Frecarea de alunecare - Frecare de rostogolire

In continuare vom prezenta o metoda experimentala de investigare a fenomenului de frecare (de alunecare si de rostogolire).
Am studiat fortele de frecare folosind un sistem electronic de achizitia datelor si anume sistemul Vernier.
Obiective:
1. Masurarea fortelor de frecare intre carucior si suprafata orizontala folosind computerul.
2. Studiul frecarii de alunecare si de rostogolire pe plan orizontal si pe plan inclinat.
Materiale utilizate: computer, senzor de forta Vernier, interfata Vernier LabPro, software LoggerPro, carucior, carlig, mase marcate, banda adeziva.
Procedura:
Miscare pe plan orizontal
1. Se conecteaza senzorul la interfata. Se calibreaza senzorul pentru tractiune orizontala.
2. Se tracteaza caruciorul pe orizontala cu viteza constanta.
3. Se apasa butonul Colect. Sistemul achizitioneaza automat datele. In cazul nostru valorile fortei de tractiune au fost achizitionate timp de 6 secunde la un interval de 0.02 secunde. Numarul mare de date achizitionate ne va permite sa determinam cu o precizie mare valoarea coeficientului de frecare.
4. In timpul colectarii datelor se traseaza automat si graficul Fortei de tractiune (masurate in Newtoni) in functie de timp.
Folosind butonul Statistics se poate determina valoarea medie (Mean) a fortei de tractiune.
Puteti sa vizulaizati experimentul in fereastra de mai jos, apasand butonul Start.

Frecare de alunecare Daca miscarea se face cu viteza constanta, rezultanta fortelor care actioneaza asupra caruciorului este egala cu 0. Pe orizontala: Forta de tractiune = Forta de frecare (Ft=Ff) Pe verticala: Apasarea normala = Greutatea (N=G) Deci forta masurata de senzor este de fapt egala cu forta de frecare.

 

Frecare de rostogolire Miscare se face si in acest caz cu viteza constanta deci rezultanta tuturor fortelor este egala cu 0. Pe orizontala: Ft=Ff Pe verticala: N=G Valoarea fortei de tractiune este mult mai mica in cazul rostogolirii.

Folosind o tehnica numita analiza video a miscarii, s-a obtinut graficul de mai jos in care coordonatele caruciorului pe axa x si pe axa y sunt reprzentate in functie de timp.
Graficele arata ca miscare este una rectilinie si uniforma deci viteza de miscare este constanta.

Graficul de mai jos prezinta modul in care a variat forta de tractiune in cursul experimentului.
Cu rosu este reprezentata forta de frecare de alunecare (rotile caruciorului au fost blocate), iar cu albastru forta de frecare la rostogolire.
Analiza graficului, arata ca forta nu este constanta in timpul experimentului. De aceea este important sa aflam valoarea medie a fortei (afisata in casetele Statistics).

Provocare:
Se stie ca Forta de frecare este proportionala cu apasarea normala a suprafetei conform formulei: Ff=mN unde m este coeficientul de frecare.
Calculati coeficientul de frecare la alunecare si la rostogolire folosind datele de mai sus.
Indicatie: masa caruciorului este afisata in cele doua filmari. In graficul fortei este data valoarea medie a fortei de tractiune la alunecare si la rostogolire iar acceleratia gravitationala este g=9,8 m/s2.
Puteti afla raspunsul corect daca apasati aici.