同济大学理论力学摩擦实验报告

理论力学摩擦实验报告

一、实验原理

1、滑道倾角的调节

滑道倾角可通过两种方式调节，即电机快速调整和手动慢速微调。其中，电机快速调整由电机传递动力，经电机减速部分减速后输出，通过电磁离合器带动蜗杆转动，由此带动蜗轮传动，蜗轮轴输出使滑道转轴运动，实现滑道的倾角变化。将电线插头插入交流220V，50HZ电源插座，按下实验装置操作面板上总电源开关、机动电源开关，转动滑道升降开关。向左旋转滑道升起，倾角增大。向右旋转滑道倾角减小，直至为零。在使用手轮作慢速微调之前，需按下手动电源开关，向左旋转手轮滑道升起，倾角增大。向右旋转手轮滑道倾角减小。

2、角度的显示

通过角度传感器和显示仪表即时反映滑道倾角的变化值。当转轴带动滑道转动时，角度传感器将测得数据传送到显示器，即可反映出滑道的倾斜角度，角度显示精度值为0.01度，大大提高测量精度，减少实验角度测量的误差。该部分电源在总电源开通时开通。在使用本实验装置前，须将工作台作水平调整，以免引起滑道倾角的累计误差。

3、计时通过光电门来实现。

二、实验装置

MC50摩擦实验装置是由滑板倾角调整机构、角度显示机构和数字测时器三部分组成。通过滑块在不同材质的滑道上运动，可以测定静、动摩擦系数及物体的加速度。并可以进行在不同情况下物体滑动、翻倒的演示。

三、实验内容

测定木材与铁轨之间的静、动摩擦系数，以及了解当滑块高度较大时，不同载荷下滑块翻倒和滑动的情况。

（1）改变滑板的倾角，测量不同材料之间的静摩擦系数。（2）通过测量两点之间的平均加速度，测量不同材料之间的动摩擦系数。

（3）当滑块高度较高，加载不同载荷时，其在自重作用下，测定滑块向下翻倒和滑动的最大倾角以及滑块向上翻倒和滑动的最大倾角角。

四、实验步骤

1、静摩擦系数实验

(a) 调整好滑道倾角角度，使滑块放到滑道上不下滑为准；

(b) 旋转手动微调按钮，将滑道的倾角慢慢调大，直到滑块达到

将滑未滑时停止，记下此时滑道倾角，即摩擦角；

(c) 将所测得的倾角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

(a) 调整好滑道倾角角度。使挡光片正好从光电门支架中穿过。

(b) 接通测时器的电源，将机器调试到准备状态。

(c) 将装有开口挡光片的滑块放在活动平板上，放开手后让其顺着滑道下滑，挡光片通过光电门A和B后，读出滑块由A到B的加速度。

(e) 记下此时的平均加速度和滑道的倾角并代入公式计算即得二种介质之间的动摩擦系数。

3. 滑块上下滑动和翻倒实验

(a) 利用活动平台调节仪将活动平台调节至水平，并将将定滑轮安装在活动平台上。

(b) 打开滑道调节机构的总电源，并按下电动调节按钮，旋转按

钮，将滑道倾角调到25o 。

(c) 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。

(d) 在托盘里一定重量的砝码，使滑块在滑道上保持静止，后再慢慢增加砝码，直到滑块开始向上翻倒位置，记下砝码重量。

(e) 在托盘里一定重量的砝码，使滑块在滑道上保持静止，后再

慢慢减少砝码，直到滑块开始慢慢下滑，记下砝码重量。

五、实验数据及处理

（1）木与铁表面之间的静摩擦系数测定

（2）木与铁表面之间的动摩擦系数测定(g 取9.8m/s 2

) 测试次数 φ

tan φ cos φ

a(mm/s 2

)

f d

1

585.071 0.506 2 455.229 0.521 3

543.360

0.511

测试次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

实测值

φ

10.70 12.57 10.69 11.22 11.79 10.01 12.00 12.24 11.77 12.44 实测值

f s

0.189 0.223 0.189 0.198 0.209 0.177 0.213 0.217 0.208 0.221

静摩擦系数的统计平均值（去掉最大的最小的然后平均） f s =0.198

4

30.07 0.575 0.865 592.355 0.505

5 685.597 0.494

6 712.590 0.490

7 665.090 0.497

8 633.048 0.500

9 689.741 0.494

10 673.952 0.495 动摩擦系数的统计平均值（去掉最大的最小的然后平均）f d=0.501

（3）当滑块高度较大，加载不同载荷（砝码）时，其在自重作

用下，向下翻倒和滑动的最大倾角以及滑块向上翻倒和滑动的最大倾角。（托盘质量30g。翻块质量680g，尺寸30*30*100 mm）

向上翻向下滑滑板倾角（°）

砝码重量（g）

25.01 190 140

受力分析：1、向上翻

理论值：206g

实际值：190g

实验误差：7.8%

2、向下滑

理论值：147g

实际值：140g

误差：4.8%

六、实验结论

1、静摩擦系数f s=0.198

2、动摩擦系数f d=0.501

3、当滑块高度较大时，在斜面上保持平衡所需的最大载荷为190g,最小载荷为140g

七、思考与讨论

1、测量静摩查因数和动摩擦因数时，加速度或者摩擦角个别数据之间有些误差是正常的。测量之前要现试做几次，选择合适的位置放置滑块，确认光电门是否正常运转。

2、测量静摩擦系数时，为使测量更加精准，尽量使桌面稳定，避免因外界震动而使滑块下滑。此外手动改变倾角时要缓慢，否则滑块会反向上滑，从而导致误差。

3、测量动摩擦系数时，放置滑块应当小心放置，避免滑块接触到滑槽两侧，并且每次应当从同一位置处放下。

4、测量滑块上倾时，因该先放质量较大的砝码，然后逐渐放质量较小的，从而更快的找到临界位置的负载质量；同样的，测量下滑时应该先用小质量砝码，再用大质量砝码。

5、在放置滑块时应当小心放置，不要接触到滑槽，不要用力，并且注意不要使滑块撞上光电门。