DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE FRECARE LA ROSTOGOLIRE

Σχετικά έγγραφα
Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

3. Momentul forţei în raport cu un punct...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...4

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

2. Sisteme de forţe concurente...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...3

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

Clasa a IX-a, Lucrul mecanic. Energia

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

CURS MECANICA CONSTRUCŢIILOR

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

Curs 4 Serii de numere reale

Algebra si Geometrie Seminar 9

III. Statica III. Statica. Echilibrul mecanic al corpurilor. 1. Sistem de forțe concurente. Sistemul de forțe

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Lucrul si energia mecanica

Dinamica. F = F 1 + F F n. si poarta denumirea de principiul suprapunerii fortelor.

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

Determinarea momentului de inerţie prin metoda oscilaţiei şi cu ajutorul pendulului de torsiune. Huţanu Radu, Axinte Constantin Irimescu Luminita

UNELE APLICAŢII ALE FORŢELOR DE INERŢIE

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

1. (4p) Un mobil se deplasează pe o traiectorie curbilinie. Dependența de timp a mărimii vitezei mobilului pe traiectorie este v () t = 1.

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

CUPRINS 3. Sisteme de forţe (continuare)... 1 Cuprins..1

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

15. Se dă bara O 1 AB, îndoită în unghi drept care se roteşte faţă de O 1 cu viteza unghiulară ω=const, axa se rotaţie fiind perpendiculară pe planul

CURS 9 MECANICA CONSTRUCŢIILOR

Lucrul mecanic. Puterea mecanică.

Capitolul 1. Noțiuni Generale. 1.1 Definiții

Ministerul Educaţiei, Cercetării şi Inovării Centrul Naţional pentru Curriculum şi Evaluare în Învăţământul Preuniversitar

Lucrul mecanic şi energia mecanică.

CUPRINS 5. Reducerea sistemelor de forţe (continuare)... 1 Cuprins..1

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

2. STATICA FLUIDELOR. 2.A. Presa hidraulică. Legea lui Arhimede

x 1 = x x 2 + t, x 2 = 2 x 1 + x 1 + e t, x 1 (0) = 1, x 2 (0) = 1; (c) Să se studieze stabilitatea soluţiei nule pentru sistemul

STUDIUL MISCARII DE ROTATIE A SOLIDULUI RIGID. ELIPSOIDUL DE INERTIE. AXE PERMANENTE DE ROTATIE

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

1. PROPRIETĂȚILE FLUIDELOR

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

DETERMINAREA ACCELERAŢIEI GRAVITAŢIONALE CU AJUTORUL UNUI PENDUL FIZIC

a. Caracteristicile mecanice a motorului de c.c. cu excitaţie independentă (sau derivaţie)

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

Subiecte Clasa a VIII-a

Miscarea oscilatorie armonica ( Fisa nr. 2 )

Lucian Maticiuc SEMINAR Conf. dr. Lucian Maticiuc. Capitolul VI. Integrala triplă. Teoria:

Capitolul ASAMBLAREA LAGĂRELOR LECŢIA 25

145. Sã se afle acceleraţiile celor trei corpuri din figurã. Ramurile firului care susţin scripetele mobil sunt verticale.

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

RĂSPUNS Modulul de rezistenţă este o caracteristică geometrică a secţiunii transversale, scrisă faţă de una dintre axele de inerţie principale:,

Conice - Câteva proprietǎţi elementare

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

Continue. Answer: a. 0,25 b. 0,15 c. 0,1 d. 0,2 e. 0,3. Answer: a. 0,1 b. 0,25 c. 0,17 d. 0,02 e. 0,3

Integrala nedefinită (primitive)

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

Curs 1 Şiruri de numere reale

CURS XI XII SINTEZĂ. 1 Algebra vectorială a vectorilor liberi

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

riptografie şi Securitate

CUPRINS 2. Sisteme de forţe... 1 Cuprins..1

GEOMETRIE PLANĂ TEOREME IMPORTANTE ARII. bh lh 2. abc. abc. formula înălţimii

Vectori liberi Produs scalar Produs vectorial Produsul mixt. 1 Vectori liberi. 2 Produs scalar. 3 Produs vectorial. 4 Produsul mixt.

Lectia VII Dreapta si planul

Dreapta in plan. = y y 0

I. Forţa. I. 1. Efectul static şi efectul dinamic al forţei

Cursul Măsuri reale. D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 15

Brutus Demşoreanu. Mecanica analitică. - Probleme -

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

2.3 Geometria analitică liniarăînspaţiu

3. REPREZENTAREA PLANULUI

Toate subiectele sunt obligatorii. Timpul de lucru efectiv este de 3 ore. Se acordă din oficiu 10 puncte. SUBIECTUL I.

