Gnidningskraft - rapport i fysik

Side 1

[navn fjernet] På hold med Mette og [navn fjernet] A.

1.x

Gnidningskraft Side 1 af 6

GNIDNINGSKRAFT

FORMÅL:

Formålet med forsøget er at bestemme den statiske og den dynamiske gnidningskraft mellem to materialer, der begge er træ i tilfældet her. Formålet med forsøget er desuden at vise, at den dynamiske gnidningskoefficient ikke afhænger af arealet af gnidningsfladen.

TEORI:

Som sagt er formålet med forsøget at bestemme den statiske og den dynamiske gnidningskraft. Her kommer lidt teori, der forklarer, hvad det egentlig er:

Hvis man trækker i en genstand med en vis styrke, så vil den på et eller andet tidspunkt bevæge sig, men grunden til, man skal trække med en vis styrke, er den, at der er gnidningskræfter mellem genstanden og overfladen, som den ligger på. Kraften, som man skal trække med for at få genstanden til at bevæge sig, kalder man den statiske gnidningskraft. Den afhænger af genstandens og overfladens materialer, men den afhænger også af genstandens masse.

Hvis man derimod trækker en genstand over en overflade, så vil genstanden være påvirket af en modsatrettet kraft, der bremser den lidt. Kraften kaldes den dynamiske gnidningskraft. Hvis man trækker genstanden med en kraft, der svarer til gnidningskraften, så bevæger den sig med konstant hastighed. Den dynamiske gnidningskraft er mindre end den statiske gnidningskraft, da man ikke skal trække helt så meget, når genstanden er kommet i bevægelse.

Den statiske og den dynamiske gnidningskraft kan beregnes ved hjælp af formlen:

== * gmFF

= * FF_{Ngnid}

tN

.

µ

Vi skal arbejde med en omskrivning af formlen, da vi skal finde µ ved hjælp af gnidningskraften og normalkraften, som vi har målt og beregnet. Formel ser sådan ud:

== * gmFF

F_{N}

F_{gnid}

tN

.

=

µ

F er gnidningskraften målt i N.

gnid.

µ er en konstant, der kaldes gnidningskoefficienten. Den afhænger af genstandens og overfladens materialer.

F er normalkraften målt i N, der svarer til tyngdekraften.

N m er massen målt i kg.

g er en konstant for tyngdeaccelerationen, der er 9,82 N/kg i Danmark.

Side 2

[navn fjernet] På hold med Mette og [navn fjernet] A.

1.x

Gnidningskraft Side 2 af 6

MATERIALER OG METODER:

Her kommer først en liste over apparaterne og redskaberne, der blev brugt under forsøget. Derefter kommer en gennemgang af forsøgets udførelse.

Apparater og redskaber:

• Træklods.

• Lodder på 0,2 kg og 1 kg og 2 kg.

• Dynamometre til 2 N og 5 N og 10 N.

• Laboratorievægt.

• Bordplade – Den blev brugt som overflade, da den var lavet i træ.

Det første, som vi gjorde, var at veje træklodsen, som vi skulle bruge til forsøget. Vi fandt derefter et bord, hvor vi kunne udføre forsøget. En bordplade var jo meget passende at bruge, da vi skulle bestemme gnidningskraften for træ mod træ. Vi målte først den statiske og den dynamiske gnidningskraft ved hjælp af et af dynamometrene, mens træklodsen lå fladt på bordet. Derefter målte vi den statiske og den dynamiske gnidningskraft, mens klodsen stod på højkant. I begge tilfælde øgede vi træklodsens masse med henholdsvis 0,2 kg og 1 kg og 2 kg og 3 kg ved hjælp af lodderne, hvilket gav helt andre resultater, som vi kunne arbejde med. Situationerne er vist på Michaels tegninger nedenunder:

Det næste, som vi gjorde, var at udregne træklodens og loddernes samlede masse og normalkraften, der jo svarer til tyngdekraften. Derefter fandt vi en computer, hvor vi lavede en graf med gnidningskraften som en funktion af tyngdekraften for hver af forsøgene – den statiske og den dynamiske gnidningskraft med en liggende og en stående træklods.

RESULTATER:

Liggende træklods – Den statiske gnidningskraft

m /kg 0,0 0,2 1,0 2,0 3,0

lod

m /kg 0,45836 0,65836 1,45836 2,45836 3,45836

total

F /N 4,5011 6,4651 14,3211 24,1411 33,9611

t

F /N 1,1 1,7 3,0 6,0 8,2

gnid

Side 3

[navn fjernet] På hold med Mette og [navn fjernet] A.

