Сила трения опыт с марганцовкой описания. Урок - эксперимент "сила трения". Подсчёт среднего значения силы трения о цемент

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:

Чооду Аржаана Байлаковна

Цели: выяснить, какую роль играет сила трения в нашей жизни, как человек получил знания об этом явления, какова его природа.

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.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Предварительный просмотр:

Проект «Сила трения»

Отчет группы исследователей общественного мнения.

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

Группы изучила пословицы, поговорки, сказки, в которых проявляется сила трения, покоя, качения, скольжения, изучала 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.

Сказки:

-«Колобок»-трение качения.

(«Колобок 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…..».)

-«Курочка Ряба»-трение качения.

(«Мышка бежала, хвостиком вильнула, яичко покатилось, упало и разбилось».)

-«репка»-трение покоя.

-«Медвежья горка»-трение скольжения.

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

Возьмем монету и потрем ею о шершавую поверхность. Мы отчетливо ощутим сопротивление-это и есть сила трения. Если тереть побыстрее, монета 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 маленькие 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 лощади 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 подшипники 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. Вот данные, которые нам сообщили в сельской больнице: число обратившихся за медицинской помощью в декабре-январе, только школьников, в возрасте 12-17 лет-3 человек. В основном диагнозы: переломы, ушибы. Есть среди обратившихся за помощью и люди пожилого возраста.

Вот данные из ГИБДД о дорожно-транспортных происшествиях за зимний период: число ДТП, в том числе по причине скользких дорог-18.

Группа провела и небольшой социологический опрос группы жителей, которым задавались следующие вопросы:

1.Что вы знаете о явлении трение?

2.Как вы относитесь к гололеду, скользким тротуарам и дорогам?

3.Ваши пожелания администрации нашего города.

На первый вопрос основная масса опрошенных не могла ответить определенно, т.к. не видела связи между трением и повседневным своим опытом.

На второй вопрос дети и школьники средних классов говорили, что им гололед нравится, можно кататься: а люди постарше уже понимают, в чем заключается опасность этого явления. Они высказали а адрес администрации ряд предложений, например: посыпать дороги и тротуары песком, сделать хорошее освещение, чтобы были видны опасные места; ограничить во время гололеда скорость транспорта; проводить в школах беседы об оказании первой медицинской помощи в таких случаях; проводить встречи и инспекторами ГИБДД.

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

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 удержать 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 перемешают 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.

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:

От площади не зависит.
От материала не зависит.
От величины нагрузки зависит (пропорционально ей).
От скорости скольжения не зависит.
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 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 и 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.

Коэффициент трения

Сила трения зависит от силы, прижимающей данное тело к поверхности другого тела, т.е. от силы нормального давления Рд 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.

Fтр=µ·Ν

Поскольку в описанных опытах все чашечки с гирьками всегда меньше веса бруска, можно заключить, что сила трения всегда составляет только часть силы нормального давления Ν (или Рд). Коэффициент пропорциональности µ в формуле меньше единицы и должен быть числом отвлеченным. Он постоянен для одних и тех же трущихся поверхностей и меняется при их замене.

Величина, характеризирующая 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=Ν/Fтр

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 стали по меди. Объясняется это наличием сил молекулярного взаимодействия, которые у однородных молекул значительно больше, чем у разнородных.

Влияет на трение и 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 µ трения. Отметим, что при трении между гладко полированными поверхностями большую роль играют силы взаимодействия. Если в предыдущей формуле под Fтр подразумевали силу трения скольжения, если же Fтр заменить наибольшим значением силы трения покоя Fмакс., то µ будет обозначать коэффициент трения покоя

µ =Fмакс/Рд

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 приближенный 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.

Роль силы трения

В технике и в повседневной жизни силы трения играют огромную роль. В одних случаях силы трения приносят пользу, в других - вред. Силы 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 той 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 трения покоя. С этой целью скользкую поверхность посыпают песком. Сказанное относится и к движению электровоза, автомобиля. Колеса, соединенные с двигателем, называются ведущими.

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.

ОТЧЕТ ГРУППЫ ЭКСПЕРИМЕНТАТОРОВ

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 – 12ң); деревянные бруски – 2 штуки; набор грузов;

деревянная дощечка; кусок металлического листа; плоский чугунный брусок; лед; резина.

Результаты экспериментов

Зависимость силы трения скольжения от нагрузки.