6.CONUL ŞI CILINDRUL. Fig Fig. 6.2 Fig. 6.3

1. Scrieti in casetele numerele log 7 8 si ln 8 astfel incat inegalitatea obtinuta sa fie adevarata. <

IV. CUADRIPOLI SI FILTRE ELECTRICE CAP. 13. CUADRIPOLI ELECTRICI

Curs 2 Şiruri de numere reale


Clasa a IX-a - Set 1. Completat: Saturday, 10 May 2003 Nota: 100/100

Ecuatii trigonometrice

1.3 Baza a unui spaţiu vectorial. Dimensiune

II. Dinamica (2) Unde F și F sunt forța de acțiune respectiv de reacțiune, Fig. 1.

ELEMENTE DE GEOMETRIE. Dorel Fetcu

Capitolul 9. Geometrie analitică. 9.1 Repere

y y x x 1 y1 Elemente de geometrie analiticã 1. Segmente 1. DistanŃa dintre douã puncte A(x 1,y 1 ), B(x 2,y 2 ): AB = 2. Panta dreptei AB: m AB =

Lectia VI Structura de spatiu an E 3. Dreapta si planul ca subspatii ane

FIZICĂ. Oscilatii mecanice. ş.l. dr. Marius COSTACHE

STUDIUL FORTELOR DE INERTIE. FORTA CORIOLIS

ENUNŢURI ŞI REZOLVĂRI 2013

Subiecte Clasa a VII-a

Ovidiu Gabriel Avădănei, Florin Mihai Tufescu,

Transcript:

DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE FRECARE LA ROSTOGOLIRE Scopul lucrării În lucrarea de faţă se determină valoarea coeficientului de frecare la rostogolire, utlizând un dispozitiv ce permite găsirea expresiei forţei de frecare F fr. Consideraţii teoretice După cum este cunoscut, în regiunea de contact dintre două corpuri care apasă unul asupra celuilalt se produce o deformare a ambelor corpuri. Dacă luăm în considerare, ca exemplu, un corp cilindric, aflat în repaus pe o suprafaţă solidă (Fig. 1a), se constată că deformarea suportului (dar şi a corpului) este simetrică. Forţele de reacţiune normală din partea suportului, de pe porţiunea BA, au (într-o primă aproximaţie) dreapta suport trecând prin punctul O; ele vor da, prin compunere, o rezultantă, notată aici R! BA. Acelaşi lucru este valabil şi în cazul forţelor de pe porţiunea AC, care vor da rezultanta R! AC. Fig. 1

Rezultanta generală, R!, a forţelor de reacţiune din partea suportului asupra corpului cilindric este orientată pe verticală în sus (deoarece, din cauza simetriei, componentele orizontale ale lui R! BA şi R! AC sunt egale şi de sens opus). Rezultanta R! egalează în efect greutatea cilindrului şi, ca urmare, acesta rămâne în echilibru. Dacă cilindrul este pus într-o mişcare de rostogolire în sensul indicat în Fig. 1b, deformaţia devine asimetrică. Rezultanta, notată în acest caz cu F!, este acum o- blică faţă de verticală (făcând un unghi mai mic de 90 cu orizontala); apare, acum, o forţă necompensată pe orizontală, F! II, care determină o mişcare încetinită. Menţionăm că, în cazul exclusiv al unei mişcări de rostogolire nu există şi alunecare: la nivelul suprafeţei de contact, punctele de pe suprafaţa cilindrică sunt în repaus (atât timp cât durează contactul) faţă de suprafaţa-suport. Rostogolirea fără alunecare este o mişcare compusă dintr-o rotaţie în jurul axei de simetrie a cilindrului şi o translaţie spre stânga (în cazul Fig. 1b) a întregului corp, cu o viteză egală cu viteza centrului de masă al acestuia. Dacă dorim ca mişcarea să ramână uniformă, forţa necompensată, F! II, va trebui compensată în efect de o altă forţă, egală şi de sens contrar (jucând, prin urmare, rol de forţă de tracţiune). Mărimea forţei de frecare de rostogolire poate fi evaluată experimental măsurând, deci, forţa de tracţiune menţionată. De fapt, fiind vorba de o mişcare de rotaţie, este necesar să comparăm momentul activ (determinat de forţa de tracţiune) în raport cu punctul în jurul căruia are loc rotaţia - punctul - cu momentul rezistent (determinat de greutatea G), care se opune rostogolirii în jurul lui. Momentul activ va fi, deci: M = F r h F r h<< r (1) ( ) ( ) a tr tr unde h este înălţimea denivelării din faţa cilindrului. Momentul rezistent este : Mr = kg () unde k este braţul forţei G! (perpendiculara dusă din pe dreapta suport a greutăţii). Mărimea k se numeşte coeficient de frecare la rostogolire; ea se poate, deci, determina din ecuaţia: r F = k G sau rf = fr kr (3) t Se poate considera că mişcarea de rostogolire pe care o execută cilindrul se face în orice moment jurul unei axe ce are direcţia generatoarei cilindrului ce trece prin A. Rolul acestei axe este preluat de mereu alte generatoare ale cilindrului, care reprezintă puncte de pe linia de contact dintre cilindru şi plan. Această dreaptă de contact poartă numele de axă instantanee de rotaţie.

