Коэффициент трения и методы его расчета

Научно-практическая конференция

























ТЕМА:

Коэффициент трения и методы его расчета



























Пенза 2010 г.


Содержание



	I глава. Теоретическая часть

	1. Виды трения, коэффициент трения

	II глава. Практическая часть

	Расчет трения покоя, скольжения, и качения

	Расчет коэффициента трения покоя

	Список литературы


I глава. Теоретическая часть



1. Виды трения, коэффициент трения



С трением мы сталкиваемся на каждом шагу. Вернее было бы сказать, что без трения мы и шагу ступить не можем. Но несмотря на ту большую роль, которую играет трение в нашей жизни, до сих пор не создана достаточно полная картина возникновения трения. Это связано даже не с тем, что трение имеет сложную природу, а скорее с тем, что опыты с трением очень чувствительны к обработке поверхности и поэтому трудно воспроизводимы. 

Существует внешнее и внутреннее трение (иначе называемое вязкостью). Внешним называют такой вид трения, при котором в местах соприкосновения твердых тел возникают силы, затрудняющие взаимное перемещение тел и направленные по касательной к их поверхностям.

Внутренним трением (вязкостью) называется вид трения, состоящий в том, что при взаимном перемещении. слоев жидкости или газа между ними возникают касательные силы, препятствующие такому перемещению.

Внешнее трение подразделяют на трение покоя (статическое трение) и кинематическое трение. Трение покоя возникает между неподвижными твердыми телами, когда какое-либо из них пытаются сдвинуть с места. Кинематическое трение существует между взаимно соприкасающимися движущимися твердыми телами. Кинематическое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения.

В жизни человека силы трения играют важную роль. В одних случаях он их использует, а в других борется с ними. Силы трения имеют электромагнитную природу.

Если тело скользит по какой-либо поверхности, его движению препятствует сила трения скольжения. 

, где N — сила реакции опоры, a μ — коэффициент трения скольжения. Коэффициент μ зависит от материала и качества обработки соприкасающихся поверхностей и не зависит от веса тела. Коэффициент трения определяется опытным путем. 







Сила трения скольжения всегда направлена противоположно движению тела. При изменении направления скорости изменяется и направление силы трения. 

Сила трения начинает действовать на тело, когда его пытаются сдвинуть с места. Если внешняя сила F меньше произведения μN, то тело не будет сдвигаться — началу движения, как принято говорить, мешает сила трения покоя. Тело начнет движение только тогда, когда внешняя сила F превысит максимальное значение, которое может иметь сила трения покоя  

Трение покоя – сила трения, препятствующая возникновению движению одного тела по поверхности другого.


II глава. Практическая часть



1. Расчет трения покоя, скольжения и качения



Основываясь на вышесказанное, я, опытном путем, находил силу трения покоя, скольжения и качения. Для этого я использовал несколько пар тел, в результате взаимодействия которых будет возникать сила трения, и прибор для измерения силы – динамометр. 

Вот следующие пары тел: 

деревянный брусок в виде прямоугольного параллепипеда определенной массы и лакированный деревянный стол.

деревянный брусок в виде прямоугольного параллепипеда с меньшей чем первый массой и лакированный деревянный стол.

деревянный брусок в виде цилиндра определенной массы и лакированный деревянный стол.

деревянный брусок в виде цилиндра с меньшей чем первый массой и лакированный деревянный стол.

После того как были проведены опыты – можно было сделать следующий вывод – 

Сила трения покоя, скольжения и качения определяется опытном путем.

Трение покоя:



Для 1) Fп=0.6 Н, 2) Fп=0.4 Н, 3) Fп=0.2 Н, 4) Fп=0.15 Н



Трение скольжение:



Для 1) Fс=0.52 Н, 2) Fс=0.33 Н, 3) Fс=0.15 Н, 4) Fс=0.11 Н




Трение качение:



Для 3) Fк=0.14 Н, 4) Fк=0.08 Н



Тем самым я определил опытным путем все три вида внешнего трения и получил что 



Fп> Fс > Fк для одного и того же тела.







2. Расчет коэффициента трения покоя



Но в большей степени интересна не сила трения, а коэффициент трения. Как его вычислить и определить? И я нашел только два способа определения силы трения.

Первый способ: очень простой. Зная формулу и определив опытным путем  и N, можно определить коэффициент трения покоя, скольжения и качения.



1) N0,81 Н, 2) N0,56 Н, 3) N2,3 Н, 4) N1,75



Коэффициент трения покоя:


= 0,74; 2) = 0,71; 3) = 0,087; 4) = 0,084;



Коэффициент трения скольжения:



= 0,64; 2) = 0,59; 3) = 0,063; 4) = 0,063



Коэффициент трения качения:



3) = 0,06; 4) = 0,055;



Сверяясь с табличными данными я подтвердил верность своих значений.

Но также очень интересен второй способ нахождения коэффициента трения.

Но этот способ хорошо определяет коэффициент трения покоя, а для вычисления коэффициента трения скольжения и качения возникают ряд затруднений.

Описание: Тело находится с другим телом в покое. Затем конец второго тела на котором лежит первое тело начинают поднимать до тех пор пока первое тело не сдвинется с места.







 = sin/cos=tg=BC/AC


На основе второго способа мной были вычислены некоторое число коэффициентов трения покоя.

Дерево по дереву:



АВ = 23,5 см; ВС = 13,5 см.

П = BC/AC = 13,5/23,5 = 0,57



2. Пенопласт по дереву:



АВ = 18,5 см; ВС = 21 см.

П = BC/AC = 21/18,5 = 1,1



3. Стекло по дереву:



АВ = 24,3 см; ВС = 11 см.

П = BC/AC = 11/24,3 = 0,45



4. Алюминий по дереву:



АВ = 25,3 см; ВС = 10,5 см.

П = BC/AC = 10,5/25,3 = 0,41



5. Сталь по дереву:

АВ = 24,6 см; ВС = 11,3 см.

П = BC/AC = 11,3/24,6 = 0,46



6. Орг. Стекло по дереву:



АВ = 25,1 см; ВС = 10,5 см.

П = BC/AC = 10,5/25,1 = 0,42

7. Графит по дереву:



АВ = 23 см; ВС = 14,4 см.

П = BC/AC = 14,4/23 = 0,63



8. Алюминий по картону:



АВ = 36,6 см; ВС = 17,5 см.

П = BC/AC = 17,5/36,6 = 0,48



9. Железо по пластмассе:



АВ = 27,1 см; ВС = 11,5 см.

П = BC/AC = 11,5/27,1 = 0,43



10. Орг. Стекло по пластику:



АВ = 26,4 см; ВС = 18,5 см.

П = BC/AC = 18,5/26,4 = 0,7



На основе своих расчетов и проведенных экспериментах я сделал вывод что П> C >К, что неоспоримо соответствовало теоретической базе взятой из литературы. Результаты моих вычислений не вышли за рамки табличных данных, а даже дополнили их, в результате чего я расширил табличные значения коэффициентов трений различных материалов. 





Литература



1. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с. 

	Фролов, К. В. (ред.): Современная трибология: Итоги и перспективы. Изд-во ЛКИ, 2008 г. 

		Елькин В.И.“Необычные учебные материалы по физике”. “Физика в школе” библиотека журнала, №16, 2000. 

		Мудрость тысячелетий. Энциклопедия. Москва, Олма – пресс, 2006.