纸张相互搭接的摩擦力演示测量仪的制作方法

本实用新型涉及摩擦力测量技术领域，特别是涉及一种纸张相互搭接的摩擦力演示测量仪。

背景技术：

纸张相互搭接后可以产生远大于正压力的摩擦力，由于其摩擦力非常巨大，其原理可以应用在刹车片结构设计和纳米材料拼接等领域中。纸张相互搭接的摩擦力不仅仅与正压力及摩擦系数有关，还与纸张间相互接触面有关；经典库仑定律所阐述的是物体表面间凹凸机械啮合理论，纸张相互搭接的摩擦力中分子间吸引力也是一个重要组成部分。纸张相互搭接的摩擦力产生规律符合苏联学者克拉·盖尔斯基所提出的分子机械理论(摩擦二项式定理)，理论中提出纸张相互搭接的摩擦力是由库伦凹凸机械啮合摩擦力及分子间吸引力有机组合而建立。其规律具体表达式如下：

ρ:纸张密度；μ：摩擦系数；M:页数；A0：接触面积；α，β：分子间吸引力的系数。

因此，研究纸张相互搭接的摩擦力对于验证和发展相关摩擦力学规律有着极其重要的作用。

同时，由于单薄的纸张与巨大的摩擦力对比鲜明，这一现象是物理学中少有的能够引人的注意，激发学习者兴趣的奇特现象。在中央电视台2016年的一期《加油向未来》的电视节目中，实验人员将两本黄页电话簿搭接在一起，在两辆卡车的牵引下，测得最大摩擦力相当于7.25吨物体的重力，其现象之壮观，引起了观众的喝彩和强烈兴致。纸张相互搭接的摩擦力这一现象引入物理实验教学课堂上必能引起学生强烈的好奇心和学习兴趣，激发学生物理和摩擦力相关知识的学习动力。演示纸张相互搭接的摩擦力这一现象对物理学摩擦力相关知识的教学效果有着显著的促进作用。

但是，由于纸张相互搭接的摩擦力非常巨大，难以稳定产生和测量，且多张纸层叠后容易混乱，纸张间正压力不易控制；目前，还没有能够精确确测量纸张相互搭接的摩擦力的研究性仪器，也没有能够稳定便捷地演示这一现象的专门仪器。现阶段对纸张相互搭接的摩擦力产生及研究方案较少，常见的测试方法是通过简陋两组夹片固定纸张后，将纸张逐页搭接，然后将一组夹片通过绳子连接固定的测力计，另一端用手动的方式产生拉力，然后将纸张放置在实验桌上，在手动产生拉力的同时通过读取测力计的示数来测量纸张相互搭接的摩擦力大小。

这种结构存在以下缺点：1.装置简陋，没有统一的实验基座，测量纸张相互搭接的摩擦力时，纸张直接放置在实验台上测试时会受到实验台表面摩擦力的影响，不同实验台粗糙程度不同，产生额外的干扰摩擦力大小也不同，造成了测量数据的不准确。

2.使用人工施力产生摩擦力，由于人手的随意性，施力大小不稳定导致纸张相互搭接的摩擦力不能稳定，且人工施力的大小范围有限，无法产生页数较多(大于60页)数值较大的纸张相互搭接的摩擦力。

因此，如何提供一种读数准确、结构稳定且便于教学演示的纸张相互搭接的摩擦力演示测量仪，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种读数准确、结构稳定且便于教学演示的纸张相互搭接的摩擦力演示测量仪。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型公开了一种纸张相互搭接的摩擦力演示测量仪，包括：

实验平台；

承载装置，所述承载装置包括玻璃载物台、夹紧结构和标尺，所述标尺沿左右方向设置于所述玻璃载物台的边缘，多个所述夹紧结构分别位于所述玻璃载物台上侧两端且与所述玻璃载物台滑动接触，所述夹紧结构用以夹紧左侧纸张的左侧边缘或右侧纸张的右侧边缘；

测量装置，所述测量装置包括电子测力计和连接结构，所述电子测力计的测量端通过所述连接结构与左侧的所述夹紧结构固定连接，所述电子测力计与所述实验平台相对固定；

施力装置，所述施力装置包括U型基座、L型杆、绳索和重物，所述L型杆的直角端转动连接于所述U型基座的凹槽内，所述重物可拆卸地连接于所述L型杆的长杆段，所述绳索的左端固定连接于位于右侧的所述夹紧结构上，所述绳索的右端固定连接于所述L型杆的短杆段。

