Bài 16. Thực hành: Xác định hệ số ma sát

Thực hành : x¸c ®Þnh hÖ sè ma s¸t.
I. Mục đích thí nghiệm:
Vận dụng phương pháp động lực học để nghiên cứu lực ma sát tác dụng vào một vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng. Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại, hệ số ma sát trượt, so sánh các giá trị thu được từ thực nghiệm.
II. Cơ sở lý thuyết
Phương pháp động lực học
1. Cho một vật nằm trên mặt phẳng nghiêng P, với góc nghiêng ? so với mặt nằm ngang. Khi ? nhỏ , vật vẫn nằm yên trên P, không chuyển động. Tăng dần độ nghiêng, khi ? đạt giá trị ?0 nào đó vật bắt đầu chuyển động trượt xuống với gia tốc a nào đó . Đại lượng :
?0 = tg ?0 (1)
có giá trị bằng hệ số ma sát nghỉ cực đại.
2. Khi ? ? ?0 , vật trượt nhanh dần đều với gia tốc a, độ lớn của a chỉ phụ thuộc góc nghiêng ? và hệ số ?t - gọi là hệ số ma sát trượt :
a = g ( sina - ?t cosa ) (2)
Thực nghiệm cho thấy, trong hầu hết các trường hợp àt ? ?0.
Bằng cách đo a và ? ta xác định được hệ số ma sát trượt
a = g(sinα - µt cosα)
Gia tốc a xác định theo hệ thức : a = 2s/t2 , trong đó quãng đường s đo bằng thước mm, thời gian t đo bằng đồng hồ đo thời gian hiện số điều khiển bằng công tắc và cổng quang điện. Góc nghiêng ? có thể đọc ngay trên thước đo góc có quả dọi, gắn vào mặt phẳng nghiêng.
1. Mặt phẳng nghiêng có gắn thước đo góc và quả rọi.
2. Nam châm điện gắn ở một đầu mặt phẳng nghiêng, có hộp công tắc đóng ngắt để giữ và thả vật.
3. Giá đỡ mặt phẳng nghiêng có thể thay đổi độ cao điểm kê nhờ khớp nối .
4. Trụ kim loại (thép) đường kính 3cm, cao 3cm.
5. Máy đo thời gian có cổng quang điện E.
6. Thước thẳng 600-800 mm.
7. Ke 3 chiều để xác định vị trí vật.
III . Dụng cụ cần thiết
1. Đặt máng nghiêng có lắp nam châm điện N và cổng quang điện E lên giá đỡ. Nam châm điện N được lắp ở đầu A của máng nghiêng, nối qua hộp công tắc, và cắm vào ổ A của đồng hồ đo thời gian nhờ một phích cắm có 5 chân. Nếu đồng hồ đo thời gian được bật điện, ổ A sẽ cấp điện cho nam châm hoạt động. Cổng quang điện E nối vào ổ B của đồng hồ đo thời gian.
Hạ thấp khớp nối để giảm góc nghiêng ?, sao cho khi đặt mặt đáy trụ thép lên máng, trụ không thể tự trượt. Điều chỉnh thăng bằng cho máng nghiêng nhờ các chân vít của giá đỡ, sao cho dây rọi song song với mặt phẳng thước đo góc.
IV. Lắp ráp thí nghiệm
a. Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại.
V. Trình tự thí nghiệm.
Đặt mặt đáy trụ thép lên mặt phẳng nghiêng. Tăng dần góc nghiêng a bằng cách đẩy từ từ đầu B của nó, để máng nghiêng trượt trên thanh ngang của giá đỡ. Chú ý giữ chắc giá đỡ.
Khi vật bắt đầu trượt thì dừng lại, đọc và ghi giá trị ?0 vào bảng 1.
Lặp lại thí nghiệm 5 lần và ghi các giá trị đo được vào bảng 1.
b. Đo hệ số ma sát tru?t.
V. Trình tự thí nghiệm.
Đồng hồ đo thời gian làm việc ở MODE A? B, thang đo 9,999s. Nhấn khoá K để bật điện cho đồng hồ.
Xác định vị trí ban đầu s0 của trụ thép : Đặt vật trụ kim loại lên đầu A của máng nghiêng, sát với nam châm, mặt đáy tiếp xúc với mặt phẳng nghiêng. Dùng miếng ke áp sát mặt nghiêng, đẩy ke đến vị trí chạm vào trụ kim loại, để xác định vị trí đầu s0 của trụ trên thước đo. Ghi giá trị s0 vào bảng 1. Nới lỏng vít để dịch chuyển cổng quang điện E đến vị trí cách s0 một khoảng s = 400mm, rồi vặn chặt vít, cố định vị trí cổng E trên máng nghiêng.
Đưa khớp nối lên vị trí cao để tạo góc nghiêng ? ? ?0 . Đọc giá trị ? , ghi vào bảng 1.
Nhấn nút RESET trên mặt đồng hồ để đưa chỉ thị số về giá trị 0000.
ấn nút trên hộp công tắc để thả cho vật trượt, rồi nhả nhanh trước khi vật đến cổng E.
Đọc và ghi thời gian trượt t vào bảng 1.
Đặt lại trụ kim loại vào vị trí s0 và lặp lại 5 lần phép đo thời gian t .
Kết thúc thí nghiệm : Tắt điện đồng hồ đo thời gian.
Chú ý : Hệ số ma sát phụ thuộc nhiều vào trạng thái bề mặt tiếp xúc giữa các vật ( bụi bậm, ẩm ướt, các vật bám dính trên mặt....). Vì vậy cần lau sạch các bề mặt tiếp xúc của máng nghiêng, vật trượt trước khi thực hiện phép đo.