同济大学理论力学摩擦实验报告文嘉意.doc

同济大学
理论力学摩擦实验报告

姓名： 文嘉意
学号： 1150799
实验日期： 10月11日（第五周周四）8:10~9:40
一、 实验目的
测定木材与铁之间的静、动摩擦系数。同时测定当物体高度较高时，物体在斜面上的滑动或者翻动的情况，将测定的载荷质量与理论计算值进行比较。
二、实验内容
1、 通过多次测量，取平均数值作为滑块下滑的斜坡临界角度，进而确定斜面静摩擦系数。
2、 固定斜面倾角通过测量滑块在通过两个光电门之间的平均加速度，测定斜面的动摩擦系数。
3 、通过添加不同质量的载荷使物块分别向上向下出现滑动或者滚动，确定临界载荷，并将载荷的质量与理论计算值对比。
三、实验原理
1、静摩擦系数ƒs=tan（为物体刚刚开始下滑时斜面的倾斜角度）
2、动摩擦系数ƒd= tan-（为实验中斜面的倾角）
3、

向上：①若恰好发生向上滑动
则有：mgcosƒs+mgsin=W
即，Wmin= mgcosƒs+mgsin
②若恰好向上发生滚动，
则有：D=，有Wh= mg
得Wmin=mg
向下：①若恰好发生向下滑动
则有： mgsin=W+mgosƒs
得Wmin= mgsin- mgcosƒs
②若恰好发生向下滚动
则有：C=0，有Wh= mg
得Wmin= mg
四、实验步骤
1、 静摩擦系数实验
① 将滑道角度略微调整，使滑块放到滑道上不下滑；
② 利用手动微调按钮，将滑道的倾角慢慢调大，直到滑块恰好开始下滑，记录此时滑道倾角。重复十次，取平均值；
③ 将所测得的平均值代人静摩擦系数公式，即可得木块与铁之间的静摩擦系数。
2. 动摩擦系数实验
① 调整滑道倾角至适当角度。手动试滑一次，保证挡光片能够顺利通过光电门；
② 将滑块从斜面顶端释放，读取仪器处理的平均加速度数据并且记录。重复十次，取平均值；
③ 将计算的平均值和滑道的倾角代入公式计算即得铁与木之间的动摩擦系数；
3. 滑块上下滑动和翻倒实验
① 调节滑道倾角跳至25度；
② 将活动平台调节至水平，并将将定滑轮安装在活动平台上。
③ 将与托盘相连的线穿过活动平台的孔洞，并绕过滑轮，将线的另一端系在滑块上。
④ 在托盘里一定重量的砝码，使滑块在滑道上保持静止，用手扶住，再慢慢增加（或减少）砝码，直到滑块恰好开始向上（或向下）滑倒或翻到，记下砝码重量。
⑤ 计算理论值与实验数据比对，计算误差。
五、实验数据处理与结果计算
1、木与铁表面之间的静摩擦系数测定
测试次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
实测值
单位（°）
11.19
12.52
11.61
13.78
13.16
11.49
10.38
11.47
10.99
11.20
去掉最大值13.78°与最小值10.38°
有：=11.70° 代入公式ƒs=tan
得 ƒs=0.21

2、木与铁表面之间的动摩擦系数测定
测试次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
实测a值
单位（mm/s2）
109
167
151
152
129
120
115
116
144
131
斜面倾角=15.17°
去掉最大值167mm/s2与最小值109mm/s2
有=0.13 m/s2 代入公式ƒd= tan-
得 ƒd=0.25
3、滑动与翻滚实验
=25° 托盘重m0=30g 物块m=680g b=30mm h=100mm
向上翻滚： 砝码m1= 230g 所以，W=0.260N
向下滑动： 砝码m2= 118g 所以， W=0.148N
理论值计算：①向上翻滚，代入公式：
Wmin理论=mg
Wmin理论=0.236N，即理论用砝码质量为206g
E1= |Wmin理论- W实测|/ Wmin理论×100%=11.65%
②向下滑动，代入公式：
Wmin理论= mgsin- mgcosƒs
Wmin理论=0.133N，即理论用砝码质量为103g
E2= |Wmin理论- W实测|/ Wmin理论×100%=14.56%

六、实验反思：
1、为什么实验中的动摩擦系数大于静摩擦系数？
答：由于静摩擦系数测定时始终将滑块放置于同一位置，然后开始加大倾角。而整个斜面上每个位置的静摩擦系数受材料表面凹凸不平、温度、湿度、灰尘影响都可能不同。所以容易产生极端特殊情况。而在动摩擦系数的测定过程中，滑块在滑下时，挡光片可能与滑道壁发生刮擦、碰撞，引起末速度降低，进而造成测得的加速度偏小，从而导致计算的动摩擦系数偏大。所以，我认为是这些原因共同导致了实验结果的偏差。
2、如何看待滑动与翻滚实验中测得的数据，以及如何评价理论值与实验值的误差？
答：首先，应当肯定第三个实验是比较成功的，实验中测得的误差不大。。但是，我们必须看到实验本身存在许多系统误差。首先是砝码质量。砝码最小质量为1g,这就意味着实验测定值至多精确至0.001N。与之对应，理论值也只能保留至小数点后三位，而小数点三位之后的内容则完全忽略，因此这就造成测量结果与真实情况偏差较大。同时，最小添加质量也重达1g，造成了实验测定值与真实值的偏差达到了±1g。所以综上所示由于实验精确度不高，计算结果有一定局限性。