优选地，所述承载装置还包括可调节吸盘，所述可调节吸盘包括底座、螺纹杆和吸盘，所述螺纹杆的下端与所述底座螺纹连接，所述螺纹杆的上端与所述吸盘固定连接，所述可调节吸盘为多个，所述底座固定于所述实验平台上，所述吸盘吸附于所述玻璃载物台的下表面。

优选地，所述夹紧装置包括上板、下板、紧固螺丝和紧固螺母，所述上板与所述下板之间用以放置纸张，所述紧固螺丝的螺纹部向上穿过所述下板与所述上板并与位于所述上板上侧的所述紧固螺母螺纹连接。

优选地，所述测量装置还包括调节螺丝、调节螺母和可调节平台，所述电子测力计固定于所述可调节平台上，所述调节螺丝的螺头焊接于所述实验平台上，所述调节螺丝的螺纹部向上穿过所述可调节平台，两个所述调节螺母位于所述可调节平台的上下两侧并与所述调节螺丝螺纹连接。

优选地，所述实验平台为倒U型凹槽结构。

优选地，还包括玻璃盖板和镇压砝码，所述玻璃盖板用以盖在纸张上，所述镇压砝码用以镇压所述玻璃盖板。

优选地，所述绳索为钢缆。

优选地，所述重物在所述L型杆的长杆段上的位置可调。

优选地，所述重物包括悬挂件和多个片状砝码，所述悬挂件包括由上至下依次固定连接的挂钩、竖杆和底托，所述底托用以支撑单个或多个所述片状砝码，所述挂钩悬挂于所述L型杆的长杆段上。

优选地，所述L型杆的长杆段上沿长度方向设有条形槽或设有多个挂孔，所述挂钩挂接于所述条形槽或所述挂孔内。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本实用新型的摩擦力演示测量仪结构紧凑，体积较小，便于展示。可在课桌上展示纸张相互搭接的摩擦力，可用于物理课堂教学。

2.仪器结构较为简单，夹紧结构使用简便，利用杠杆结构施加拉力，利用砝码调节拉力，施力范围大、操作简便。

3.仪器多采用钢制结构，并用焊接或螺丝固定的方式固定于实验平台，稳定可靠。

4.仪器读数精准，测量范围大，受环境因素影响小，可应用于科学研究。

5.仪器可调节纸张相互搭接的长度和纸张正向压力，为精确研究纸张相互搭接的摩擦力产生规律提供条件。

6.仪器造价低廉，杠杆相对于液压机施力装置造价更低，便于仪器推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型纸张相互搭接的摩擦力演示测量仪的俯视结构示意图；

图2为本实用新型纸张相互搭接的摩擦力演示测量仪的主视结构示意图；

附图标记说明：1实验平台；2承载装置；21玻璃载物台；22夹紧结构；23标尺；24可调节吸盘；3测量装置；31电子测力计；32连接结构；33可调节平台；4施力装置；41 U型基座；42 L型杆；43绳索；44悬挂件；45片状砝码；46玻璃盖板；47镇压砝码。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种读数准确、结构稳定且便于教学演示的纸张相互搭接的摩擦力演示测量仪。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-2所示，本实施例提供一种纸张相互搭接的摩擦力演示测量仪，包括实验平台1、承载装置2、测量装置3和施力装置4。

其中，承载装置2包括玻璃载物台21、夹紧结构22和标尺23，标尺23沿左右方向设置于玻璃载物台21的边缘，多个夹紧结构22分别位于玻璃载物台21上侧两端且与玻璃载物台21滑动接触，夹紧结构22用以夹紧左侧纸张的左侧边缘或右侧纸张的右侧边缘；测量装置3包括电子测力计31和连接结构32，电子测力计31的测量端通过连接结构32与左侧的夹紧结构22固定连接，电子测力计31与实验平台1相对固定；施力装置4包括U型基座41、L型杆42、绳索43和重物，L型杆42的直角端转动连接于U型基座41的凹槽内，重物可拆卸地连接于L型杆42的长杆段，绳索43的左端固定连接于位于右侧的夹紧结构22上，绳索43的右端固定连接于L型杆42的短杆段。