м (г)			1120
F тр (Н)

Зависимость силы трения от площади соприкосновения трущихся поверхностей.

S (см)
F тр (Н)	0,35	0,35	0,37

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

Неровная поверхность – брусок необработан.
Гладкая поверхность – брусок обструган вдоль волокон дерева.
Отшлифованная гладкая поверхность обработана наждачной бумагой.
При исследовании силы трения от материалов трущихся поверхностей мы используем один брусок массой 120 г и разные контактные поверхности. используем формулу:

Fтр=µ·N

Мы рассчитывали коэффициенты трения скольжения для следующих материалов:

№ п/п	Трущиеся материалы (при сухих поверхностях)	Коэффициент трения (при движении)
	Дерево по дереву (в среднем)
	Дерево по дереву (вдоль волокон)	0,075
	Дерево по металлу
	Дерево по чугуну
	Дерево по льду	0,035

ОТЧЕТ ГРУППЫ КОНСТРУКТОРОВ

Цели: создать демонстрационные эксперименты; объяснить результаты наблюдаемых явлений.

Опыты по трению

Изучив литературу, мы отобрали несколько опытов, которые решили осуществить сами. Мы продумали эксперименты, изготовили приборы и попытались объяснить результаты наших экспериментов. В качестве приборов и инструментов мы взяли: скрипку, канифоль; деревянную линейку; деревянное яйцо, через которое пропущена нить.

Опыт №1

Тщательно натираем смычок канифолью, затем проводим им по струне. Продолжительны поющие звуки получают благодаря трению. Когда скрипач начинает вести смычок вдоль струны, струна и под действием силы трения покоя увлекается смычком и выгибается. При этом натяжение стремится вернуть ее в первоначальное положение. Когда эта сила превысит силу 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.

Затем натирают смычок канифолью? Играет ли канифоль роль смазки при трении? Оказывается, смычок натирают канифолью не только для того, чтобы эта сила заметно зависела от скорости скольжения – быстрее уменьшалась 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 отстаиванию 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. Выходит, что на одной половине пути смычок помогает струне, а на другой – ей мешает? Этого не происходит по двум обстоятельствам. Во-первых, скорость, с которой смычок скользит по струне, относительно струны разная. Когда струна и смычок идут в одну сторону, скорость смычка мала. Вспомните, как медленно отстает едущий по дороге попутный автомобиль, если смотреть на его из окна быстро едущего поезда. Когда же струна движется навстречу смычку, его скорость гораздо больше – подобно скорости, с которой мелькает в окне встречный автомобиль. Второе обстоятельство – сила трения скольжения зависит от относительной скорости трущихся поверхностей. При медленном скольжении, когда она движется в одну сторону со струной, при быстром скольжении струна и смычок движутся в разные стороны. Таким образом, за каждое колебание струны силы трения подталкивает ее, не давая этим колебаниям затухать.

Опыт №2

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 затянута, то сила трения меньше и яйцо свободно скользит вниз.

Опыт №3

Деревянная линейка. Кладут линейку горизонтально на указательные 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.

Вначале декабря была проведена неделя математики, физики. Авторы проекта сделали конкурс сказок среди учащихся «Представим себе мир без трения.» Лучшие сказки получились у следующих учеников.

Сказка 1.

" В мире трения ". (Лакпа Ч)

Сидя на уроке физики, Иванов не слушал учителя. " И зачем надо знать про это трение, оно никому не нужно, и без него можно обойтись," - думал он. И вдруг он ощутил, что ударился обо что-то твердое, он попытался встать, но снова упал. Иванов все-таки встал и еле-еле передвигаясь пошел. Все вокруг было какое-то странное, гладкое, до чего бы он не дотронулся, все было гладким. "Странно, и машин нет?" - удивился Иванов. "А как же они будут ездить?" - раздался голос сзади. Иванов оглянулся и увидел мальчика с короной на голове и с какими-то странными приспособлениями на ногах.
- Как же они будут ездить, если нет трения? - сказал мальчик с короной.
- Как нет трения?
- Так ведь ты попал в страну без трения, а я король этой страны.
- А что у тебя на ногах?
- Это специальные приспособления для передвижения, тебе нужно их одеть, иначе ты не пройдешь и трех шагов.

