Сила трения

XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2021

Сила трения

Ярина Т.М. 1
1МАОУ «Гимназия № 80 г. Челябинска»
Харитонова В.Е. 1Эсман Г.Е. 2
1МАОУ «Гимназия № 80 г. Челябинска»
2МБУДО "Центр детский экологический г. Челябинска"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Я с первого класса увлекаюсь наукой физикой, посещаю внеурочные занятия, а также занимаюсь в экологическом центре. Люблю изучать физические и биологические явления, проводить эксперименты. Уже ранее участвовала в научно-практических конференциях и в социальной программе «Шаг в будущее» с работами «Физика в игрушках», «Мои резинки и закон Гука», «Реактивное движение в природе и технике».

Но теперь, мне хочется изучить явление, без которого невозможна была бы наша жизнь на планете Земля. Это трение, и если бы оно исчезло, то мы бы скатились с нашей планеты, ведь она же вращается вокруг своей оси с большой скоростью, а для того, чтобы получить огонь, так необходимый для обогрева жилища, приготовления пищи, нужно было использовать явление трения, а значение трения в жизни растений и животных. Все это говорит об актуальности данной темы. Еще, очень люблю кататься на роликах, самокате, скейтборде, велосипеде, а для их движения, торможения большое значение имеет трение.

Цель моей работы: изучение явления трения, выяснения причины от чего зависит и не зависит сила трения, а также нахождение коэффициента трения.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

- подбор литературы;

- изучение, анализ литературы по данной теме;

- изучение пользы и вреда силы трения;

- изучение проявления силы трения в растительном и животном мире;

- проведение эксперимента по выяснению причин, от которых зависит сила трения и вычислению коэффициента трения.

Гипотеза исследования: сила трения скольжения зависит от силы движения, от рода соприкасающихся поверхностей, от площади поверхности.

В ходе работы использовались следующие методы исследования:

- теоретические (изучение, анализ и обобщение литературы по данной теме, наблюдения)

- экспериментальные (определение коэффициента трения, составления программы для его вычисления)

Практическая значимость работы состоит в том, что использование поставленных опытов, позволяет рассмотреть вопрос о величине силы трения скольжения более наглядно и учесть в быту влияние силы давления и качества обработки поверхностей на величину силы трения скольжения.

С таким явлением как трение человечество столкнулось и научилось его использовать на самой заре своего развития, предпринимая попытки добычи жизненно необходимого огня. Но и сегодня чем больше мы изучаем законы трения, тем сложнее, а не проще представляются они нам. Иными словами, чем глубже взгляд, чем аккуратнее измерения, тем сложнее становится истина. Тем больше у человека понимание того, что, расширяя круг знаний, он расширяет круг своих незнаний. Тем не менее, это не притупляет жажду его познания. Вот и мы в данной работе постараемся познакомиться с трением поближе и детально рассмотреть все его типы и формы, чтобы бороться с ним, когда оно нам мешает.
Трение принимает участие, и притом весьма не существенное, там, где мы о нем даже не подозреваем. Если бы трение внезапно исчезло бы из мира, множество обычных явлений протекало бы совершенно иным образом. Законы трения дают ответы на многие важные вопросы, связанные с движением тел. Мы видим, как разнообразно и порой неожиданно проявляется трение в окружающей нас обстановке.

Очень красочно пишет о роли трения французский физик Гийом: «Всем нам случалось выходить в гололедицу; сколько усилий стоило нам удержаться 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 по возможности устранить его в машинах и хорошо делают. 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 выскальзывать из пальцев.

Трение представляет настолько распространённое явление, что нам, за редкими исключениями, не приходится призывать его за помощью: оно является к нам само. Вообразим, что трение может быть устранено совершенно, тогда никакие тела, будь они величиною с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержатся одно на другом: всё будет скользить и катиться, пока не окажется на одном уровне. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкому.
К этому можно прибавить, что при отсутствии трения гвозди и винты выскальзывали бы из стен, ни одной вещи нельзя было бы удержать в руках, никакой вихрь никогда бы не прекращался, никакой звук не умолкал бы, а звучал бы бесконечным эхом, неослабно отражаясь, например, от стен комнаты.

