دانلود تحقیق آزمایش فیزیک

اندازه‌گیری ضریب اصطکاک
مابین سطوح (تخت و منحنی)
منظور از انجام آزمایش:
پیدا کردن ضریب اصطکاک جنبشی، ، و ایستایی، ، با استفاده از سطح افقی و سطح شیب‌دار و ضریب اصطکاک نخ روی استوانه (سطح منحنی).
مقدمه:
وقتی جسمی روی یک سطح افقی در حال سکون قرار دارد، نیروهای وارد بر آن عبارتند از: نیروی وزن و نیروی واکنش عمودی سطح؛ شکل الف. حال سعی می‌کنیم جسم را با نیروی F به حرکت درآوریم و از مقادیر کوچک F شروع می‌کنیم. وقتی F=F1 است و جسم هنوز در حال سکون است، باید چنین تعبیر کنیم که از طرف سطح زیرین بر آن نیروی fs1 که مساوی و مخالف F1 است، وارد می‌شود شکل ب. F را افزایش می‌دهیم. برای F=F2 نیز همان استدلال را داریم، ولی در اینجا نیروی افقی که از طرف سطح به جسم وارد می‌شود، بیشتر از حالت (ب) است، شکل ج. مقدار F را به تدریج می‌افزاییم. به ازاء F=FL بالاخره جسم شروع به حرکت می‌کند. معلوم می‌شود نیرویی که از طرف سطح به جسم وارد می‌شود، نمی‌تواند از حد معینی بیشتر شود. این نیروها را که در حالات مختلف از طرف سطح به جسم وارد می‌شود، نیروی اصطکاک ایستایی می‌نامند. این نیروها در اثر نیروهای جاذبه بین مولکول‌های جسم و مولکول‌های سطح بوجود می‌آید. با کشیدن جسم روی سطح سعی می‌کنیم این پیوندها را قطع کنیم و در نتیجه با مقاومت مواجه می‌شویم.
نیروی اصطکاک ایستایی را با fs نمایش می‌دهند. با استفاده از مطالب فوق نتایج زیر بدست می‌آید. وقتی جسمی روی سطحی در حال سکون است، ولی با اعمال یک نیروی کشش، میل به حرکت دارد، نیرویی از طرف سطح بر آن وارد می‌شود که مقدارش بستگی به نیروی اعمال شده دارد. این نیرو را، نیروی اصطکاک ایستایی می‌گویند و مقدارش بین دو حد زیر متغیر است.

نیروی اصطکاک ایستایی وارد بر جسم در آستانه حرکت است. وقتی جسم از جایگاه خود کنده شد و به حرکت درآمد، باز هم نوعی نیروی اصطکاک از طرف سطح به آن وارد می‌شود، ولی مقدار آن از کمتر است و آن را می‌نامیم، شکل ج. پس همواره:

تجربه نشان می‌دهد که و هر دو با نیروی عمودی سطح، N، متناسب هستند. ضریب تناسب را که به جنس دو سطح بستگی دارد، ضریب اصطکاک می‌نامند و به ترتیب با نمایش می‌دهند، بنابراین:

ضریب اصطکاک ایستایی
ضریب اصطکاک جنبشی
نیروی N در حالتی که سطح افقی باشد، برابر mg است. بنابراین می‌توان با نیروسنج جسم را روی سطح کشید و نیروی کشش در آستانه حرکت یعنی FL، را تعیین و از رابطه (1)، را حساب کرد. با همین روش می‌توان نیروی کشش وارد بر جسم در حال حرکت یکنواخت را تعیین کرد و از رابطه (2) ضریب اصطکاک جنبشی را بدست آورد.
اگر جسم مطابق شکل زیر، روی سطح شیبدار، بدون حرکت قرار داشته باشد، داریم: . نیروی محرک بر جسم وارد می‌شود و نیروی اصطکاک ایستایی در جهت مخالف آن بر جسم اثر می‌کند. چنانچه زاویه سطح شیبدار با افق قابل تغییر باشد، آن را طوری تنظیم کنیم که جسم در آستانه حرکت قرار گیرد، داریم:

با اندازه‌گیری می‌توان ضرایب اصطکاک را بدست آورد.
در حالتی که دو سطح متکی، تخت نبوده، بلک خمیده باشند، مانند حالتی که ریسمانی روی بدنه یک استوانه، نظیر شکل زیر کشیده می‌شود، می‌توان از رابطه زیر برای بدست آوردن ضریب اصطکاک استفاده کرد.

که در آن، نیروهای کشش در دو طرف ریسمان است. اگر باشد، واضح است که ریسمان در جهت حرکت می‌کند و نیروی اصطکاک، هم جهت با است. در این رابطه کمان یا زاویه تماس ریسمان با استوانه است. در این آزمایش اگر ریسمان در آستانه حرکت قرار گیرد، بدست می‌آید و اگر حرکت یکنواخت داشته باشد، اندازه‌گیری می‌شود.
وسایل مورد نیاز:
دستگاه سطح شیب‌دار، تراز، نیروسنج، وزنه‌های مختلف، ترازو، قطعات چوبی که در یک طرف آنها صفحه‌ای از جنس دیگر (مانند پلاستیک، لاستیک، فلز و ...) چسبانده شده، دو عدد پایه و گیره، دو عدد کفه، قرقره، استوانه چوبی و نخ محکم.
روش آزمایش:
اندازه‌گیری ضریب اصطکاک جنبشی روی سطح افقی: مکعب مستطیل را روی دستگاه سطح شیب‌دار که آن را به حالت افقی درآورده و تراز کرده‌اید، قرار دهید و دستگاه را مطابق شکل زیر سوار کنید. نیروسنج را بکشید تا جسم به طور یکنواخت روی سطح به حرکت درآید. نیروی کشش را بخوانید، این کار را چند بار انجام دهید تا از مقدار نیروی بدست آمده مطمئن شوید. همچنین با میانگیری از این مقادیر، را بدست آورید. نیرویی که نیروسنج نشان می‌دهد، برابر کشش نخ است و چون شتاب جسم صفر است، پس طبق قانون دوم نیوتن باید داشته باشیم: .