Иванов одел эти приспособления и ему стало легче передвигаться. Внимательно посмотрев на короля, он увидел, что корона была прикреплена к голове, каким-то необычным приспособлением.
- Зачем ты прикрепил корону?
- Ты забыл, что в нашей стране нет трении, попробуй надеть головной убор, он тут же упадет.

И тут, Иванов понял, что зря он говорил о том, что трение не нужно. Он стал смотреть по сторонам и его взору предстала стройная картина: все люди ходили на каких-то особых приспособлениях, на дерево было невозможно залезть, так как оно было очень гладким. Все предметы, при малейшем прикосновении, падали.
- Как плохо без трения!
- Да, но и без него у нас кое-что идет хорошо. Самолеты очень быстро летают, двигатели не изнашиваются, корабли быстро плавают. Но все-же без трения плохо. Ты видишь, что в моей стране нет ничего красивого и удивительного, нельзя рисовать, бегать, лазать по деревьям, а виноват в этом ты!
- Я!?
- Да ты, ведь это ты сказал, что трение не нужно, вот и оставайся здесь королем, а я ухожу!
- Но, я же не хотел, не хотел, я не знал!
" Иванов, что же такое трение? "- спросил учитель.

Иванов проснулся, он сидел за партой в кабинете физики: " Трение - это сила, без которой прожить нельзя." - ответил он и был прав!

Сказка 2.

" Приключения Савушкина. " (Доктугу А 8класс)

Однажды Савушкин получил двойку по физике. Они как раз проходили тему " Сила трения ".

Придя домой, эакинув учебник по фиэике в дальний угол, он с ненавистью подумал: "Пропади ты пропадом, сила трения ".

И вдруг он поскользнулся и упал на ровном месте. Савушкин попытался встать, ухватившись за ножку стула. Стул с легкостью выскочил из его рук и отлетев в сторону, опрокинул этажерку с книгами. В комнате начался кавардак. Предметы слетали со своих мест и, кружась по комнате, сталкивались и разлетались в разные стороны. Из дальнего угла, размахивая страницами, вылетел учебник физики. Комната была похожа на космический корабль, находящийся в невесомости. Савушкин, собравшись с силами, попытался поймать учебник. Вдруг его осенило: по его желанию исчезла сила трения. Савушкин летал по комнате и догонял учебник. Наконец он ухватил его, на лету открыл заданную страницу и прочитал параграф и понял, какое огромное значение имеет сила трения в жизни. Благодаря силе трения по улицам ездят автобусы, ходят люди и животные, лыжники скользят по снегу, фигуристы катаются на льду, предметы стоят на своих местах.

Вдруг в комнате все встало на свои места. Сила трения возобновила свое действие. Савушкин с облегчением вздохнул. С этого дня он стал серьезно заниматься физикой.

Сказка 3.

" В мире без трения. " (Чооду А-11класс)

Однажды мой друг поехал в другой город. Вот, что он мне рассказал: " Я приехал в город и пошел искать гостиницу. Найдя ее, я заплатил за неделю вперед и пошел в свой номер. Только я решил отдохнуть, как раздался противный гудящий звук. Вдруг кровать отъехала от стенки на середину комнаты. Пол из под моих ног уехал и я упал. Звук прекратился. Я встал, поправил костюм и сел на кровать. Казалось бы ничего и не произошло, но кровать оказалась на середине комнаты, а на моей коленке была ссадина. Но, что это было? Я не стал мучить себя этим вопросом и все же решил отдохнуть. Вдруг снова раздался этот звук. В этот раз я решил не оставаться в комнате. Еле держась за стены я вышел в коридор. Что там было! Дорожки ехали из-под моих ног. Шкаф отъезжал от стены, теряя по дороге дверцы, и разваливаясь на части. Еле-еле я вышел на улицу. На моем пути все разваливалось и падало. На улице прохожие делали какие-то беспорядочные движения, падали. Автобус гнал с бешеной скоростью, из кабины высунулось искаженное страхом лицо водителя и он закричал: " Не могу остановить машину, тормоза не действуют!" Наконец звук прекратился. Из гостиницы выбежал мой сосед с коробочкой в руках. "Наконец-то! Наконец- то! Сила трения. Я изобрел ее" - так он кричал. Он подбежал ко мне и крикнул " Посмотрите! " Он включил какую-то кнопку и.....Но звука не было. Машинка развалилась. Вместо нее на асфальте лежала груда винтиков, шурупов и всяких деталей. Это все, что от нее осталось. Машинка была не исключением и сила трения не действовала и в ней.

