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.

Одна из проблем современной школы – снижение интереса к физике. Я задала себе вопрос: Какими средствами может воспользоваться учитель, чтобы сформировать у учащихся положительное отношение к предмету, вызвать у них познавательный интерес к знаниям? Можно предложить такую схему воспитания у школьников увлечения учебным предметом: от любопытства к удивлению, от него к активной любознательности и стремлению узнать, от них к прочному знанию и научному поиску.

Остановлюсь подробнее на первой стадии - удивления и любопытства: у школьников возникает ситуативный интерес, проявляющийся при демонстрации эффектного опыта, прослушивании рассказа об интересном случае из истории физики, причем его объектом является не содержание предмета, а чисто внешние моменты урока - оборудование, мастерство учителя, формы работы на уроке.

Новизна, непосредственный интерес и эмоциональная привлекательность вызывают прежде всего непроизвольное внимание. В свою очередь, непроизвольное внимание вызывает непроизвольное запоминание. Каждый учитель хорошо знает, что при проверке домашнего задания ученик, отвечая на поставленный вопрос, начинает с описания опыта, который он видел на предыдущем уроке. Зрительные образы демонстрационных опытов сохраняются в памяти и выполняют функцию ориентиров, опор, на основании которых восстанавливается остальная часть изученного учебного материала.

Я полностью согласна с психологами, которые отмечают, что сложный зрительный материал запоминается лучше, чем его описание. Поэтому демонстрация опытов запечатлевается памятью учащихся значительно лучше, чем рассказ учителя о физических опытах.

Однако ученики, вспоминая демонстрационные опыты, вносят в свое описание изменения, которые обусловлены не только забыванием некоторых деталей, но и преобразованием описания в форму, более, легкую для понимания. Вспоминая, ученики выделяют детали опытов, которые представляются им наиболее значимыми и интересными. Все это свидетельствует о том, что припоминание является не простым воспроизведением, а конструктивным процессом.

Таким образом, я считаю, что демонстрация опытов развивает внимание и память учащихся на стадии эмпирического познания изучаемых явлений и закономерностей.

В этой связи предлагается использовать эффектные опыты, поскольку у учащихся возникает не только живой интерес к демонстрации явления, но и бурное обсуждение разгадки явления (проблемная ситуация). Таким образом, при показе эффектного опыта, мы убиваем сразу двух зайцев: демонстрируем физическое явление и создаем проблемную ситуацию. А в качестве "побочного эффекта" пробуждаем интерес к предмету. Поэтому, характер и форма организации учебно-познавательной деятельности учащихся: проблемно – поисковый, исследовательский и репродуктивный характер деятельности позволяет осуществить комплексное применение знаний учащихся.

Я как учитель совместно с учащимися ставила цели:

Образовательная:систематизация знаний по теме “Сила трения”: знать природу силы трения, формировать умение различать виды трения; сравнивать их в разных практических ситуациях; обосновывать необходимость увеличения и уменьшения силы трения; формировать у ребят умение осуществлять самоконтроль с помощью конкретных вопросов и использования дидактического материала.

Развивающая:совершенствовать навыки самостоятельной работы, активизировать мышление школьников, умение самостоятельно формулировать выводы, развивать речь. Развитие творческих способностей на основе практической работы. Отработка практических навыков в работе с физическим оборудованием.

Воспитательная: развитие чувства взаимопонимания и взаимопомощи в процессе совместного выполнения экспериментального задания; развитие мотивации изучения физики, используя разнообразные приёмы деятельности, сообщая интересные сведения.

В ходе такого вида деятельности у учащихся формируются способности к структурированию и систематизации изучаемого предметного содержания. Освещение темы сопровождается демонстрацией презентации с последующим обсуждением и объяснением явлений, происходящих из-за наличия силы трения. Демонстрируются способы изменения силы трения на практике. Учащиеся имеют возможность анализировать происходящее и делать выводы.

Наряду с этим, происходит развитие метапредметных УУД: коммуникативные – выражать с достаточной полнотой полнотой и точностью свои мысли, добывать недостающую информацию с помощью вопросов; регулятивные – осознавать самого себя как движущую силу своего научения, свою способность к преодолению препятствий и самокоррекции, составлять план решения задачи, самостоятельно исправлять ошибки; познавательные – уметь создавать модели для решения учебных и познавательных задач, выделять и классифицировать существенные характеристики объекта. А так же планируются результаты личностные: формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики.

Цель:

• познакомить с видами силы трения;
• выяснить от чего зависит сила трения

Задача:

• определить значение силы трения в повседневной жизни, природе.

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

Сила трения в сказках: “Колобок” (сила трения качения), “Репка” (сила трения покоя), “Медвежья горка” (сила трения скольжения), “Царевна лягушка” (сила трения качения).

