Wyznaczanie współczynnika tarcia statycznego i kinetycznego

1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie wartości współczynnika tarcia statycznego
i kinetycznego dla mosiądzu i stali.

2. Definicja współczynnika tarcia

2,1. Współczynnik tarcia statycznego
Nazywany również współczynnikiem proporcjonalności  jest wielkością bezwymiarową. Siła tarcia jest wprost proporcjonalna do nacisku normalnego. Siła tarcia nie zależy od wielkości powierzchni styku. Współczynnik tarcia zależy od materiału stykających się oraz od stanu ich powierzchni . Współczynnik tarcia charakteryzuje ciała stykające się pod względem ich właściwości ciernych , Ustala się go doświadczalnie. Jest on tym mniejszy, im bardziej gładka jest powierzchnia ciał. Zmniejsza się także , jeśli powierzchnie są smarowane.

2,2. Współczynnik tarcia kinetycznego
Jest on rozpatrywany w przypadku ruchu względnego ciał. Współczynnik ten zależy od prędkości ruchu względnego ciał. Praktycznie w zakresie spotykanych na ogół prędkości przyjmuje się jego wartość jako stałą. Ogólnie można stwierdzić, że wartości współczynnika tarcia zawarte są w granicach 0 <  < 1.

3. Wzory obliczeniowe.

s =

gdzie: s – współczynnik tarcia statycznego,
l – odległość między środkami podpór w mm,
e - dowolne (założone) przesunięcie środka ciężkości C pręta względem podpory B, w mm,
 - graniczny kąt pochylenia pręta w stopniach.

k =

gdzie: k – współczynnik tarcia kinetycznego,
l – rozstaw podpór w mm,
s – droga przebyta przez środek C pręta, w mm,
 - dany kąt pochylenia pręta zapewniający zsuwanie się pręta.










4. Tabele z wynikami

Tab. 1 wyniki pomiarów i obliczeń współczynnika tarcia statycznego

Materiały
Pręta i podpór l
[mm] e
[mm] g[o]
Wartość
Średnia s
1 2 3
Stal, mosiądz 310 50 13 15 15 14,3 0,1829
Mosiądz, mosiądz 310 50 12 12 11 11,6 0,1572
Stal, stal 310 50 11 9 10 10 0,1313
Mosiądz, stal 310 50 14 17 16 15,7 0,2084
Stal, aluminium 310 50 11 12 15 12,7 0,1701
Mosiądz, aluminium 310 50 13 12 12 12,3 0,1572

Materiały
Pręta i podpór l
[mm] e
[mm] g[o]
Wartość
Średnia s
1 2 3
Stal, mosiądz 230 50 22 20 25 22,3 0,2618
Mosiądz, mosiądz 230 50 21 22 19 20,7 0,2498
Stal, stal 230 50 14 14 15 14,3 0,1686
Mosiądz, stal 230 50 22 20 21 21 0,2498
Stal, aluminium 230 50 15 16 16 15,6 0,1816
Mosiądz, aluminium 230 50 21 25 20 22 0,2611

Tab.2. Wyniki pomiarów i obliczenia współczynnika tarcia kinetycznego

Materiały
pręta i podpór l
[mm] 
[o] s[mm] Wartość
średnia
s k
1 2 3
Stal, mosiądz 310 16 4,5 4,5 6 5 0,0573
Mosiądz, mosiądz 310 13 8 7 5 6,7 0,0267
Stal, stal 310 12 6,5 3,5 4 4,7 0,0452
Mosiądz, stal 310 18 8 14 11 11 0,0295
Stal, aluminium 310 16 6 3 7 5,3 0,0541
Mosiądz, aluminium 310 14 3 2,5 2,5 2,6 0,0959


Materiały
pręta i podpór l
[mm] 
[o] s[mm] Wartość
średnia
s k
1 2 3
Stal, mosiądz 230 25 10,5 7 7 8,2 0,0569
Mosiądz, mosiądz 230 22 9 10 6 8,3 0,0487
Stal, stal 230 16 2 3 5 3,3 0,0869
Mosiądz, stal 230 22 10 8 11 9,7 0,0416
Stal, aluminium 230 16 6 5,5 5 5,5 0,0521
Mosiądz, aluminium 230 25 4 15 4 7,7 0,0625



5. Analiza wyników i wnioski

Zmniejszenie odległości między podporami wiąże się ze zwiększeniem granicznego kąta pochylenia g a więc zwiększa się również wartość s co wynika ze wzoru:
s =
Przy badaniu tarcia kinetycznego gdy zmniejszony zostanie rozstaw podpór zwiększa się kąt  konieczny do wysunięcia pręta, rośnie również wysunięcie s. Zmiana ta ma znacznie mniejszy wpływ na k niż na s.