Lespakket wrijving Inleiding Wrijving is een natuurkundig begrip dat de weerstandskracht aanduidt, die ontstaat als twee oppervlakken langs elkaar schuiven, terwijl ze tegen elkaar aan gedrukt worden. We hebben 3 verschillende soorten van wrijving, geef bij elk een voorbeeld: -
Rollende wrijving: ……………………………………………………………
-
Glijdende wrijving: ……………………………………………………………
-
Luchtweerstand:……………………………………………………………………
Wrijving kan leiden tot
vormverandering
en
warmteproductie
.
De wrijvingskracht leidt zoals elke kracht tot een “versnelling”. Omdat de wrijvingskracht altijd in tegengestelde zin werkt als de beweging, leidt wrijving altijd tot “negatieve versnelling” ofwel: vertraging. Een bewegend voorwerp, dat alléén wrijving en verder geen andere krachten ondervindt, gaat dus steeds langzamer bewegen tot het stil staat. In de volgende leerlingenproeven hebben we het over de glijdende wrijving. We willen de onderstaande wetten testen op hun juistheid.
De wrijvingswetten -
1e wet: De weerstand die je ondervindt bij het verschuiven van een voorwerp is onafhankelijk van de grootte van de contactvlakken.
-
2e wet: De wrijvingsweerstand is recht evenredig met de normaalkracht : hoe zwaarder het te verplaatsen voorwerp, hoe groter de wrijvingskracht.
-
3de wet: De wrijvingsweerstand is afhankelijk van de afwerking en aard van de contactvlakken. Een stoel verschuift gemakkelijk op een gladde vloer, moeilijk op een ruwe betonvloer.
contactvlakken Staal op staal Staal op gietijzer Hout op hout Rubber op asfalt Staal op hout
Statische wrijvingsfactor droog gesmeerd 0,80-0,15 0,23-0,11
Kinematische wrijvingsfactor droog gesmeerd 0,57-0,03 0,20-0,03
0,35-0,20
0,20-0,10
0,27-0,13
0,13-0,03
0,60-0,20
0,16
0,40-0,20
0,08
0,90-0,60
0,45
0,50
0,40
0,50-0,20
0,65
0,50
0,22-0,08
leerlingenproeven
Fig1.7 Wrijving: glijdende wrijving
Doel Bij deze proef leg je een blokje op een helling. Vergroot de hellingshoek
met behulp van een NXT motor (zie foto volgende pagina). Bij deze proef heb je een motor nodig die er voor zorgt dat de helling langzaam omhoog gaat door middel van een tandwiel en tandlat. Met behulp van een ultrasone sensor ga je na wanneer het blokje naar beneden begint te glijden. Het gebeurt wel eens dat de ultrasone sensor het blokje niet opmerkt. Deze meting moet je dan natuurlijk wel hernemen.
Benodigdheden -
LEGO NXT doos blauwe LEGO education doos (9648) schuurpapier normaal wit papier gewichtjes (100g - 300g)
Opstelling Je plaatst het blokje juist voor de NXT-ultrasone sensor. Van zodra het blokje begint te schuiven merkt de ultrasone sensor dit op en stopt de motor. Nu kun je de hoek meten. Op deze manier kun je de drie wetten testen. Ontwerp een constructie zoals op de foto’s.
Fig1.8 Wrijving: opstelling
Programmeer de NXT als volgt:
Formules - De wrijvingskracht _
met:
_
De wrijvingsfactor kun je berekenen met . Je kunt ook de wrijvingsfactor tussen bepaalde materialen vinden in je tabellenboek pag. 31.
met:
- De zwaartekracht
_
_
- De normaalkracht De component van de zwaartekracht volgens de y-richting kun je berekenen met
Proef 1 Construeer een zwarte blok in de vorm van een balk met een grootte van 10 op 6 blokken. Zwarte blokken worden heel goed waargenomen door de ultrasone sensor. Een eerste meting voer je uit met 2 zware blokken in het geheel. Zo’n zware blok weegt 114g. Leg de blok anders, zodat het contactoppervlak wijzigt. Voer iedere proef 10 keer uit, meet telkens de hoek en bepaal het gemiddelde. We meten de hoek zoals op de figuur hieronder.
