理论力学摩擦实验
实验报告
姓名：刘源
学号：1152844
时间：20##年10月11日星期四
晚6:30——8:00
摩擦现象在日常生活和工程中普遍存在，摩擦力的存在既有不利的方面，如阻碍物体运动，消耗能量，并磨损机件等；也能为人们所利用，如利用摩擦力传动和制动等。所以研究摩擦力的性质就显得尤为重要，我们知道摩擦力与接触面的正压力成正比，这个系数就是摩擦因数，而且在滑动摩擦和静摩擦两种情况下的值不相同。由于多数情况下，正压力、摩擦力、物体所受拉力三力不汇交，于是就有物体先滑动还是先翻到的差别。所以我们本学期就在理论力学的学习过程中，加入的对摩擦性质的研究实验。我们在10月11日晚上对静摩擦因数、动摩擦因数和物块的滑动和翻到等三项进行了研究。
一、实验目的
1. 测量木与铁之间的静摩擦因数¦s。
2. 测量木与铁之间的静摩擦因数¦d。
3. 分别测量并验证木滑块在一定倾角的铁质滑道在上保持平衡时所加力的范围。
二、原理摘要
1. 静摩擦因数的推导
当滑道倾角为j时，若物块恰好不滑下，则此时
SFx = 0：mgsinj -¦ = 0
SFy = 0：N - mgcosj = 0
又因为 ¦ = N¦s
得 ¦s = tanj
2. 动摩擦因数的推导
x方向：mg sinj = ¦ + ma
y方向：N = mg cosj
且 ¦ = N¦d
解出动摩擦因数的计算公式为：¦d = 
3. 物块在斜坡上的受力分析
（1）上翻情况：以滑块的右下角为矩心,由于此时支持反力和摩擦力通过矩心，可列出物块的力矩平衡方程：
得 
（2）下滑情况：
将物块所受的力分解到x和y两个方向。
SFx = 0：
SFy = 0：
又因为摩擦定律：
三、仪器和装置
1. MC50摩擦实验装置（包含光电门和加速度显示屏）
2. 滑动摩擦小车（包括遮光板）
3. 定滑轮
4. 实验物块（用于翻到和滑动实验）
5. 砝码托盘和砝码
四、内容步骤
1. 静摩擦因数的测量
滑块木质的一面接触铁质滑道，缓慢增大滑道的倾角，先用自动增大按钮快速增大角度，然后用手动旋钮调节滑道的倾角，当滑块恰好不滑下时，记下此时滑道的倾角。如此重复十次，剔除最大和最小两组数据，求出剩下八组的平均值，计算静摩擦因数。
2. 测量静摩擦因数数据
将滑道提高到一定的倾角，使滑块可以顺滑地从滑道上部滑下，保持此时的滑道倾角不变，让滑块从滑道顶部自由滑下，且依次经过上下两个光电门。重复十次，分别记录数据。求出十次数据的平均值，利用动摩擦因数的计算公式解出动摩擦因数的实验值。
3. 翻倒和滑动的临界外力值
将定滑轮安装在滑道顶端，将实验物块放置于滑道顶端，将细线一端勾住物块的顶部，另一端越过定滑轮，悬挂托盘。在托盘中添加砝码，使物块分别向上滑动或翻到然后减小砝码质量，使物块向下滑动或翻到。反别记录物块恰好平衡的两个临界值，即为其实验外力。然后比较实验值与根据实验内容1得出的静摩擦因数计算出的理论值。
五、数据记录和处理
1. 测量静摩擦因数数据
除去最大的第2次数据11.15和最小的第8次数据9.67。
2. 测量动摩擦因数数据
斜面的倾角 j = 25°
重力加速度 g = 9.8 m/s2
3. 翻倒和滑动的临界外力值
物块质量 680g；托盘质量 30g
物块尺寸 长30mm 宽30mm 高100mm
利用推导出来的公式分别求出上翻和下滑的理论拉力。
上翻理论拉力： 2.783 N
下滑理论拉力： 1.735 N
六、实验误差分析
1. 在测量静摩擦因数时，实验结果可能受到滑道表面和滑块表面的清洁程度的影响。
2. 在缓慢升高滑道时由于受到手的扰动，使滑块提前滑下。从而使实验结果¦s比实际值较小。
3. 在测量动摩擦因数时由于滑行轨迹不是沿滑道的最大斜度线，所以可能使动摩擦因数的测量受到影响。
4. 在测量滑块的下滑和翻倒的情况时。可能由于对临界情况判断的不准导致测量结果的不准确。
七、注意事项
1. 应确认小车的木质面与滑道相接触，否则则结果是铁和铁之间的静摩擦因数。
2. 升高滑道倾角时先用按钮快速调节，然后用手动精确调节。但要在关闭电动开关后，否则可能会烧坏机器。
3. 在测量静摩擦因数和动摩擦因数时，应保持物块处在形同的位置，这样保持装置初状态相同，减小误差。
4. 应在测量动摩擦因数前，应缓慢的使小车缓慢的划过光电门，防止挡光片撞击光电门。
5. 防止托盘在物块倾倒之后突然坠下，应该用手在一定就离外托着，防止砝码坠地。
第二篇：同济大学_理论力学摩擦实验实验报告-终极版