Описать все проявления трения в нашей жизни не возможно, но мы смогли рассмотреть лишь некоторые из них и это очень увлекательно.

1. История изучения силы трения

Шёл 1500 год. Великий итальянский художник, скульптор и ученый Леонардо да Винче проводил странные опыты, чем удивил 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 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 то, 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 недоумения 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 трении. 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.

2. Понятие силы трения

Сила трения – это явление, возникающее при движении одного тела по поверхности другого и направленная в сторону, противоположную движению. Сила трения имеет электромагнитную природу.

Причины силы трения:

- шероховатость (неровность) поверхности;

-притяжение молекул.

Действие силы трения всегда сопровождается превращением механической энергии во внутреннюю энергию и вызывает нагревание тел и окружающей их среды.

Существует внешнее и внутреннее трение. Внешнее трение – вид трения, при котором в местах соприкосновения твёрдых тел возникают силы, затрудняющие взаимное перемещение тел и направленное по касательной к их поверхностям. Внутреннее трение (вязкость) – вид трения, состоящий в том, что при взаимном перемещении слоёв жидкости или газа между ними возникают касательные силы, препятствующие такому перемещению.

Внешнее трение подразделяют на трение покоя (статическое трение) и кинематическое трение.

Трение в общем виде - явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зоне соприкосновения их поверхностей. Оно характеризуется силой трения возникающей при всех видах трения, направленной вдоль поверхности соприкасающихся тел и препятствующих тел и препятствующей их относительному смещению. Трение подразделяется на трение покоя, трение скольжения и трение качения. (Приложение А)

Рассмотрим основные отличия.

Сила трения покоя возникает вдоль поверхности соприкосновения тел неподвижных относительно друг друга и препятствует возникновения движения одного тела относительно поверхности другого.

Сила трения скольжения возникает при относительном движении соприкасающихся тел и направлена против скорости их движения.
Сила трения качения возникает при качении одного тела по поверхности другого тела.

Данные о них представлены в таблице (Приложение Б)

Основной характеристикой трения является коэффициент трения (μ), который определяющийся отношением силы трения (Fтр) к силе давления (реакция опоры) (N): μ = FТр\N.

Теперь рассмотрим опыты, иллюстрирующие воздействие трения на предметы.

Потерев ластиком о поверхность стола, мы увидим, что на столе остались крошки от ластика и сделаем вывод, что трение приводит к износу трущихся поверхностей.

Потерев монетку о шершавую поверхность, мы увидим, что трение приводит к нагреву трущихся поверхностей. Эти проявления трения могут вызвать пожары.
Эти проявления трения нежелательны в технике, поэтому инженеры стараются всевозможными путями бороться с трением в узлах механизмов.
Так по возможности трение скольжения заменяют трение качения, применяя подшипники качения. Для снижения трения покоя и трения скольжения применяют смазку. Самым смелым решением борьбы с трением в технике является применение воздушных и магнитных подушек.

В тоже время без трения покоя между колесом и дорожным покрытием невозможно движение и в данном случае оно полезно. Интересно, что его необходимо увеличить при одновременном снижении трения качения колеса по дороге. И по сей день, инженеры находят все новые решения этой задачи, постоянно совершенствуя конструкцию и материалы современных шин.

3. Сила трения в царстве живой природы

Рассмотрим, зачем царствам живой природы необходимы силы трения.

3.1 Сила трения в жизни растений

• Усики многих растений имеют удобную форму для навивания и шероховатую поверхность для увеличения коэффициента трения.

• У растений, имеющих корнеплоды, такие, как морковь, свекла, брюква, сила трения о грунт способствует удержанию их в почве. С ростом корнеплода давление окружающей земли на него увеличивается, а это значит, что сила трения тоже возрастает. Поэтому так трудно вытащить из земли большую свеклу, редьку или репу.

• Семена же гороха, орехи благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения перемещаются легко сами.

• Некоторые растения распространяют семена при помощи колючек:

репейник; чертополох.

3.2 Силы трения в жизни животных

• У многих растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания

(хобот слона, цепкие хвосты лазающих животных). Все они имеют шероховатую поверхность для увеличения силы трения.