Подведение итогов:

А теперь подведем итоги и оценим трение по заслугам. Конечно, только благодаря наличию в природе силы трения возможна жизнь в том виде, в каком она существует на Земле. Но вместе с тем, трение изнашивает машины и подошвы нашей обуви, двигатели автомобилей, самолетов, паровозов. Они все работают против трения (сухого и жидкого), на это тратится огромное количество различных видов горючего. Трение в одних условиях полезно, а в других вредно. Следовательно, надо умело использовать силы трения. Когда в повседневной жизни, в производстве, в технике, на транспорте трение нам необходимо, нужно увеличивать его.

Когда трение мешает, вызывает расход энергии и материалов, необходимо уменьшать его. Так люди поступают с незапамятных времен. Но, чтобы подчинить себе трение нужно знать какие законы им управляют.

а) Чем больше давление между соприкасающимися поверхностями, тем больше сила трения покоя.

б) Во сколько раз увеличивается давление, во столько раз увеличивается трение покоя.

в) Величина силы трения зависит от рода трущихся поверхностей.

г) Сила трения качения меньше силы трения скольжения.

д) Смазка уменьшает трение.

В ы в о д ы

По результатам работы над проектом.

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 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

Литература

1.Блудов М.И. «Беседы пофизике»-М: Просвещение 1980г

2. Горелов Л.А. «Занимательные опыты по физике»-М: Просвещение 1985г

3.Дерягин Б.В. «Что такое трение»-М: Просвещение 1986г

4.Кабардин О.Ф. «Факультативный курс физики»-М: Просвещение 1977г

5. Мощанский В.Н, Савелов Е.В. «История физики в средней школе». Просвещение 1981г

6. Тарасов Л.В. «Физика в природе»-М: Просвещение 1988г

7. Русские народные сказки, пословицы, поговорки.

Цели и задачи…………………………………………………………………………1

Отчет группы исследователей общественного мнения…………………………….2

Отчет группы теоретико в…… ……………….………………………………………3

Историческая справка …….………………………………………………………….4 Роль силы трения………………….………………………………………………….5

Отчет группы экспериментаторов……………..……………………………………..6

Отчет группы конструкторов ………………………………………………………..7

Конкурс сказок ………………………………………………………………………….8

Заключение………………………………………………………………………………9

Районный конкурс исследовательских работ и проектов школьников

«Умное поколение».

Тема проекта: «Сила трения»

Чооду Аржаана, Лакпа Чодураа

МОУ ОСШ с.Ильинка

10,11 класс

Руководитель: Доктугу О.Б.

Учитель физики

МОУ ОСШ с.Ильинка.

Февраль 2010г

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.

1. Введение

Цель данной работы – изучить вопросы, связанные с возникновением трения. Эта тема, казалось бы, давно известная, остаётся по-прежнему актуальной , так как вопрос о силе трения полностью не решен ни физиками, ни математиками, тогда как трение - одна из важнейших проблем, например, для машиностроения. Задача работы – провести эксперименты, позволяющие исследовать от чего зависит сила трения. Таким образом, объектом исследования является трение.

Гипотеза : мир без трения был бы не узнаваем и ужасен. Не было бы развития цивилизации, ведь наши предки с помощью него добывали огонь . Технический прогресс при отсутствии колеса должен был стать каким-то другим. Кроме того, возможно, что трение - один из источников внутреннего тепла Земли.

Практическая значимость работы состоит в том, что она посвящена теории трения, которая до сих пор не является завершенной. Но для того, чтобы привлечь новых будущих исследователей их нужно заинтересовать проблемой. А для этого можно использовать материал данной работы.

Новизной в работе будет гипотеза об уменьшении молекулярного трения под большими горными массивами из-за большого давления. А это должно приводить к увеличению их подвижности. То есть повышать возможность землетрясений.

2. Основные вопросы теории трения

2.1. Мир без трения

Давайте вначале немного пофантазируем и представим, что было бы, если бы трение исчезло? Движущийся автомобиль не сможет остановиться, а неподвижный тронуться с места. Пешеходы упадут на асфальт и не смогут подняться. Кроме того, где пол ниже. они неожиданно окажутся голыми, так как нитки в тканях удерживаются трением. Вся мебель в комнате соскользнёт в один угол. Тарелки и стаканы также будут соскальзывать со стола. Гвозди и шурупы выскочат из стен. Ни одну вещь нельзя будет удержать в руках. Взять и перевернуть страницу книги тоже станет проблемой .

