Eksperimenta
Poskusa nismo želeli izvajati na terenu, saj bi bili s tem preveč odvisni od vremena, poleg tega pa je ena izmed naših metod zahtevala klanec z dovolj veliki naklonom, ki bi ga težko našli v okolici fakultete. V delavnici smo našli „betonsko“ ploščo, ki je bila na eni strani preveč hrapava, na drugi pa so bili noter vliti še kamenčki. Ta stran plošče je bila zelo zbrušena, a vseeno je bila bolj primerna kot druga stran. Zato smo verjetno dobili nekoliko manjši koeficient, kot pa je na navadnem betonu, ki ga najdemo na voziščih.
1. METODA (Klanec)
Potrebščine:
- odrezan kos gume
- čevelj
- 2 kosa lesa
- 2 tanki, dolgi leseni paličici
- vijaki
- betonska plošča in lesena plošča za podlago
- klop
- optična vrata in naprava Labquest
- 2 stojali
- meter
- geotrikotnik
- tehtnica
Kontrolne spremenljivke:
- m (masa gume(čevlja)oziroma sistema)
- θ (naklonski kot klanca)
- s (razdalja med točko spusta gume in meritvijo hitrosti)
- d (debelina palčke)
Poskus je potekal pri sobnih pogojih.
Potek
Najprej smo pripravili sistem z gumo – na vodoravno simetrično os našega kosa gume smo z vijaki pritrdili kos lesa (in s tem zagotovili dovolj veliko maso za poskus), nanj pa smo namestili še leseno deščico, tako, da je bila na robu gume in je segala višje kot rob gume. Klanec smo pripravili tako, da je bil zgornji rob naslonjen na klop. Kot je moral biti dovolj velik, da je guma pospešeno drsela po klancu. Najprej smo hoteli hitrost gume meriti na dveh mestih, a smo imeli prekratko ploščo, da bi bila vidna razlika med hitrostma. Zato, smo privzeli, da se od začetnega položaja, ko spustimo gumo, ta po klancu spušča enakomerno pospešeno. Optična vrata smo vpeli v stojala in jih postavili bolj proti koncu klanca, tako, da je bila hitrost čimvečja. Hitrost je priključek Labquest iz časovnega intervala (1.ko se prekine žarek, 2.ko žarek neha biti prekinjen) in debeline palčke sam izračunal. Optična vrata smo morali postaviti kar se da vzporedno s klancem. Gumo smo obrnili tako, kot je obrnjena na avtu. Nato smo jo spuščali po klancu in si zapisovali le smiselne rezultate. Iste meritve smo ponovili s čevljem, ki smo ga opremili podobno kot gumo. S čevljem smo imeli malo več težav, saj se je včasih začel vrteti. Težišče bi morali prestaviti bolj proti začetku čevlja, ampak smo našli začetni položaj čevlja, pri katerem se čevelj skoraj nikoli ni začel vrteti. Vzeli pa smo seveda le rezultate, pri katerih smo bili prepričani, da je čevelj po klancu potoval kar se da translacijsko. Nato smo se lotili poskusa še na mokrem betonu. Že pri prvem koraku smo naleteli na veliko težavo – beton je ostal moker le za nekaj trenutkov, potem pa je voda odtekla, plošča pa je bila iz materiala, ki ni vpijal vode. Ker smo našo nalogo povezovali z avtom, ki mu zdrsne na cestišču, smo privzeli, da je na betonu vsaj določena višina vode ( saj se ta na cesti ne posuši tako hitro oziroma ne odteče). Poskus smo najprej opravili s čevljem. Zopet smo ga postavili na vrh klanca, ga spustili in polivali ploščo pred in za njim. Ker se je čevelj ni hotel premakniti, ko pa se je pa se je močno vrtel, smo poskusili še brez stalnega vodnega toka – tako da je bil beton vseeno kar se je dalo moker. Pri tem poskusu se čevelj sploh ni hotel premakniti, ozirom se je približno linearno gibal le, če smo mu dali dovolj potiska. Razmišljali smo, da bi poskus na novo zasnovali z dvema optičnima vratoma in začetnim potiskom, ampak kot smo sklenili že na začetku, za tak podvig nismo imeli dovolj prostora. Z gumo smo imeli manj težav, saj se ni vrtela, še vedno pa se ni želela samodejno premakniti. Tudi pri malo večjih naklonih rezultati niso bili dobri. Zato smo sklenili, da bomo koeficient trenja med gumo oz čevljem in mokrim betonom izmerili z 2. metodo.