• На конечностях насекомых имеются шероховатые волоски для увеличения силы трения. Они помогают им передвигаться, удерживать пищу.

• 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. Щетинки, направленные назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное движение. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте, при сокращении головная часть задерживается, а хвостовая подтягивается к ней.

• Водяной жук – вертячка

• изумительно быстро носится на поверхности воды. Чтобы захватить их сачком, требуется большая ловкость. Вертячка — лучший пловец среди водных жуков.

• Оказывается, быстроте передвижения он во многом обязан покрывающей тело жировой смазке, которая значительно уменьшает трение о воду.

• К передвижению в водной среде животные приспособлены по-разному. Активные пловцы (рыбы, дельфины и др.) имеют характерную обтекаемую форму тела и конечности в виде плавников. Их быстрое плавание облегчается также особенностями строения внешних покровов и наличием специальной смазки ( слизи, снижающей трение о воду). Таким образом, «мягкость» или «волнистость» кожи дельфинов помогают им значительно уменьшать трение при скольжении в воде, а потеря частиц кожи по всему телу создает в процессе движения водовороты воды, которые сглаживают трение с потоком вокруг дельфина

• Обтекаемая форма тела для уменьшения сил сопротивления воздуха( птицы)

• При помощи клюва птицы добывают пищу, лазают по деревьям.

• В отсутствии трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле.

3.3 Силы трения в организме человека

• У животных и человека образующие сустав кости не касаются друг друга; они покрыты суставным хрящом, который выполняет роль буфера между костными поверхностями.

А по краям хряща прикрепляется синовиальная оболочка, в которой имеется жидкость, уменьшающая трение между суставными поверхностями.

• Сердце - полый мышечный орган, весом 250 - 300 гр., находится в околосердечной сумке из соединительной ткани. Внутренняя поверхность сумки выделяет жидкость, увлажняющую и уменьшающую трение при сокращении.

• Основной орган дыхательной системы – легкие, вокруг которых имеется плевральная жидкость.

• При глотании пищи и ее движении по пищеводу трение уменьшается за счет предварительного дробления и пережевывания пищи, а также смачивания ее слюной.

• Стопа ноги. Огромное преимущество нашей голой пятки и стопы в том, что они эластичны. Это дает им возможность «вписываться» в шероховатый рельеф, резко увеличивая площадь контакта с твердой поверхностью, а следовательно и сопротивление Особый мелкий гофр (волнистость) кожи на человеческой ступне также препятствует проскальзыванию ноги назад.

Выводы:

• Трение помогает растениям расти вверх, распространять семена;

• Птицы при помощи клюва и когтей добывают пищу;

• Хищники при помощи когтей преследуют, добывают пищу; устраивают норы;

• Рыбы могут уменьшать трение при помощи слизи, формы тела;

• Слаженная работа наших органов в организме.

• Хождение по земле

• Применение знаний силы трения в организме дает возможность в производстве бионики-техники ( самолеты….)

4. Времена года и трение

Рассмотрим, как зависит сила трения от погодных условий. Ведь это очень важно, люди ходят по поверхности, транспорт передвигается и в нем едут люди, и нам важно не получить травму и не попасть в аварию.

Лето.

Начало дождя – на грязном асфальте образуется грязевая пленка из пыли, песка, горюче смазочных материалов (вот почему асфальт иногда моют со специальными шампунями), а на раскалённом солнцем асфальте образуется еще и паровая пленка, это резко уменьшает трение, т.е. уменьшает сцепление автомобиля с дорожным полотном. А, значит, на полную остановку автомобиля уйдет намного больше времени и тормозной путь увеличится.

Ливень, дождь – вызывает серьезные проблемы: ухудшение видимости, уменьшение трения, скрытые лужами ямы, а так же вода, попадая в тормозные колодки, играет роль своеобразной смазки и сильно уменьшает эффективность работы тормозов.

Ребята, посмотрите в таблице, как и во сколько раз меняется коэффициент сцепления колес с дорогой, если дорога сырая. Как влияет дождь на дорожное покрытие? Рассмотрим таблицу (Приложение В)

- Да, трение уменьшается примерно в два раза, со всеми вытекающими отсюда последствиями!

