Прибор, который мы построим, позволит определять коэффициенты трения скольжения и трения качения.

Основные части прибора — доска с кронштейнами и блоками и грузовая площадка. Понадобятся еще гири весом от 100 г до 2 кг.

Если гирь у вас нет, можете изготовить их сами; форма гири значения не имеет, важен только ее вес. Поэтому можете сделать гири из свинца, стали, меди, чугуна, даже из кусков кирпича. После того как отольете, отпилите или отобьете такую «гирю», взвесьте ее на весах и напишите вес прочной краской. Если хотите, чтобы вес выражался круглой цифрой (скажем 200 г, а не 214,5 г.), спилите излишек «гири» напильником. Самодельные гири запрещено применять в торговле и в технике. Но для лаборатории юного физика они вполне подойдут.

Размеры доски прибора: длина 40–50 см, ширина 120–150 мм, толщина 15–20 мм.

С боков подстрогайте доску под углом, чтобы она расширялась кверху. Всю доску чисто обстрогайте и отшлифуйте шкуркой. Красить и лакировать ее не нужно.

Для того чтобы определять коэффициенты трения по стали, меди, латуни, алюминию, подберите листы из этих материалов и сделайте из них «чехлы» на доску. «Чехлы» должны надвигаться со свободного конца, пока не упрутся в кронштейны. Загнутые края «чехлов» будут охватывать бока доски, сужающиеся книзу. Это не даст им отставать от доски. Кронштейны не дадут «чехлам» съехать вперед.

Грузовая площадка — это просто кусок доски размером 50x100 мм. С одной стороны гладко обстрогайте ее и отшлифуйте шкуркой, с другой — обейте гладкой листовой сталью. Шляпки гвоздей ни в коем случае не должны торчать снизу. Лучше края стального листа загнуть и прибить к площадке с боков. Переворачивая площадку, сможете определять коэффициенты трения для дерева и для стали.

В серединах короткой и длинной сторон площадки вбейте по петельке для закрепления нитки. После этого взвесьте площадку и напишите на ней ее вес.

Кронштейны для роликов расчертите по рисунку 23 на листке жести или латуни толщиной 0,5–0,8 мм и вырежьте по контуру.

Рис. 23. Прибор для определения коэффициента трения.

Сложите заготовки вместе, зажмите в тиски и опилите по контуру. Затем просверлите отверстия для осей роликов через обе заготовки сразу. Снова точно совместив заготовки, убедитесь, что отверстия совпадают. В таком положении еще раз зажмите их в тиски и молотком отогните нижние полки в противоположные стороны. Отверстия в полках под гвоздики, крепящие кронштейны к доске, можете сверлить но отдельности; здесь совмещение не требуется.

Торчащие «ушки» кронштейнов отогните плоскогубцами пока примерно на 90°. После этого прибейте кронштейны к доске. Просвет между ними подберите по блокам с шайбами.

Блоки сделайте из средней части («гильзы») катушки от ниток. Насадите гильзу на карандаш, отрежьте два блока шириной по 8 мм и круглым надфилем пропилите в них по окружности канавки. Чтобы канавки были ровными, лучше всего пропиливать их, зажав гильзу в патрон токарного или сверлильного станка или хотя бы дрели. В этом случае канавки пропилите сначала, а потом уже, не останавливая вращения, отрежьте блоки от гильзы острой стамеской.

Из отрезков карандаша, сидящих внутри блоков, вытолкните грифель. Подберите гвоздики такой толщины, чтобы блоки легко на них вращались, и отрежьте кусачками две оси такой длины, чтобы они выступали за края блоков вместе с шайбами по 2 мм с каждой стороны. Из медной проволоки согните на этих осях по две шайбы на каждый блок. Собрав блоки с шайбами на осях, окончательно загните «ушки» кронштейнов так, чтобы оси не могли выпасть.

Для определения трения скольжения положите доску плашмя на стол и перекиньте нитку от грузовой площадки через нижний блок кронштейнов. Нитка должна идти параллельно доске. Нагрузив площадку гирей весом в 1 кг, тяните за свободный конец нитки динамометром так, чтобы площадка с грузом двигалась равномерно. Заметьте показание динамометра. Коэффициент трения равен силе тяги, деленной на вес площадки вместе с грузом.

Если подходящего динамометра у вас нет, привяжите к концу нитки ведерко и насыпайте в него песок или дробь до тех пор, пока площадка с грузом не придет в равномерное движение. После этого ведерко с дробью взвесьте.

Для большей точности можете для каждой пары материалов повторить опыт несколько раз, изменяя вес положенного на площадку груза. Значения коэффициента трения будут получаться очень близкими. Если какое-нибудь из них будет сильно отличаться, отбросьте его, а из остальных возьмите среднее арифметическое.

Прицепляя грузовую площадку к нити широкой или узкой стороной, вы сможете убедиться, что сила тяги от этого не меняется.

Трение качения можно определить подобным же образом, только под грузовую площадку надо подложить несколько круглых карандашей. Нитку теперь нужно перекинуть не через нижний, а через верхний блок кронштейна. Ведь она должна быть параллельна доске, а грузовая площадка, уложенная на круглые карандаши, стала выше на 8 мм (диаметр обычных школьных цветных карандашей).

Вы легко убедитесь, что коэффициент трения качения примерно в десять — двадцать раз меньше, чем коэффициент трения скольжения. Именно поэтому в современной технике такую важную роль играют подшипники качения.