上保持平衡时所加力的范围。

二、原理摘要

1. 静摩擦因数的推导

当滑道倾角为ϕ时，若物块恰好

不滑下，则此时

∑F x = 0：mg sinϕ -ƒ = 0

∑F y = 0：N - mg cosϕ = 0

又因为ƒ = Nƒs

得ƒs = tanϕ

2. 动摩擦因数的推导

x方向：mg sinϕ = ƒ + ma

y方向：N = mg cosϕ

且ƒ = Nƒd

解出动摩擦因数的计算公

式为：ƒd = tanϕ−a

gcosϕ

3. 物块在斜坡上的受力分析

（1）上翻情况：以滑块的

右下角为矩心,由于此时支

持反力和摩擦力通过矩心，

可列出物块的力矩平衡方

= Fℎ

程：P sinθℎ

2

得F =sinθP

2

（2）下滑情况：

将物块所受的力分解到x和y两个方向。

∑F x = 0：P sinθ= F+ƒ

∑F y = 0：mg cosθ=N

N

又因为摩擦定律：ƒ=ƒ

s

三、仪器和装置

1. MC50摩擦实验装置（包含光电门和加速度显示屏）

2. 滑动摩擦小车（包括遮光板）

3. 定滑轮

4. 实验物块（用于翻到和滑动实验）

5. 砝码托盘和砝码

四、内容步骤

1. 静摩擦因数的测量

滑块木质的一面接触铁质滑道，缓慢增大滑道的倾角，先用自动增大按钮快速增大角度，然后用手动旋钮调节滑道

的倾角，当滑块恰好不滑下时，记下此时滑道的倾角。如此重复十次，剔除最大和最小两组数据，求出剩下八组的平均值，计算静摩擦因数。

2. 测量静摩擦因数数据

将滑道提高到一定的倾角，使滑块可以顺滑地从滑道上部滑下，保持此时的滑道倾角不变，让滑块从滑道顶部自由滑下，且依次经过上下两个光电门。重复十次，分别记录数据。求出十次数据的平均值，利用动摩擦因数的计算公式解出动摩擦因数的实验值。

3. 翻倒和滑动的临界外力值

将定滑轮安装在滑道顶端，将实验物块放置于滑道顶端，将细线一端勾住物块的顶部，另一端越过定滑轮，悬挂托盘。在托盘中添加砝码，使物块分别向上滑动或翻到然后减小砝码质量，使物块向下滑动或翻到。反别记录物块恰好平衡的两个临界值，即为其实验外力。然后比较实验值与根据实验内容1得出的静摩擦因数计算出的理论值。

五、数据记录和处理

1. 测量静摩擦因数数据

除去最大的第2次数据11.15和最小的第8次数据9.67。

2. 测量动摩擦因数数据

斜面的倾角ϕ = 25︒

重力加速度g = 9.8 m/s2

3. 翻倒和滑动的临界外力值

物块质量 680g；托盘质量 30g

物块尺寸长30mm 宽30mm 高100mm

利用推导出来的公式分别求出上翻和下滑的理论拉力。

上翻理论拉力： 2.783 N

下滑理论拉力： 1.735 N

六、实验误差分析

1. 在测量静摩擦因数时，实验结果可能受到滑道表面和滑块表面的清洁程度的影响。

2. 在缓慢升高滑道时由于受到手的扰动，使滑块提前滑下。从而使实验结果ƒs比实际值较小。

3. 在测量动摩擦因数时由于滑行轨迹不是沿滑道的最大斜度线，所以可能使动摩擦因数的测量受到影响。

4. 在测量滑块的下滑和翻倒的情况时。可能由于对临界情况判断的不准导致测量结果的不准确。

七、注意事项

1. 应确认小车的木质面与滑道相接触，否则则结果是铁和铁之间的静摩擦因数。

2. 升高滑道倾角时先用按钮快速调节，然后用手动精确调节。但要在关闭电动开关后，否则可能会烧坏机器。

3. 在测量静摩擦因数和动摩擦因数时，应保持物块处在形同的位置，这样保持装置初状态相同，减小误差。

4. 应在测量动摩擦因数前，应缓慢的使小车缓慢的划过光电门，防止挡光片撞击光电门。

5. 防止托盘在物块倾倒之后突然坠下，应该用手在一定就离外托着，防止砝码坠地。