Коэффициент трения скольжения по ускорению
Скользите с блоком по шероховатой плоскости под известным углом; измеряйте ускорение a вдоль плоскости и находите μ_k = tan θ − a/(g cos θ), усредняя несколько опытов.
Цель работы
Определить коэффициент трения скольжения μ_k по второму закону Ньютона вдоль наклонной: a = g(sin θ − μ_k cos θ), т.е. μ_k = tan θ − a/(g cos θ).
Оборудование
- Блок на шероховатой плоскости
- Индикатор угла (ползунок)
- Модель акселерометра
Теория
При скольжении сила трения скольжения f_k = μ_k N, N = mg cos θ. Проекция веса вдоль плоскости mg sin θ, поэтому ma = mg sin θ − μ_k mg cos θ и a = g(sin θ − μ_k cos θ). Зная θ и измерив a, получаем μ_k = tan θ − a/(g cos θ).
Ход работы
- Ознакомьтесь с теорией: в модели задано (скрыто) μ_k; угол θ выбираете вы.
- Выберите θ достаточно большим, чтобы блок ускоренно скатывался (например 25–40°).
- Нажмите «Измерить ускорение (прогон и запись)»: блок проходит короткий участок; «датчик» выдаёт шумное значение ускорения a вдоль плоскости.
- Каждый прогон добавляет строку (θ, a, μ_k), где μ_k считается по вашим отсчётам. Повторите не менее 5 раз — θ между опытами можно менять.
- Итог — выборочное среднее по столбцу μ_k.
- Сравните с эталоном и обсудите источники погрешностей в выводе.
Эксперимент
Вывод
Среднее μ_k согласуется с эталоном в пределах допуска. Главные погрешности: шум акселерометра, отсчёт угла, предположение о постоянном a и пренебрежение сопротивлением воздуха.