Трение – один из видов взаимодействия тел. Оно возникает при соприкосновении двух тел. Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения, то такая же по модулю, но направленная в противоположную сторону сила действует и на второе тело.

Виды силы трения: Fтр.качения, Fтр.скольжения, Fтр.покоя, но возможна замена одного вида трения другим (Fтр.скольжения на Fтр.качения). При помощи бруска, динамометра и двух карандашей можно продемонстрировать, что Fтр.скольжения больше, чем Fтр.качения.

Зависимость силы трения от некоторых показателей демонстрируют следующие опыты:

С помощью динамометра, бруска и набора грузов показываем, что сила трения зависит от силы нормального давления;

На место гладкой поверхности кладем шероховатый лист бумаги (сила трения зависит от материала);

Устраняем пластилин с поверхности, измеряем при этом силу трения до и после;

Используем смазку, что ведет к уменьшению силы трения;

Сила трения почти не зависит от площади опоры.

У силы трения есть свои плюсы и, к сожалению, минусы. В том случае, когда оно полезно – стараются увеличить. Если вредно – пытаются уменьшить (использование смазки, подшипников, которые уменьшают силу трения в 20-30 раз).

Вот несколько примеров. Мелодия, исходящая от скрипки существует за счет того, что смычок приводит в колебание струны. Струна под смычком всегда движется медленнее, чем смычок. Когда струна движется навстречу смычку, то сила трения скольжения тормозит струну, замедляя ее движение. А когда смычок движется по направлению струны, то сила трения скольжения наоборот “тащит” струну за собой, не давая ей отставать. Когда зимой на дорогах образовывается лед, то велика вероятность аварий, также пешеходы могут получить травмы на заледеневших тропинках. Чтобы этого избежать, можно насыпать песок на дорогу, тем самым увеличили силу трения. Польза силы трения качения в том, что катящееся колесо немного вдавливается в дорогу, и перед ним образуется небольшой бугорок, который приходится преодолевать. Так происходит движение. В 1779 году французский физик Кулон установил, от чего зависит максимальная сила трения покоя. Чем тяжелее книга, лежащая на столе, чем сильнее она прижимается к столу, тем труднее ее сдвинуть. Именно за счет трения покоя все остается на своих местах: шнурки не развязываются, гвоздь держится в стене, шкаф стоит на своем месте. Можно сделать выводы о плюсах силы трения. Благодаря этой силе мы можем стоять или двигаться вперед, замедлять или ускорять движение отдельных тел.

Но, наряду с плюсами, есть еще и минусы. Человек никогда не сможет изобрести вечный двигатель, т.к. со временем любое движение прекратится из-за силы трения и приходится время от времени это движение сохранять – воздействовать на него. Трение не только тормоз для движения, это еще и главная причина изнашивания технических устройств - проблема, с которой человек столкнулся на заре цивилизации.

Леонардо де Винчи занимался многими вопросами деталей машин, трения и износа. Сила трения направленна в противоположную от приложенной силы сторону, и это приводит к совершению большой работы.

Основной характеристикой трения является коэффициент трения “мю”, который определяется материалами, из которых изготавливают поверхности взаимодействующих тел.

В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, лианы, хмель, горох, бобы и др. вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Между опорой и стеблем возникает большая сила трения, т.к. стебли плотно прилегают к опоре. У растений, имеющие корнеплоды, такие, как морковь, свекла, сила трения о грунт способствует удержанию их в почве. С ростом корнеплода, давление окружающей земли на него увеличивается, и сила трения тоже возрастает. Поэтому так трудно вытащить из земли большую репу, свеклу. 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, ореха, благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения, перемещаются легко сами.

Организмы многих живых существ приспособились к трению, научились его уменьшать или увеличивать. Тело рыб имеют обтекаемую форму и покрыто слизью, что позволяет им развивать при плавании большую скорость. Щетинистый покров моржей, тюленей, морских львов помогает им передвигаться по суше и льдинам. Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях животных имеется целый ряд приспособлений: когти, острые края копыт, подковные шипы, тело пресмыкающихся покрыто бугорками и чешуйками. Действие органов хватания (хватательные органы жуков, клешни рака; передние конечности и хвост некоторых пород обезьян; хобот слона) тоже связано с трением. У многих живых организмов существуют приспособления, благодаря которым трение получается небольшим при движении в одном направлении и резко увеличивается при движении в обратном направлении. Это, например, шерсть и чешуйки, растущие наклонно к поверхности кожи. На этом принципе основано движение дождевого червя. Водяной жук-вертячка быстро носится на поверхности воды. Быстроте передвижения он обязан покрывающей тело жировой смазке, которая значительно уменьшает трение о воду.

