Большинство людей, вспоминая свои школьные годы, уверены, что физика - это весьма скучный предмет. Курс включает множество задач и формул, которые никому в последующей жизни не пригодятся. С одной стороны, эти утверждения правдивы, но, как и любой предмет, физика имеет и другую сторону медали. Только ее не каждый открывает для себя.

Очень многое зависит от учителя

Возможно, в этом виновата наша система образования, а может быть, все дело в учителе, который думает только о том, что нужно отчитать утвержденный свыше материал, и не стремится заинтересовать своих учеников. Чаще всего виноват именно он. Однако если детям повезет, и урок у них будет вести преподаватель, который сам любит свой предмет, то он сможет не только заинтересовать учеников, но и поможет им открыть для себя что-то новое. Что в результате приведет к тому, что дети начнут с удовольствием посещать такие занятия. Конечно, формулы являются неотъемлемой частью этого учебного предмета, от этого никуда не деться. Но есть и положительные моменты. Особый интерес у школьников вызывают опыты. Вот об этом мы и поговорим более детально. Мы рассмотрим некоторые занимательные опыты по физике, которые вы сможете провести вместе со своим ребенком. Это должно быть интересно не только ему, но и вам. Вполне вероятно, что при помощи таких занятий вы привьете своему чаду неподдельный интерес к учебе, а любимым предметом для него станет "скучная" физика. проводить совсем несложно, для этого потребуется совсем немного атрибутов, главное, чтобы было желание. И, возможно, тогда вы сможете заменить своему ребенку школьного учителя.

Рассмотрим некоторые интересные опыты по физике для маленьких, ведь начинать нужно с малого.

Бумажная рыбка

Чтобы провести данный эксперимент, нам необходимо вырезать из плотной бумаги (можно картона) маленькую рыбку, длина которой должна составить 30-50 мм. Делаем в середине круглое отверстие диаметром примерно 10-15 мм. Далее со стороны хвоста прорезаем узкий канал (ширина 3-4 мм) до круглого отверстия. После чего наливаем воду в таз и аккуратно помещаем туда нашу рыбку таким образом, чтобы одна плоскость лежала на воде, а вторая - оставалась сухой. Теперь необходимо в круглое отверстие капнуть масла (можно воспользоваться масленкой от швейной машинки или велосипеда). Масло, стремясь разлиться по поверхности воды, потечет по прорезанному каналу, а рыбка под действием вытекающего назад масла поплывет вперед.

Слон и Моська

Продолжим проводить занимательные опыты по физике со своим ребенком. Предлагаем вам познакомить малыша с понятием рычага и с тем, как он помогает облегчать работу человека. Например, расскажите, что при помощи него легко можно приподнять тяжелый шкаф или диван. А для наглядности показать элементарный опыт по физике с применением рычага. Для этого нам понадобятся линейка, карандаш и пара маленьких игрушек, но обязательно разного веса (вот почему мы и назвали этот опыт «Слон и Моська»). Крепим нашего Слона и Моську на разные концы линейки при помощи пластилина, или обычной нитки (просто привязываем игрушки). Теперь, если положить линейку средней частью на карандаш, то перетянет, конечно же, слон, ведь он тяжелее. А вот если сместить карандаш в сторону слона, то Моська запросто перевесит его. Вот в этом и заключается принцип рычага. Линейка (рычаг) опирается на карандаш - это место является точкой опоры. Далее ребенку следует рассказать, что этот принцип используется повсеместно, он заложен в основу работы крана, качелей и даже ножниц.

Домашний опыт по физике с инерцией

Нам понадобятся банка с водой и хозяйственная сетка. Ни для кого не будет секретом, что если открытую банку перевернуть, то вода выльется из нее. Давайте попробуем? Конечно, для этого лучше выйти на улицу. Ставим банку в сетку и начинаем плавно раскачивать ее, постепенно наращивая амплитуду, и в результате делаем полный оборот - один, второй, третий и так далее. Вода не выливается. Интересно? А теперь заставим воду выливаться вверх. Для этого возьмем жестяную банку и сделаем в донышке отверстие. Ставим в сетку, наполняем водой и начинаем вращать. Из отверстия бьет струя. Когда банка в нижнем положении, это не удивляет никого, а вот когда она взлетает вверх, то и фонтан продолжает бить в том же направлении, а из горловины - ни капли. Вот так-то. Все это может объяснить принцип инерции. При вращении банка стремится улететь прямо, а сетка не пускает ее и заставляет описывать окружности. Вода также стремится лететь по инерции, а в том случае, когда мы в донышке сделали отверстие, ей уже ничего не мешает вырваться и двигаться прямолинейно.

Коробок с сюрпризом

Теперь рассмотрим опыты по физике со смещением Нужно положить спичечный коробок на край стола и медленно двигать его. В тот момент, когда он пройдет свою среднюю отметку, произойдет падение. То есть масса выдвинутой за край столешницы части превысит вес оставшейся, и коробок опрокинется. Теперь сместим центр массы, например, положим внутрь (как можно ближе к краю) металлическую гайку. Осталось поместить коробок таким образом, чтобы малая ее часть оставалась на столе, а большая висела в воздухе. Падения не произойдет. Суть этого эксперимента заключатся в том, что вся масса находится выше точки опоры. Этот принцип также используется повсюду. Именно благодаря ему в устойчивом положении находятся мебель, памятники, транспорт, и многое другое. Кстати, детская игрушка Ванька-встанька тоже построена на принципе смещения центра массы.

Итак, продолжим рассматривать интересные опыты по физике, но перейдем к следующему этапу - для школьников шестых классов.

Водяная карусель

Нам потребуются пустая консервная банка, молоток, гвоздь, веревка. Пробиваем при помощи гвоздя и молотка в боковой стенке у самого дна отверстие. Далее, не вытягивая гвоздь из дырки, отгибаем его в сторону. Необходимо, чтобы отверстие получилось косое. Повторяем процедуру со второй стороны банки - сделать нужно так, чтобы дырки получились друг напротив друга, однако гвозди были загнуты в разные стороны. В верхней части сосуда пробиваем еще два отверстия, в них продеваем концы каната или толстой нити. Подвешиваем емкость и наполняем ее водой. Из нижних отверстий начнут бить два косых фонтана, а банка начнет вращаться в противоположную сторону. На этом принципе работаю космические ракеты - пламя из сопел двигателя бьет в одну сторону, а ракета летит в другую.

Опыты по физике - 7 класс

Проведем эксперимент с плотностью масс и узнаем, как можно заставить яйцо плавать. Опыты по физике с различными плотностями лучше всего проводить на примере пресной и соленой воды. Возьмем банку, заполненную горячей водой. Опустим в нее яйцо, и оно сразу утонет. Далее насыпаем в воду поваренную соль и размешиваем. Яйцо начинает всплывать, причем, чем больше соли, тем выше оно поднимется. Это объясняется тем, что соленая вода имеет более высокую плотность, чем пресная. Так, всем известно, что в Мертвом море (его вода самая соленая) практически невозможно утонуть. Как видите, опыты по физике могут существенно увеличить кругозор вашего ребенка.

и пластиковая бутылка

Школьники седьмых классов начинают изучать атмосферное давление и его воздействие на окружающие нас предметы. Чтобы раскрыть эту тему глубже, лучше провести соответствующие опыты по физике. Атмосферное давление оказывает влияние на нас, хоть и остается невидимым. Приведем пример с воздушным шаром. Каждый из нас может его надуть. Затем мы поместим его в пластиковую бутылку, края оденем на горлышко и зафиксируем. Таким образом, воздух сможет поступать только в шар, а бутылка станет герметичным сосудом. Теперь попробуем надуть шар. У нас ничего не получится, так как атмосферное давление в бутылке не позволит нам этого сделать. Когда мы дуем, шар начинает вытеснять воздух в сосуде. А так как бутылка у нас герметична, то ему деваться некуда, и он начинает сжиматься, тем самым становится гораздо плотнее воздуха в шаре. Соответственно, система выравнивается, и шар надуть невозможно. Теперь сделаем отверстие в донышке и пробуем надуть шар. В таком случае никакого сопротивления нет, вытесняемый воздух покидает бутылку - атмосферное давление выравнивается.

Заключение

Как видите, опыты по физике совсем не сложные и довольно интересные. Попробуйте заинтересовать своего ребенка - и учеба для него будет проходить совсем по-другому, он начнет с удовольствием посещать занятия, что в конце концов скажется и на его успеваемости.