Komentar
S polivanjem betona smo dobro očistili ploščo prahu in peska. Šele takrat smo se spomnili, da bojo rezultati verjetno drugačni na čisti suhi podlagi, kot na umazani. Ponovili smo poskus na čisti podlagi in čevelj se ni premaknil. Nato pa smo na podplat čevlja (ki je bil tudi sedaj čist) potresli malo finega peska (tako, da je bil čevelj približno toliko umazan kot je bil na začetku) in rezultati so bili znova primerljivi z začetnimi.
Slika 1: Prva metoda; Merjenje koeficienta trenja s klancem
2. METODA (Ravnovesje sil)
Potrebščine:
- odrezan kos gume
- čevelj
- 2 kosa lesa
- digitalni in navadni silomer
- vijaki
- betonska plošča in lesena plošča za podlago
- dodatna masa(klešče, kepa plastelina)
- optična vrata in naprava Labquest
- sistem za vleko: vrvica, stojali in škripec, vrtalni stroj
- tehtnica
Kontrolne spremenljivke:
- m (masa gume(čevlja)oziroma sistema)
- F (sila)
- P (moč s katero vlečemo)
Potek
Najprej smo želeli preveriti, približno kako velika bo sila, s katero bomo mogli vleči gumo po plošči. Na gumo smo pritrdili navadni silomer, nanj navezali vrvico, ki smo jo nato vlekli, kar se da enakomerno, vzporedno s tlemi, ker je sila prišla večja od 10 N (skala silomera je štela 10 N), smo razmišljali, da bi na gumo vzporedno pritrdili 2 silomera. Ker bi bila natančnost takih meritev zelo slaba, smo se odločili za digitalni merilec sile vernier, ki smo ga pritrdili na gumo. Predvidevali smo , da z roko težko vlečemo enakomerno (in s konstantno hitrostjo) in zato naredili alternativni sistem za vleko. V stojalo smo vpeli vrtalni stroj (morali smo ga še držati, saj se je vrtel okoli osi) in na nastavek navezali vrvico, ki se je pri vklopu vrtalnika navijala okoli nastavka. Vrvica je bila na drugi strani navezana na silomer, vmes pa je bil vodoravno postavljen škripec, ki je poskrbel za to, da je sila delovala vzporedno s ploščo. Meritve smo izvajali tako, da smo sprožili vrtalni stroj (preizkušali smo pri različnih močeh), silomer je meril silo v odvisnosti od časa, graf pa nam je narisal priključek Labquest. Pri analizi smo vzeli le intervale najbolj enakomerne sile. Poskusi so bili težavni, saj je sila močno nihala, pogosto smo morali menjati baterijo, intervali konstantne sile pa so bili zelo kratki. Meritve smo opravili še na mokri podlagi. Meritve smo opravili tudi s čevljem, ki smo ga morali malo bolj obtežiti, saj drugače ni bil vedno postavljen vodoravno in smo težko dosegli konstantno hitrost in silo. Vse meritve smo opravljali z dvema različnima masama (da bi preverili še odvisnost koeficienta od mase). Ko smo opravili meritve na suhi podlagi, smo opravili iste meritve še tako, da smo vrvico vlekli z roko, saj smo želeli preveriti, ali bo sila sedaj bolj enakomerna. S tem smo močno izboljšali rezultate, zato smo meritve na mokri podlagi opravljali le z roko.
Slika 2: Druga metoda; Merjenje koeficienta trenja z vleko