摩擦

ソース:ニコラス ・ ティモンズ、 Asantha Cooray、PhD、物理教室 & 天文学、物理的な科学の学校、カリフォルニア大学、アーバイン、カリフォルニア州

この実験の目的は、摩擦 (すなわち、静的および動的) の 2 つのタイプの物理的な性質を調べることです。オブジェクトを水平方向にスライドだけでなく、傾斜面を摩擦係数の測定手順が含まれます。

摩擦が完全に理解されていないが、それは実験的にオブジェクトに及ぼす垂直力に比例すると決定します。場合は顕微鏡が接触している 2 つのサーフェスにズームインすると、その表面が非常に小さな規模で大まかなことが明らかになります。これは表面が過去の別の 1 つ簡単にスライドすることを防ぎます。粗面の効果を組み合わせて材料の原子の間の電気力摩擦力を説明するかもしれない。

摩擦の 2 つの種類があります。静的な摩擦オブジェクトが動いていないと、いくつかの力、モーションでそのオブジェクトを取得する必要があります。オブジェクトは既に移動が摺動面間の摩擦により減速時摩擦があります。

図 1。

図 1は、水平方向の平面上にあるオブジェクトに作用する 4 つの力を示しています。いくつか水平力に対応します。が均等にしかし反対の方向で正常な力によって一致するオブジェクトに重力の力を。正常な力は、重力に対抗してオブジェクトの機能面の結果です。正常な力は、なぜ本は単に該当しないについて説明しますそれは休憩時にテーブルを使用します。最後に、摩擦力は、応用力に反対。摩擦力は垂直力に比例。

、 (関係式 1)

どこ摩擦係数です。

摩擦係数は、実験的に測定する必要があり、接触している 2 つの材料に依存するプロパティです。摩擦係数の 2 種類があります: 動摩擦係数オブジェクトが既にモーション、および静的な摩擦の場合、オブジェクトの残りの部分し、移動させる力の一定量を必要とするとき。オブジェクトのパスに沿ってスライドさせ、正常な力は重さと等しいオブジェクトの。したがって、摩擦力係数とオブジェクトの質量のみに依存します。

傾斜面の場合は、その後、正常な力のオブジェクトがある場合が傾斜に対して垂直と等しい重量に反対ではない図 2で見ることができます。

図 2。

この場合のコンポーネントのみ角度 θ によって、正常な力と同等です。

.(式 2)

安息角、オブジェクトに重力の力を克服する静的な摩擦力、傾斜面上をスライドにオブジェクトを開始ポイントとして定義されています。安息角度の良い近似であります。

.(式 3)

この演習では摩擦係数が異なる材料を表す 2 つの金属製の鍋が使用されます。A ブロックでお越しの際にも砂のペーパーの下、B ブロックは滑らかな金属の底を持っている間摩擦のより高い係数になります。

1. 摩擦係数を測定します。

1. 各ブロックに 1,000 g を追加し、使用規模が A と B の付加質量を含むブロックの質量を測定します。
2. A. プル スケールを水平方向にブロックし、ブロックがスライドを開始する直前に読書に注意してくださいに力のスケールに接続します。直前にスライドし始めると、静的な摩擦の最大量は動きに抵抗します。計算する力を利用してブロック A の5 回行い、平均値を記録します。
3. 手順 1.2 ブロック B. を繰り返します
4. 一定の速度でテーブルを挟んで A ブロックを引っ張る。速度が一定の場合スケールで読む力が摩擦力と等しいはずです。計算ブロック A の5 回行い、平均値を記録します。
5. 手順 1.4 ブロック B. を繰り返します

2. 重量の摩擦力に与える影響。

1. 場所ブロック A ブロック B と手順 1.4 上に 5 倍、平均値を決定します。増加・減少、摩擦力係数を計算します。
2. 場所ブロック B ブロック上に手順 1.4 5 回の平均値を決定するとします。増加・減少、摩擦力係数を計算します。

3. 摩擦力の表面積の影響。

1. 鍋の縁のみが含まれている側に B ブロックをオンにします。重量は、フェイス アップ側の上に配置する必要があります。摩擦力を測定し、ステップ 1.2 で測定された値と比較します。増加・減少、摩擦力係数を計算します。

4. 安息角。

1. 0 ° の角度で調節可能な傾斜面に A ブロックを配置します。ブロックがスライドを開始するまで、ゆっくりと角度を上げます。分度器を使用して、安息角を測定し、式 3でスライドするブロックを開始する直前の静止摩擦係数を計算します。5 回行い、平均値を記録します。
2. 手順 4.2 ブロック B. を繰り返します

テーブル 1。摩擦係数。

ブロック
A	0.68	0.60
B	0.52	0.47

表 2。摩擦力の重さや表面積の効果.

測定	(N)	拡大または縮小が要因
A ブロック B	16	から手順 1.4 = 2.3
B ブロック A	14	から 1.5 = 2.5 ステップ
小さな面積	5	から 1.4 = 0.9 のステップ

表 3。安息角

ブロック	安息角 (°)
A	30	0.58
B	24	0.45

実験から得られた結果は、方程式 1と2によってなされる予言を一致させます。ステップ 1 で、静摩擦は動摩擦よりも大きかった。これは常に場合より多くの力はオブジェクトが既に動きのないときに摩擦を克服するために必要です。ステップ 2 で、摩擦力の両方のブロックの重量とテーブルとの接触ブロックの動摩擦係数に比例したことがわかった。ステップ 3 の結果は、表面積が摩擦力に影響を与えないことを確認します。手順 4 で、安息角は式 3で近似できます。演習に関連付けられているエラーは、スライド式のブロックを一定の速度を維持しながら力のスケールを読みの難しさから来ています。複数回の測定と平均を計算する、この効果を減らすことが。

摩擦は、私たちの日常生活の中でどこでもです。実際には、それなしで歩くできないでしょう。誰かは、摩擦面に歩いてみました、彼はどこにも行くでしょう。前方に彼を推進する地面に対して彼の筋肉のプッシュとして彼の足の裏と地面の間の摩擦だけであります。

業界のほぼすべての側面では、エンジニアは摩擦を減らすためにしようとしています。2 つのサーフェスが接触、摩擦が常にあるありますが。これは誰かはすぐに一緒に彼女の手をこすりとき感じた熱などの熱の形をとることができます。産業用アプリケーションでこの暑さはマシンを破壊することができます。摩擦力は物体の動きに反対して完了の機械操作を遅らせることができます。したがって、潤滑剤のような物質は 2 つの表面間の摩擦係数を減少させるためとしています。

表 4。摩擦係数の例。

材料
木の上の木	0.2
真鍮鋼	0.44
コンクリートのゴム	0.8
潤滑玉軸受	< 0.01

この実験では、2 つの異なるスライディング ブロックの静的および動的摩擦係数を測定しました。表面積の影響とともに、摩擦の力で質量の効果を検討しました。最後に、傾斜した平板上のブロックの安息角を測定しました。