哈工大静、动(低速)摩擦系数测试

静、动(低速)摩擦系数测试

一、实验目的

1．掌握静、动(低速)滑动摩擦系数和静、动(低速)滚动摩阻系数的测试原理与操作方法。

2．观察表面光洁度因素对静滑动摩擦系数静和静滚动摩阻系数的影响。

3．观察速度变化(低速范围内)及表面光洁度因素对动滑动摩擦系数和动滚动摩阻系数的影响。

4．加强学生对摩擦机理复杂性的感性认识。

二、实验性质

设计性实验。

三、实验装置

1．摩擦系数实验台(图1-1)

2．光电测速仪

3．铝、钢、铜、塑板

4．铝、钢、铜、塑试件

四、实验背景与基本原理

摩擦机理十分复杂，现行教材中的静动摩擦定律(库仑摩擦定律)仅是近似的，它远不能完全反映出静动摩擦的复杂现象。通过实验，学生亲自观察到滑动摩擦系数和滚动摩阻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，培养科学精神。

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α等于摩擦角Ф，从而导出静滑动摩擦系数f 等于斜面倾角α的正切值，即f=tn α的关系式。 静滚动摩阻系数的测定原理：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α，从而导出静滚动摩阻系数δ等于斜面倾角α的正切值与滚子半径R 的乘积，即αδtg R ⨯=的关系式。

动滑动(低速)摩擦系数动和动滚动摩阻系数测定原理：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，由牛顿二定律计算得出动滑动摩擦力和动滚动摩阻，利用动滑动摩擦定律N d fF F =和动滚动摩阻定律N F M δ=，得到动滑动摩擦系数和动滚动摩阻系数。

五、实验步骤及注意事项

静滑动摩擦系数和静滚动摩阻系数测定：

1．将被测物块置于可动板上，慢慢摇动手柄，记录下试件欲动(未动)瞬时的角度(重复3-5次)。2．更换试件及板，重复以上步骤。

图 1-1

动滑动摩擦系数和动滚动摩阻系数测定：

1．光电门安装在支架上，调节螺母使光电感应器降至稍高于试件，并使试件上的铝片能够遮住光电门上的圆孔。

2．将光电测速仪与电源联接好，将光电门线插入左起第1，第3插口(注意一定要接驳可靠，按下电源开关)。

3．按功能键调至加速度档。

4．将板调至试件可以滑动或滚动的角度，手持试件静止在离光电门较近位置(注意：使试件上的铝片能顺次通过光电门)。

5．松开手，让试件在光电门中间沿直线轨迹平动滑下(注意不要发生转动)或沿直线轨迹滚动。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2-4种角度下的加速度值)。

六、数据整理

静滑动摩擦系数和静滚动摩阻系数：

1．对每两种材料之间，由记录的角度α，查tnα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。

动滑动摩擦系数和动滚动摩阻系数

1．动滑动摩擦系数和动滚动摩阻系数的数学表达式。

2．将记录的加速度值分别代入计算。

3．动摩擦系数和动滚动摩阻系数的影响。

七、复习思考题

1．静滑动摩擦系数和静滚动摩阻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和静滚动摩阻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，又不影响精确度？

4．你发现过生活中有哪些实例与库仑摩擦定律不相符？

静止时，ααcos sin mg f mg ⨯= 静止αδαcos sin mg mg R ⨯=⨯

运动时a F sin f m mg =-α

运动时a F sin f m mg =-α αcos F f mg f ⨯=

αδcos F f mg R ⨯=⨯

水平面运动时a F F S m =-

δ⨯=⨯N S F F R