Bài giảng Vật lí Lớp 10 - Thực hành: Xác định hệ số ma sát

Thực hành : xác đ ịnh hệ số ma sát. 
A 
B 
Hình 1- Đo hệ số ma sát trên mặt phẳng nghiêng. 
I. Mục đ ích thí nghiệm : 
Vận dụng phương pháp đ ộng lực học để nghiên cứu lực ma sát tác dụng vào một vật chuyển đ ộng trên mặt phẳng nghiêng . Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại, hệ số ma sát trượt , so sánh các gi á trị thu đư ợc từ thực nghiệm . 
II. Cơ sở lý thuyết 
Phương pháp đ ộng lực học 
1. Cho một vật nằm trên mặt phẳng nghiêng P, với góc nghiêng  so với mặt nằm ngang . Khi  nhỏ , vật vẫn nằm yên trên P, không chuyển đ ộng . Tăng dần độ nghiêng , khi  đạt gi á trị  0 nào đ ó vật bắt đ ầu chuyển đ ộng trượt xuống với gia tốc a nào đ ó . Đại lượng : 
  0 = tg  0 	 (1) 
có gi á trị bằng hệ số ma sát nghỉ cực đại. 
2. Khi    0 , vật trượt nhanh dần đ ều với gia tốc a, độ lớn của a chỉ phụ thuộc góc nghiêng  và hệ số  t - gọi là hệ số ma sát trượt : 
 a = g ( sina -  t cosa ) (2) 
 Thực nghiệm cho thấy , trong hầu hết các trường hợp à t   0 . 
Bằng cách đo a và α ta xác đ ịnh đư ợc hệ số ma sát trượt 
a = g(sin α - à t c os α ) 
 Gia tốc a xác đ ịnh theo hệ thức : a = 2s/t 2 , trong đ ó quãng đư ờng s đo bằng thước mm, thời gian t đo bằng đ ồng hồ đo thời gian hiện số đ iều khiển bằng công tắc và cổng quang đ iện . Góc nghiêng α có thể đ ọc ngay trên thước đo góc có qu ả dọi , gắn vào mặt phẳng nghiêng . 
1. Mặt phẳng nghiêng có gắn thước đo góc và qu ả rọi . 
2. Nam châm đ iện gắn ở một đ ầu mặt phẳng nghiêng , có hộp công tắc đ óng ngắt để gi ữ và th ả vật . 
3. Gi á đ ỡ mặt phẳng nghiêng có thể thay đ ổi độ cao đ iểm kê nhờ khớp nối . 
4. Trụ kim loại (thép) đường kính 3cm, cao 3cm. 
5. Máy đo thời gian có cổng quang điện E. 
6. Thước thẳng 600-800 mm. 
7. Ke 3 chiều để xác đ ịnh vị trí vật . 
III . Dụng cụ cần thiết 
1. Đặt máng nghiêng có lắp nam châm điện N và cổng quang điện E lên giá đỡ. Nam châm điện N được lắp ở đầu A của máng nghiêng, nối qua hộp công tắc, và cắm vào ổ A của đồng hồ đo thời gian nhờ một phích cắm có 5 chân. Nếu đồng hồ đo thời gian được bật điện, ổ A sẽ cấp điện cho nam châm hoạt động. Cổng quang đ iện E nối vào ổ B của đ ồng hồ đo thời gian . 
Hạ thấp khớp nối để giảm góc nghiêng  , sao cho khi đ ặt mặt đáy trụ thép lên máng , trụ không thể tự trượt . Đ iều chỉnh thăng bằng cho máng nghiêng nhờ các chân vít của gi á đ ỡ , sao cho dây rọi song song với mặt phẳng thước đo góc . 
IV. Lắp ráp thí nghiệm 
a. Đo hệ số ma sát nghỉ cực đại. 
V. Trình tự thí nghiệm . 
Đặt mặt đáy trụ thép lên mặt phẳng nghiêng. Tăng dần góc nghiêng a bằng cách đẩy từ từ đầu B của nó, để máng nghiêng trượt trên thanh ngang của giá đỡ. Chú ý giữ chắc giá đỡ. 
Khi vật bắt đầu trượt thì dừng lại, đọc và ghi giá trị  0 vào bảng 1. 
Lặp lại thí nghiệm 5 lần và ghi các giá trị đo được vào bảng 1. 
b. Đo hệ số ma sát trượt. 
V. Trình tự thí nghiệm . 
 Đ ồng hồ đo thời gian làm việc ở MODE A B, thang đo 9,999s. Nhấn kho á K để bật đ iện cho đ ồng hồ . 
 Xác đ ịnh vị trí ban đ ầu s 0 của trụ thép : Đ ặt vật trụ kim loại lên đ ầu A của máng nghiêng , sát với nam châm , mặt đáy tiếp xúc với mặt phẳng nghiêng . Dùng miếng ke áp sát mặt nghiêng , đ ẩy ke đ ến vị trí chạm vào trụ kim loại, để xác đ ịnh vị trí đ ầu s 0 của trụ trên thước đo. Ghi gi á trị s 0 vào bảng 1. Nới lỏng vít để dịch chuyển cổng quang đ iện E đ ến vị trí cách s 0 một khoảng s = 400mm, rồi vặn chặt vít , cố đ ịnh vị trí cổng E trên máng nghiêng . 
Đưa khớp nối lên vị trí cao để tạo góc nghiêng    0 . Đọc giá trị  , ghi vào bảng 1. 
Nhấn nút RESET trên mặt đ ồng hồ để đưa chỉ thị số về gi á trị 0000. 
ấn nút trên hộp công tắc để th ả cho vật trượt , rồi nh ả nhanh trước khi vật đ ến cổng E. 
Đ ọc và ghi thời gian trượt t vào bảng 1. 
Đ ặt lại trụ kim loại vào vị trí s 0 và lặp lại 5 lần phép đo thời gian t . 
Kết thúc thí nghiệm : Tắt đ iện đ ồng hồ đo thời gian . 
Chú ý : Hệ số ma sát phụ thuộc nhiều vào trạng thái bề mặt tiếp xúc giữa các vật ( bụi bậm , ẩm ư ớt , các vật bám dính trên mặt ....). Vì vậy cần lau sạch các bề mặt tiếp xúc của máng nghiêng , vật trượt trước khi thực hiện phép đo.