Но есть еще более опасное явление, сводящее трение практически к нулю – гидропланирование (аква планирование). Сущность его состоит в том, что при достаточно высокой скорости и большой толщине водяной пленки в зоне контакта шин с дорогой появляется водяной клин, отрывающий колеса автомобиля от покрытия. Автомобиль как бы «приседает» на задних колесах, в то же время, как передние приподнимаются на водяном клине. Автомобиль перестает слушаться руля, хотя задние колеса продолжают сохранять сцепление с дорогой (вспомним, что большинство автомобилей у нас переднеприводные). По этой причине автомобиль даже на прямолинейных участках неожиданно оказывается на встречной полосе движения, а на закруглениях дорог внезапно съезжает на обочину или опрокидывается. Слой воды, толщиной несколько сантиметров может вызывать гидропланирование при скорости движения свыше 80 километров в час, особенно при изношенных шинах. Поэтому опытные водители при проезде участков, залитых водой, придерживаются скорости не выше 50-60 километров в час. Физически это явление основано на свойстве жидкости практически не сжиматься.

Весна, осень. Это очень опасный переходный период, когда погода резко меняется и меняется состояние дорожного полотна.

Заморозки – сильное уменьшение трения.

Ледяной дождь, вызывающий обледенение дорожного покрытия – трение для летней резины сводится практически к нулю.

Внезапный снегопад - ухудшение видимости, уменьшение трения.

Лиственная подушка на дороге (осенью) - уменьшение трения.

Перепад температуры через ноль – либо замерзание, либо таяние приводит к изменению сцепления, т.е. трение уменьшается в 8 раз.

Зимний период: Так же сложный период для вождения, не зря есть водители, которые вообще предпочитают зимой не ездить и держат свои автомобили до лета в гаражах.

Мокрый снег - ухудшение видимости, уменьшение трения особенно сказывается на склонах для тяжелых длинномерных автомобилей (фур).

Морозы – обледенение лобовых стекол и боковых зеркал.

А как меняется коэффициент трения на дороге покрытой снегом?

- уменьшается в 4 раза

Изучая все это, понимаем, что необходимо знать о силе трения, как можно больше, чтобы обезопасить свое передвижение на дорогах, как в качестве пешеходов, так и водителей.

Трение бывает сухое и вязкое, от чего зависит сила трения, как его уменьшить или увеличить при необходимости. Я поняла, что это очень важные вопросы.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ:

Цель экспериментальной части: провести испытание вместе с папой, с нашей машиной и рассчитать коэффициент трения резины по разным дорогам.

Проезжая с папой на нашей машине часто замечала, как во время аварий, полицейские измеряют тормозной путь автомобиля, то есть бегают с рулетками.

Изучая силу трения и коэффициент трения, решила сама посмотреть, как вычислить коэффициент трения скольжения колес и от чего он зависит. Для этого я изучила учебник по физике за 9-й класс, научные книги по физике и потом формулы, по которым можно провести расчеты.

Коэффициент трения μ – это отношение Fтр к силе нормального давления (силе к весу тела ). Это формула тормозного пути автомобиля Sx=(vx2-v0x2) / 2ax, начальная скоростьV0x, Vx- конечная скорость, она при торможении автомобиля Vx=0. ax – это ускорение – физическая величина, которая показывает, как быстро у автомобиля меняется скорость Sx=V0x2/2ax(чтобы найти ускорение, нужно V0x2/2Sx) следовательно, ax=V0x2/2Sx начальную скорость определяем так: смотрим на спидометр, когда нажимаем на тормоз. Sx– измеряя рулеткой в метрах.

Находим ускорение: Fтр= μN, где μ – коэффициент трения, N – сила опоры равная весу автомобиля N=P=mg, Fтр= μmg, где g – ускорение свободного падения на земле (g ≈ 9,8 м/с2 ≈ 10 м/с2)

С другой стороны Fтр=ma – этот закон еще открыл великий Ньютон.

μ mg=ma

μg=a

μ=a/g

Чтобы подсчитать коэффициент трения надо знать ускорение – aавтомобиля при торможении и g земли.

