سطح شیبدار

آزمایش شماره  7 :  سطح شیبدار  

 هدف آزمایش

اندازه گیری ضریب اصطکاک ایستایی و جنبشی

تئوری آزمایش

وقتی که جسمی ‌می‌‌خواهد بر روی جسمی‌ دیگر بلغزد، نیرویمقاومی در سطح تماس دو جسم در خلاف جهت حرکت پدید می‌‌آید که این نیرو از حرکت جسمجلوگیری می‌‌کند. این نیرو رانیرویاصطکاک گویند. البته لازم به ذکر است که این نیرو در لحظه شروع حرکت رانیرویاصطکاک ایستایی می‌‌گویند، اما در طول حرکت جسم نیز نیرو وجود دارد که در اینحالتنیرویاصطکاک لغزشی می‌‌گویند.

تجربه نشان می‌‌دهد که نیروی اصطکاک همواره بانیروی عمودی که از طرف جسم بر سطح اتکای آن وارد می‌شود، متناسب است. نیروی عمودیکه گاهی نیروی بار نیز گفتهمی‌‌شود، نیرویی است که هر جسم در راستای عمود بر سطح تماس خود به جسم دیگر یا بهسطح اتکای خود وارد می‌‌کند. این نیرو از تغییر کشسان اجسام در تماس ناشی می‌‌شود. مثلا در مورد جسمی ‌که روی یک میز افقی به حالت سکون قرار دارد یا روی آن می‌‌لغزد،بزرگی نیروی عمودی باوزنجسم برابر است. چون جسمشتاب قائم ندارد، لذاباید میز نیز نیرویی به طرف بالا بر آن وارد کند که بزرگی آن با کشش رو به پائینوارد بر جسم از طرف زمین ، یعنی با وزن جسم ، برابر است.بیشترین مقدارنیروی اصطکاک با کمترین نیروی لازم برای شروع بهحرکتجسم برابر است. وقتی که حرکت شروع شد،معمولا نیروی اصطکاک بین سطوح کاهش پیدا می‌‌کند و نیروی کمتری برای یکنواخت ماندنحرکت لازم است. همچنین گفتیم که بزرگی نیروی اصطکاک با نیروی عمود بر سطح از طرفجسم متناسب است. ضریب تناسبی که این رابطه تناسب را به تساوی تبدیل می‌‌کند،ضریباصطکاک نام دارد. ضریب اصطکاک به عوامل مختلفی چون جنس ماده ، پرداخت سطحی ،فیلمهای سطحی ، دما و میزان آلودگی سطح بستگی دارد. در این آزمایش سعی داریم درمورد چند سطح مختلف ضریب اصطکاک را محاسبه کنیم.

وسایل لازم

·   سطح شیبدار

·   تراز بنایی

·   نخ محکم

·   کفه

·   قرقره

·   وزنه‌های مختلف

·   ترازو

·   استوانه چوبی

اندازه گیری ضریب اصطکاک سطح افقی

در اینآزمایش روش کار به این صورت است که مکعبی از جسم مورد نظر را که می‌‌خواهیم ضریباصطکاک آن را تعیین کنیم، به ریسمانی بسته و آن را روی یک سطح افقی (مانند سطح روییک میز) قرار دهیم. به انتهای دیگر ریسمان که از لبه میز آویزان شده است، کفه‌ایوصل می‌‌کنیم. همچنین در لبه میز قرقره‌ای قرار می‌‌دهیم و ریسمان را از روی شیارقرقره عبور دهیم. به انتهای دیگر ریسمان که از لبه میز آویزان شده است کفه ای وصلمی‌‌کنیم. همچنین دو لبه میز قرقره‌ای قرار داده و ریسمان را از روی شیار قرقرهعبور می‌دهیم، تا به راحتی حرکت کند. حال بر روی کفه تعدادی وزنه قرار می‌‌دهیم وبا انگشت خود ضربه‌های کوچکی به میز می‌‌زنیم تا مکعب شروع به حرکت کند. همچنین برروی مکعب وزنه‌ای با جرم معین قرار داده شده است.

در لحظه شروع به حرکت نیرویی که از طرف وزنه‌های داخل کفهاعمال می‌‌شود، با بیشترین مقدار نیروی اصطکاک (یعنی نیروی اصطکاک ایستایی) برابراست. وزنه‌ای که روی مکعب قرار دارد، نیرویی عمودی برابر با نیروی وزن خود بر مکعبوارد می‌‌کند. بنابراین ضریب اصطکاک برابر است با نسبت نیرویی که از طرف وزنه‌هایموجود در کفه وارد می‌‌شود، بر نیروی عمودی. بنابراین اگر این نیروی عمودی را   m_1  ونیروی وزن جرمهای موجود در کفه را باm_2 نشان دهیم، در این صورت μ_s ضریب اصطکاکایستایی  برابراست با :

 2 / m 1m = μ

نتیجه

برای اینکه مقدار μ_s را با دقت بیشتر بدست ‌آوریم، می‌‌توانیممنحنی P_2 را بر حسب P_1 رسم نموده و از شیب آن μ_s را پیدا کنیم. برای این کارباید آزمایش را به تعداد دفعات مختلف انجام دهیم و نموداری با داده‌های مختلف رسمکنیم. اگر همین آزمایش را برای مکعب‌هایی با جنسهای مختلف انجام دهیم، ملاحظهمی‌‌کنیم که μ_s ضریب اصطکاک ایستایی متناسب با جنس مکعب تغییر می‌‌کند.

 

2 / m 1m = μ

M 2

جرم وزنه + جرم نگهدارنده

/ 0 نظر / 17 بازدید