Feladat: 160. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Liptai Bernadett ,  Major Zsuzsanna ,  Megyeri Szabolcs ,  Trencsényi Balázs 
Füzet: 1994/november, 477. oldal  PDF file
Témakör(ök): Mechanikai mérés, Csúszó súrlódás, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1994/március: 160. fizika mérési feladat

Mérjük meg, hogyan függ az olajozott, sík felületek között fellépő csúszási súrlódási erő a nyomóerőtől, valamint a sebességtől!

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A mérés elvégzésekor a legnagyobb technikai problémát az egymáson csúszó felületek egyenletes sebességgel való mozgatása, illetve eközben a sebesség és a súrlódási erő egyidejű mérése okozza. Ezt a nehézséget Megyeri Szabolcs oldotta meg a legelegánsabban, az ő mérési elrendezése látható az 1. ábrán. Fúrógéppel egyenletes sebességgel forgatott hengerre fölül egy, a hengerpalásthoz simuló csúszó papucs nehezedik, melyhez érintő irányban egy rugós erőmérő kapcsolódik. A fúrógép fordulatszámát szabályozva változtathatjuk a súrlódó felületek relatív sebességét. A csúszó papucsra helyezett nehezékek (és a papucs saját súlya) megegyezik a nyomóerővel, a súrlódási erőt pedig a rugós erőmérőn olvashatjuk le. A felületek olajozását egy olajba mártott puha ecset biztosítja, mely finoman hozzáér a forgó koronghoz.

 

 
1. ábra
 

Megyeri Szabolcs a forgó tárcsa kerületi sebességét is igen ötletesen mérte. A társa egy kerékpár-dinamót hajtott meg, s ennek feszültsége jó közelítéssel egyenesen arányos a tárcsa sebességével. Az arányossági tényező alacsony fordulatszámon végzett kalibrációs mérésekkel állapítható meg.
(Az 1‐20 m/s tartományban) nyolc különböző sebességérték és (a 0,9‐3 N tartományban) hét különböző nyomóerő mellett mérte a súrlódási erőt. Mérési eredményeinek egy része az 1. táblázatban, illetve az 1. és 2. grafikonon látható. (Minden mérési pont három azonos beállítású, de egymástól független mérés átlaga.)
 

 
1. grafikon
 


 
2. grafikon
 

Az 1. grafikonról látható, hogy a súrlódási erő a nyomóerőt növelve növekszik, azonban a két erő közti összefüggés nem pontosan lineáris. A 2. grafikonról megállapítható, hogy a súrlódási erő függ a súrlódó felületek sebességétől, sőt, nagyobb nyomóerők esetén ez a függés igen bonyolult is lehet. Érdekes eredmény, hogy bizonyos esetekben a súlódási erő olajozott felületek között is nagyobb lehet, mint a nyomóerő (azaz μ1). Ennek az az oka, hogy Megyeri Szabolcs viszonylag nagy, néhány m/s-os sebességek mellett végezte méréseit, és ekkora sebességeknél számottevő lehet az olaj viszkozitásából adódó ellenállás. Major Zsuzsanna (Stuttgart, Friedrich-Eugens Gymnasium, II. o. t.) egy nagyságrenddel kisebb sebességek mellett (0,1‐0,2 körüli értékeket kapott. (A mérési eredmények függhetnek a felhasznált olaj minőségétől is.)
Látható, hogy a csúszási súrlódási erő igen bonyolult, sokféle paramétertől függhet, s ez a függés matematikai formulákkal nehezen fejezhető ki. A mechanikai feladatok megoldása során használt ,,súrlódási erő=súrlódási együttható×nyomóerő'' összefüggés e bonyolult kapcsolatnak egy nagymértékben leegyszerűsített közelítése.