1.Автомобиль на ледяной дороге

Номер опыта

V0x, м/с

Начальная скорость (по спидометру)

Sx, м

Тормозной путь (измеряем рулеткой)

a=V0x²/2Sx, м/с2 – ускорение по формуле

μ =a/g

коэффициент трения (g=10 м/с2)

1.

10 м/с

10

5

0,5

2.

10 м/с

9.5

5.2

0,52

3.

10 м/с

9.7

5.15

0,515

Среднее значение

-

-

-

μ ср= (μ1+ μ2+ μ3)/ 3 = 1,535:3 = 0,511

2. Автомобиль на асфальте дороге

Номер опыта

V0x, м/с

Sx, м

a=V0х²/2Sx, м/с2

μ =a/g

1.

10 м/с

8,33

0,83

2.

10 м/с

6,2м

8,06

0,806

3.

10 м/с

5,8м

8,77

0,877

Среднее значение

-

-

-

μ ср= (μ1+ μ2+ μ3)/ 3 = 2,513:3 = 0,837

(подробнее см. приложение Г)

Выводы: коэффициент трения на обледенелой дороге намного меньше, чем на сухом асфальте.

В результате эксперимента, научилась рассчитывать коэффициент трения и поняла, что он не зависит от силы трения и силы давления, так как он равен отношению этих сил, а зависит от дорожного покрытия.

Провела много опытов, выяснила, от чего зависит и не зависит сила трения (убедилась, что Леонардо да Винчи во многом прав), что сила трения зависит от веса тела, рода трущихся поверхностей. Результаты четырех первых опытов размещены в приложении, а последняя практическая часть имела цель. (Приложение Д)

Заключение

Явление трения – это очень увлекательная тема для исследования. Трение надо знать и для объяснения механических явлений, тепловых явлений, биологических и даже астрономических. Трение связывает разные науки между собой, например, физику, биологию и астрономию. Я это поняла, изучая это явление. Провела много интересных опытов, выяснила причины, от чего зависит сила трения. Научилась вычислять коэффициент трения, скольжения разными методами.

В дальнейшем, я хочу подробнее изучить вязкое трение и понять, от чего оно зависит – это тоже важная задача, ведь многие животные, рыбы и даже человек плавают по воде, а также корабли, подводные лодки.

Список литературы:

Буров В.А., Кабанов С.Ф., Свиридов В.И. Фронтальные экспериментальные задания по физике в 6-7 классах средней школы : Пособие для учителей .-М.: Просвещение,2007.

Грабович В.Б. Папа Физика. – Челябинск: Издательство Игоря Розина, 2012.- 304с. УДК 53.02, ББК 74.262.22

Гуревич А.Е Физика. 7 класс. –М.: Дрофа, 2005.

Остер Г. Задачник по физике. -М.: АСТ: Астрель, 2001.

Перышкин А.В., Родина Н.А. Физика. Учебник для 7 класса. –М.: Народное образование,2006.

Робизин Ф.В.Простые опыты. Забавная физика для детей. - М.: Дет. лит., 2002 - 222стр.

Уроки физики с применением информационных технологий. 7-11 классы. Выпуск 2. Методическое пособие с электронным интерактивным приложением / З.В. Александрова, В.Н. Анатольев [и др.]; сост. З.В. Александрова. – М.: Планета, 2013. – 304 с. - (Современная школа).

Энциклопедический справочник школьника. ТОМ 1.Естественные науки-М.: Энциклопедическое товарищество, 2003год

Энциклопедия для детей. Том 16. Ч. 1.-М.: Аванта+, 2000

Приложение А

Понятие силы трения

Приложение Б

Трение.

Название силы

Формула

Направление

Условие применения

Примечание

Сила трения покоя

F< μ*N

Противоположно силе, приложенной к телу, вдоль поверхности соприкосновения.

Равна по величине и противоположна по направлению приложенной силы

Зависит от рода трущихся поверхностей и силы реакции опоры.
N – сила реакции опоры

Сила трения скольжения

F= μ*N

Противоположно направлению вектора относительной скорости движения.