Кости животных и человека в местах их подвижного сочленения имеют очень гладкую поверхность, а внутренняя оболочка полости сустава выделяет специальную жидкость, которая служит суставной “смазкой”. При глотании пищи и ее движении по пищеводу трение уменьшается за счет предварительного дробления и пережевывания пищи, а также смачивания ее слюной. При действии же органов движения у животных и человека трение проявляется как полезная сила.

Пословицы и поговорки о силе трения, сказанные людьми и взятые из жизненного опыта:

• Скрипит, как несмазанная телега.
• От того телега запела, что давно дегтя не ела.
• Против шерсти не гладят.
• Прошло дело как по маслу.
• Хорошо смазал – хорошо поехал.
• Живет как сыр в масле.
• Где скрипит, там и мажут
• Не тертая стрела в бок идет.
• Плуг от работы блестит.
• Три, три – будет дырка.

Опыты, демонстрирующие силу трения:

Опыт №1 . Вращение сырого и вареного яйца. Вареное яйцо вращается быстрее. В сыром яйце его желток и белок стараются сохранить неподвижное состояние (в этом проявляется их инерция) и своим трением о скорлупу тормозят его вращение.

Опыт №2. Развести в маленькой баночке марганцовку до темно-фиолетового цвета. Налить в другую банку простую воду. Затем, набрать пипеткой раствор марганцовки и капнуть в банку с высоты 1-2 сантиметра от поверхности воды. Кончик пипетки не должен колебаться. Руки должны опираться н локти. Капля, упав в воду, превращается в кольцо правильной формы, которое будет опускаться на дно банки, увеличиваясь в размере. Это объясняется тем, что когда капля упала в воду, она, встретив сопротивление, расплющилась. При движении ее вниз вследствие трения о воду, ее края завернулись. Получилось вихревое кольцо в виде баранки, вращающейся вокруг своей кольцевой оси.

Опыт №3. Положить на книгу шестигранный карандаш параллельно ее корешку. Медленно поднимать верхний край книги до тех пор, пока карандаш не начнет скользить вниз. Чуть уменьшить наклон книги и закрепить ее в теком положении, подложив под нее что-нибудь. Теперь карандаш, если его снова положить на книгу, съезжать не будет. Его удерживает на месте сила трения покоя. Достаточно щелкнуть пальцем по книге, сила трения покоя ослабнет, и карандаш поползет вниз.

Французский физик Гильом о роли силы трения: “Всем нам случалось выходить в гололедицу; сколько усилий стоило нам удерживаться от падения, сколько смешных движений приходилось нам проделать, чтобы устоять! Это заставляет нас признать, что обычно земля, по которой мы ходим, обладает драгоценным свойством, благодаря которому мы сохраняем равновесие без особых усилий. Та же мысль возникает у нас, когда мы едем на велосипеде по скользкой мостовой, или когда лошадь скользит по асфальту и падает. Изучая подобные явления, мы приходим к открытию тех следствий, к которым приводит трение. Инженеры стремятся его устранить в машинах – и хорошо делают. Однако, это правильно лишь в узкой специальной области. Во всех прочих случаях мы должны быть благодарны трению: оно дает нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и чернильница упадут на пол, что стол будет скользить, пока не упрется в угол, а перо выскользнет из пальцев”.

Проделаем несколько опытов.

Опыт 1. Поместим деревянный брусок на деревянный стол. Прикрепим к бруску динамометр и начнем прикладывать усилие к динамометру. Указатель динамометра покажет, что на брусок будет действовать сила , которая возрастает с ростом наших усилий. Брусок, несмотря на возрастание силы , некоторое время остается в покое. Покой же возможен в том случае, когда действие сил на тело компенсируется. Следовательно, можно предположить, что между бруском и столом возникает какая-то сила, противоположно направленная силе , действующей со стороны динамометра. Эту силу назвали силой трения покоя (рис.4.35).

Ее обозначают буквой . Опыт показывает, что с ростом силы будет расти и сила трения покоя .

Продолжим наши эксперименты.

Опыт 2. Будем увеличивать силу , действующую со стороны динамометра. В некоторый момент времени брусок все-таки сдвинется с места, и будет продолжать двигаться под действием некоторой постоянной силы равномерно и прямолинейно. Равномерность движения бруска означает, что на наш брусок действует сила, препятствующая его движению. Она равна по модулю силе и направлена противоположно ей. (рис.4.36).

Эту силу стали называть силой трения скольжения и обозначают буквой .

Опыт 3. Повторим данный опыт, поместив деревянный брусок на стеклянный стол. Мы обнаружим, что результаты опыта не изменятся. Изменится только численное значение сил , и . А это означает, что силы трения возникают на любых соприкасающихся поверхностях. Такой вид трения называется сухим трением.

Изучением сил сухого трения занимались французские физики Шарль Огюстен Кулон и Гильом Амонтон. Экспериментально они установили следующие законы сухого трения:

1. Максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения

2. Сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормального давления, т.е.