1.x

Gnidningskraft Side 3 af 6

Liggende træklods – Den dynamiske gnidningskraft

m /kg 0,0 0,2 1,0 2,0 3,0

lod

m /kg 0,45836 0,65836 1,45836 2,45836 3,45836

total

F /N 4,5011 6,4651 14,3211 24,1411 33,9611

t

F /N 1,1 1,4 2,7 5,4 7,6

gnid

Stående træklods – Den statiske gnidningskraft

m /kg 0,0 0,2 1,0 2,0 3,0

lod

m /kg 0,45836 0,65836 1,45836 2,45836 3,45836

total

F /N 4,5011 6,4651 14,3211 24,1411 33,9611

t

F /N 0,9 1,2 2,9 5,5 7,5

gnid

Stående træklods – Den dynamiske gnidningskraft

m /kg 0,0 0,2 1,0 2,0 3,0

lod

m /kg 0,45836 0,65836 1,45836 2,45836 3,45836

total

F /N 4,5011 6,4651 14,3211 24,1411 33,9611

t

F /N 1,0 1,3 3,0 4,2 6,0

gnid

DATABEHANDLING:

Her kommer nogle diagrammer, hvor resultaterne er indtegnet som en graf. Det er gnidningskraften, der er indtegnet som en funktion af tyngdekraften, da grafens hældningskoefficient på den måde vil være til gnidningskoefficienten for træ mod træ. Der er knyttet en kommentar til hver graf.

Punkterne ligger næsten på en ret linje, som de jo skal. Der er dog et punkt, der slet ikke rammer linjen, men det er nok bare vores måling, der ikke er helt præcis. Man kan se ud fra grafens ligning, at den skærer y-aksen meget tæt på (0;0), hvilket jo passer godt nok.

Liggende træ klods

Den statiske gnidningskraft

y = 0,2427x - 0,048
R^{2} = 0,993

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Ft/N

Fgnid /N

Side 4

[navn fjernet] På hold med Mette og [navn fjernet] A.

1.x

Gnidningskraft Side 4 af 6

Liggende træ klods y = 0,2246x - 0,1064

Den dynam iske gnidningskraft

R^{2} = 0,9928

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

Ft/N

Fgnid/N

Punkterne ligger næsten på en ret linje, som de jo skal. Der er dog igen et punkt, der slet ikke rammer linjen. Grafen skærer y-aksen lidt længere fra (0;0).

Stående træ klods

Den statiske gnidningskraft

y = 0,2296x - 0,2288
R^{2} = 0,9976

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

Ft/N

Fgnid/N

Side 5

[navn fjernet] På hold med Mette og [navn fjernet] A.

1.x

Gnidningskraft Side 5 af 6

Punkterne ligger stort set alle sammen på en ret linje, hvilket jo er meget positivt. Så har målingerne af gnidningskraften og beregningerne af tyngdekraften været rimelig præcise. På den anden side skærer grafen y-aksen i (0;-0,2288), hvor de to andre grafer skærer y-aksen i (0;-0,048) og (0;-

0,1064). Så der er den lidt mere upræcis.

Stående træ klods

Den dynam iske gnidningskraft R^{2} = 0,993

y = 0,1674x + 0,3086

0

1

2

3

4

5

6

7

0

Ft/N

Fgnid/N

Punkterne ligger næsten på en ret linje, som de jo skal, men det er stadig den ringeste måling, som vi har lavet. Grafen skal jo skærer y-aksen i (0,0), hvilken den slet ikke gør. Den skærer i (0;0,3086) i stedet.

DISKUSSION:

Her kommer en tabel, der sammenligner vores målinger af gnidningskoefficienten af den statiske og den dynamiske gnidningskraft med tabelværdier:

Sammenligning af gnidningskoefficienterne for træ mod træ

Vores måling Vores måling Tabelværdierne

Liggende træklods Stående træklods

Statisk 0,2427 0,2296 0,4-0,7

Dynamisk 0,2246 0,1674 0,2-0,4

Hvis jeg sammenligner med tabelværdier, så bemærker jeg først og fremmest, at vores målinger er meget lavere. Men det skyldes nok, at vi lavede målingerne på en lakeret bordplade, hvilket jo gør træet mere glat. Så er det klart nok, at gnidningskoefficienten bliver lidt mindre.

Hvis jeg derimod sammenligner den statiske gnidningskraft med den dynamiske gnidningskraft, så er det tydeligt, at det er den statiske gnidningskraft, der er størst. Det passer jo også godt nok med teorien. Det holder dog ikke helt i forsøget med stående træklods. Der er der nemlig flere tilfælde, hvor den dynamiske gnidningskraft er størst. Men det er som sagt bare vores målinger, der ikke er helt præcise.

Side 6

[navn fjernet] På hold med Mette og [navn fjernet] A.

1.x

Gnidningskraft Side 6 af 6

Som sagt er en del af formålet med forsøget at vise, at den dynamiske gnidningskoefficient ikke afhænger af arealet af gnidningsfladen. Det synes jeg, der er svært at vurdere, da den sidste måling med stående træklods er meget upræcis.

Til sidst vil jeg skrive nogle fejlkilder i forsøget, der måske har haft betydning for resultatet:

• Målinger af gnidningskraft med et dynamometer giver en stor usikkerhed.

• Som sagt var bordplade lakeret, hvilket garanteret har haft betydning for gnidningskraften.

• Det er ikke sikkert, at massen af lodderne præcist har været 0,2 kg og 1,0 kg og 2,0 kg.

ANVENDTE KILDER:

• Michaels øvelsesvejledning.

• Databogen.

• FysikABbogen1.

• www.google.dk