Интересно придумано и рассказано о мгновенном сильном уменьшении трения в книге для детей «Остров неопытных физиков» . «Все части автомобиля, основанные на использовании трения – тормоза, сцепление, приводной ремень, - перестали работать, а те части, для которых трение было помехой стали двигаться ещё быстрее. Поэтому двигатель продолжал работать и даже увеличил число оборотов – трение в цилиндрах и подшипниках уже не тормозило его…». Но автомобиль не мог двигаться, так как исчезло трение между шинами и асфальтом. Таким образом, колёса вертелись, а машина стояла месте. Описание такого же мира дано в стихотворении:

В вот, что пишет известный швейцарский физик, лауреат Нобелевской премии Шарль Гийом: «Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь они величиной с каменную глыбу или малы, как песчинка, никогда не удержится 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».

2.2. Две причины возникновения трения

Два самых главных изобретения – колесо (рис.1) и добывание огня (рис.2) - связаны именно со стремлением уменьшить или увеличить эффект трения.

Трение - следствие многих причин. Главные из них - две. Во-первых, зазубрины одной поверхности цепляются за шероховатости другой. Это так называемое геометрическое трение (рис.3). Во-вторых, молекулярное трение , когда поверхности обоих тел достаточно гладкие. В этом случае начинает сказываться притяжение между их молекулами (рис.4). Наука, изучающая трение называется трибологией (от греч."трибос"- трение). Трение - механическое сопротивление движению, возникающее в месте касания двух прижатых друг к другу тел при их перемещении одного относительно другого. Сила сопротивления F , направленная противоположно перемещению тела, называется силой трения. Законы сухого трения сформулировал в 1781 году Ш. О. Кулон (1736 - 1806). Они были определены опытным путём. Но ещё задолго до этого, среди бесчисленных научных и творческих достижений Леонардо да Винчи была и формулировка законов трения. Амонтон и Кулон ввели понятие коэффициента трения как отношения силы трения к нагрузке. Этот коэффициент определяет силу трения для любой пары контактирующих материалов. Обозначается греческой буквой μ [мю]. До сих пор формула:

F тр =µР,

где Р - сила прижатия или вес тела , a F тр - сила трения , является главной формулой. Её вариант:

F тр =μ N ,

где N – сила реакции опоры . . N =Р. Чертёжи, на которых изображены все силы, действующие на брусок, см. на рис. 5.

Коэффициент трения зависит не только от того, какие материалы контактируют, но и от того, насколько гладко обработаны контактирующие поверхности. Более точно формулу можно записать, учитывая молекулярное трение:

F = μ (N + S p 0 ),

где р 0 – добавочное давление , вызванное силами молекулярного притяжения.

2.3. Виды трения

Существует трения покоя, скольжения и качения. Выяснилось, что обычно сила трения скольжения при медленном движении меньше силы трения покоя (то есть страгивания с места). Кулон изучал именно силу трения при медленном движении тел и установил, что эта сила не зависит от величины скорости, а только от направления движения. Самым маленьким является трение качения. Поэтому при перемещении тяжелых предметов (корабли по суше, каменные блоки для строительства) люди подкладывали под них катки (обычные брёвна). Круглый предмет (например, бочку) легче катить, чем волочить. На этом же основано применение в технике подшипников: шариковых и роликовых (рис. 6).

Другой пример из практики, о различиях в применении видов трения: если автомобиль тормозит скольжением (юзом), то тормозной путь длиннее, чем при торможении качением, когда колесо вращается и своей поверхностью хорошо цепляется за дорожное покрытие. Это должен помнить и водитель, и пешеходы, переходящие улицу!

3. Современная картина трения

Как образно выразился один из основателей науки о трении, Ф. Боуден, «наложение двух твердых тел одного на другое подобно наложению перевернутых швейцарских Альп на австрийские Альпы – площадь контакта оказывается очень малой» (рис.7). Фотографии различных поверхностей, полученные с помощью микроскопов, подтверждают сравнение с горами (рис. 8,9). При попытке движения остроконечные «горные пики» цепляются друг за друга и сминают свои вершины. При попытке сдвига в горизонтальном направлении один пик начинает прогибать другой, то есть сначала попытается сгладить дорогу (рис. 10 а), а потом уже скользить по ней (рис. 10 б). Если тянуть тело динамометром с постоянной скоростью, то окажется, что само тело при этом движется рывками. Д вижение оказывается колебательным: залипание и скольжение поочерёдно сменяют друг друга.