使用时，将两摞同等页数的纸张分别固定在左右两个夹紧结构22上，将夹紧结构22和纸张放置在玻璃载物台21上。左侧夹紧结构22通过连接结构32连接至电子测力计31，右侧夹紧结构22通过绳索43连接至L型杆42的短杆段。利用标尺23调节最底部的两张纸的搭接长度，并按照此长度将上面的纸张依次相互搭接叠加。将重物连接于L型杆42的长杆段，改变重物的重量，使纸张间产生摩擦力，直至纸张间发生相对滑动。在此过程中读取电子测力计31的数值并记录，也可将电子测力计31连接至电脑，由电脑自动记录。在水平拉力下可测得书页间最大摩擦力的精确值，电子测力计31所测得的最大值即为纸张相互搭接时的最大静摩擦力。

为了便于调整玻璃载物台21的高度以及对玻璃载物台21调平，本实施例的承载装置2还包括可调节吸盘24。可调节吸盘24包括底座、螺纹杆和吸盘，螺纹杆的下端与底座螺纹连接，螺纹杆的上端与吸盘固定连接。可调节吸盘24为四个，底座固定于实验平台1上，吸盘吸附于玻璃载物台21的下表面四个角的位置。通过转动螺纹杆可调整底座与吸盘之间的距离，当四个可调节吸盘24上底座和吸盘的距离均调整合适后，使吸盘吸附在玻璃载物台21的下表面即可。

夹紧装置有多种类型，本领域技术人员可根据需要进行选择，只要能夹紧纸张的边缘即可。本实施例的夹紧装置包括上板、下板、紧固螺丝和紧固螺母，上板与下板之间用以放置纸张，紧固螺丝的螺纹部向上穿过下板与上板并与位于上板上侧的紧固螺母螺纹连接。通过旋转紧固螺母，可夹紧或松开纸张边缘。

为了使电子测力计31在测量时，用以连接电子测力计31和左侧的夹紧结构22的连接结构32处于水平状态，使得电子测力计31测得的力为水平力，本实施例的测量装置3还包括调节螺丝、调节螺母和可调节平台33，电子测力计31固定于可调节平台33上。调节螺丝的螺头焊接于实验平台1上，调节螺丝的螺纹部向上穿过可调节平台33，两个调节螺母位于可调节平台33的上下两侧并与调节螺丝螺纹连接。上述由调节螺丝和调节螺母组成的高度调节结构为四组，分布于可调节平台33的四个角。由于调节螺丝焊接固定于实验平台1上，只能够通过旋转调节螺母的方式改变可调节平台33的高度，调节螺母用以承托并夹紧可调节平台33。相应的，在进行实验前，应先将玻璃载物台21和可调节平台33调平，其高度差应使得连接结构32处于水平状态。连接结构32优选为金属连接杆，金属连接杆的两端可通过螺纹连接、焊接、胶带缠绕、挂钩挂接等方式，分别与电子测力计31的施加拉力的一端以及位于玻璃载物台21左侧的夹紧装置的上板或下板相连，具体连接方式可根据实际需要进行选择。

本实施例的绳索43优选为钢缆，钢缆的长度优选为使得在钢缆张紧时，L型杆42的长杆段为水平状态。为了减轻实验平台1的重量，本实施例的实验平台1为倒U型凹槽结构。为了便于对纸张施加向下的正压力，本实施例还包括玻璃盖板46和镇压砝码47，玻璃盖板46用以盖在纸张上，镇压砝码47用以镇压玻璃盖板46。本实施例中，实验平台1长100cm，宽27cm，高5cm；可调节平台33长30cm，宽20cm，厚3mm；玻璃载物台21长55cm，宽25cm，厚8mm；玻璃盖板46长25cm，宽20cm。其中，实验平台1和可调节平台33均为钢制结构。

进一步的，本实施例的重物在L型杆42的长杆段上的位置可调，从而可以在重物的质量不变的情况下改变力矩，从而改变绳索43处的拉力。

重物的形式有多种，本实施例中，重物包括悬挂件44和多个片状砝码45。悬挂件44包括由上至下依次固定连接的挂钩、竖杆和底托，底托用以支撑单个或多个片状砝码45，挂钩悬挂于L型杆42的长杆段上。将单个或多个片状砝码45放置于底托上，并将挂钩挂接于L型杆42的长杆段上后，即可对绳索43施加拉力，拉力的大小可通过改变片状砝码45的数量进行调整。

L型杆42的长杆段上可沿长度方向设置条形槽或设置多个挂孔，以便挂钩挂接于条形槽或挂孔内。本实施例中，L型杆42的长杆段上沿长度方向设有条形槽。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。