КАЧЕНИЕ И СКОЛЬЖЕНИЕ

Поставь книгу наклонно и положи на нее карандаш. Сползет или не сползет?
Это зависит от того, как положить. Если положить вдоль уклона, карандаш даже при большом наклоне сползать не будет. А если поперек?
Ого, как покатился! Особенно если он круглый, а не шестигранный.

Ты можешь сказать: подумаешь, тоже мне научный опыт! Что же в нем интересного?
А интересно в этом опыте то, что, когда карандаш катится, трение оказывается гораздо меньше, чем когда он ползет. Катить легче, чем волочить. Или, как говорят физики, трение качения меньше, чем трение скольжения.

Именно поэтому люди изобрели колеса. В глубокой древности колес не знали и даже летом грузы возили на санях. На стене одного древнего храма в Египте высечена картина: огромную каменную статую везут по земле на санях.

Катки, а потом и колеса появились уже несколько тысяч лет назад, трение скольжения было заменено более выгодным трением качения.

Современная техника сделала следующий важный шаг: появились подшипники, которые бывают скользящими, шариковыми и роликовыми.

Чтобы толстую книгу передвинуть по столу одним пальцем, надо приложить некоторое усилие.

А если под книгу подложить два круглых карандаша, которые будут в данном случае роликовыми подшипниками, книга легко передвинется от слабого толчка мизинцем.

Так как трение качения значительно меньше трения скольжения, в технике скользящие подшипники стараются заменить шариковыми или роликовыми. Даже в обычном взрослом велосипеде шариковые подшипники есть во втулках колес, в рулевой колонке, на оси шатунов, на осях педалей.
Автомобили, мотоциклы, тракторы, железнодорожные вагоны —все эти машины катятся на шариковых и роликовых подшипниках.

ТРЕНИЕ ПОКОЯ

Положите на книгу шестигранный карандаш параллельно ее корешку. Медленно поднимайте верхний край книги до тех пор, пока карандаш не начнет скользить вниз. Чуть уменьшите наклон книги и закрепите ее в таком положении, подложив под нее что-нибудь.

Теперь карандаш, если его снова положить на книгу, съезжать не будет. Его удерживает на месте сила трения — сила трения покоя. Но стоит эту силу чуть ослабить — а для этого достаточно щелкнуть пальцем по книге,— и карандаш поползет вниз, пока не упадет на стол. Тот же опыт можно проделать, например, с пеналом, спичечным коробком, ластиком и т. п.

Сила трения движения (при других одинаковых условиях) обычно меньше силы трения покоя. В данном случае она оказалась не в состоянии удержать карандаш на наклонной плоскости.
Кстати, подумайте, почему гвоздь легче вытащить из доски, если вращать его вокруг оси?

АКРОБАТ ИДЕТ КОЛЕСОМ

Прежде чем кончить разговор о трении, сделаем еще одну забавную игрушку.
Из плотной бумаги вырежь фигурку акробата. Насади ее на перо, вставленное на остро заточенный круглый карандаш. Вдень теперь карандаш с акробатом наискось в кольцо ножниц. Держа ножницы горизонтально, води их осторожно по кругу.

Ах, как пошел колесом наш акробат!
Он ведь участвует в двух движениях сразу. Во-первых, конец ручки с надетым на перо акробатом описывает большие круги. А во-вторых, ручка не скользит по кольцу ножниц, а обкатывается по нему. И ручка вместе с акробатом вертится вокруг своей оси. От соединения этих двух движений и получаются такие замечательные колеса. Живому акробату едва ли удастся их повторить!

Ты спросишь, где же здесь трение?
Да в кольце ножниц. Если бы его не было, ручка сразу провалилась бы вниз, она бы не удержалась даже в наклонном положении. И еще: если бы между кольцом и ручкой не было трения, ручка бы не обкатывалась по кольцу и акробат не кувыркался бы так красиво.

ТОРМОЗ В ЯЙЦЕ

Опыт 1

Подвесьте сырое яйцо на тонком шнурке. Чтобы шнурок не соскальзывал с расположенного вертикально яйца, используйте лейкопластырь, наклеив его маленькие кусочки на те места, где находится шнурок.

Рядом подвесьте яйцо, сваренное вкрутую. Закрутите каждый шнурок с яйцом в одну сторону на одинаковое количество оборотов. Когда шнурки будут закручены, одновременно отпустите яйца. Вы увидите, что сваренное яйцо ведет себя иначе, чем сырое: оно вращается значительно быстрее.

В сыром яйце его белок и желток стараются сохранить неподвижное состояние (в этом проявляется их инерция) и своим трением о скорлупу тормозят ее вращение

В вареном же яйце белок и желток уже не жидкие вещества и представляют вместе со скорлупой как бы одно целое, поэтому торможения не происходит и яйцо вращается быстрее.

Этот опыт можно проделать и без подвешивания яиц: достаточно закрутить их пальцами на большой тарелке.

Опыт 2

Еще интереснее проделать такой опыт.
Возьмите две одинаковые кастрюльки с двумя ушками (можно и игрушечные). Соедините ушки веревкой или тонким проводом, а к середине привяжите еще одну веревку, так чтобы кастрюля была в равновесии. Подвесьте обе кастрюли на этих веревках и налейте в одну из них воды, а в другую — столько же по объему крупы. Теперь закрутите веревки на одинаковое число оборотов и отпустите. Результат будет аналогичен опыту с яйцами.

Когда кастрюльки раскрутились, попробуйте быстро остановить их, а потом опять отпустить. Окажется, что кастрюлька с водой продолжает вращаться. Ну как, сможете объяснить это явление?

Источники: Ф. Рабиза "Опыты без приборов"; "Забавная физика" Л. Гальперштейн

Описание презентации Исследовательский проект по физике Сила трения Цель: по слайдам

Цель: выяснить, какую роль играет сила трения в нашей жизни, как человек получил знания об этом явлении, какова её природа. Задачи: проследить исторический опыт человека по использованию и применению этого явления: выяснить природу явления трения, закономерности трения; провести эксперименты, подтверждающие; закономерности и зависимости силы трения; подумать и создать демонстрационные эксперименты, доказывающие зависимость силы трения от силы нормального давления, от свойств соприкасающихся поверхностей, от скорости относительного движения тел.

Отчёт группы теоретиков Цель: показать, какую роль играет явление трения или его отсутствие в нашей жизни; ответить на вопрос: «Что мы (обыватели) знаем об этом явлении? »

Группа изучила пословицы, поговорки, сказки, в которых проявляется сила трения, покоя, качения, скольжения, изучила человеческий опыт в применении трения, способов борьбы с трением. Пословицы и поговорки: Тише едешь, дальше будешь. Любишь кататься, люби и саночки возить. Врёт, что шёлком шьёт. Сказки: «Репка» — трение покоя. «Курочка ряба» — трение покоя «Медвежья горка» — трение скольжения.

Трение – явление, сопровождающее нас с детства, буквально на каждом шагу, а потому ставшее таким привычным и незаметным.

Трение даёт нам возможность ходить, сидеть, работать без опасения, что книги и тетради упадут со стола, что стол будет скользить, пока не упрётся в угол, а ручка выскользнет из пальцев.

Однако маленькое трение на льду может быть успешно использовано технически. Свидетельство этому так называемые ледяные дороги, которые устраивали для вывозки леса с места рубки к железной дороге или к пунктам сплава. На такой дороге, имеющий гладкие ледяные рельсы, две лошади тащат сани, нагруженные 70 тоннами брёвен.

Вот данные, которые нам сообщили в больнице; число обратившихся за медицинской помощью в декабре – январе, только школьников, в возрасте 15 -17 лет – 6 человек. В основном диагнозы: переломы, вывихи, ушибы. Есть среди обратившихся за помощью и люди пожилого возраста. 3 21 2 15 лет 16 лет 17 лет Пожилой возраст

Данные из ГИБДД о дорожно-транспортных происшествиях за зимний период: число ДТП, в том числе по причине скользких дорог —

Группа провела и небольшой социологический опрос группы жителей, которым задавались следующие вопросы: 1. Что вы знаете о явлениях трения? 2. Как вы относитесь к гололеду, скользким тротуарам и дорогам? 3. Ваши предложения администрации нашего района?

Отчет группы теоретиков Цели: изучить природу сил трения; исследовать факторы, от которых зависит трение; рассмотреть виды трения.

