CN105894912A

CN105894912A - 一种教学用动摩擦因数测试仪及相对的试验方法

Info

Publication number: CN105894912A
Application number: CN201610247869.5A
Authority: CN
Inventors: 宋顺翔; 王保光; 沈扬
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2016-08-24

Abstract

本发明公开了一种教学用动摩擦因数测试仪及相对的试验方法，测试仪包括两块相同的长木板滑槽、一个金属滑块、一个光滑的短小圆弧滑槽以及两个一大一小规格的螺旋支柱，其特征在于：两长木板滑槽用光滑的短小圆弧滑槽相连接，圆弧采用摩擦系数极低的PTFE材料，在木板滑槽内壁两侧附有PTFE薄膜；并将圆弧通过预留的凹槽支在较小的螺旋支座上，同时一侧木板与地面接触，另一侧用较大的螺旋支座通过预留的凹槽支起；螺旋支座可以调节木板角度和连接点的高度进而进行多次试验，此外也可通过摆放滑块于不同的位置来重复试验，提高实验准确性。本发明利用能量守恒的原理，对应的试验方法简化了现有试验中数据处理繁琐的问题，给教学试验带来便利。

Description

一种教学用动摩擦因数测试仪及相对的试验方法

技术领域

本发明涉及一种新型的教学用动摩擦因数测试仪及相对的试验方法，是一种从能量守恒角度出发的新型动摩擦因数测试仪，对应于该测试仪的试验方法是一种更便捷、数据处理也更简单的试验方法。

背景技术

目前在大学力学实验教学中最常见的动摩擦因数测试仪是使用光电管测量滑块通过两个光电管之间所用时间，以求得滑块的加速度，再通过加速度再求动摩擦因数。在现有的试验方法下，需要测量的量有滑块通过两光电管的时间T1和T2、改变光电管间距前后的距离L1和L2：

测量滑槽与平面所成角度β：

a＝g(sinβ-fcosβ) ②

即：

由①③两式联立才可求得f值。

由此可见在这种情况下所测数据过多且在一次试验中就要改变一次光电管距离，这使得试验变得繁琐且数据处理较为麻烦，同时由于所需数据较多所以很容易出错，对教学产生负面影响。在这种情况下，从能量角度出发采用新的试验仪器和试验方法可以大大简化试验过程并降低数据处理难度。

发明内容

为了克服现有教学中所采用的动摩擦因数测试仪器和试验方法所带来的种种问题，实现降低实验误差、降低数据处理难度的目标，本发明提供了一种新型的教学用动摩擦因数测试仪及相对的试验方法，利用能量守恒的原理设计出实验仪器，该套设备降低了实验仪器的购买成本，且简化了操作，并为动摩擦因数的测定提供了另一个方向。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种教学用动摩擦因数测试仪，包括两块相同材料的长木板滑槽、一个金属滑块、一个PTFE光滑圆弧滑槽以及两个一大一小规格的螺旋支柱，其特征在于：两长木板滑槽用PTFE光滑圆弧滑槽相连接，并将PTFE光滑圆弧滑槽支在较小的螺旋支座上，同时一侧木板与地面接触，另一侧用较大的螺旋支座支起；PTFE光滑圆弧滑槽与木板滑槽的连接采用卯榫结构使连接处能够充分稳定；圆弧滑槽采用摩擦系数极低的PTFE材料，其与金属滑块的摩擦可忽略不计，同时木板滑槽两侧均附有PTFE薄膜以减少滑块与滑壁接触而造成的能量损失；螺旋支座可以调节木板角度和连接点的高度进而进行多次试验，提高实验准确性；在螺旋支座支撑的位置，木板和滑槽各留一个尺寸合适的凹槽使得支座能够稳定支撑。

由于PTFE材料具有极低的摩擦系数，因此滑块与滑槽内壁的摩擦以及滑块与PTFE连接圆弧的摩擦可忽略不计。因此，整个实验过程中有重力所做的功等于动摩擦力所做的功。测量滑块从右侧木板顶点滑下至停止点的水平距离S，顶点至停止点的竖直距离H，设块木板滑槽的水平倾角分别为α和θ，左侧木板滑块停止点与圆弧连接处距离为L1，高度差为H1，水平距离为S1；右侧起滑点与连接点的距离为L2，高度差为H2，水平距离为S2，即

mg(H₁+H₂)-μmg(cosαL₁+cosθL₂)＝0

又因为cosαH₁+cosθH₂＝S₁+S₂＝S；H₁+H₂＝H

所以μ＝H/S

相比于现用的实验仪器及试验方法，该试验装置去除了现有动摩擦因数测试仪中的光电管，降低了成本；同时，该方法原理简单，操作方便易行，给教学师生带来极大的便利，并为动摩擦因数的测定提供了另一个方向。