Формула выполняется приближенно, т.к. сила трения зависит от скорости.

μ – коэффициент трения скольжения. Зависит от рода трущихся материалов, от обработки поверхности. Не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.

Сила трения качения

F= μ*(N\R)

Противоположно направлению вектора относительной скорости движения.

Формула выполняется приближенно, т.к. сила трения зависит от скорости.

μ – коэффициент трения качения.

Приложение В

Плюсы и минусы трения

Положительные черты трения.

Представим себе на минуту, что сила трения внезапно исчезла. Окружающий нас мир стал бы совершенно иным. Мебель “гуляла бы” по комнате от легкого сквозняка, чашки и тарелки скользили бы по столу, с гор сползли бы все ледники, все камни и даже земля, лежащая на склонах. Даже самые спокойные из нас, учеников, не смогли бы усидеть за партами – при малейшем движении мы бы соскальзывали на пол. Все дома и другие конструкции рассыпались бы на составные части, так как все гвозди и шурупы выскочили бы. Поэтому трение покоя во многих случаях необходимо и выступает очень часто помощником человека.

Когда мы едем на автомобиле, нам необходимо остановиться. Ради этого водитель нажимает на тормоз. И тормозные колодки зажимают колесо. При этом происходит трение колеса о колодки и немного верхнего слоя шины стирается. Положительная роль трения еще и в том, что оно уменьшает тормозной путь автомобиля, что может спасти жизнь пешеходу при аварии. Если бы не трение, машина не сдвинулась бы с места. Зимой во время гололеда на автомобильных шинах устанавливают шипы для увеличения трения колес о дорогу.

Благодаря трению мы можем шкуркой шлифовать поверхности разных материалов и точить предметы даже из металла, т. к. проводя абразивной поверхностью шкурки по поверхности предмета, мы убираем неровности.

У многих растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания (усики растений, хобот слона, цепкие хвосты лазающих животных). Все они имеют шероховатую поверхность для увеличения трения. Если не было бы трения, животные и растения не смогли бы хватать добычу.

Благодаря трению мы можем получать удовольствие от катания на роликах, велосипеде мопеде, мотоцикле. Ведь колёса этих средств передвижения крутятся, соприкасаясь с поверхностью земли, благодаря именно трению покоя и качения.

Чтобы добыть огонь с помощью двух, палочек, нужна большая сила трения.

Отрицательные черты трения.

Тяжелое тело бывает нелегко сдвинуть с места из-за силы трения.

Человечество уже много веков пытается создать “перпетум мобиле”, что в переводе с латинского обозначает “вечный двигатель”. Но из-за потерь энергии на преодоление трения, его создать невозможно.

Из-за силы трения может износиться деталь в швейной машинке (как и в любом другом механизме), а достать ее очень трудно. Поэтому соприкасающиеся детали механизмов делают гладкими, между ними вводят смазку. А в больших и тяжелых деталях машин используют подшипники скольжения или шариковые.

Сила трения портит экологию. Когда машина тормозит, те частицы, которые вырываются при трении шины колеса и асфальта уходят в воздух. Люди, животные, деревья, кусты их поглощают и становятся слабее, а некоторые даже умирают. Из-за трения возникают пожары на фабриках и заводах.

Сила трения мешает движению тел вперед. Из-за нее наши ботинки и туфли изнашиваются так быстро. Подошвы обуви касаются неровной поверхности земли и стираются.

Сила трения о воду мешает рыбам и дельфинам развивать большие скорости. Однако, дельфины способны плыть со скоростью автомобиля, хотя им приходится преодолевать сопротивление воды. При быстром плавании на коже животного возникает постоянная прослойка практически неподвижной воды. Эта прослойка называется ‛предельным слоем трения‛. В момент образования водных завихрений наделенная упругостью кожа начинает вибрировать. Кожа колеблется в обратном направлении от водных завихрений, которые образуются в предельном слое трения. Таким образом, гася их и препятствуя образованию трения воды. Результат: быстрое и свободное плавание. Такой принцип строения кожи дельфинов предлагается использовать в спортивных костюмах пловцов, в строительстве субмарин и кораблей.