где m - коэффициент пропорциональности, который определяется, родом материала, соприкасающихся поверхностей, качеством их обработки и т.д. Этот коэффициент пропорциональности называется коэффициентом трения скольжения.

3. Сила сухого трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

Формула (1) называется законом Кулона - Амонтона.

Опыт 4 . Поместим на горизонтальный стол брусок и деревянный цилиндр одинаковой массы и приведем их в движении в одном направлении с одинаковой скоростью (рис. 4.37).

Эксперимент покажет, что цилиндр отъедет на гораздо большее расстояние, чем брусок. Это означает, что сила трения, действующая на цилиндр гораздо меньше, чем силы трения скольжения бруска. Необходимо обратить внимание на то, что в процессе движения брусок соприкасается с поверхностью стола только одной своей поверхностью, а цилиндр катится по ней. Сила трения, возникающая тогда, когда тело катится по какой-либо поверхности, называется трением качения. Величина этой силы находится по формуле

В этой формуле k - коэффициентом трения качения.

Необходимо отметить, что физический смысл коэффициента трения скольжения и коэффициента трения качения совершенно разный. Поэтому их нельзя сравнивать.

Проведя эти опыты, мы с вами выяснили, что существует три вида сухого трения: трение покоя, трение скольжения, трение качения.

Оказалось, что в природе существует и жидкое трение, которое возникает между соприкасающимися слоями жидкости и газа. Сила сопротивления, возникающая при движении твердых тел в жидкостях и газах, так же является силой жидкого трения. Жидкое трение изучал И. Ньютон. Жидкое трение гораздо меньше сухого трения. Законы жидкого трения, установленные Ньютоном, достаточно сложны и вы их узнаете при дальнейшем изучении физики.

Попытаемся разобраться в причине возникновения сил сухого трения. Поверхности соприкасающихся тел имеют шероховатости, чаще всего невидимые невооруженным глазом (рис.4.38).

Шероховатости поверхности одного тела приходят в зацепление с шероховатостями поверхности соприкасающегося с ним тела, и при этом возникает деформация, появляется упругая сила, препятствующая относительному движению соприкасающихся тел. Это и есть сила сухого трения, которая, как и сила упругости, имеет электромагнитную природу.

Попробуем теперь объяснить законы сухого трения, установленные Кулоном и Амонтоном. Так, если тело лежит на горизонтальном столе, то шероховатости обоих поверхностей не деформированы вдоль этой поверхности. Следовательно, сила трения между ними равна нулю. Как только мы подействуем на тело динамометром вдоль стола, то возникнут деформации шероховатостей и появится сила трения, равная показаниям динамометра и противоположно направленная. Если при этом тело остается в покое, то эта сила и будет силой трения покоя. С ростом силы натяжения будет увеличиваться и сила трения покоя, т.к. возрастает деформация шероховатостей. Но, рано или поздно, произойдет срыв между зацеплениями шероховатостей, и тело придет в движение. В момент начала движения сила трения покоя достигает своего максимального значения и в дальнейшем она практически не изменяется. Сила трения, действующая в процессе движения, называется силой трения скольжения. Следовательно, максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения.

Очевидно и другое: если тело прижимать к поверхности все с большей силой (рис.4.38), то зацепление между шероховатостями соприкасающихся поверхностей увеличится, что приведет к увеличению силы трения. Это легко доказать опытным путем: при увеличении силы давления на тело, показания динамометра будут возрастать. Это доказывает закон Кулона – Амонтона.

Рис.4.39а и б

Если помещать деревянный брусок на стол разными его гранями, имеющие разные площади, и каждый раз двигать его равномерно и прямолинейно с помощью динамометра (рис.4.40), то можно обнаружить, что сила трения остается неизменной, т.е. сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. Это подтверждает третий закон сухого трения.

Понятно и то, что если отшлифовать соприкасающиеся поверхности, то сила трения уменьшится. Происходит это из-за того, что размеры шероховатостей уменьшаются.

Оказывается, что если поверхности будут отшлифованы так, что их шероховатости (бугорки, впадины) станут соизмеримыми с размерами атомов, то сила трения резко возрастет. Это происходит потому, что с уменьшением расстояния между атомами электромагнитные силы их взаимодействия возрастают.

Необходимо отметить, что в том случае, когда тело движется по горизонтальной поверхности под действием силы, направленной вдоль этой поверхности, то в роли силы нормального давления будет выступать сила тяжести mg . В этом случае сила трения скольжения будет равна:

Трение, как и любое физическое явление, может быть и вредным и полезным. В том случае, когда трение вредно, его стараются уменьшить. Для этого используют смазку, заменяя сухое трение жидким, применяют магнитную или воздушную подушку, применяют шариковые, роликовые подшипники или колеса, заменяя трение скольжения трением качения.