Сила трения Если мы попытаемся сдвинуть с места шкаф, то сразу убедимся, что не так-то просто это сделать. Его движению будет мешать взаимодействие ножек с полом, на котором он стоит. Различают 3 вида трения: трение покоя, трение скольжения, трение качения. Мы хотим выяснить, чем эти виды отличаются друг от друга и что между ними общего?

Трение покоя Прижмём свою руку к лежащей на столе тетради и передвинем её. Тетрадь будет двигаться относительно стола, но покоиться по отношению нашей ладони. С помощью чего мы заставили эту тетрадь двигаться? С помощью трения покоя тетради о руку. Трение покоя перемещает грузы, находящиеся на движущейся ленте транспортёра, препятствует развязыванию шнурков, удерживает гвозди, вбитые в доску, и т. д.

Из-за чего постепенно останавливаются санки, скатившиеся с горы? Из-за трения скольжения. Почему замедляет своё движение шайба, скользящая по льду? Вследствие трения скольжения, направленного всегда в сторону, противоположную направлению движение тела. Трение скольжения

Причины возникновения силы трения: Шероховатость поверхностей соприкасающихся тел. Даже те поверхности, которые выглядят гладкими, на самом деле всегда имеют микроскопические неровности (выступают, впадины). При скольжении одного тела по поверхности другого эти неровности зацепляются друг за друга и тем самым мешают движению Межмолекулярное притяжение, действующее в местах контакта трущихся тел. Между молекулами вещества на очень малых расстояниях возникает притяжение. Молекулярное притяжение проявляется в тех случаях, когда поверхность соприкасающихся тел хорошо отполированы. Так, например, при относительном скольжении двух металлов с очень чистыми и ровными поверхностями, обработанными в вакууме с помощью специальной технологии, сила трения между брусками дерева друг с другом, и дальнейшее скольжение становиться невозможно.

Трение качения Если тело не скользит по поверхности другого тела, а, подобно колесу или цилиндру, катится, то возникающее в месте их контакта трение называют трение качения. Катящееся колесо несколько вдавливается в полотно дороги, и потом перед ним все время оказывается небольшой бугорок, который необходимо преодолевать. Именно тем, что катящемуся колесу постоянно приходится наезжать на появляющийся впереди бугорок, и обусловлено трение качения. При этом, чем дорога тверже, тем трение качения меньше. При одинаковых нагрузках сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения.

Но ведь знания о природе трения пришли к нам не сами. собой Этому предшествовала большая — исследовательская работа ученых экспериментаторов. на протяжении нескольких веков Не все знания, приживались легко и просто многие требовали, многократных экспериментальных проверок. доказательств Самые светлые умы последних столетий изучали зависимость модуля силы трения от: многих факторов от площади соприкосновения, поверхностей от рода материала от нагрузки от, неровностей поверхностей и шероховатостей от. относительной скорости движения тел Имена этих: , ученых Леонардо да Винчи Амонтон Леонард Эйлер – , Шарль Кулон это наиболее известные имена но были. , еще рядовые труженики науки Все ученые, участвовавшие в этих исследованиях ставили опыты в которых совершалась работа по преодолению силы. трения

Леонардо да Винчи Он таскал по полу то плотно свитую веревку, то ту же веревку во всю длину. Его интересовал ответ на вопрос: зависит ли сила трения скольжения от величины площади соприкасающихся в движении тел? Механики того времени были глубоко убеждены, что чем больше площадь касания, тем больше сила трения. Они рассуждали примерно так, что чем больше таких точек, тем больше сила. Совершенно очевидно, что на большей поверхности будет больше таких точек касания, поэтому сила трения должна зависеть от площади трущихся тел.

Он получил следующие результаты: 1. От площади не зависит. 2. От материала не зависит. 3. От величины нагрузки зависит (пропорционально ей). 4. От скорости скольжения не зависит. 5. Зависит от шероховатости поверхности.

Французский ученый Амонтон В результате своих опытов так ответил на те же пять вопросов. На первые три – так же, на четвертый – зависит. На пятый – не зависит. Получалось, и Амонтон подтвердил столь неожиданный вывод Леонардо да Винчи о независимости силы трения от площади соприкасающихся тел. Но в то же время он не согласился с ним в том, что сила трения не зависит от скорости скольжения; он считал, что сила трения скольжения зависит от скорости, а с тем, что сила трения зависит от шероховатостей поверхностей, не соглашался.

Российской Академии наук Леонард Эйлер Действительный член Российской Академии наук Леонард Эйлер опубликовал свои ответы на пять вопрос о трении. На первые три- такие же, как и у предыдущих, но в четвертом он согласился с Амонтом, а в пятом – с Леонардо да Винчи.

Французский физик Кулон Он ставил опыты на судостроительной верфи, в одном из портов Франции. Там о нашел те практические производственные условия, в которых сила трения играла очень важную роль. Кулон на все вопросы ответил – да. Общая сила трения в какой-то малой степени все же зависит от размеров поверхностей трущихся тел, прямо пропорциональна силе нормального давления, зависит от материала соприкасающихся тел, зависит от скорости скольжения и от степени гладкости трущихся поверхностей. В дальнейшем ученых стал интересовать вопрос о влиянии смазки, и были выделены виды трения: жидкостное, чистое, сухое и граничное.

Правильные ответы Сила трения не зависит от площади соприкасающихся тел, а зависит от материала тел: чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения. Точные измерения показывают, что модуль силы трения скольжения зависит от модуля относительной скорости. Сила трения зависит от качества обработки трущихся поверхностей и увеличения вследствие этого силы трения. Если тщательно отполировать поверхности соприкасающихся тел, что число точек касания при той же силе нормального давления увеличивается, а следовательно, увеличивается и сила трения. Трение связано с преодолением молекулярных связей между соприкасающимися телами.

В опыте с трибометром силой нормального. давления служит вес бруска Измерим силу, нормального давления равную весу чашечки с гирьками в момент равномерного скольжения. бруска Увеличим теперь силу нормального, . давления вдвое поставив грузы на брусок, Положив на чашечку добавочные гирьки снова. заставим брусок двигаться равномерно. Сила трения при этом увеличится вдвое На, основании подобных опытов было установлено, что при неизменных материале и состоянии трущихся поверхностей сила их трения прямо, . . : пропорциональна силе нормального давления т е F тр =µ·N

Величина характеризующая зависимость силы трения от материала и качества обработки трущихся, поверхностей называется. коэффициентом трения Коэффициент трения измеряется отвлеченным, числом показывающим какую часть силы нормального давления составляет сила трения Μ= N/F ТР

В технике и повседневной жизни силы трения. играют огромную роль В одних случаях силы трения, – . приносят пользу в других вред Сила трения, ; удерживает вбитые гвозди винты гайки, . . удерживает нитки в материи завязанные узлы и т д При отсутствии трения нельзя было бы сшить, . одежду собрать станок сколотить ящик

Наличие трения покоя позволяет человеку передвигаться по поверхности Земли. Идя, человек отталкивает от себя Землю назад, а Земля с такой же силой толкает человека вперед. Сила, движущая человека вперед, равна силе трения покоя между подошвой ноги и Землей. Чем сильнее человек толкает Землю назад, тем больше сила трения покоя, приложенная к ноге, и тем быстрее движется человек. Когда человек отталкивает Землю с силой большей, чем предельная сила трения покоя, то нога скользит назад, и это затрудняет ходьбу. Вспомним, как трудно ходить по скользкому льду. Чтобы легче было идти, необходимо увеличить трение покоя. С этой целью скользкую поверхность посыпают песком.