同济大学
理论力学摩擦实验报告
姓名：XX
学号：XXXXXX
实验日期：2012.10.XX--XXXXXX
一、 实验目的
摩擦是一个比较复杂的问题，它所涉及的相关因素也较多（如物体的材质，表面粗糙度，相对运动速度，接触面积以及环境的温度）。同时摩擦在我们日常生活和工作中无处不在（如人的行走，夹取物体一级各种机械的传送带），因此对摩擦问题的研究就显得非常重要。在理论力学的课程学习中，摩擦是比较抽象而难于理解的内容，为了提高学生的感性认识，可以通过摩擦实验来更好地理解其本质。
二、实验内容
测定木材与铁静、动摩擦系数，以及演示当滑块高度较大时，不同载荷下滑块翻倒和滑动的情况。
（1） 通过改变滑板的倾角，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。
三、实验装置
本实验用MC50摩擦实验装置来完成。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。
1、滑道角度显示仪2、手动微调按钮3、电动调节按钮4、电动调节角度）5、角度调节电源开关6、光电门7、滑道8、手动微调9、计时器显示仪10、计时器操作键 11、光电门接入端口12、计时器电源开关13、活动平台调节仪14、活动平台
四、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。
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，角度显示精度值为0.01度。
假设质量为m的滑块沿滑道滑下，滑道的倾角为φ ，以沿滑道向下的方向为x轴方向，垂直于滑道向上的方向为y轴方向，其受力分析如图5所示。由于静摩擦因数fs=tan θ （ θ 为摩擦角），因此当φ》θ时，滑块可沿滑道下滑。下面导出动摩擦因数的表达式。
∑ Fy=0， N=mgcosφ （1）
∑ Fx=ma，ma=mgsinφ -Nfd （2）
由（1）（2）解得动摩擦系数的计算公式：
Fd=tanφ -a/（gcosφ ）
五、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，在滑块上安装好挡光片。并使挡光片正好从光电门支架中穿过。测时器将测出移动的挡光片二次挡光的时间间隔Δt。
注：1).测定加速度时必须使用开口挡光片。
2). △t为滑块通过△s距离所需的时间。
(c) 接通测时器的电源，待键盘板（图3）显示HELLO时，在键盘板上按选择键，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。
(d) 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，出现数据显示，即VB，按选择键显示VA，再按选择键交替显示VB、VA；按执行键则显示ā（按该键后，则VB、VA清除）即为滑块的平均加速度ā。
(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) 打开滑道调节机构的总电源，并按下电动调节按钮，逆时针旋转按钮，将滑道倾角跳到合适角度。
(b) 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。
(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（或减少）砝码，直到滑块开始向上（或向下）滑倒或翻到位置，记下砝码重量。
六、实验数据
1、实验日期 20##年 10月 XX日 XXXXXXXX
2、实验设备
实验装置名称：MC50摩擦实验装置
3、实验数据
（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
Fd=tanφ–a/(g*cosφ )
（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m=30g
翻块质量M=680g 尺寸：30*30*100 mm
受力图：
向上翻：
向下滑：
七、实验心得与体会
通过这次实验，加深了我们对于摩擦的认识，培养了我们的创新，动手，试验能力，增强了我们的团队意识，我们认识到了自己的不足，也收获了许多。希望以后能有更多的机会让我们来动手实验，来取得进步。