Когда же трение полезно, то его стараются увеличить. В гололед посыпают тротуары и дороги песком, применяют шипы на обуви или автошинах, или подбирают соприкасающиеся материалы с большим коэффициентом трения, например, материалы из резины.

Трудно представить себе, что происходило бы на Земле, если бы исчезли силы сухого трения.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какая сила называется силой трения?

2. Как возникает сила трения?

3. Какова природа силы трения?

4. В чем состоит различие между силой трения покоя и силой трения скольжения?

5. Какое трение называется сухим?

6. Каковы итоги исследования сухого трения Кулоном и Амонтоном?

7. Когда возникает сила трения качения?

8. От каких факторов зависит коэффициент трения скольжения?

9. Как изменится сила трения, если увеличить а)площадь соприкосновения двух тел; б)нагревать тела; в) отшлифовать соприкасающиеся поверхности?

10. Приведите примеры вредного и полезного проявления сил трения.

11. Какое трение называется жидким и как оно возникает?

12. Для чего смазывают трущиеся детали, например, солидолом?

13. Напишите реферат об исследованиях сухого трения, которые провели французские физики Ш.О. Кулон и Г. Амонтон.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Зима - любимое время многих малышей Прикамья! Ведь можно с ветерком скатиться с горки, тихо-тихо проехать по сказочному зимнему лесу и весело кататься с друзьями на коньках. Я тоже люблю зимние забавы!

Проблема: понять, что мешало мне так далеко уехать без ледянки.

Цель данного проекта : раскрытие тайны силы трения.

Задачи:

проследить исторический опыт человечества по использованию и применению этого явления;

выяснить природу силы трения;

провести эксперименты, подтверждающие закономерности и зависимости силы трения;

понять, где может встретится с силой трения ученица 2 класса;

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

1) Исследование общественного мнения;

2) Изучение теории;

3) Эксперимент;

4) Конструирование.

Гипотеза: сила трения необходима в жизни людей.

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

1 . Что такое трение (немного теории)

Цели: изучить природу сил трения.

Сила трения

Почему со снежной горки лучше ехать на ледянке? Как разгоняется автомобиль, и какая сила замедляет его при торможении? Как удерживаются растения в почве? Почему живую рыбу трудно в руке удержать? Чем объяснить опасность гололедицы в зимний период? Оказывается, все эти вопросы про одно и то же!

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.

Любое тело, двигаясь по поверхности, зацепляется за его неровности и испытывает сопротивление. Это сопротивление называется силой трения . Трение определяется свойствами поверхности твердых тел, а они очень сложны и до конца еще не исследованы.

Если мы попытаемся сдвинуть с места шкаф, то сразу убе-димся, что не так-то просто это сделать. Его движению будет мешать взаимодействие ножек с полом, на котором он стоит. Что определяет величину силы трения? Повседневный опыт свидетельствует: чем сильнее прижать поверхности тел друг к другу, тем труднее вызвать их взаимное скольжение и поддерживать его. Мы постараемся доказать это на опыте.

1.1.Роль сил трения

Давайте представим себе, что однажды на Земле произошло нечто странное! Обратимся к мысленному эксперименту, вообразим, что в мире какому-то волшебнику удалось выключить трение . К чему это привело бы?

Во-первых, мы не смогли бы ходить, колеса машин без толку крутились бы на месте, бельевые прищепки ничего не смогли бы удержать…

Во-вторых, исчезли бы причины, порождающие трение. Во время скольжения одного предмета по другому происходит словно бы зацепление микроскопических бугорков друг за друга. Но если бы этих бугорков не было, то это не значило бы, что сдвин7уть предмет или тащить его стало бы легче. Возник бы так называемый эффект ПРИЛИПАНИЯ, который легко обнаружить, пытаясь, сдвинуть стопку книг в глянцевой обложке вдоль поверхности полированного стола.

Значит, не будь трения, не было бы этих крошечных попыток каждой частички вещества удержать около себя соседок. Но тогда как вообще эти частички держались бы вместе? То есть, внутри различных тел исчезло бы стремление «жить компанией», и вещество развалилось бы до мельчайших деталек, как домик из ЛЕГО.

Вот к каким неожиданным выводам можно прийти, если допустить отсутствие трения. Как и со всем, что нам мешает, с ним надо бороться, но абсолютно избавиться от него не получится, да и не надо!

В технике и в повседневной жизни силы трения играют ог-ромную 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 ста-нок, 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 на-зад, а Земля с такой же силой толкает человека вперед. Сила, движущая человека вперед, равна силе трения покоя между по-дошвой ноги и Землей.