Приложение Г

Дорога

Поверхность

Сухая

Мокрая

С асфальтобетонным или цементо -бетонным покрытием

0,7 - 0,8

0,35 - 0,45

С щебеночным покрытием

0,6 - 0,7

0,3 - 0,4

Грунтовая

0,5 - 0,6

0,2 - 0,4

Обледенелая

0,1 - 0,2

Покрытая снегом

0,2 - 0,3

Приложение Д

Сначала я стала выяснять, от чего зависит или не зависит Fтр.

Опыт № 1
Цель: проверить зависит ли сила трения от веса тела

Приборы: динамометр, брусок, грузы.

Ход работы: Я прикрепила динамометр к бруску и тянула по поверхности равномерно. Сила тяги равна по модулю силе трения. Потом, я подвесила брусок на динамометре и измерила вес бруска. Так я измерила силу трения. Потом, проделала тоже с бруском и одним грузом, двумя грузами, тремя грузами и внесла данные в таблицу.

Измеряем силу трения, двигая брусок равномерно с помощью динамометра по поверхности стола. Потом на брусок ставлю один груз. Подвешиваю к динамометру брусок 100 г. и снова двигаю, измеряю вес. Подвешиваю 2, потом 3 груза и измеряю вес.

Сделала вывод: Чем больше вес тела, тем больше сила трения при его движении. Также, я нашла коэффициент трения (разделила Fтр на вес P)

Номер опыта

Р, вес Н

FТрения , Н

Коэффициент трения μ

1

0.8

0.2

­0.25

2

1.8

0.45

0.25

3

2.8

0.7

0.25

4

3.8

0.95

0.25

Вывод:

1)Чем больше вес тела, тем больше сила Трения

2)Коэффициент Трения не зависит от веса тела

Опыт № 2
Цель: Проверить зависит ли сила трения от рода трущихся поверхностей.
Приборы и материалы: брусок, грузики, динамометр.
Ход работы: Измеряю вес бруска и силу трения на разных поверхностях.

Номер опыта

Р, вес

FТрения

Коэффициент трения

μ=Fтр/P

1)дерево по дереву

0.8

0.4

0.5

2)дерево по песку

0.8

0.5

0.6

3)дерево по стеклу

0.8

0.2

0.25

Вывод:Вывод: сила трения зависит от рода трущихся поверхностей. Коэффициент трения меняется самый большой на песке, самый маленький по стеклу (гладкая поверхность)

(см. видео фрагмент в презентации)

Опыт № 3
Цель: Проверить какая зависимость между P и Fтр
Приборы и материалы: брусок, грузики, динамометр.
Ход работы:

Номер опыта

Р, вес

FТрения

Вывод

1)брусок

0.8

0.2

ВЕС ВСЕГДА БОЛЬШЕ ЧЕМ СИЛА ТРЕНИЯ

Между ними прямая зависимость

2)брусок 1 груза

1.8

0.45

 

3)брусок 2 груза

2.8

0.7

 

4)брусок 3 груза

3.8

0.95

 

Опыт № 4

Цель: проверить зависит ли сила трения от площади трущихся поверхностей

Приборы: брусок и динамометр

Ход работы: Тянем равномерно брусок с помощью динамометра, меняя грани бруска

№ брусок

Fтр

Вывод

Большая грань

0,8

Сила трения не зависит от площади трущихся поверхностей

Средняя грань

0,8

Маленькая грань

0,8

Приложение Е

Хочу закончить свою работу стихотворением:

Трение – наш друг и враг.

Что такое трение?
Трение – явление.
Враг оно нам или друг?
Это знают все вокруг:
Если б трение пропало,
Чтоб со всеми нами стало?
Мы ходить бы не смогли,
Оттолкнувшись от земли.
Помогает трение.
Начинать движение.
Всем машинам, тракторам,
Мотоциклам, поездам.
Ну а также тормозить,
И их всех остановить.
Но при том приносит вред.
И немало разных бед:
В станках, приборах.
Трутся части -
И это главное несчастье.
И поэтому вопрос.
Не настолько уж и прост:
Тренье друг нам или враг?
Ответ двоякий – так и так!

Просмотров работы: 186