Dacă dm este masa unui element de volum ce face parte din corpul cilindric (Fig. ), atunci asupra acestuia acţionează forţa de atracţie a Pământului, dm g!. Sub acţiunea acestei forţe, elementul de masă dm obţine o acceleraţie liniară a = γ r. Aplicând principiul al doilea al dinamicii, putem scrie: F = dm g sinϕ = dm γ r (4) Fig. unde F = dm g sinϕ este componenta forţei dm g! după o direcţie tangentă la traiectoria circulară, descrisă de elementul de masă dm în jurul axei instantanee de rotaţie. Ţinând seama de definiţia produsului vectorial putem scrie :! r! dm g = dm γ r (5) r!!! sau: r dm g =γ r dm (6) unde: Integrând pe întregul volum al corpului cilindric găsim: r! dm g! =! γ r dm =! γ I r dm I = este momentul de inerţie al cilindrului în raport cu axa de rotaţie instantanee. Ţinând seama de definiţia vectorului de poziţie al centrului de masă ():! 1! r = rdm m (8) rezultă prin înlocuire :!! r mg =γ I (9) unde r! este vectorul de poziţie al centrului de masă în raport cu axa instantanee de rotaţie, m masa totală a cilindrului, iar γ este acceleraţia unghiulară a mişcării de rotaţie în jurul axei instantanee. (7)

După cum se ştie, centrul de masă al unui cilindru omogen este situat pe axa de simetrie a acestuia, astfel că r este egală cu raza cilindrului. Produsul vectorial r! x mg "! este momentul forţei de greutatea a cilindrului (considerată ca având punctul de aplicaţie în ) în raport cu axa instantanee de rotaţie. Luând în considerare Fig. putem scrie : ( ') 'cosϕ (10) I = r dm = r dm + r dm + r r dm Dacă se alege un sistem de coordonate astfel orientat, încât direcţia axei sale Ox să fie paralelă la direcţia vectorului r!, atunci r'cosϕ = x. Ca urmare putem scrie : r'cosϕ dm = xdm = x m unde, conform definiţiei, x este coordonanta x a centrului de masă. Ţinând seama că O este situat in rezultă că x = 0, astfel încât din (10) găsim: I = mr + I (11) unde I este momentul de inerţie al corpului cilindric în raport cu axa ce trece prin. Ecuaţia (11) exprimă aşa numita teoremă a lui Steiner. Înlocuind (11) in (9) obţinem relaţia : I r mgsin α = γ( mr + I ) = γmr ( 1 + ) mr (1) sau: gsin α = γ r = a const. 1 = 1+ I / mr (13) unde a 1 este acceleraţia liniară obţinută de punctul O, ca urmare a rotirii corpului în jurul axei instantanee de rotaţie. Cunoscând expresia acceleraţiei liniare, putem găsi acum viteza liniară a pe care acesta o obţine după rostogolire pe şinele înclinate. Avem : t1 g sinα v = a dt = t 1 (14) 1 + I / mr 0 unde t 1 este durata rostogolirii pe şinele înclinate. Alegând t 1 egal cu durata în care cilindrul ajunge în punctul B,, la baza planului înclinat, rezultă că v este viteza iniaţială începând cu care cilindrul, datorita inerţiei, se rotogoleşte mai departe pe şinele orizontale. Trebuie precizat ca până în prezent nu am ţinut seama de efectul momentului rezistent al forţei de frecare la rostogolire, deoarece, aşa cum am amintit anterior, am considerat forţa exterioară ce acţionează asupra discului (componenta greutăţii,

