ضريب اصطكاك اندازه گيري ضرايب اصطكاك ايستايي ولغزشي.

دسته بندی: تحقیق و پروژه رایگان,پروژه و تحقیق رایگان,

: ضريب اصطكاك

هدف: اندازه گيري ضرايب اصطكاك ايستايي ولغزشي.

وسايل مورد نياز: سطح شيبدار متحرك- خط كش- دوعدد سكه.

تئوري آزمايش:

هرگاه جسمي روي سطح جسم ديگر كشيده شود هريك از دو جسم به ديگري نيروي اصطكاك وارد مي كند. نيروي اصطكاكي كه هر جسم به ديگري وارد مي كند، در خلاف جهت حركت آن جسم نسبت به ديگري است. نيروي اصطكاك خود به خود با حركت مخالفت مي كند و هرگز به آن كمكي نمي كند.

حتي هنگامي كه حركت نيست وجود ندارد. ممكن است ميان سطحها نيروي اصطكاك وجود داشته باشد. اصطكاك در زندگي روزمرة ما اهميت بسياري دارد. اگر بگذاريم به تنهايي عمل بكند، هر محور در حال دوراني را متوقف مي كند.

نيروي اصطكاك ميان سطحهاي ساكن نسبت به يكديگر را نيروي اصطكاك ايستايي مي گويند. بيشينه نيروي اصطكاك ايستايي برابر است با كمترين نيروي لازم براي شروع حركت جسم. وقتي حركت شروع شد معمولا نيروهاي اصطكاك موجود ميان سطحها كاهش مي يابد و نيروي كمتري براي يكنواخت ماندن حركت لازم است. نيروهاي موجود ميان سطحهايي را كه نسبت به هم حركت مي كنند نيروي اصطكاك لغزشي مي نامند. بيشينة نيروي اصطكاك ايستايي ميان دو سطح از دو قانون زير پيروي مي كند.

1. اين نيرو براي مساحت هاي بزرگ از مساحت سطح تماس تقريبا مستقل است.

2. اين نيرو با نيروي عمود بر سطح متناسب است . نيروي عمودي كه گاهي نيروي بار ناميده مي شود. نيرويي است كه هر جسم در راستاي عمود بر سطح تماس به جسم ديگر وارد مي كند.

اين نيرو از تغيير شكل كشسان اجسام در تماس ناشي ميشود، زيرا اين اجسام در واقع كاملا صلب نيستند.

نسبت بزرگي بيشينة نيروي اصطكاك ايستايي به بزرگي نيروي عمودي را ضريب اصطكاك ايستايي براي سطحهاي مورد نظر مي نامند و آنگاه رابطة زير را خواهيم داشد:

كه در آن ضريب اصطكاك ايستايي و N بزرگي نيروي عمودي و بزرگي نيروي اصطكاك ايستايي است. علامت تساوي فقط وقتي برقرار است كه بيشينه مقدار خود را داشته باشد.

نيروي اصطكاك جنبشي ميان سطحهاي خشك از همان دو قانون قبلي پيروي مي كند. نيروي اصطكاك جنبشي تا حد زيادي از سرعت نسبي سطوحي كه روي هم حركت مي كنند نيز مستقل است.

نسبت بزرگي نيروي اصطكاك جنبشي به بزرگي نيروي عمودي را ضريب اصطكاك جنبشي مي نامند. اگر بزرگي نيروي اصطكاك جنبشي باشدآنگاه رابطة زير تعريف ميشود.

كه در آن ضريب اصطكاك جنبشي است.

دو ثابت بدون بعدند. زيرا هر دونسبت(بزرگي) دو نيرو هستند. براي يك زوج سطح معين معمولا. مقادير واقعي به جنس دو سطحي كه در تماس هستند بستگي دارند كه عبارتند از: جنس مواد، پرداخت سطحي، دما و ميزان آلودگي سطح. در مقياس اتمي، حتي سطحي كه خيلي صيقلي باشد نيز نمي تواند سطح كاملا صاف به حساب آيد.

نيروي اصطكاكي كه در هنگام غلتش جسمي بر روي جسم ديگر با حركت آنها مخالفت مي كند،خيلي كمتر از نيرويي است كه در حركت لغزشي وجود دارد. در نمودار زير اصطكاك لغزشي را نشان داده است كه ميان دو سطح بوجود مي آيد. در واقع به اين تماس بين سطحها چسبندگي سطحي گويند.

جسمي را كه روي يك سطح شيبدار با زاوية افق را مي سازد قرار دارد. ضريب اصطكاك ايستايي ميان سطح و جسم به صورت زير محاسبه مي شود.

نيروهاي وارد بر جسم عبارتند از: W وزن جسم، N نيروي عمودي وارد بر جسم از طرف سطح شيبدار و نيروي مماسي اصطكاك وارد بر جسم از طرف سطح شيبدارد. نيروي برآيند وارد بر جسم از طرف سطح شيبدار يعني همچون مورد سطوح صيقلي بر سطح تماس عمود نيست. چون جسم در حالت سكون است،انگاه خواهيم داشت:

با تجزية نيروها به مولفه هاي x,y در راستاي سطح و در راستاي عمود بر سطح داريم:

اما . اگر زاويه شيب را به تدريج زياد كنيم تا در حالت لغزيدن شروع شود مي توانيم از رابطة استفاده كنيم، خواهيم داشت:

و آنگاه خواهيم داشت:

بنابراين اندازه گيري زاويه شيبي كه لغزيدن به ازاي آن شروع ميشود. يك روش تجربي ساده براي تعيين ضريب اصطكاك ايستايي ميان دوسطح است. همچنين مي توان نشان داد كه زاوية شيب لازم براي آنكه جسمي با ضربه ملايمي با سرعت ثابت روي سطح شيبدار به پائين بلغزد از رابطة روبه رو بدست مي آيد.

كه در آن است. به كمك خط كش مي توانيم را براي سكه كه از روي سطح شيبداري به پائين مي لغزد را بدست آورد.

شرح آزمايش:

سكه اي را روي سطح شيبدار ميگذاريم و به تدريج زاويه شيب را بيشتر كنيد تا جسم شروع به حركت كند، نيروي اصطكاك برابراست و صرف خنثي كردن آن شده است.

ونيروي عمود بر صفحه مولفه از وزن جسم است،بنابراين:

با اندازه گيري زاويه شيب سطح و بدست آوردن تانژانت آن مقدار ضريب اصطكاك ايستايي را تعيين مي كنيم.

اين آزمايش را براي دو سكه 100 ريال و 250 ريالي انجام مي دهيم. اين آزمايش را تكرار مي كنيم و هر بار كه سطح را تغيير مي دهيم، ضربة ملايمي به آن وارد مي كنيم تا جسم به طور آهسته و يكنواخت حركت كند. در اين صورتخواهد بود. اين اعداد براي سكه متفاوت به صورت زير است كه اين اعداد در حين آزمايش در آزمايشگاه بدست آمده است.