ОТЧЕТ ГРУППЫ ЭКСПЕРИМЕНТАТОРОВ: Ц е л ь выяснить зависимость силы трения: скольжения от следующих факторов — ; от нагрузки — от площади соприкосновения трущихся; поверхностей — (от трущихся материалов при сухих). поверхностях: О б о р у д о в а н и е динамометр лабораторный 40 / ; с жесткостью пружины Н м динамометр (– 12); круглый демонстрационный предел Н – 2 ; ; деревянные бруски штуки набор грузов; деревянная дощечка кусок металлического; ; ; . листа плоский чугунный брусок лед резина

Результаты экспериментов: 1. Зависимость силы трения скольжения от нагрузки м (г) 120 620 1120 F тр (Н) 0, 3 1, 5 2,

2. Зависимость силы трения от площади соприкосновения трущихся поверхностей. S (см 2) 220 228 1140 F тр (Н) 00, 35 00,

3. Зависимость силы трения от размеров неровностей трущихся поверхностей: дерево по дереву (различные способы обработки поверхностей). ч 1 неровное 2 гладкое 3 отшлифованное F тр 1, 5 0, 7 0,

1. Неровная поверхность – брусок не обработан. 2. Гладкая поверхность – брусок обструган вдоль волокон дерева. 3. Отшлифованная гладкая поверхность обработана наждачной бумагой. 4. При нанесении силы трения от материалов трущихся поверхностей мы используем один брусок массой 120 г и разные контактные поверхности. Используем формулу: F тр = µ·N № п/п Трущиеся материалы (при сухих поверхностях) Коэффициент трения (при движения) 1 Дерево по дереву (в среднем) 0, 3 2 Дереву по дереву (вдоль волокон) 0, 075 3 Дерево по металлу 0, 4 4 Дерево по чугуну 0, 5 5 Дерево по льду 0,

№ 1 Опыт, . Тщательно натираем смычок канифолью затем проводим им по струне. Продолжительные поющие звуки получают благодаря трению Когда, скрипач начинает вести смычок вдоль струны струна под действием силы. трения покоя увлекается смычком и выгибается При этом натяжение. стремится вернуть ее в первоначальное положение, Когда эта сила превысит силу трения покоя струна срывается и приходит, в колебание скрипач перемещает смычок в противоположную сторону а. затем навстречу. , Скрипка поет Если играть на скрипке без смычка дергая струны, ; пальцами получится звук как у балалайки если натянуть пальцем струну, . и отпустить ее то раздастся резкий звук который быстро затухнет? Зачем натирают смычок канифолью Играет ли канифоль роль смазки при? , трении Оказывается смычок натирают канифолью не только для того, чтобы повысить силу трения но и для того чтобы эта сила заметно – зависела от скорости скольжения быстрее уменьшилась бы с ростом. . скорости Струна под смычком движется всегда медленнее смычка Когда, . смычок и струна движутся в одну сторону струна отстает от смычка Сила. трения препятствует отставанию и увлекает струну за смычком Сила, трения совершает работу смычок тащит за собой струну и наоборот, . тормозит струну замедляя ее движение Совершается работа против сил. трения

№ 2 Опыт Деревянное яйцо с пропущенной через середину нитью. Берут в руки концы этой нити, и одну руку высоко поднимают вверх. Деревянное яйцо по нити быстро соскальзывает вниз. Поднимают вверх другую руку. Яйцо снова устремляется вниз, но вдруг неожиданно застревает на середине нити, затем опять скользит и останавливается. В этом опыте сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления. Яйцо состоит из двух соединяющихся половинок. В центре перпендикулярно нити укреплена корковая пробка. При натяжении нити сила трения нити о пробку увеличивается и яйцо замирает в определенном положении на нити. Если нить не натянута, то сила трения меньше и яйцо свободно скользит вниз.

№ 3 Опыт Деревянная линейка. Кладут линейку горизонтально на указательные пальцы рук и, не торопясь, пальцы начинают сближать. Линейка не движется равномерно по двум пальцам сразу. Она скользит по очереди то по одному, то по другому пальцу. Почему? Под линейкой скользит лишь тот палец, который стоит дальше от центра масс линейки, так как он испытывает меньшую нагрузку и меньшее трение. Его скольжение прекращается, как только он оказывается ближе к центру масс линейки, чем второй палец, и тогда начинает скользить второй палец. Так пальцы движутся к центру тяжести линейки поочередно.

Выводы по результатам работы над проектом Мы выяснили, что человек издавна использует знания о явлении трения, полученные опытным путем. Начиная с ХY – ХYI веков, знания об этом явлении становятся научными: ставятся опыты по определению зависимостей силы трения от многих факторов, выясняются закономерности. Теперь мы точно знаем, от чего зависит сила трения, а что не влияет на нее. Если говорить более конкретно, то сила трения зависит: от нагрузки или массы тела; от рода соприкасающихся поверхностей; от скорости относительного движения тел; от размере неровностей ли шероховатостей поверхностей. А вот от площади соприкосновения она не зависит. Теперь мы можем объяснить все наблюдаемые в практике закономерности строение вещества, силой взаимодействия между молекулами. Мы провели серию экспериментов, проделали примерно такие же опыты, как и ученые, и получили примерно такие же результаты. Получилось, что экспериментально мы подтвердили все утверждения, высказанные нами. Нами была создан ряд экспериментов, помогающих понять и объяснить некоторые «трудные» наблюдения. Но, наверное, самое главное – мы поняли, как здорово добывать знания самим, а потом делиться ими с другими.

Урок по физике «Сила трения»

Тема урока: Сила трения.

Цели урока: актуализировать и углубить знания учащихся о силе трения, выявить основные особенности силы трения, учет и применение в технике.

Оборудование: деревянный брусок, динамометр, набор грузов, листы наждачной бумаги, войлока, деревянная пластина, таблицы, дисковод, проектор, презентации урока.

Ход урока

I. Мотивация.

— Мы знаем, что физика – наука о природе. Вспомним Ф.И. Тютчева:

«Не то, что мните вы, природа:

Не слепок, не безликий лик, —

В ней есть душа, в ней есть свобода.

В ней есть любовь, в ней есть язык».

Да, у природы есть свой язык, и мы должны его понимать.

Падение яблока, взрыв сверхновой звезды, прыжок кузнечика или радиоактивный распад веществ происходят в результате взаимодействий. Существует четыре вида фундаментальных взаимодействий.

Гравитационное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие

Слабое взаимодействие

Сильное взаимодействие

Количественной мерой взаимодействия является – сила. Среди многочисленных сил электромагнитной природы выделим силу трения. В земных условиях трение сопутствует любому движению и покою тел.

II. Новый материал.

— Ребята, тема нашего урока «Сила трения».

С явлением трения мы знакомы уже давно. В походе можно услышать: «Не натрите ноги», в школе – «Сотрите с доски записи». Первые исследования трения были проведены великим итальянский ученым Леонардо да Винчи более 400 лет назад, но эти работы не были опубликованы. Законы трения были описаны французским ученым Гильомом Амонтоном в 1699 и Шарлем Кулоном в 1785 г.

— Ребята, дайте, пожалуйста, определение силы трения.

— Сила трения – сила, взаимодействующая при соприкосновении поверхностей тел, препятствующая их относительному перемещению, направленная вдоль поверхности соприкосновения.

Выясним причины трения.

— Сейчас мы, пользуясь предложенным оборудованием, определим силу трения. У вас на столах динамометры. Возьмем брусок, прикрепим его к динамометру, и будем тянуть брусок по горизонтальной поверхности так, чтобы он двигался равномерно. Эта сила по модулю равна силе трения, действующей на брусок.

I ряд дерево — по дереву
II ряд дерево — по войлоку
III ряд дерево — наждачная бумага

— Почему получились разные значения?

Причиной трения являются шероховатости соприкасающихся поверхностей: от смазки, веса тела, состояния трущихся поверхностей.

Другая причина – межмолекулярное притяжение, действующее в местах контакта трущихся тел. (Проявляется в тех случаях, когда поверхности соприкасающихся тел хорошо отполированы).

При контакте твердых тел возможны три вида трения.

Опыт №1. Брусок, динамометр (трение покоя)

Динамометр прикрепляем к бруску и тянем. Действующая сила между бруском и поверхностью – сила трения покоя.

Опыт №2. Брусок, динамометр (трение скольжения)

Брусок скользит по поверхности – возникающая сила трения – сила трения скольжения.

Опыт №3. Тележка, динамометр

Тележка катиться по поверхности. Динамометр показывает силу трения качения.

Трение качения меньше трения скольжения и покоя. Однако из самых гениальных изобретений человечества – колесо. Хорошо известно, что несравнимо легче везти груз на тележке, чем тащить его.

— А сейчас просмотрим презентацию к этой части урока.

Очевидно, в реальной жизни важно учитывать трение. Посмотрим, как это делается в задаче о движении автотранспорта по дороге.

Ребята, вы видите, что для полной остановки автомобиля требуется определенное время. Поэтому соблюдайте правила пешеходов при переходе через дорогу.