paralelă la direcţia şinelor înclinate) mult mai mare decât forţa de frecare la rostogolire. Din momentul în care discul începe rostogolirea pe şinele orizontale mişcarea de rotaţie devine încetinită: momentul forţei de greutate a corpului nu mai produce în acest caz un efect de rotaţie (el este nul). Cauza încetinirii mişcării o constituie momentul forţei de frecare, dat de relaţia (). Dacă se notează cu a acceleraţia, determinată de acţiunea forţei de frecare la rostogolire, atunci putem scrie F fr = m a şi, fiind vorba de o mişcare de rotaţie în jurul axei instantanee, putem scrie: γ r F I I a fr = = r sau: a F r fr = (15) I Considerând că F fr este constantă, rezultă că acceleraţia pe care o obţine datorită frecării este şi ea constantă, astfel încât mişcarea este uniform încetinită. Ca urmare putem scrie: at l = vt (16) unde l este distanţa parcursă de disc pe şinele plane până la oprire, iar t este durata de parcurgere a distanţei l. Ţinând seama de relaţia (14) găsim: hg t1 l a = 1 / (17) + I mr tl1 t În expresia (17) am înlocuit sin α = h/l 1, h fiind înălţimea planului înclinat, iar l 1 - lungimea acestuia. Folosind ecuaţiile (17) şi () putem găsi, în final expresia coeficientului de frecare la rostogolire: I hg t1 l mg Ffr = = k (18) r 1 + I / mr tl1 gt r de unde coeficientul de frecare la rostogolire va fi : I 1 th 1 l k = (19) mr 1 + I / mr tl1 gt Calculul momentului de inerţie Corpul ce execută mişcarea de rostogolire este alcătuit, în cazul nostru, dintrun ax cilindric de rază r şi un disc de rază R fixat solidar de acesta. om găsi expresia momentului de inerţie total (al ansamblului cilindru-disc) în raport cu o axă

ce trece prin centrul de masă al sistemului scriind, mai întâi pentru cilindru: r π 4 3 r mcilr Icil = r dm = ρr rdϕ dr dl = ρd1 r dr dϕ = πρ d1 = (0), 4 0 0 unde d 1 este lungimea cilindrului, ρ - densitatea, iar m cil - masa acestuia. Momentul de inerţie al discului în raport cu se găseşte efectuând un calcul analog. El este dat de expresia : R R mdiscr I = r dm r dm = disc (1) r 0 Momentul de inerţie al ansamblului este: 1 ( I = mcilr + mdiscr ) () Masele m cil şi m disc se obţin prin cântărire, iar r si R se măsoară cu ajutorul micrometrului şi şublerului. Din construcţie s-au ales dimensiunile, astfel încât R>>r şi m cil << m disc, astfel încât putem folosi, pentru momentul de inerţie total, dat de (), fără a face erori prea mari, expresia : I 1 mr Cu acest rezultat găsim : R 1 th 1 l k = (4) r 1 + R /r tl1 gt În ultima expresie toate mărimile pot fi măsurate, ceea ce permite calcularea coeficientului de frecare la rostogolire k. (3) Descrierea dispozitivului experimental. Dispozitivul experimental utilizat este arătat schematic în Fig.3. El constă Fig. 3 dintr-un plan înclinat, AB, format din două şine paralele, care serveşte la accelerarea mişcării cilindrului amintit anterior (porţiune pe care efectul frecării de rostogolire este neglijabil, în raport cu acela al celorlalte forţe îndreptate de-a lungul planului

înclinat); urmează o a doua porţiune, BC - orizontală - pe care cilindrul se deplasează exclusiv sub efectul forţei de frecare de rostogolire. Unghiul planului înclinat trebuie astfel ales încât mişcarea cilindrului să fie numai de rostogolire. Cu ajutorul unui cronometru se pot măsura duratele t 1 şi t în care cilindrul, în rostogolire, parcurge pe şinele înclinate şi pe orizontală anumite distanţe bine precizate (l 1 şi l ). Corpul cilindric este solidar, din motive justificate anterior, cu un disc de rază mult mai mare. Modul de lucru! se măsoară dimensiunile corpului; " se aleg diverse valori ale unghiului planului înclinat, astfel încât mişcarea corpului să fie exclusiv de rostogolire (să nu existe alunecare); # se lasă liber corpul pe planul înclinat şi se măsoară mărimile h, l 1, l, precum şi timpii corespunzători, t 1 şi t ; $ se completează tabelul de date experimentale: Nr.det. 1..... R r Tabelul 1 Determinarea coeficientului de rostogolire h l 1 l t 1 (s) t (s) k k % se repetă experimentul de 8-10 ori, în aceleaşi condiţii; & se repetă determinările, pentru alte valori ale unghiului planului înclinat; ' se efectuează calculul erorilor, folosind metoda diferenţialei logaritmice.