4. Вибрационное сглаживание

Иногда бывает важно исключить движение рывками. Например, робот- сварщик должен плавно вести сварочный аппарат вдоль сварочного шва. Если он будет дёргаться, то в одном месте будет перегрев и свариваемые пластины искорёжатся, а в другом - сварка не произойдёт совсем, так как аппарат слишком быстро проскочит вперёд. Одним из путей борьбы с этими рывками может служить вибрационное сглаживание. Под действием быстрых вибраций сухое трение начинает напоминать жидкое, так как частицы из-за тряски хуже дотрагиваются друг до друга и сыпучий материал из твердых частиц начинает себя вести как жидкий. И в частности может легко перемещаться. И здесь тоже могут быть негативные примеры. Пересекая Ладожское озеро в осенние бурные дни, некоторые корабли, перевозившие зерно, начинали сильно раскачиваться с борта на борт и опрокидывались. Выяснилось, что проектировщики считали, будто зерно в трюме будет лежать неподвижно за счёт сухого трения, сцепляющего отдельные зерна между собой. Но вибрации делали сыпучий материал подобным жидкому. Зерно начинало вести себя как жидкость, наваливаясь при перевозке на наклонный борт корабля, вызывая его опрокидывание. Как только эффект был понят, трюмы поделили на отсеки, как в тех кораблях, что перевозят настоящие жидкости .

5. Жидкое трение

При движении твёрдого тела в жидкости или газе на него действует сила сопротивления среды, которую можно считать особым видом силы трения. Эта сила направлена против движения тела и тормозит его. Главная особенность силы сопротивления состоит в том, что она возникает только при движении тела. Она зависит от его скорости тела, а также от формы и размеров. Поэтому, например, автомобилям придают обтекаемую форму, особенно гоночным. Кроме того сила сопротивления зависит от состояния поверхности тела и вязкости среды, в которой оно движется. В жидкостях и газах силы трения покоя нет .

Жидкое трение намного меньше сухого, так как молекулы жидкости могут легко перемещаться относительно друг друга. Поэтому для уменьшения трения успешно применяют смазку.

5.1. Износ. Смазка

В результате трения детали механизмов истираются и поверхности разрушаются. Одним из методов борьбы с износом является смазка. При этом обе трущиеся поверхности покрываются защитными пленками из молекул смазки. Коэффициент трения снижается. Это происходит потому, что м олекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, по сравнению с молекулами твёрдого тела. Следовательно, при наличии смазки между трущимися поверхностями они легко скользят относительно друг друга. В настоящее время разрабатываются препараты, позволяющие в процессе эксплуатации, не производя полной разборки узлов и агрегатов, частично восстанавливать изношенные поверхности трения с одновременным повышением их износостойкости .

5.2. Аквапланирование

Аквапланирование выглядит так: на мокрой дороге шина скользит по воде, как глиссер, то есть контакт колеса с дорогой исчезает. Автомобиль теряет управляемость. Исследования выявили, что по мере роста скорости перед колесом появляется водяной валик, а снизу появляется водяной клин. С ростом скорости эффект нарастает. При этом машина движется не по асфальту, а как бы «плывёт» по воде (рис. 11).

Помимо изучения теоретического материала авторы работы провели ряд экспериментов, позволяющих самостоятельно определять F тр и зависимость коэффициента трения от тех или иных физических величин или условий . Результаты см. в приложении.

Сравнение силы трения покоя, скольжения и качения (табл.1). Фото.1,2.

Исследование зависимости силы трения от площади контакта. Для этой цели брусок во втором опыте положили на другой бок (табл.2). Фото. 3.

Зависимость силы трения от нагрузки (веса бруска и грузов) или иначе от силы реакции опоры N (табл. 3).

Зависимость от рода вещества и условий обработки двух поверхностей (табл. 4-7).

Сида трения F тр (или коэффициент трения  ) практически не зависит от скорости при малых относительных скоростях движения соприкасающихся поверхностей. Но согласно изученным теоретическим материалам с ростом скорости сила трения слегка уменьшается.

Общие выводы:

Сила трения F тр практически не зависит от площади контакта и от скорости (при малых скоростях).