В природе и технике трение имеет большое значение. Оно может быть полезным и вредным. Когда оно полезно, его стараются увеличить. Например, поверхности шин у автомобиля делают с ребристыми выступами зимой, когда дорога бывает скользкая, ее посыпают песком.

Трение играет большую роль в жизни растений и животных.

Выступление учащихся.

О роли трения в жизни растений и животных.

В жизни многих растений трение играет положительную роль. Растения благодаря трению цепляются за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Трение здесь создается за счет того, что стебли многократно обвивают опоры и поэтому очень плотно прилегают к ним.

А вот растения, имеющие корнеплоды, такие, как морковь, свекла, брюква. Сила трения о грунт способствует удержанию корнеплода в почве. С ростом корнеплода давление окружающей земли на него увеличивается, а это значит, что сила трения тоже возрастает. Именно поэтому так трудно вытащить из земли большую свеклу, редьку, репу.

Таким растениям, как репейник, трение помогает распространять семена, имеющие колючки с небольшими крючками на концах.

Эти колючки зацепляются за шерсть животных и вместе с ними перемещаются. Семена же гороха, орехи благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения перемещаются легко сами.

Путем длительной эволюции организмы многих живых существ приспособились к трению, научились его уменьшать или увеличивать. Так, тело рыб имеет обтекаемую форму и покрыто слизью, что позволяет им развивать при плавании большую скорость. Кости животных и человека в местах их подвижного сочленения имеют очень гладкую поверхность, а внутренняя оболочка полости сустава выделяет специальную синовиальную жидкость, которая служит как бы суставной «смазкой». При глотании пищи и ее движении по пищеводу трение уменьшается за счет предварительного дробления и пережевывания пищи, а также смачивания ее слюной.

Действие органов хватания (к ним можно отнести клешни рака, передние конечности и хвост некоторых пород обезьян и др.) тоже тесно связано с трением. Ведь предмет или живое существо будет тем прочнее схвачено, чем больше трение между ним и органом хватания. Величина же силы трения находится в прямой зависимости от прижимающей силы. Поэтому органы хватания устроены так, что могут либо охватывать добычу с двух сторон и зажимать ее, либо обвивать несколько раз и за счет этого стягивать с большой силой.

Во всех этих примерах трение полезно. Но оно может быть и вредным, тогда его необходимо уменьшить. В этом случае применяют смазку или подшипники.

Казалось бы, что может быть общего между подшипником и памятнику Петру Великому в Санкт-Петербурге. Послушаем историческую справку.

Выступление учащихся.

Может быть, не всем известны некоторые технические подробности создания памятника великому организатору государства Российского.

Для пьедестала памятника подготовили монолитную гранитную глыбу весом 80 тыс. пудов, т.е. более тысячи тонн! И доставили ее из деревни Лахти, что на берегу Финского залива, в Петербург. Как же в XVIII веке, не имея ни мощных тягачей, ни подъемных кранов, люди могли совершить такое чудо?

Обнаружена эта глыба была местным крестьянином Вишняковым. Глыбу называли Гром-камнем, так как в него однажды ударила молния, отбив большой осколок. Около 9 км пропутешествовал Гром-камень по суше, а потом по Неве на плотах был доставлен в Петербург. Небывалый успех русской техники того времени был даже отмечен особой медалью, на которой была вычеканена надпись: «Дерзновению подобно, 1770 год». И действительно, это был акт дерзновенный! Вся Европа только и говорила об этой невиданной операции, какой не повторялось с времен перевозки в древний Рим египетских памятников. Как же это было сделано? Смелый, остроумный проект передвижения Гром-камня дал кузнец из казенных мужиков, оставшийся, к сожалению, неизвестным. Он предложил перекатить камень на специально отлитых бронзовых шарах, заключенных в салазки. Салазки представляли собой большие бревна с выдолбленными вдоль них желобами, обитыми внутри медью. Гранитную глыбу поместили на помост из нескольких рядов плотно уложенных бревен, под которым находились желоба с шарами. Согнанные из ближайших деревень крестьяне при помощи канатов и воротов двигали камень к берегу. Несколько мужиков должны были все время смазывать шары говяжьим салом и переставлять их вперед после того, как глыба пройдет через них; 120 дней путешествовал так по суше Гром-камень. Доставленный в Петербург и обработанный мастерами-каменотесами, он стал прекрасным пьедесталом памятника Петру.

Да, изобретение русских крестьян послужило прообразом современного подшипника. Их устанавливают в автомобилях, токарных станках, электрических двигателях и велосипедах.

— Вот и подошел к концу наш урок. Сегодня мы с вами подробно поговорили об одной из сил э/м природы.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Первомайская средняя общеобразовательная школа»

п. Первомайский

Исследовательская работа

«Сила трение и её полезные свойства»

Выполнил: Платон Алексей,

ученик 9 – «Д» класса

Руководитель:

,

учитель физики

п. Первомайский

Тамбовской области

2012

1. Введение 3

2. Исследование общественного мнения. 4

3. Что такое трение (немного теории). 5

3.1. Трение покоя. 5

3.2. Трение скольжения. 6

3.3. Трение качения. 6

3.4. Историческая справка. 8

3.5. Коэффициент трения. 9

3.6. Роль сил трения. 11

4. Результаты экспериментов. 12

5. Конструкторская работа и выводы. 13

6. Заключение. 15

7. Список использованной литературы. 16

1. Введение

Проблема: Понять – нужна ли нам сила трения и, узнать её полезные свойства.

Как разгоняется автомобиль, и какая сила замедляет его при торможении? Почему автомобиль «заносит» на скользкой дороге? Что служит причиной быстрого износа деталей? Почему автомобиль, разогнавшись до больших скоростей не может резко остановиться? Как удерживаются растения в почве? Почему живую рыбу трудно в руке удержать? Чем объяснить высокий процент травматизма и дорожно-транспортных происшествий во время гололедицы в зимний период?

Ответы на эти и многие другие вопросы, связанные с движением тел, дают законы трения.

Из приведенных вопросов следует, что трение является и вредным и полезным явлением.

В 18 веке французский физик открыл закон, согласно которому сила трения между твердыми телами не зависит от площади соприкосновения, а пропорциональна силе реакции опоры и зависит от свойств соприкасающихся поверхностей. Зависимость силы трения от свойств соприкасающихся поверхностей характеризуется коэффициентом трения. Коэффициент трения лежит в пределах от 0,5 до 0,15. Хотя с тех пор было выдвинуто немало гипотез, объясняющих этот закон, до сих пор полной теории силы трения не существует. Трение определяется свойствами поверхности твердых тел, а они очень сложны и до конца еще не исследованы.

Основные цели данного проекта : 1) Изучить природу сил трения; исследовать факторы, от которых зависит трение; рассмотреть виды трения.

2) Выяснить, как человек получил знания об этом явлении, какова его природа.

3)Показать, какую роль играет явление трения или его отсутствие в нашей жизни; ответить на вопрос: «Что мы знаем об этом явлении?»

4)Создать демонстрационные эксперименты; объяснить результаты наблюдаемых явлений.

Задачи: Проследить исторический опыт человечества по использованию и применению этого явления; выяснить природу явления трения, закономерности трения; провести эксперименты, подтверждающие закономерности и зависимости силы трения; продумать и создать демонстрационные эксперименты, доказывающие зависимость силы трения от силы нормального давления, от свойств соприкасающихся поверхностей, от скорости относительного движения тел.

Для достижения поставленных целей над данным проектом работали по следующим направлениям:

1) Исследование общественного мнения;

2) Изучение теории трения;

3) Эксперимент;

4) Конструирование.

Актуальность проблемы. Явление трения встречается в нашей жизни очень часто. Все движения соприкасающихся тел друг относительно друга всегда происходит с трением. Сила трения всегда влияет в большей или меньшей степени на характер движения.

Гипотеза. Сила трения полезна, зависит от рода трущихся поверхностей, и силы давления.

Практическая значимость состоит в применении зависимости силы трения от силы реакции опоры, от свойств соприкасающихся поверхностей, от скорости движения в природе. Также необходимо это учитывать в технике и в быту.

Научный интерес заключается в том, что в процессе изучения данного вопроса получены некоторые сведения о практическом применении явления трения.

2. Исследование общественного мнения.

Цели: показать, какую роль играет явление трения или его отсутствие в нашей жизни; ответить на вопрос: «Что мы знаем об этом явлении?»

