赵冲理论力学实验报告.docx
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赵冲理论力学实验报告
同济大学
理论力学摩擦实验报告
姓名：
赵冲
学号：
1150801
实验日期：
10月13日（第五周周六）18:
30～20:
00
机器号：
09027285
一、
实验目的
1、测定木材与铁板之间的静摩擦因数。
2、测定木材与铁板之间的滑动摩擦因数。
3、测定矩形滑块在较高的地方且受到沿斜面平行向上的拉力作用下在斜面上的滑动或者翻动的临界情况下的最大与最小荷载，作受力分析，将测定的载荷质量与理论计算值进行比较。
4、让我们更好地理解物体之间的静、滑动摩擦力，并分析有摩擦力存在时的翻倒问题，提高我们的动手能力和主观能动性。
二、实验装置与仪器
装置
MC50摩擦实验装置
SANLINACS-Z智能数字测试器
仪器
砝码、铁块（680g、30×30×100mm）、滑轮、托盘（30g）等。
三、实验内容
1、测木块与铁板的静摩擦因数：
通过10次在相同位置的测量，取平均数值（除去最大和最小值）作为滑块下滑的斜坡临界角度，进而确定其静摩擦系数。
2、测木块与铁板的滑动摩擦因数：
固定斜面倾角通过10次测量滑块在通过两个光电门之间的平均加速度，（除去最大和最小值），测定其动摩擦因数。
3、通过添加不同质量的载荷使物块分别向上出现滚动或向下出现滑动，确定临界载荷，并将载荷的质量与理论计算值对比。
四、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
当拉力较大，物体有向上运动趋势时：
1恰好发生向上滑动：
有：
mgcos
ƒs+mgsin
=W
Wmin=
mgcos
ƒs+mgsin
2恰好向上发生滚动：
由
D=0得Wh=
mg
Wmin=
mg
当拉力较小，物体有向下运动趋势时：
①若恰好发生向下滑动
有：
mgsin
=W+mgos
ƒs
得：
Wmin=mgsin
-mgcos
ƒs
②若恰好发生向下滚动
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（个人感觉不要用自动按钮，自动按钮转动太快，不利于读数），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。
在相同的位置重复十次，除去最大最小值后取平均值。
③将所测得的平均值代人静摩擦因数公式：
ƒs=tan
，即可得木块与铁之间的静摩擦因数。
2.动摩擦系数实验
①调整滑道倾角至适当角度，将滑块上的挡光片安放在适当位置，手动试滑一次，保证挡光片能够顺利通过光电门（注意滑块的摆放位置，不要和传感器相碰）。
2调节活动平板按钮，使得活动平板与滑道在同一平面内。
接通测时器的电源，待键盘板显示HELLO时，在键盘板上按“择”键，应出现：
1pr，以后每按一次选择键应分别出现：
2pr、3—V、4—V、5A。
当显示是5A时，停止按“选择”键。
再按执行键，等待光电门A和B的二次挡光。
3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，除去最大最小值后取平均值。
④将计算的平均值和滑道的倾角代入公式：
ƒd=tan
-
，计算即得铁板与木块之间的动摩因数。
3.滑块上下滑动和翻倒实验
①手动调节滑道倾角为25°。
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，注意使线与斜面平行并与孔洞没有摩擦。
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（°）
14.56
16.39
15.44
17.10
15.20
15.85
17.78
17.48
16.37
16.09
实验测量fs
0.260
0.294
0.276
0.308
0.272
0.284
0.321
0.315
0.294
0.288
动摩擦系数的统计平均值（去掉最大与最小的，然后平均）fd=0.291
去掉最大值0.321与最小值0.260
得平均ƒs=0.291
2、木与铁表面之间的动摩擦系数测定
测试次数
（°）
tan
cos
a（mm/s2）
Fd
1
30
√3/3
√3/2
479
0.521
2
428
0.527
3
478
0.521
4
575
0.510
5
605
0.506
6
621
0.504
7
699
0.495
8
666
0.499
9
740
0.490
10
663
0.500
动摩擦系数的统计平均值（去掉最大与最小的，然后平均）fd=0.507
斜面倾角
=30.00°
去掉最大值740mm/s2与最小值428mm/s2
有
=0.598m/s2代入公式ƒd=tan
-
得ƒd=0.507
3、滑动与翻滚实验
=25°托盘重m0=30g物块m=680gb=30mmh=100mm
实验类型
砝码质量（g）
总拉力W（N）
向上翻滚
202
0.232
向下滑动
113
0.113
理论值计算：
①向上翻滚，代入公式：
Wmin理论=
mg
Wmin理论=0.233N
E1=|Wmin理论-W实测|/Wmin理论×100%=0.43%
②向下滑动，代入公式：
Wmin理论=mgsin
-mgcos
ƒs
Wmin理论=0.133N
E2=|Wmin理论-W实测|/Wmin理论×100%=15.04%
六、实验反思：
1、在实验过程中有哪些地方会产生误差？
①在测定木块与铁表面的静摩擦力时，需要靠手动转动转轴，使斜面倾角变大。
但是在转动转轴过程中会使斜面发生轻微震动，在震动过程中，木块非受力平衡状态，比较容易滑动，使测量值偏小。
②在测定木块与铁表面的滑动摩擦力时，我们组测得的加速度整体上是不断增加的。
我们想可能是因为斜面之前是有些灰尘之类的东西增大了其动摩擦因数，在木块滑动的过程中，会将这些异物清除出斜面，使斜面更加光滑，摩擦因数变小。
由ƒd=tan
-
可知，fd变小后，在角度不变的情况下，加速度会增加。
因此，我们建议以后测量前，可以先将斜面用干净的布擦拭干净，保持其摩擦因数不变，并不要用手触摸斜面和木块底部，防止手上的油脂影响测量结果。
③在滑块上下滑动和翻倒实验中，我们发现活动平台很难调整至水平，这就导致了细线与斜面不是完全平行，而细线与斜面平行并与孔洞也会有一定的摩擦。
使实际加入的砝码质量偏大。
④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。
２、实验中测出的摩擦因数大于静摩擦因数的原因探讨。
①测木块与铁表面的静摩擦力时，需要靠手动转动转轴，转动转轴过程中会使斜面发生轻微震动，在震动过程中，木块非受力平衡状态，比较容易滑动，使测量值偏小。
②在动摩擦系数的测定过程中，滑块在滑下时，可能与轨道两侧相接触，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因数偏大
个人希望对实验仪器的改进：
首先，实验中砝码的精度不够高，可以在原实验装置的基础上准备一些细沙和天平，在加荷载的最后阶段可以将一些细沙加进托盘，最后将细沙倒出，用天平测量其质量。
并且有了天平之后，可以让学生自己测托盘和木块的质量。
每个实验仪器的质量是有差别的，让学生自己测自己实验工具的质量才最可靠。
其次，建议在原有手动调节倾角的转轴旁增加一个微调旋钮，我们在调节的过程中，发现手调的时候，倾角变化太快，误差比较明显。
希望增加微调旋钮后，使倾角可以缓慢变化且不引起斜面震动。
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