XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование зависимости коэффициента трения скольжения от вещества соприкасающихся поверхностей

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Мязитова С.Р. 1

---

1МБОУ Гимназия №3 г.о.Самары

Абрамова М.В. 1

---

1МБОУ Гимназия № 3 г.о.Самары

Работа в формате PDF

838.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Цель работы - исследование трения подошв обуви, изготовленных из разных материалов о различные поверхности.

Задачи:

1. Определение коэффициента трения.

2. Исследование зависимости силы трения от веса тела и материалов, из которых сделаны соприкасающиеся поверхности.

3. Определение наиболее практичных материалов для изготовления подошв обуви.

4. Сделать вывод.

2. Введение

Сопротивление движению возникает при скольжении одного тела по поверхности другого. Если соприкасаются твёрдые поверхности или твёрдые прослойки между телами (плёнки окислов, полимерные покрытия), трение называют сухим.

С ила трения, действующая вдоль поверхности соприкосновения твёрдых тел, направлена против скольжения тела. Но не надо думать, что трение всегда препятствует движению – часто оно ему способствует.

При прокручивании колёс автомобиля сила трения шин о поверхность земли, препятствуя их проскальзыванию, действует со стороны дороги и направлена вперед, обеспечивая поступательное движение автомобиля. То же происходит при движении пешехода: сила трения подошвы обуви о поверхность земли или другого материала способствует перемещению человека. Чем сильнее трение, тем больше соответствующая сила, поэтому его с тараются не уменьшать, а увеличивать: покрытие дороги делают шероховатым, наносят на поверхность шины или подошвы обуви рельефные рисунки (протекторы). Вспомните, как трудно идти по скользкой дороге или как буксует автомобиль, стоящий на льду или в грязи: колёса проскальзывают на месте, хотя мотор исправно вращает их.

Актуальность данного исследования заключается в том, что безопасность человека на прямую зависит от учета трения и правильного подбора соприкасающихся веществ. Хотим ли мы увеличить скольжение или, наоборот, уменьшить, нам придется учитывать свойства поверхностей между которыми возникает скольжение, трение, взаимодействие.

3. Теоретическая часть

Что определяет величину силы сухого трения? Повседневный опыт свидетельствует: чем сильнее прижать поверхности тел друг к другу, тем труднее вызвать их взаимное скольжение и поддерживать его (например, лист бумаги, вложенный между страницами лежащий на столе толстой книги, проще вытащить из верхней части фолианта, чем из нижней). Прижимающая сила, действующая со стороны соседнего тела на трущуюся поверхность, перпендикулярна ей и называется силой нормального давления.

В 1781 году Шарль Кулон, изучая трение деталей и верёвок, которые в то время были существенными частями механизмов, экспериментально становил, что сила трения F_тр. прямо пропорционально прижимающей силе N :

F_тр. = μ N; N= Р=F_тяж.

, где Р-вес тела, а N –сила реакции опоры (сила нормального давления).

Коэффициент пропорциональности μ – коэффициент трения – определяется шероховатостью соприкасающихся поверхностей; для более гладких поверхностей он меньше. Например, после удара хоккейной клюшкой скользящая шайба быстрее останавливается на деревянном полу, чем на льду.

μ =

4. практическая часть

Опыт 1. Цель проводимого опыта - исследовать зависимость силы трения подошвы обуви о различную поверхность, установить зависимость силы трения от силы нормального давления и материалов поверхностей, а так же определить коэффициент трения скольжения.

Опыт заключался в следующем: прикреплённую к динамометру обувь я тянула равномерно вдоль различных поверхностей, снимала показания динамометра в таком положении, а также измеряла вес обуви; с помощью полученных результатов рассчитала коэффициенты трения различной обуви о разную поверхность.

Приборы и материалы, используемые в опыте:

1) обувь с пластиковой подошвой (на примере ботинок фирмы Red Rose), полиуретановой (на примере ботинок фирмы Bretti), каучуковой (на примере ботинок фирмы Bretti) и резиновой подошвой (на примере ботинок фирмы Basconi);

2) ковровая, цементная, и паркетная поверхности;

3) динамометр.

Следует учитывать, что если подошва называется каучуковой, то она не состоит на 100% из каучука, она содержит множество других элементов в своём составе, но содержание каучука в ней преобладает. Также и с пластиковой, полиуретановой, резиновой подошвами.

Порядок проведения опыта:

1. Измерила вес ботинка с пластиковой подошвой. Для этого подвесила его к динамометру.