Были изучены пословицы, поговорки, в которых проявляется сила трения покоя, качения, скольжения, изучали человеческий опыт в применении трения, способов борьбы с трением.

Пословицы и поговорки:

Не будет снега, не будет и следа.

Тихий воз будет на горе.

Тяжело против воды плыть.

Любишь кататься, люби и саночки возить.

Терпенье и труд все перетрут.

От того и телега запела, что давно дегтя не ела.

И строчит, и валяет, и гладит, и катает. А все языком.

Врет, что шелком шьет.

Возьмем монету и потрем ею о шершавую поверхность. Мы отчетливо ощутим сопротивление - это и есть сила трения. Если тереть побыстрее, монета начнет нагреваться, напомнив нам о том, что при трении выделяется теплота - факт, известный еще человеку каменного века, ведь именно таким способом люди впервые научились добывать огонь.

Трение дает нам возможность ходить, сидеть, работать без опа­сения, что книги и тетради упадут со стола, что стол будет сколь­зить, пока не упрется в угол, а ручка выскользнет из пальцев.

Трение способствует устойчивости. Плотники выравнивают пол так, что столы и стулья остаются там, где их поставили.

Однако маленькое трение на льду может быть успешно ис­пользовано технически. Свидетельство этому так называемые ледяные дороги, которые устраивали для вывозки леса с места рубки к железной дороге или к пунктам сплава. На такой дороге, имеющей гладкие ледяные рельсы, две лошади тащат сани, на­груженные 70 тоннами бревен.

Трение - не только тормоз для движения. Это еще и главная причина изнашивания технических устройств, проблема, с кото­рой человек столкнулся также на самой заре цивилизации. При раскопках одного из древнейших шумерских городов - Урука - обнаружены остатки массивных деревянных колес, которым 4,5 тыс. лет. Колеса обиты медными гвоздями с очевидной це­лью - защитить обоз от быстрого изнашивания.

И в нашу эпоху борьба с изнашиванием технических уст­ройств - важнейшая инженерная проблема, успешное решение которой позволило бы сэкономить десятки миллионов тонн ста­ли, цветных металлов, резко сократить выпуск многих машин, запасных частей к ним.

Уже в античную эпоху в распоряжении инженеров находи­лись такие важнейшие средства для снижения трения в самих механизмах, как сменный металлический подшипник скольже­ния, смазываемый жиром или оливковым маслом, и даже под­шипник качения.

Первыми в мире подшипниками считаются ременные петли, поддерживающие оси допотопных шумерских повозок.

Подшипники со сменными металлическими вкладышами были хорошо известны в Древней Греции, где они применялись в колодезных воротах и мельницах.

Конечно, трение играет в нашей жизни и положительную роль, но оно и опасно для нас, особенно в зимний период, пери­од гололедов.

3. Что такое трение (немного теории)

Цели: изучить природу сил трения; исследовать факторы, от которых зависит трение; рассмотреть виды трения.

Сила трения

Если мы попытаемся сдвинуть с места шкаф, то сразу убе­димся, что не так-то просто это сделать. Его движению будет мешать взаимодействие ножек с полом, на котором он стоит. Различают 3 вида трения: трение покоя, трение скольжения, трение качения. Мы хотим выяснить, чем эти виды отличаются друг от друга и что между ними общего?

3.1. Трение покоя

Для того чтобы выяснить сущность этого явления, можно провести несложный эксперимент. Положим брусок на наклон­ную доску. При не слишком большом угле наклона доски бру­сок может остаться на месте. Что будет удерживать его от со­скальзывания вниз? Трение покоя.

Прижмем свою руку к лежащей на столе тетради и передви­нем ее. Тетрадь будет двигаться относительно стола, но поко­иться по отношению нашей ладони. С помощью чего мы заста­вили эту тетрадь двигаться? С помощью трения покоя тетради о руку. Трение покоя перемещает грузы, находящиеся на движу­щейся ленте транспортера, препятствует развязыванию шнур­ков, удерживает гвозди, вбитые в доску, и т. д.

Сила трения покоя может быть разной. Она растет вместе с силой, стремящейся сдвинуть тело с места. Но для любых двух соприкасающихся тел она имеет некоторое максимальное зна­чение, больше которого быть не может. Например, для деревян­ного бруска, находящегося на деревянной доске, максимальная сила трения покоя составляет примерно 0,6 от его веса. Прило­жив к телу силу, превышающую максимальную силу трения по­коя, мы сдвинем тело с места, и оно начнет двигаться. Трение покоя при этом сменится трением скольжения.

3.2. Трение скольжения

Из-за чего постепенно останавливаются санки, скатившиеся с горы? Из-за трения скольжения. Почему замедляет свое дви­жение шайба, скользящая по льду? Вследствие трения скольже­ния, направленного всегда в сторону, противоположную на­правлению движения тела. Причины возникновения силы тре­ния:

1) Шероховатость поверхностей соприкасающихся тел. Даже те поверхности, которые выглядят гладкими, на самом деле все­гда имеют микроскопические неровности (выступы, впадины). При скольжении одного тела по поверхности другого эти неров­ности зацепляются друг за друга и тем самым мешают движе­нию;

2) межмолекулярное притяжение, действующее в местах контакта трущихся тел. Между молекулами вещества на очень малых расстояниях возникает притяжение. Молекулярное при­тяжение проявляется в тех случаях, когда поверхности соприкасающихся тел хорошо отполированы. Так, например, при отно­сительном скольжении двух металлов с очень чистыми и ров­ными поверхностями, обработанными в вакууме с помощью специальной технологии, сила трения оказывается намного сильнее, чем сила трения между брусками дерева друг с другом, и дальнейшее скольжение становится невозможно.

3.3. Трение качения

Если тело не скользит по поверхности другого тела, а, по­добно колесу или цилиндру, катится, то возникающее в месте их контакта трение называют трением качения. Катящееся колесо несколько вдавливается в полотно дороги, и потому перед ним всё время оказывается небольшой бугорок, который необходимо преодолевать. Именно тем, что катящемуся колесу постоянно приходится наезжать на появляющийся впереди бугорок, и обу­словлено трение качения. При этом, чем дорога тверже, тем тре­ние качения меньше. При одинаковых нагрузках сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения (это было замечено еще в древности). Так, ножки тяжелых предметов, на­пример, кроватей, роялей и т. п., снабжают роликами. В технике для уменьшения трения в машинах широко пользуются под­шипниками качения, иначе называемыми шариковыми и роли­ковыми подшипниками.

Эти виды трения относятся к сухому трению. Мы знаем, по­чему книга не проваливается сквозь стол. Но что мешает ей со­скользнуть, если стол немного наклонен? Наш ответ - трение! Мы попытаемся объяснить природу силы трения.

На первый взгляд, объяснить происхождение силы трения очень просто. Ведь поверхность стола и обложка книги шерохо­ваты. Это чувствуется на ощупь, а под микроскопом видно, что поверхность твердого тела более всего напоминает горную страну. Бесчисленные выступы цепляются друг за друга, немно­го деформируются и не дают книге соскользнуть. Таким образом, сила трения покоя вызвана теми же силами взаимодействия молекул, что и обычная упругость.

Если мы увеличим наклон стола, то книга начнет скользить. Очевидно, при этом начинаются «скалывание» бугорков, разрыв молекулярных связей, не способных выдержать возросшую на­грузку. Сила трения по-прежнему действует, но это уже будет сила трения скольжения. Обнаружить «скалывание» бугорков не представляет труда. Результатом такого «скалывания» является износ трущихся деталей.

Казалось бы, чем тщательнее отполированы поверхности, тем меньше должна быть сила трения. До известной степени это так. Шлифовка снижает, например, силу трения между двумя стальными брусками. Но не беспредельно! Сила трения внезап­но начинает расти при дальнейшем увеличении гладкости по­верхности. Это неожиданно, по все же объяснимо.

По мере сглаживания поверхностей они все теснее и теснее прилегают друг к другу.

Однако до тех пор, пока высота неровностей превышает не­сколько молекулярных радиусов, силы взаимодействия между молекулами соседних поверхностей отсутствуют. Ведь это очень короткодействующие силы. При достижении некоего со­вершенства шлифовки поверхности сблизятся настолько, что силы сцепления молекул включатся в игру. Они начнут препят­ствовать смещению брусков друг относительно друга, что и обеспечивает силу трения покоя. При скольжении гладких бру­сков молекулярные связи между их поверхностями рвутся по­добно тому, как у шероховатых поверхностей разрушаются свя­зи внутри самих бугорков. Разрыв молекулярных связей - вот то главное, чем отличаются силы трения от сил упругости. При возникновении сил упругости таких разрывов не происходит. Из-за этого силы трения зависят от скорости.