一种教学用动摩擦因数测试仪对应的试验方法，其主要技术步骤如下：

1)固定并调节两个螺旋支座令木板倾角在一定的范围内使得滑块在滑下时能够停在左侧木板上；

2)将滑块放在调节好的右侧木板滑槽某点处，令其自由滑下；

3)测量滑块从右侧木板顶点滑下至停止点的水平距离S，起滑点至停止点的竖直距离H；

4)由能量守恒可得mgH－μmgS＝0，则μ＝H/S。

5)重复步骤1～4，多次试验取平均值。

新型的教学用动摩擦因数测试仪及相对的试验方法利用能量守恒的原理，提供了一种新的测量动摩擦因数的方向，试验只需测量两个数据滑块从右侧木板顶点滑下至停止点的水平距离S和顶点至停止点的竖直距离H，简化了现有的大学教学试验中试验仪器繁琐、数据处理不方便的问题。

附图说明

图1是本新型的教学用动摩擦因数测试仪。

图中：1长木板滑槽、2PTFE光滑圆弧滑槽、3长木板滑槽、4小螺旋支座、5大螺旋支座、6金属滑块。

图2是长木板滑槽俯视图。

图中：7滑槽内壁，表面附有一层PTFE薄膜；8木板榫头，用于与PTFE圆弧相接。

图3是PTFE光滑圆弧。

图中：9PTFE圆弧卯眼，用于与木板滑槽连接固定；10预留凹槽，用于固定螺旋支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示为本发明的结构示意图。包括长木板滑槽1、光滑PTFE圆弧2、长木板滑槽3、小螺旋支座4、大螺旋支座5、金属滑块6，其特征在于：木板滑槽1和木板滑槽3通过光滑PTFE圆弧2相连接；圆弧采用摩擦系数极低的PTFE材料，在木板滑槽内壁两侧附有PTFE薄膜；将圆弧2通过预留的凹槽支在较小的螺旋支座4上，同时一侧木板与地面接触，另一侧用较大的螺旋支座5通过预留的凹槽支起。

采用该实验仪器测量动摩擦因数的试验方法，主要技术步骤如下：

1)调节小螺旋支座4及大螺旋支座5令木板1和木板3倾角在一定的合适范围内使得滑块在滑下时能够停在左侧木板1上；

2)将滑块6放在调节好的右侧木板3端点处，令其自由滑下；

3)测量滑块从右侧木板3顶点滑下至左侧木板1停止点的水平距离S，顶点至停止点的竖直距离H；

4)由能量守恒可得mgH－μmgS＝0，则μ＝H/S。

5)重复步骤1～4，多次试验取平均值。

Claims

1.一种教学用动摩擦因数测试仪，包括两块长木板滑槽、小螺旋支座、大螺旋支座、PTFE光滑圆弧滑槽以及金属滑块，其特征在于：两长木板滑槽用PTFE光滑圆弧滑槽相连接，并将PTFE光滑圆弧滑槽支在较小的螺旋支座上，同时一侧木板与地面接触，另一侧用较大的螺旋支座支起；圆弧滑槽采用摩擦系数极低的PTFE材料，其与金属滑块的摩擦可忽略不计，同时木板滑槽两侧均附有PTFE薄膜以减少滑块与滑壁接触而造成的能量损失；在螺旋支座支撑的位置，木板和滑槽各留一个尺寸合适的凹槽使得支座能够稳定支撑。

2. 根据权利要求1所述的一种教学用动摩擦因数测试仪，其特征在于两长木板滑槽内侧槽壁均附着有PTFE薄膜。

3. 根据权利要求1所述的一种教学用动摩擦因数测试仪，其特征在于两个木板滑槽与PTFE光滑圆弧滑槽通过卯榫结构相连接，有效保证连接的稳定性。

4.根据权利要求1所述的一种教学用动摩擦因数测试仪，其特征在于两个螺旋支座可以调节相应角度及高度，便于多次重复试验。

5.根据权利要求1所述的一种教学用动摩擦因数测试仪的试验方法，其主要技术步骤如下：

1）固定并调节两个螺旋支座令木板倾角在一定的范围内使得滑块在滑下时能够停在左侧木板上；

2）将滑块放在调节好的右侧木板滑槽某点处，令其沿着木板凹槽自由滑下；

3）测量滑块从右侧木板顶点滑下至停止点的水平距离S，起滑点至停止点的竖直距离H；

4）由能量守恒可得mgH－μmgS＝0，则μ＝H／S；

5）重复步骤1~4，多次试验取平均值。