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

В гололедицу очень трудно ходить пешком и передвигаться на автомобилях, так как трение 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 со-стоянии покоя или для их остановки, если они движутся. Вра-щение колес прекращается с помощью тормозов. Наиболее распространены воздушные тормоза, которые работают при помощи сжатого воздуха.

2. Конструкторская работа и выводы

Цели: создать демонстрационный эксперимент; объяснить результаты наблюдаемых явлений.

Изучив литературу, мы с папой сделали несколько опытов. Мы продумали эксперименты, и попытались объяснить их результаты.

Опыт №1

Вернемся к истории о моём катании на горке.

Как-то раз мы с папой катались с ледяной горки. Сначала я съезжала без ледянки. И мне удавалось добраться только до окончания ледяного склона. Затем я решила съехать на пластмассовой ледянке, и мой путь увеличился почти в два раза!

Сейчас, мне понятно, что сила трения в первый раз скатывания была больше, она заставила моё тело затормозить быстрее. Но еще в данном опыте имеет значение твердость тел. Мой зимний костюм гораздо мягче пластмассовой ледянки. Значит, костюм больше взаимодействует с горкой и производит большую силу трения. Жесткая ледянка меньше «сцепляется» с горкой, и трение - меньше!

Опыт №2

На кусок картона шириной в одну зубочистку, а длиной две зубочистки пластилином прикрепим зубочистку поперек картонки посередине. Затем загнем края картонки. Нарисуем на цветной бумаге паучка. Паучка нарисуем так, чтобы его тело было больше прямоугольника. К спинке паука приклеим картонку. Отрежем нитку длиной с руку. Вденем нитку в иголку и протянем ее через картонку. Натянем нитку с паучком и держим ее вертикально. Затем немного ослабим нитку. Как поведет себя паук?

Когда нитка сильно натянута, она касается зубочистки и между ними возникает ТРЕНИЕ. Трение не дает пауку соскальзывать вниз.

Опыт № 3

Этот опыт показывает, от чего зависит сила трения.

Возьмем лист бумаги. Вложим его между страницами лежащей на столе толстой книги. Попытаемся вытащить лист. Проведем опыт еще раз. Теперь вложим лист почти в самый конец книги. Попытаемся вытащить ещё раз. Опыт показывает, что проще вытащить лист из верхней части книги, чем из нижней. Значит, чем сильнее прижимаются поверхности тел друг к другу, тем больше их взаимодействие, то есть больше сила трения.

Опыт №4

При многократном разгибании и сгибании проволоки место изгиба нагревается. Это происходит за счет трения между отдельными слоями металла. Также при натирании монеты о поверхность, монета нагревается.

Опыт № 5

Этот простой опыт показывает применение силы трения.

Заточка ножей в мастерских. Когда нож затупился, его можно заострить специальным устройством. Явление основано на разглаживании зазубрин между соприкасающимися поверхностями.

Результатами этих опытов можно объяснить многие явления в природе и жизни человека. Теперь, когда мне стала известна тайна силы трения, я поняла, что она описывается и во многих сказках! Это для меня стало ещё одним открытием!

Очень хочу привести примеры сказок. В сказке «Колобок» - сила трения помогает главному герою выпутаться из сложных ситуаций («Колобок полежал, полежал, взял да и покатился - с окна на лавку, с лавки на пол, по полу к двери, прыг через порог - да в сени и покатился…»). В сказке «Курочка Ряба» - недостаток силы трения привел к неприятностям («Мышка бежала, хвостиком вильнула, яичко покатилось, упало и разбилось). В сказке «Репка» - трение репы о поверхность земли заставило всю семью сплотиться. Снежная Королева своим волшебством легко преодолевала силу трения («Сани объехали вокруг площади два раза. Кай живо привязал к ним свои санки и покатил»).

Интересно взглянуть на известные произведения иначе!

3. 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.

Все приведенные пословицы, говорят о том, что существование силы трения люди заметили давно. Народ отражает в пословицах и поговорках усилия, которые нужно прикладывать для преодоления сил трения.

Возьмем монету и потрем ею о шершавую поверхность. Мы 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 опа-сения, что книги и тетради упадут со стола, что стол будет сколь-зить, пока не упрется в угол, а ручка выскользнет из пальцев.

Трение - не только тормоз для движения. Это еще и главная причина изнашивания технических устройств, проблема, с кото-рой 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 це-лью - защитить обоз от быстрого изнашивания.

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

Уже в античную эпоху в распоряжении инженеров находи-лись такие важнейшие средства для снижения трения в самих механизмах, как сменный металлический подшипник смазываемый жиром или оливковым маслом.

Конечно, трение играет в нашей жизни и положительную роль. Никакое тело, будь оно величиной с каменную глыбу или песчинку, никогда не удержится одно на другом, все будет скользить и катиться. Не будь трения, Земля была бы без неровностей, как жидкости.