Часто в популярных книгах и научно-фантастических рас­сказах рисуют картину мира без трения. Так можно очень на­глядно показать как пользу, так и вред трения. Но не надо забы­вать, что в основе трения лежат электрические силы взаимодействия молекул. Уничтожение трения фактически означало бы уничтожение электрических сил и, следовательно, неизбежный полный распад вещества.

Но ведь знания о природе трения пришли к нам не сами со­бой. Этому предшествовала большая исследовательская работа ученых-экспериментаторов на протяжении нескольких веков. Не все знания приживались легко и просто, многие требовали мно­гократных экспериментальных проверок, доказательств. Самые светлые умы последних столетий изучали зависимость модуля силы трения от многих факторов: от площади соприкосновения поверхностей, от рода материала, от нагрузки, от неровностей поверхностей и шероховатостей, от относительной скорости движения тел. Имена этих ученых: Леонардо да Винчи, Амон-тон, Леонард Эйлер, Шарль Кулон - это наиболее известные имена, но были еще рядовые труженики науки. Все ученые, уча­ствовавшие в этих исследованиях, ставили опыты, в которых совершалась работа по преодолению силы трения.

3.4. Историческая справка

Шел 1500 год. Великий итальянский художник, скульптор и ученый Леонардо да Винчи проводил странные опыты, чем удивлял своих учеников.

Он таскал по полу, то плотно свитую веревку, то ту же верев­ку во всю длину. Его интересовал ответ на вопрос: зависит ли сила трения скольжения от величины площади соприкасающих­ся в движении тел? Механики того времени были глубоко убеж­дены, что чем больше площадь касания, тем больше сила тре­ния. Они рассуждали примерно так, что чем больше таких точек, тем больше сила. Совершенно очевидно, что на большей по­верхности будет больше таких точек касания, поэтому сила тре­ния должна зависеть от площади трущихся тел.

Леонардо да Винчи усомнился и стал проводить опыты. И получил потрясающий вывод: сила трения скольжения не зави­сит от площади соприкасающихся тел. Попутно Леонардо да Винчи исследовал зависимость силы трения от материала, из которого изготовлены тела, от величины нагрузки на эти тела, от скорости скольжения и степени гладкости или шероховатости их поверхности. Он получил следующие результаты:

1. От площади не зависит.

2. От материала не зависит.

3. От величины нагрузки зависит (пропорционально ей).

4. От скорости скольжения не зависит.

5. Зависит от шероховатости поверхности.

1699 год. Французский ученый Амонтон в результате своих опытов так ответил на те же пять вопросов. На первые три - так же, на четвертый - зависит. На пятый - не зависит. Получалось, и Амонтон подтвердил столь неожиданный вывод Леонардо да Винчи о независимости силы трения от площади соприкасаю­щихся тел. Но в то же время он не согласился с ним в том, что сила трения не зависит от скорости скольжения; он считал, что сила трения скольжения зависит от скорости, а с тем, что сила трения зависит от шероховатостей поверхностей, не соглашался.

В течение восемнадцатого и девятнадцатого веков насчиты­валось до тридцати исследований на эту тему. Их авторы согла­шались только в одном - сила трения пропорциональна силе нормального давления, действующей на соприкасающиеся тела. А по остальным вопросам согласия не было. Продолжал вызы­вать недоумение даже у самых видных ученых эксперименталь­ный факт: сила трения не зависит от площади трущихся тел.

1748 год. Действительный член Российской Академии наук Леонард Эйлер опубликовал свои ответы на пять вопросов о трении. На первые три - такие же, как и у предыдущих, но в чет­вертом он согласился с Амонтоном, а в пятом - с Леонардо да Винчи.

1779 год. В связи с внедрением машин и механизмов в про­изводство назрела острая необходимость в более глубоком изу­чении законов трения. Выдающийся французский физик Кулон занялся решением задачи о трении и посвятил этому два года. Он ставил опыты на судостроительной верфи , в одном из портов Франции. Там он нашел те практические производственные ус­ловия, в которых сила трения играла очень важную роль. Кулон на все вопросы ответил - да. Общая сила трения в какой-то ма­лой степени все же зависит от размеров поверхности трущихся тел, прямо пропорциональна силе нормального давления, зави­сит от материала соприкасающихся тел, зависит от скорости скольжения и от степени гладкости трущихся поверхностей. В дальнейшем ученых стал интересовать вопрос о влиянии смазки, и были выделены виды трения: жидкостное, чистое, сухое и граничное.

Правильные ответы

Сила трения не зависит от площади соприкасающихся тел, а зависит от материала тел: чем больше сила нормального давле­ния, тем больше сила трения. Точные измерения показывают, что модуль силы трения скольжения зависит от модуля относи­тельной скорости.

Сила трения зависит от качества обработки трущихся по­верхностей и увеличения вследствие этого силы трения. Если тщательно отполировать поверхности соприкасающихся тел, то число точек касания при той же силе нормального давления увеличивается, а следовательно, увеличивается и сила трения. Трение связано с преодолением молекулярных связей между соприкасающимися телами.

3.5.Коэффициент трения

Сила трения зависит от силы, прижимающей данное тело к поверхности другого тела, т. е. от силы нормального давления N и от качества трущихся поверхностей.

В опыте с трибометром силой нормального давления служит вес бруска. Измерим силу нормального давления, равную весу чашечки с гирьками в момент равномерного скольжения бруска. Увеличим теперь силу нормального давления вдвое, поставив грузы на брусок. Положив на чашечку добавочные гирьки, снова заставим брусок двигаться равномерно.

Сила трения при этом увеличится вдвое. На основании по­добных опытов было установлено, что, при неизменных мате­риале и состоянии трущихся поверхностей сила их трения прямо пропорциональна силе нормального давления, т. е.

Величина, характеризующая зависимость силы трения от материала и качества обработки трущихся поверхностей, назы­вается коэффициентом трения. Коэффициент трения измеряется отвлеченным числом, показывающим, какую часть силы нор­мального давления составляет сила трения

μ зависит от ряда причин. Опыт показывает, что трение ме­жду телами из одинакового вещества, вообще говоря, больше, чем между телами из разных веществ. Так, коэффициент трения стали по стали больше, чем коэффициент трения стали по меди. Объясняется это наличием сил молекулярного взаимодействия, которые у однородных молекул значительно больше, чем у раз­нородных.

Влияет на трение и качество обработки трущихся поверхно­стей.

Когда качество обработки этих поверхностей различно, то неодинаковы и размеры шероховатостей на трущихся поверхно­стях, тем прочнее сцепление этих шероховатостей, т. е. больше μ трения. Следовательно, одинаковому материалу и качеству обработки обеих трущихся поверхностей соответствует наи­большее значение font-size:14.0pt;line-height:115%"> силы взаимодействия. Если в предыдущей формуле под F тр под­разумевали силу трения скольжения, то μ будет обозначать ко­эффициент трения скольжения, если же FTp заменить наиболь­шим значением силы трения покоя F макс ., то μ будет обозначать коэффициент трения покоя

Теперь проверим, зависит ли сила трения от площади сопри­косновения трущихся поверхностей. Для этого положим на по­лозья трибометра 2 одинаковых бруска и измерим силу трения между полозьями и «сдвоенным» бруском. Затем положим их на полозья порознь, сцепив друг с другом, и снова измерим силу трения. Оказывается, что, несмотря на увеличение площади трущихся поверхностей во втором случае, сила трения остается прежней. Отсюда следует, что сила трения не зависит от вели­чины трущихся поверхностей. Такой, на первый взгляд стран­ный, результат опыта объясняется очень просто. Увеличив пло­щадь трущихся поверхностей, мы тем самым увеличили количе­ство зацепляющихся друг за друга неровностей на поверхности тел, но одновременно уменьшили силу, с которой эти неровно­сти прижимаются друг к другу, так как распределили вес бру­сков на большую площадь.

Опыт показал, что сила трения зависит от скорости движе­ния. Однако при малых скоростях этой зависимостью можно пренебречь. Пока скорость движения невелика, сила трения воз­растает при увеличении скорости. Для больших скоростей дви­жения наблюдается обратная зависимость: с увеличением ско­рости силы трения убывает. Следует отметить, что все установ­ленные соотношения для силы трения носят приближённый характер.