2. Положила этот ботинок с пластиковой подошвой на ковровую поверхность и протянула его с равномерной скоростью по ковру приблизительно около метра, сняв показания динамометра в этом положении.

Картинка 1

3. Повторила опыт, рассчитала среднее значение силы трения для получения более точных результатов, вычислила коэффициент трения.

4. Протянула ботинок по цементной, паркетной и ковровой поверхности и сняла показания динамометра.

5. Повторила опыты и подсчитала средние значения силы трения для получения более точных результатов, вычислила коэффициент трения.

6. Полученные данные занесла в таблицу:

Трение о ковёр

Подсчёт среднего значения силы трения о ковёр

Red Rose (пластик)

Bretti (полиуретан)

Bretti (каучук)

Basconi (резина)

Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о ковёр

μ =

Red Rose (пластик) μ

Bretti (полиуретан) μ

Bretti (каучук) μ

Basconi (резина) μ

Трение о паркет

Подсчёт среднего значения силы трения о паркет

Red Rose (пластик)

Bretti (полиуретан)

Bretti (каучук)

Basconi (резина)

Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о паркет

μ =

Red Rose (пластик) μ

Bretti (полиуретан) μ

Bretti (каучук) μ

Basconi (резина) μ

Трение о цемент

Подсчёт среднего значения силы трения о цемент

Red Rose (пластик)

Bretti (полиуретан)

Bretti (каучук)

Basconi (резина)

Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о цемент

μ =

Red Rose (пластик) μ

Bretti (полиуретан) μ

Bretti (каучук) μ

Basconi (резина) μ

Диаграмма «Коэффициенты трения»

Таким образом, проведя опыт, я сделала вывод, что наибольший коэффициент трения у подошвы, сделанной из полиуретана, затем каучук, резина, и наименьший коэффициент у пластиковой подошвы. Из этого следует, что при покупке обуви следует учитывать особенности подошв и погодных условий, в которых вы будете носить данную обувь. В зимнее время лучше покупать обувь с полиуретановой подошвой, так как она имеет наибольший коэффициент трения по различным поверхностям (видно из диаграммы 1), и это поможет избежать падений и травм в зимнее время, когда на улице гололёд. Также полиуретан обладает хорошей устойчивостью к различным температурам и прочностью.

Опыт 2 Определение зависимости силы трения от силы давления

Материалы, используемые для проведения опыта:

1. ботинок фирмы Bretti с каучуковой подошвой;

2. паркетная поверхность;

3. динамометр;

4. грузы массой 100 г.

Порядок проведения опыта:

1. Измерила вес ботинка. Для этого подвесил его к динамометру.

2. Измерила силу трения ботинка о паркетную поверхность.

3. Поместила на ботинок груз массой 100 г, сила давления возросла на 1Н.

4. Измерила силу трения ботинка с грузом массой 100г о паркетную поверхность.

5. Повторила опыт, увеличивая груз по 100г, пока масса груза не будет составлять 500г.

6. Полученные данные занесла в таблицу.

7. Построила график зависимости силы трения от силы тяжести.

Таблица значений

График зависимости силы трения от силы тяжести

Таким образом, из графика видно, что сила трения линейно зависит от силы нормального давления, а так же сила трения прямо пропорциональна весу тела. Это значит, что если вес тела увеличится в 2 раза, тогда и сила трения увеличивается в 2 раза.

5. Выводы:

1. Поставленные цели и задачи в работе выполнила.

2. Определила коэффициенты трения различных материалов. Выяснила, что наибольший коэффициент трения у подошвы, сделанной из полиуретана, затем из каучука, резины, и наименьший коэффициент у пластиковой подошвы.

3. Исследовала зависимость силы трения от соприкасающихся материалов. Построила диаграмму коэффициентов трения различных материалов.

4. На опыте убедилась, что сила трения прямо пропорциональна силе весу тела.

5. Определила наиболее практичные материалы для изготовления подошв обуви. В зимнее время лучше покупать обувь с полиуретановой подошвой, так как она имеет наибольший коэффициент трения по различным поверхностям (видно из диаграммы), и это поможет избежать падений и травм в зимнее время, когда на улице гололёд. Не желательно покупать обувь с пластиковой подошвой в зимнее время.

6. Список используемой литературы

1. Аксёнова М., Володин В. Энциклопедия «Физика»: «Аванта», 2020.

2. Энн Пяртель Рабочая тетрадь по физике: Таллин «Коолибри», 2000.

3. Н.М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев, Д.Ш. Шодиев «Физика»: Москва «Просвещение», 2015.

4. А.В. Пёрышкин, Е.М. Гутник «Физика»: Москва «Дрофа», 2022.