Я узнала столько интересного и нового о тайнах силы трения. Бороться с ней, чтобы развивать невиданную скорость нужно с умом. Я решила рассказать одноклассникам о том, как правильно и безопасно кататься с горок.

Зима - это время забав и веселых игр. Катание с горок — всеми любимое зимнее развлечение. Скорость, свист свежего ветра, буря переполняющих эмоций - для того, чтобы Ваш отдых был не только приятным, но и безопасным, стоит задуматься о выборе как горок, так и санок.

1.С малышом младше 3 лет не стоит идти на оживлённую горку, с которой катаются дети 7-10 лет и старше.

2. Если горка вызывает у вас опасения, сначала пусть прокатится с неё взрослый, без ребёнка — испытает спуск.

3. Если ребёнок уже катается на разновозрастной «оживлённой» горке, обязательно за ним должен следить взрослый. Лучше всего, если кто-то из взрослых следит за спуском сверху, а кто-то снизу помогает детям быстро освобождать путь.

4. Ни в коем случайте нельзя использовать в качестве горок железнодорожные насыпи и горки вблизи проезжей части автодорог.

Правила поведения на оживлённой горе:

Подниматься на снежную или ледяную горку следует только в месте подъема, оборудованном ступенями, запрещается подниматься на горку там, где навстречу скатываются другие.

Не съезжать, пока не отошёл в сторону предыдущий спускающийся.

Не задерживаться внизу, когда съехал, а поскорее отползать или откатываться в сторону.

Не перебегать ледяную дорожку.

Во избежание травматизма нельзя кататься, стоя на ногах и на корточках.

Стараться не съезжать спиной или головой вперёд (на животе), а всегда смотреть вперёд, как при спуске, так и при подъёме.

Если мимо горки идет прохожий, подождать, пока он пройдет, и только тогда совершать спуск.

Если уйти от столкновения (на пути дерево, человек т.д.) нельзя, то надо постараться завалиться на бок на снег или откатиться в сторону от ледяной поверхности.

Избегать катания с горок с неровным ледовым покрытием.

При получении травмы немедленно оказать первую помощь пострадавшему, сообщить об этом в службу экстренного вызова 01.

При первых признаках обморожения, а также при плохом самочувствии, немедленно прекратить катание.

Различных средств для катания с горок сейчас выпускается огромное количество, так что можно найти подходящее для того, чтобы получить удовольствие от катания с любой горки: от крутой ледяной до пологой, покрытой свежим снегом.

Удобные средства передвижения по ледяной горке:

Ледянка пластмассовая . Самое простое и дешёвое приспособление для катания с горок зимой. Предназначены они для одиночного катания по ледяным и накатанным снежным склонам. Рассчитаны ледянки для детей от 3-х лет, т.к. малышам трудно ими управлять. Ледянка в форме тарелки становится неуправляемой, если сесть в неё с ногами.

Ледянка-корыто очень неустойчива, при малейшей неровности норовит завалиться на бок — таким образом, подлетев на трамплине, приземлиться можно вниз головой. Ледянки не рассчитаны на трамплины или любые другие препятствия, т.к. любой резкий подскок на горке чреват неприятными последствиями для копчика и позвоночника ездока!

Обычные «советские» санки отлично подходят для любых снежных склонов. Можно рулить и тормозить ногами. Завалиться на бок, чтобы избежать опасного столкновения, тоже довольно легко и безопасно.

Снегокат . Для семейного катания не стоит выбирать снегокат - он рассчитан на одного-двух малышей возрастом от 5 до 10 лет. Ни раз были замечены случаи, когда снегокаты цеплялись передним полозом за препятствие (корень дерева, бугорок снега) и переворачивался. Со снегоката трудно слезть на большой скорости, а скорость это транспортное средство развивает немалую на любом склоне и разгоняется быстро. Тормоза расположены спереди, что повышает риск перевернуться через голову при попытке резко затормозить. Если взрослый едет с высокой горы вместе с ребёнком, посадив малыша на снегокат спереди, рулить, тормозить и эвакуироваться в случае опасности им будет очень трудно.

Ватрушки . В последнее время надувные санки всё чаще встречаются на наших горках. Наиболее распространены надувные круги — «санки-ватрушки». Ватрушка лёгкая и отлично едет даже по свежему снегу по совсем ненакатанной горке. Лучше всего кататься на ватрушках с пологих снежных склонов без препятствий в виде деревьев, других людей. Как только скорость движения возрастает, ватрушка становится довольно опасной. Разгоняются ватрушки молниеносно, и скорость развивают выше, чем санки или снегокат на аналогичном склоне, а соскочить с ватрушки на скорости невозможно. На ватрушках нельзя кататься с горок с трамплинами - при приземлении ватрушка сильно пружинит. Даже если не слетишь, можно получить сильные травмы спины и шейного отдела позвоночника. Хороший вариант «ватрушки» — маленькая надувная ледянка (примерно 50 см в поперечнике) - завалиться на бок (слезть) легко.