Сила трения значительно изменяется в зависимости от со­стояния трущихся поверхностей. Особенно сильно она умень­шается при наличии жидкой прослойки, например масла, между трущимися поверхностями (смазка). Смазкой широко пользуют­ся в технике для уменьшения сил вредного трения.

3.6. Роль сил трения

В технике и в повседневной жизни силы трения играют ог­ромную роль. В одних случаях силы трения приносят пользу, в других - вред. Сила трения удерживает вбитые гвозди, винты, гайки; удерживает нитки в материи, завязанные узлы и т. д. При отсутствии трения нельзя было бы сшить одежду, собрать ста­нок, сколотить ящик.

Трение увеличивает прочность сооружений; без трения нельзя производить ни кладку стен здания, ни закрепление телеграфных столбов, ни скрепление частей машин и сооружений болтами, гвоздями, шурупами. Без трения не могли бы удерживаться растения в почве. Наличие трения покоя позволяет человеку передвигаться по поверхности Земли. Идя, человек отталкивает от себя Землю на­зад, а Земля с такой же силой толкает человека вперед. Сила, движущая человека вперед, равна силе трения покоя между по­дошвой ноги и Землей.

Чем сильнее человек толкает Землю назад, тем больше сила трения покоя, приложенная к ноге, и тем быстрее движется че­ловек.

Когда человек отталкивает Землю с силой большей, чем предельная сила трения покоя, то нога скользит назад, и это за­трудняет ходьбу. Вспомним, как трудно ходить по скользкому льду. Чтобы легче было идти, необходимо увеличить трение по­коя. С этой целью скользкую поверхность посыпают песком. Сказанное относится и к движению электровоза, автомобиля. Колёса, соединенные с двигателем, называются ведущими.

Когда ведущее колесо с силой, создаваемой двигателем, тол­кает рельс назад, то сила, равная трению покоя и приложенная к оси колеса, двигает вперед электровоз или автомобиль. Итак, трение между ведущим колесом и рельсом или Землей - полез­но. Если оно мало, то колесо буксует, а электровоз или автомо­биль стоит на месте. Трение же, например, между движущимися частями работающей машины вредно. Для увеличения трения посыпают рельсы песком. В гололедицу очень трудно ходить пешком и передвигаться на автомобилях, так как трение покоя очень мало. В этих случаях посыпают тротуары песком и надевают цепи на колеса автомобилей, чтобы увеличить трение покоя.

Силой трения также пользуются для удержания тел в со­стоянии покоя или для их остановки, если они движутся. Вра­щение колес прекращается с помощью тормозных колодок, тем или иным способом прижимаемых к ободу колеса. Наиболее распространены воздушные тормоза, в которых тормозная ко­лодка прижимается к колесу при помощи сжатого воздуха.

Рассмотрим подробнее движение лошади, тянущей сани. Лошадь ставит ноги и напрягает мускулы таким образом, что в отсутствие сил трения покоя ноги скользили бы назад. При этом возникают силы трения покоя, направленные вперед. На сани же, которые лошадь тянет вперед через постромки с силой, со стороны земли действует сила трения скольжения, направленная назад. Чтобы лошадь и сани получили ускорение, необходимо, чтобы сила трения копыт лошади о поверхность дороги, была больше, чем сила трения, действующая на сани. Однако, как бы ни был велик коэффициент трения подков о землю, сила трения покоя не может быть больше той силы, которая должна была вызвать скольжение копыт, т. е. силы мускулов лошади. Поэтому даже тогда, когда ноги лошади не скользят, все же она иногда не может сдвинуть с места тяжелые сани. При движении (ког­да началось скольжение) сила трения несколько уменьшается; поэтому часто достаточно только помочь лошади сдвинуть сани с места, чтобы потом она могла их везти.

4. Результаты экспериментов

Цель: выяснить зависимость силы трения скольжения от следующих факторов:

От нагрузки;

От площади соприкосновения трущихся поверхностей;

От трущихся материалов (при сухих поверхностях).

Оборудование: динамометр лабораторный с жесткостью пружины 40 Н/м; динамометр круглый демонстрационный (пре­дел - 12Н); деревянные бруски - 2 штуки; набор грузов; дере­вянная дощечка; кусок металлического листа; плоский чугун­ный брусок; лед; резина.

Результаты экспериментов

1. Зависимость силы трения скольжения от нагрузки.

2. Зависимость силы трения от площади соприкосновения трущихся поверхностей.

3. Зависимость силы трения от размеров неровностей тру­щихся поверхностей: дерево по дереву (различные способы об­работки поверхностей).

При исследовании силы трения от материалов трущихся поверхностей мы используем один брусок массой 120 г и разные контактные поверхности. Используем формулу:

Мы рассчитывали коэффициенты трения скольжения для следующих материалов:

5. Конструкторская работа и выводы

Цели: создать демонстрационные эксперименты; объяснить результаты наблюдаемых явлений.

Опыты по трению

Изучив литературу, мы отобрали несколько опытов, которые решили осуществить сами. Мы продумали эксперименты, и попытались объяснить результаты наших экспериментов. В качестве приборов и инструментов мы взяли:, деревянную линейку, ножи, наждачную бумагу, точильный круг.

Опыт №1

Цилиндрический ящик диаметром 20см и высотой 7см наполнен песком. В песок зарыта легкая фигурка с грузом на ногах, а на его поверхность положен металлический шарик. При встряхивании ящика фигурка высовывается из песка, а шарик тонет в нем. При встряхивании песка ослабляются силы трения между песчинками, он становится удобоподвижным и приобретает свойства жидкости. Поэтому тяжелые тела «тонут» в песке, а легкие «всплывают».

Опыт № 2 Точка ножей в мастерских. Обработка поверхностей деталей с помощью наждачной бумаги. Явления основаны на раскалывании зазубрин между соприкасающимися поверхностями.

Опыт №3 При многократном разгибании и сгибании проволоки место изгиба нагревается. Это происходит за счет трения между отдельными слоями металла.

Также при натирании монеты о горизонтальную поверхность, монета нагревается.

Результатами этих опытов можно объяснить многие явления.

Например, случай в мастерских. Во время работы за станком у меня произошло задымление между трущимися поверхностями подвижных частей станка. Это объясняется явлением трения между соприкасающимися поверхностями. Для предотвращения данного явления необходимо было смазать трущиеся поверхности и уменьшить тем самым силу трения.

6. Заключение

Мы выяснили, что человек издавна использует знания о яв­лении трения, полученные опытным путем. Начиная с XV - XVI веков, знания об этом явлении становятся научными: ставятся опыты по определению зависимостей силы трения от многих факторов, выясняются закономерности.

Теперь мы точно знаем, от чего зависит сила трения, а что не влияет на нее. Если говорить более конкретно, то сила трения зависит: от нагрузки или массы тела; от рода соприкасающихся поверхностей; от скорости относительного движения тел; от размера неровностей или шероховатостей поверхностей. А вот от площади соприкосновения она не зависит.

Теперь мы можем объяснить все наблюдаемые в практике закономерности строением вещества, силой взаимодействия между молекулами.

Мы провели серию экспериментов, проделали примерно такие же опыты, как и ученые, и получили примерно такие же результаты. Получилось, что экспериментально мы подтвердили все утверждения, высказанные нами.

Нами была создана серия экспериментов, помогающих по­нять и объяснить некоторые «трудные» наблюдения.

Но, наверное, самое главное - мы поняли, как здорово до­бывать знания самим, а потом делиться ими с другими.

Список использованной литературы.

1. Элементарный учебник физики:Учебное пособие. В 3-хт. /Под ред. . Т.1 Механика. Молекулярная физика. М.:Наука, 1985.

2. , Проказа механики и техники: Кн. для учащихся. – М.: Просвещение, 1993.

3. Бытько, ч.1 и 2. Механика. Молекулярная физика и теплота. М.: Высшая школа, 1972.

4. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика Ч.1 Биография физики. Путешествие в глубь материи. Механическая картина мира/Глав. Ред. . – М.:Аванта+, 2000

· http :// demo . home . nov . ru / favorite . htm

· http://gannalv. *****/tr/

· http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

· http://class-fizika. *****/7_tren. htm

· http://www. *****/component/option, com_frontpage/Itemid,1/