《理论力学》
摩擦实验
实验报告
（2014~2015学年第二学期）
专业：工程力学
学院：航空航天与力学学院
小组成员
学号：1453621 1453225 1453213 1453424 1453229 1453430姓名：王云林周培钊梁浩光管箫杨周洋张鑫
实验目的
1.测定木与铁之间的静滑动摩擦系数。
2.测定当滑块高度较大时，在斜面上保持平衡所需的最大与最小荷载并作受力分析。
3.处理实验数据，计算理论值并与测量值作误差分析。
4.使学生更好地理解摩擦本质并提高学生的动手实践能力。
实验装置与仪器
●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、角度显示机构组成。通过滑块在不同材质的滑道上运动，可以测定物体的摩擦角并显示角度。可以进行在不同情况下物体滑动、翻倒的演示。
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。
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
●仪器
砝码、铁块（680g、30×30×100mm）、滑轮、托盘（30g）等。
实验内容
1、通过改变斜面倾角测量木与铁间的静摩擦系数。
2、当滑块较高时，在一定的倾角下，在其自重作用，测定滑块向下滑动时的荷载及滑块向上倾倒时荷载。
实验原理
●静摩擦因数的推导
当滑道倾角为θ时，若物块恰好不滑下，则此时 ΣFx = 0：mgsin θ-Fs = 0
ΣFy = 0：N -mgcos θ= 0 又因为 Fs= Nfs 得 fs = tan θ ●物块在斜坡上的受力分析
1、倾斜角25°时向下滑动（或倾倒）时的理论载荷推导
假设滑块质量为m ，底面边长为a ，高b ，滑道ψ倾角，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，其受力分析右图所示。由于静摩擦系数 fs= tanθ(θ
为摩擦角)，因此当ψ>θ 时，滑块可沿滑道下滑（或倾倒）。
（1）假设滑块向下滑动
∑ Fy=0； N -mgcos ψ= 0 ∑ Fx=0；mgsin ψ=mgcos ψfs+Ft1 （2）假设滑块向下翻倒
Ft=max （Ft1，Ft2）
2、 倾斜角25°时向上滑动（或倾倒）时的理论载荷推导 （1）假设滑块向上滑动
∑ Fy=0； N -mgcos ψ= 0 ∑ Fx=0；mgsin ψ+mgcosψfs = Ft1 （2）假设滑块向下翻倒
ψ 以滑块的左下角为矩心,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 ΣMo=0；（a/2）×mgcos ψ+b ×Ft2-（b/2）×mgsin ψ=0 以滑块的左下角为矩心,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 ΣMo=0；（a/2）×mgcos ψ-b ×Ft2+（b/2）×mgsin ψ=0
θ
Ft=min（Ft1，Ft2）
实验操作
●静摩擦系数实验
a、调整好滑道倾角角度以滑块放在滑道下端时不下滑时为准（此时角度较小）；
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止，记下此
时的滑道倾角，即为滑块的摩擦角；
c、重复上述步骤，记下十个数据，去掉最大值与最小值，将剩余八组数据求平均数。
d、将所测得的倾角代人静摩擦系数公式，即可得到所测木与铁间静摩擦系数。
●滑块斜面上滑动与翻倒实验
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
调整到适当的角度（25度）。
b、利用活动平台调节仪将活动平台调节至水平。
c、将与托盘相连的线穿过活动平台的孔洞（细线与空洞边缘不接触），并绕过滑轮，将
线的另一端系在滑块上。
d、在托盘里放一定重量的砝码，使得滑块在滑道上保持静止，然后再慢慢的增加砝码，
直到滑块开始向上滑动或翻倒为止，记下此时的砝码重量。
e、将砝码慢慢减少，直到滑块开始向下滑动或翻倒为止，记下此时的砝码重量。如此
记下三组数据。
f、将器材收置原位，关闭实验装置电源。
数据记录与处理
●测量静摩擦因数数据
3 12.51 0.2218 8 13.69 0.2435
4 12.44 0.220
5 9 12.87 0.2284
5 12.31 舍去10 13.83 0.2461 静摩擦因数fs平均值：
fs=0.2375
●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；
斜面的倾角25°；重力加速度g=9.8m/s2；
利用推导出来的公式分别求出上翻和下滑的理论拉力
上滑理论值：4.337N；上翻理论值：2.364N；
下滑理论值：1.382N; 下翻理论值：0.512N；
测量次数向上倾倒的荷载/g 向下滑动的荷载/g
1 203 173
2 20
3 180
3 205 173
荷载平均值（含砝码）233.67 205.33
拉力/N 2.290 2.012
理论值/N 2.364 1.382
误差 3.10% 45.50%
实验误差分析
1、在测量静摩擦因数时，由于所用的木块与所给滑块接触面光滑程度不同所以会产生较大
误差，并且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桌面震动的扰动，使滑块提前滑下，从而使实验结果fs比实
际值较小。