Сила трения F тр зависит от нагрузки (N =Р), от рода вещества и условий обработки поверхностей. Обычно значения коэффициентов трения лежат в пределах от 0,1 до 1,05 (0,1 1,05).

Значение силы трения в порядке уменьшения: трение покоя, скольжения, качения. F тр покоя  F тр ск.  F тр кач.

7. Региональный компонент

В сентябре 2002 в Северной Осетии сошёл ледник Колка. Ледово-грязе-каменный поток продвинулся почти на 20 км по долине реки Геналдон со скоростью порядка 150-200 км/ч, разрушив строения, базы отдыха, линии электропередач. Основные предположения о причинах этой катастрофы заключаются в том, что произошла внезапная подвижка, обусловленная комплексом причин сейсмического, вулканического и метеорологического характера. Данный ледник относится к категории пульсирующих. На момент катастрофы он ещё не «созрел» для падения. Это подтверждалось данными съёмок из космоса. Таким образом, силы трения покоя удерживали всю массу ледника, Но в результате внешнего воздействия типа удара или взрыва на всю массу снега произошёл процесс, аналогичный вибрационному сглаживанию. Схема процесса: удар, частицы приподнялись вверх, нагрузка Р уменьшилась и, следовательно, трение тоже стало меньше.

При движении одних тел по поверхности других возникает трение. Это происходит, когда шероховатости одной поверхности цепляются за шероховатости другой или когда гладкие поверхности начинают прилипать друг к другу за счет межмолекулярного притяжения. Но, как известно, между молекулами существует не только взаимное притяжение. Если молекулы окажутся слишком близко друг к другу, то они будут отталкиваться. Гипотеза состоит в следующем: очень тяжелые литосферные плиты с материками и горными системами оказывают на нижележащие слои настолько огромное давление, что начинает сказываться отталкивание молекул. Это приводит к дополнительной подвижности нагруженных областей плиты, по сравнению с менее нагруженными и, следовательно, менее подвижными окраинами. Результатом это будет невозможность движения всего комплекса, как единого целого. В таком случае появятся дополнительные нагрузки отдельных областей, что может приводить к землетрясениям, снимающим возникающие механические напряжения.

9. Заключение

Только в США над данной темой в настоящее время работают 1000 исследователей, а в мировой науке публикуется более 700 статей ежегодно. Но как остроумно подметил известный физик Р. Фейнман - все наши измерения для определения коэффициентов трения фактически являются рассмотрением случаев трения "грязь по грязи". Микроскопы различных конструкций показывают сложность проблемы. На рис.11 представлен атомно-силовой микроскоп. Даже для него существует проблема, которая состоит в том, что на воздухе поверхность образца покрывается парами воды толщиной до 20-30 молекул. Таким образом, данная тема позволяет работать над ней ещё долгие годы многим исследователям. И авторам этой работы также удалось не только провести стандартные эксперименты и убедиться в точности уже известных сведений о силе трения, но и высказать свою научную гипотезу о роли молекулярного трения.

10. Литература

Агаян В. Дазен Н. Что произойдет, если исчезнет трение?// Квант. №5. 1990.

Домбровский К. И. Остров неопытных физиков. – М.: Детская литература, 1973.

Первозванский А.А. Трение - сила знакомая, но таинственная.//Соросовский Образовательный Журнал. №2.1998.

Перышкин А.В. Физика – 7. – М..: Дрофа, 2008.

Матвеев А. Трибоника или капля смазки.// Юный техник, №1.1987.

Кравчук А.С. Трение."Современное естествознание″,т.З.М.:Магистр -Пресс. 2000.

7. Солодушко А.Д. Эксперимент при изучении силы трения.//Физика в школе. №5.2001

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.

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.

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

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

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.

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

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

m, (г)			1120
FTP(H)

2. Зависимость силы трения от площади соприкосновения трущихся поверхностей.

S (см2)
FTP(H)	0,35	0,35	0,37

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

	1 лакированное	2 деревянное	3 тканевое
	0 , 9Н		1 , 4Н

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:

№ п/п	Трущиеся материалы (при сухих поверхностях)	Коэффициент трения (при движении)
	Дерево по дереву (в среднем)	0,28
	Дерево по дереву (вдоль волокон)	0,07
	Дерево по металлу	0,39
	Дерево по чугуну	0,47
	Дерево по льду	0,033

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.

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/