Внимательно относитесь к выбору горки и средств для катания!

Горка — место повышенной опасности, а не просто очередное развлечение на зимней прогулке наряду со строительством снеговиков и кормёжкой птиц! При катании детей со взрослыми важно не забывать что скорость зависит от массы. То есть чем круче и "ледянее" горка или больше масса ("папа большой и сильный, с ним не страшно"), тем убийственнее сила столкновения. Именно поэтому и в автомобилях детей требуют возить пристёгнутыми в автокреслах, а не на руках у взрослых и не пристёгнутых вместе со взрослым одним ремнём. Сила трения - не магическая сила, она не позволит остановиться мгновенно!

Заключение

Мы выяснили, что человек издавна использует знания о яв-лении трения, полученные опытным путем.

Теперь мы точно знаем когда возникает сила трения.

Нами была создана серия экспериментов, помогающих по-нять и объяснить некоторые «трудные» явления природы.

Нами были определены литературные произведения, в которых говорится о силе трения.

Самое главное - мы поняли, как здорово до-бывать знания самим, а потом делиться ими с другими.

Список использованной литературы

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

2. Иванов А.С., Проказа А.Т. Мир механики и техники: Кн.для учащихся. - М.: Просвещение, 1993.

3. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика Ч.1 Биография физики. Путешествие в глубь материи. Механическая картина мира/Глав. Ред. В.А.Володин. - М.:Аванта+, 2010

4. Детская энциклопедия. Я познаю мир: Физика/сост. А.А. Леонович, под ред. О.Г. Хинн. - М.: ООО «Фирма «Издательство АСТ».2010.-480с.

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

http://gannalv.narod.ru/tr/

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

http://class-fizika.narod.ru/7_tren.htm

http://www.physel.ru/component/option,com_frontpage/Itemid,1/

http://62.mchs.gov.ru/document/1968180

Актуальность: Работа предназначена для формирования мировоззрения о реальной действительности. Ответы на многие важные вопросы, связанные с движением тел, дают законы трения. Актуальность темы в том, что она связывает теорию с практикой, раскрывает возможность объяснения природы, применение и использование изученного материала. Данная работа позволяет развивать творческое мышление, умение приобретать знания из различных источников, анализировать факты, проводит эксперименты, делать обобщения, высказывать собственные суждения, задумываться над загадками природы и искать тропинку к истине.

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

Коси, коса, пока роса, роса долой – и ты домой. Не подмажешь, не поедешь. Пошло дело, как по маслу. Без мыла в душу влезет. Кататься, как сыр в масле. От того телега запела, что давно дёгтя не ела.Пословицы объясняются существованием трения и использованием смазки для его уменьшения.

Тихая вода подмывает берега.Между отдельными слоями воды, текущей в реке, действует трение, которое называется внутренним. В связи с этим, скорость течения воды на разных участках поперечного сечения русла реки неодинакова: самая большая - в середине русла, самая маленькая - у берегов. Сила трения не только тормозит воду, но и действует на берег, вырывая частицы грунта и, тем самым, подмывая его.

3. История изучения трения Леонардо да Винчи Эйлер Леонард Амонт Кулон Шарль Огюстен де

Год Имя ученого ЗАВИСИМОСТЬ модуля силы трения скольжения от площади соприкасающихся тел от материала от нагрузки от относительной скорости движения трущихся поверхностей от степени шероховатости поверхностей 1500 Леонардо да Винчи Нет Да НетДа 1699Амонтон Нет Да Нет 1748 Леонард Эйлер Нет Да 1779Кулон Да 1883Н.П.Петров НетДа

Вывод: Сила трения скольжения зависит от нагрузки, чем больше нагрузка, тем больше сила трения. Результаты экспериментов: 1. Зависимость силы трения скольжения от нагрузки. m (г) F тp (Н)0,50,81,0

Когда завязываем пояс Без трения все нитки выскальзывали бы из ткани. Без трения все узлы бы развязались. Без трения нельзя бы было ступить и шагу, да и, вообще, стоять. Трение принимает участие там, где мы о нем даже и не подозреваем Заключение Когда шьем Когда ходим

Мы выяснили,что человек издавна использует знания о явлении трения,полученные опытным путем. Нами была создана серия экспериментов, помогающих понять и объяснить некоторые трудные наблюдения. Сила трения возникает между соприкасающимися поверхностями. Сила трения зависит от рода соприкасающихся поверхностей. Сила трения не зависит от площади трущихся поверхностей. Сила трения уменьшается при замене трения скольжения трением качения, при смазывании трущихся поверхностей. Выводы по результатам работы: