Labbrapport – Krafter & Friktion

Updated: 2 days ago

Inledning

Målet med laborationen var att hitta ett samband mellan friktionskraft och normalkraften, bestämma friktionskoefficienten, m, mellan lådan och ett underlag och jämföra uppmätt och beräknad dragkraft som verkar på en låda på ett lutande plan. Experimenten utfördes med olika vikter från 0 till 100 g vikt inklusive lådans massa.

Tanken för varje genomfört experiment är bland annat att investigera och rita en skalenlig figur på lådans fyra kraftkompositioner. Tyngdkraften, Fg, Normalkraften, FN, Friktionskraften, Fμglid och Dragningskraften, FD vid tillfällen då vi drar på lådan med dynamometern.

Tyngdkraften, Fg, är summan av gravitationskraften och det som håller oss kvar på jorden. Exempelvis så faller allt ner när den släpps från greppet. Gravitationskonstanten som används i detta experiment är 9.82 m/s2.

Normalkraften, FN, är den mekaniska vinkelräta komposanten av den kontaktkraft som hindrar materialet att tränga sig igenom dess yta. Normalkraften har SI-enheten Newtons (N).

Dragningskraften, FD, är kraften som accelerera ett objekt i en viss riktning tills friktionskraften uppväger den. När ett objekt är statisk så är förhållandena FD = Fμglid och när den är dynamisk är förhållandet FD > Fμglid. Dragningskraften har SI-enheten Newtons (N).

Friktionskraften, , Fμglid, är en kraft som strävar att motverka rörelsen mellan två yt-kontakter på grund av ojämnheter och adhesion som sker mellan ytorna. Beroende på om de två objekten är i rörelse eller i vila, bestäms friktionens storlek. Friktionskraften varierar beroende på material. Friktionskraften har SI-enheten Newtons (N).

Friktionskoefficienten, m, är en dimensionslös storhet som beskriver friktion mellan fasta ämnen och alltså har ingen enhet. Koefficienten varierar beroende på materialets yta.

Fs = μs*FN är formeln till magnituden på statiskt friktionskraft där och för dynamisk friktion är det FD = μD*FN. Oftast är dynamisk friktion ett mindre värde i jämförelse med statisk friktion och därför är även deras koefficienter i förhållande med varandra detsamma, μD < μs.


Utrustning



Utförande

Labben delades in i tre olika experiment med olika mål.

· Experiment 1: Relationen mellan friktionskraften och normalkraften med uträkningen av friktionskoefficienten.

(1) Plankan ställdes horisontellt på bordet och dynamometern nollställdes.

(2) Lådan vägdes tomt, dynamometerns krok sattes ihop med lådans och hela lådan drogs horisontellt med en horisontal hållen dynamometer med konstant hastighet.

(3) Processen upprepades fyra gånger med 0–3 100-gramsvikter ställda i lådan.

(4) Från primärdata på dragkraften och massan, beräknades medelvärdet på lådans tyngdkraft, friktionskraft och normalkraft.

(5) Kraftsituationen visades genom en skalenlig ritad kraftfigur.

(6) En graf ritades med friktionskraften som funktion av normalkraften. Med hjälp av grafen, beräknades linjens lutning, (k-värde) och ett matematiskt samband mellan friktionskraft och normalkraft bildades.


· Experiment 2: Uträkning av friktionskoefficienten med hjälp av trigonometri.

(1) Metallstången och tvingen sattes ihop för att plankan ska kunna lutas mot den.

(2) En låda med 100-gramsvikt placerad inuti ställdes på en planka och lutningen sakta ökades tills lådan sakta gled nerför planet med jämn fart.

(3) Vinkeln på lutningen beräknades. Längden och höjden till planets underkant användes tillsammans med hjälp av trigonometri .

(4) En skalenlig kraftfigur ritades och förhållanden mellan krafterna beräknades och analyserades.

(5) Ett uttryck på friktionskoefficienten som funktion av enbart underlagets vinkel skapades och den nya friktionskoefficienten jämfördes med den första från experiment

· Experiment 3: Uträkning av ett uttryck för kraftjämvikterna parallellt med och vinkelrätt mot planet. Uträkning av summan av de bromsande krafterna Fgx och Fμglid.

(1) Metallstången och tvingen sattes ihop för att plankan ska kunna lutas mot den.

(2) Planets lutning arrangerades, så att vinkeln 25° bildades med horisontalplanet.

(3) En låda med en 100-gramsvikt drogs uppför planet med en nollställd dynamometer som var parallell placerad med planen under dragningen med jämn fart.

(4) En skalenlig kraftfigur ritades.

(5) Ett uttryck för kraftjämvikterna parallellt med och vinkelrätt mot planet beräknades, summan av de bromsande krafterna Fgx och Fμglid beräknades. Sedan jämfördes summan med dynamometerns uppmätta dragkraft.


Primärdata



Beräkningar


Felkällor



Resultat/slutsats

Från experiment 1 fick vi fram en relation mellan friktionskraften och normalkraften som kan också ses på fig.2 då friktionskraften var en funktion av normalkraften betyder att lutningen på grafen blir friktionskoefficienten (k-värde).




Friktionskoefficienten blev i detta fall 0,2062, vilket är friktionskonstanten mellan dessa två fasta ämnen enligt förhållandet , Där Ff är friktion, µ är koefficienten och N är normalkraften. Grafens trendlinje visar att Fµglid är ungefär proportionell till normalkraften. Alltså en ökning på normalkraften resulterar en ökning på friktionen och tvärtom. Dessutom ritades en skalenlig kraftkomposition på lådan med horisontellt upplag som kan ses i fig.1.

Ett medelvärde på dom beräknade kraftkompositionerna som kan ses i tabell 1 överfördes till tabell 3, en tydlig trend kan ses där en ökning på 100 g motsvarar med en ökning på 0.2 N för varje ökad vikt.

Medelvärdet räknades ut på följande sätt; Medelvärde ==>



Normalkraften, FN och Tyngdkraften, Fg räknades genom att ta massan multiplicerad med gravitationskonstanten, g, 9.82 m/s2. , där m är massan på lådan.

På experiment 2 beräknades friktionskoefficienten med hjälp av trigonometri. Från fig.3 kan kraftkompositionen på lådan ses med vinkeln 13.1°. Medelvärdet på dragningskraften blev 1.17 N. Höjden respektive längden på den lutande plankan blev 27,6 cm och 122 cm.

friktionskoefficienten är:


Experiment 3 bildade vi ett uttryck för kraft jämnvikten parallellt med och vinkelrät mot planet dessutom räknade vi ut summan av dom bromsande krafterna Fgx och Fµglid.



Uttrycket: FD =Fgx+Fµglid anskaffades. Detta kan ses på fig.4. där det experimentella värdet på dragningskraften (FD) blev 1.17 N . Dock blev den teoretiska beräknade värdet 1.2 N pga. Fgx+Fµglid motsvarade 1.2 N. Skillnaden mellan den teoretiska och den praktiska är vädigt liten, men den experimental är lite större viket kan vara på grund av att vi drog upp lådan med dynamometern för snabbt och dessutom hade inte en jämn fart.


Referenser

(1) https://www.pluggakuten.se/trad/arbete-lutande-plan/ [Besöktes: 23/9–2020]

(2) http://wiki.math.se/wikis/forberedandefysik/index.php/3.3_Övningar [Besöktes: 25/9–2020]

(3) https://fysik.ugglansno.se/kurs-mekanik/ [Besöktes: 26/9–2020]

77 views

© 2017 Proudly made by YAS ​

  • LinkedIn Social Icon
  • Facebook Social Icon
  • Twitter Social Icon
  • Instagram
  • YouTube
  • TikTok
  • Pinterest