Fig##Wrijving: Zwaar blok
Fig## Wrijving: methode om hoek te meten
Noteer hieronder welk vermogen je moet instellen in je programma om deze proef zo goed mogelijk uit te voeren. - Meting 1: twee zware blokken, blok plat gelegd Vermogen: 40 Massa : 0.110 kg We voeren de proef 10 keer uit: 1e maal: ……..…31°…………
6e maal: …………29°………
2e maal: …………30°…………
7e maal: …………28°………
3e maal: …………28°…………
8e maal: …………27°………
4e maal: …………30°…………
9e maal: …………29°………
5e maal: …………30°………
10e maal: ………27°………
Gemiddelde hoekwaarde: . 28,9°
- Meting 2: twee zware blokken, blok rechtop Vermogen: 35 Massa : 0,110 kg We voeren de proef 10 keer uit: 1e maal: ………30°………
6e maal: ………30°…………
2e maal: ………27°………
7e maal: ………27°…………
3e maal: ………26°………
8e maal: ………28°…………
4e maal: ………29°…………
9e maal: ………27°…………
5e maal: ………32°………
10e maal: ……32°…………
Gemiddelde hoekwaarde : 28,6° Besluit : De weerstand die je ondervindt bij het verschuiven van een voorwerp is onafhankelijk van de grootte van de contactvlakken. (Wet 1) Vul de onderstaande tabel aan en bereken de wrijvingskracht.
normaal wit papier 110
28,6
0,34
1,079
0,947
0,947
0,322
Proef 2 Construeer opnieuw een zwarte blok in de vorm van een balk met een grootte van 10 op 6 blokken. Voor deze proef gebruiken we in meting 1, vier zware blokken en voor meting 2 gebruiken we geen zware blokken. Voer de proef opnieuw 10 keer uit, meet telkens de hoek en bepaal het gemiddelde. Noteer hieronder welk vermogen je moet instellen in je programma om deze proef zo goed mogelijk uit te voeren.
- Meting 1: vier zware blokken Vermogen: 45 Massa : 0.220 kg We voeren de proef 10 keer uit: 1e maal: ………25°….……
6e maal: ..……32°…………
2e maal: ..……30°…………
7e maal:..……26°…………
3e maal: ..……28°…………
8e maal: ..……26°…………
4e maal: ..……27°…………
9e maal: ..……32°…………
5e maal: ..……29°…………
10e maal: ..……26°………
Gemiddelde hoekwaarde: 28,1° - Meting 2: geen zware blokken Vermogen: 35 Massa : 0.022 kg We voeren de proef 10 keer uit: 1e maal: ..……33°…………
6e maal: ..……29°…………
2e maal: ..……34°…………
7e maal: ..……36°…………
3e maal: ..……31°…………
8e maal: ..……32°…………
4e maal: ..……29°…………
9e maal: ..……29°…………
5e maal: ..……28°…………
10e maal: ..……33°………
Gemiddelde hoekwaarde: 31,4° - Besluit : Vergelijk deze hoekwaarden. - Meting 1 : we bekomen een gemiddelde hoekwaarde van 28,1° bij het blok met vier zware blokken. - Meting 2 : we bekomen een gemiddelde hoekwaarde van 31,4° bij het blok zonder zware blokken.
Vul de onderstaande tabel aan en bereken de wrijvingskrachten in beide gevallen.
normaal wit papier 220
28,1
0,53
2,158
1,904
1,904
1,010
22
31,4
0,61
0,216
0,184
0,184
0,112
Hoe zwaarder het te verplaatsen voorwerp, hoe groter de wrijvingskracht. (Wet 2)
Proef 3 In deze proef gebruiken we eens wit papier en eens schuurpapier als ondergrond. We laten verschillende massa’s naar beneden glijden, meten telkens de hoek en berekenen de bijhorende wrijvingskracht.
normaal wit papier 100
34
0,67
0,981
0,813
0,813
0,549
150
34
0,67
1,472
1,220
1,220
0,823
200
31
0,60
1,962
1,682
1,682
1,011
250
28
0,53
2,453
2,166
2,166
1,151
300
26
0,49
2,943
2,645
2,645
1,290
schuurpapier 100
54
1,38
0,981
0,577
0,577
0,794
150
54
1,38
1,472
0,865
0,865
1,190
200
50
1,19
1,962
1,261
1,261
1,503
250
49
1,15
2,453
1,609
1,609
1,851
300
48
1,11
2,943
1,969
1,969
2,187
Besluit Bij schuurpapier meet je een grotere hoek dan bij wit papier. (wet3) Hoe zwaarder het te verplaatsen lichaam, hoe kleiner de hoek waarbij een voorwerp begint te glijden. (wet 2)
Is er een lineair verband tussen de massa en de wrijvingskracht? We tekenen de punten in een grafiek en verbinden ze met elkaar.
We merken een lineair verband.
Met het rekentoestel kunnen we een lineaire regressie uitvoeren op de gevonden meetwaarden. -
Schuurpapier:
-
Normaal wit papier:
