Опыты по физике. Интересные опыты по физике. Исследовательский проект по физике Сила трения Цель

Проделаем несколько опытов.

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

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

Продолжим наши эксперименты.

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

Эту силу стали называть силой трения скольжения и обозначают буквой .

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

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

1. Максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения

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

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

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

Формула (1) называется законом Кулона - Амонтона.

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

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

В этой формуле k - коэффициентом трения качения.

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

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

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

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

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

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

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

Рис.4.39а и б

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

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

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

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

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

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

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

Вопросы для самоконтроля:

1. Какая сила называется силой трения?

2. Как возникает сила трения?

3. Какова природа силы трения?

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

5. Какое трение называется сухим?

6. Каковы итоги исследования сухого трения Кулоном и Амонтоном?

7. Когда возникает сила трения качения?

8. От каких факторов зависит коэффициент трения скольжения?

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

10. Приведите примеры вредного и полезного проявления сил трения.

11. Какое трение называется жидким и как оно возникает?

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

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

Особенность педагогической системы многоуровневого непрерывного креативного образования НФТМ-ТРИЗ состоящая в том, что учащийся из объекта обучения становится субъектом творчества, а учебный материал (знания) из предмета усвоения становится средством достижения некоторой созидательной цели , до недавнего времени, являлась моей мечтой, как учителя. Сегодня, медленно, но верно, мечта становится реальностью.

Внести в урок элемент творчества, навести мосты между физикой и лирикой, связать скучные физические законы с накопленным жизненным опытом учащихся, - всегда было одной из важных составляющих моей педагогической деятельности. Но одно дело - «вариться» в собственном котле, а другое, - когда на всех уровнях образования идет непрерывное формирование творческого мышления и развитие творческих способностей обучающихся, поиск высокоэффективных творческих решений.

Немецкий педагог А. Дистервег сказал: «Ученик проходит в несколько лет дорогу, на которую человечество употребило тысячелетия. Однако его следует вести к цели не с завязанными глазами, а зрячим: он должен воспринимать истину не как готовый результат, а должен ее открыть. Учитель должен руководить этой экспедицией открытий, следовательно, также присутствовать не только в качестве простого зрителя. Но ученик должен напрягать свои силы, ему ничто не должно доставаться даром. Дается только тому, кто стремится». Как правильно и в унисон с требованиями нового образовательного Стандарта сказано!

Я с каким-то душевным трепетом предвкушаю встречу с семиклассниками, готовыми самостоятельно ставить цели, ориентироваться в ситуации, творчески мыслить, действовать…

Но тогда и учителю придется по-новому принять для себя принцип Гиппократа «не навреди» как: помоги ребенку развить личность, обрести духовно-нравственный опыт и социальную компетентность.

В Федеральном государственном образовательном стандарте основного общего образования (ФГОС ООО) в требованиях к естественнонаучным предметам отмечаются, в частности,

Овладение умениями формулировать гипотезы, конструировать, проводить эксперименты, оценивать полученные результаты;

Овладение умением сопоставлять экспериментальные и теоретические знания с объективными реалиями жизни .

О том, как, применяя блочную структуру сдвоенного креативного урока , эти требования можно реализовать, используя приемы и методы НФТМ-ТРИЗ, я покажу на примере урока физики в 7-м классе по теме «Сила трения. Виды трения. Трение в природе и технике».

Принцип работы - воспитание личности через творчество.

Задача - создать педагогические условия для выявления творческих способностей и их развития.

Эпиграфом к уроку взяла два афоризма (хотя, они отражают, на мой взгляд, всю линию развития творческого мышления и способностей, поэтому могут занять почетное место в оформлении кабинета):

Человек рожден для мышления и действий.

Афоризм древних греков и римлян

Способности, как и мускулы, растут при тренировке.

Отечественный геолог и географ В. А. Обручев (1863-1956)

Блок 1 . Мотивация (5 мин). Для развития любознательности учащихся в начале урока - опыт.

На демонстрационном столе стоят две глубоких тарелки, наполненные до краев водой. Учитель приглашает к доске двух помощников и предлагает поучаствовать в эксперименте. Дает в руки одному ученику теннисный шарик, другому - такой же резиновый. Задача: заставить шарики вращаться в воде как можно быстрее .

Что наблюдаем?

Какой шарик крутится в воде быстрее?

Как вы думаете, почему теннисный шарик крутится быстрее, чем резиновый?

Вывод, к которому приходим после всестороннего анализа задачи: теннисный шарик вращается быстрее, чем резиновый, т.к. его поверхность вызывает меньше трения с водой.

Трение - это взаимодействие, возникающее при соприкосновении одного тела с другим и препятствующее их относительному движению. А сила, характеризующая это взаимодействие, - сила трения. Сегодня на уроке мы с вами раскроем все секреты этого удивительного явления - трения. Готовы? Тогда за дело!

Блок 2. Содержательная часть (30 мин)

У детей на столах: катушка из-под ниток; петля из резинки; гладкая пуговица, две спички, клей . Учитель предлагает, пользуясь набором этих инструментов, создать движущуюся конструкцию.

Работа в группах (учитель контролирует процесс поисковой и коммуникативной деятельности), демонстрация того, что получилось и рассказ о том, как действовали:

Какие идеи рождались?

Почему остановились на этой?

Как ее воплощали?

С какими проблемами столкнулись?

Как их решали? Все ли удалось?

Как работалось в команде?

Образец возможной конструкции:

Рис. 1

1 - катушка из-под ниток;

2 - петля из резинки;

3 - гладкая пуговица;

4 - обломок спички, продетый в петлю (его лучше приклеить к катушке);

5 - спичка.

Все группы поработали изобретателями, результат работы творческой мысли - движущаяся конструкция. Цель достигнута. Не малую роль в этом сыграла слаженность команды, умение слушать друг друга, формулировать и аргументировать свое мнение и корректное отстаивание своей позиции. Но все вы отмечаете, что скорость вашей машинки не так высока, как хочется.

Для того чтобы понять, как сделать полученную конструкцию более быстроход-ной, надо разобраться с тем, что ей мешает двигаться так, как нам того хочется.

Поиск будем вести в 3 направлениях: причина трения, виды трения, факторы его определяющие. На классной доске открываются записи:

Причины трения: Виды трения: Трение зависит от:

Не сомневаюсь в том, что уже есть идеи. Есть желание изложить свою точку зрения, - с удовольствием послушаем.

Работаем в группах сменного состава по сценарию: идея → опыт → вывод.

Каждая группа получает оборудование для постановки опытов: деревянный брусок с крючком, грузы, динамометр, деревянная доска 50×10 см, доски такого же размера, обитые линолеумом, резиной, круглые карандаши. А на интерактивной доске - подсказки в виде картинок:

Рис. 2 Рис. 3 Рис. 4

Рис. 5 Рис. 6 Рис. 7

Найдите рисунки, на которых встречается трение. Объясните свою точку зрения.

Обратите внимание на рис. 3, 4, 5. Что между ними общего, и чем отличаются? (Общее - трение. Но при этом хоккеист - скользит, телега - катится, а пианино - стоит на месте).

В природе и технике встречаются три вида трения: покоя, скольжения, качения (+запись на доске). Попробуйте дать им определения. Найдите их на других рисунках.

Чем же обусловлено возникновение силы трения? Как вы считаете?

Положите брусок с грузом на деревянную доску. Прикрепите к нему динамометр и, подействовав с силой, параллельной доске, равномерно перемещайте груз. Запишите показания динамометра. Какую силу мы измерили? (силу тяги, равную силе трения скольжения).

Повторите опыт на линолеуме и резине. Сделайте выводы
(1) одна из причин трения - неровности соприкасающихся поверхностей, которые при движении цепляются друг за друга; 2) сила трения зависит от материала соприкасающихся поверхностей) → записи на доске.

Добавить груз на брусок. Повторить эксперимент. Сформулировать вывод. (Сила трения прямо пропорциональна силе нормального давления) → запись на доске.

Положите брусок с гирями на карандаши. Эксперимент. Вывод.

Ребята, а что вы знаете о смазке? Какова ее роль? На каких рисунках она присутствует?

В свое время великий итальянский художник и ученый Леонардо да Винчи, удивляя окружающих, проводил странные опыты: он таскал по полу веревку то во всю длину, то собирая ее кольцами. Он изучал: зависит ли сила трения скольжения от площади соприкасающихся тел?

Прежде, чем мы узнаем, к какому выводу пришел Леонардо да Винчи, давайте тоже попробуем ответить на этот вопрос. Но вот оказия: веревки у нас нет. Как быть? Можно ли обойтись подручными средствами? Находим выход из положения в бруске, у которого различны площади граней. Сравнив силу трения скольжения при трех положениях бруска, приходим к выводу, что сила трения скольжения во всех случаях оказалась одной и той же, т. е. она не зависит от площади соприкасающихся тел. А что же Леонардо? (зачитываю ответ). И вот она - радость познания!

А сейчас я предлагаю вам с целью самоанализа изученного материала заполнить 2 таблицы , составив по получившимся записям устный рассказ. В случае затруднений обращаться к 30 и 31 параграфам учебника .

Таблица 1

Изученное физическое явление

Таблица 2

Силы, с которыми я познакомился

Работаете сначала самостоятельно, затем в группах обсуждаются, корректируются, «шлифуются» записи.

Но тут оказывается, что одна проблема возникла у всех: формулы для расчета силы трения в учебнике нет.

Ребята, вы уже знаете, что сила трения скольжения зависит от веса тела и материала соприкасающихся поверхностей. Величину, характеризующую зависимость силы трения от материала соприкасающихся поверхностей, их качества обработки называют коэффициентом трения скольжения μ. Таким образом, формула для расчета силы трения скольжения: F тр = μmg.

Думаю, что сейчас вы готовы сделать свою конструкцию быстроходной, доведя до совершенства. Это и будет вашим домашним заданием. На следующем уроке - соревнование ваших «машин». Победителей ждут высокие оценки. А сейчас…

Блок 3. Психологическая разгрузка (5 мин)

Мальчики жеребьевкой делятся на две команды, соревнуясь в перетягивании каната. Девочки - болельщицы. Им же предстоит объяснить, в чем могла быть причина победы или проигрыша команды. С каким видом трения и где столкнулись в данном состязании? Выступало оно в роли помощника или помехи? Что бы вы могли предложить для увеличения трения подошв о пол? рук о канат?

Блок 4. Головоломка (10 мин)

Скажите, ребята, кто из вас любит ходить на лыжах? Мы с моим классом иногда проводим выходные за этим замечательным занятием! Правда, воспоминания о нашем первом походе вызывают у нас смешанные чувства, т.к. намучались мы изрядно: лыжи все время «стремились» катиться назад, неимоверных усилий стоило подняться по самому небольшому взъёму.

Как думаете, что с нами было не так? - Смазка! А почему? Казалось бы, скольжение на лыжах требует уменьшения трения и все. Нет, не все. При беге на лыжах (классическим стилем) проявляются два вида трения. Какие? Одно полезное, и его нужно увеличить, другое вредное, и его нужно уменьшить. Вот так, увеличить и уменьшить одновременно! Ясно, как трудно подобрать такую грань, чтобы, как говорится, «и овцы были целы, и волки сыты». Для каждой погоды она своя - эта трудноуловимая грань. Ошибешься - и лыжи будут либо плохо скользить, либо плохо держать при отталкивании (отдача) . По этому поводу у финнов есть пословица «Лыжи скользят по погоде».

В пословицах - кратких изречениях, поучениях - проявляются национальная история, мировоззрение, быт людей. Но ведь все это неразрывно связано с физикой. Сегодня я предлагаю вам несколько пословиц, имеющих отношение к нашей теме (распределяются по группам жеребьевкой). Ваша задача: прочитать пословицу и ответить на вопросы:

1. Каков ее физический смысл?
2. Верна ли пословица с точки зрения физики?
3. В чем ее житейский смысл?

Пословицы:

Пошло дело как по маслу (русская).

Лыжи скользят по погоде (финская).

Из навощенной нити трудно плести сеть (корейская).

Угря в руках не удержишь (французская).

Не подмажешь - не поедешь (французская).

Арбузную корку обошел, а на кокосовой поскользнулся (вьетнамская).

Коси коса, пока роса; роса долой, и мы домой (русская) .

Блок 5. Интеллектуальная разминка (15 мин)

Сегодня вам, мои юные физики, я расскажу сказку «Репка» о силе трения покоя, механизме ее возникновения, величине и направлении . Слушайте внимательно, т. к. по окончании вам предстоит ответить на 10 вопросов проще «пареной репы».

Итак, слушайте.

Посадил дед репку. Выросла репка большая-пребольшая, тяжелая-претяжелая, разрослась она во все стороны, грунт потеснила. Потому-то очень плотный контакт у ее клубня с почвой получился, во все мельчайшие трещины и выступы земля проникла. Пошел дед репку рвать. Тянет-потянет - вытянуть не может. Силы ему не хватает: упирается репка, неровностями и выступами за землю цепляется, своему движению противится. Местами зазор между репкой и участками почвы порядка радиуса действия молекулярных сил оказывается. Там слипание частичек грунта с репкой происходит, перемещению репки относительно земли оно препятствует.

Позвал дед бабку. Бабка за дедку, дедка за репку, тянут-потянут- вытянуть не могут: крепко утолщено-округленный корень в грунте держится. Сила тяжести его к земле прижимает. Нет, и вдвоем им не справиться.

Позвала бабка внучку. Внучка за бабку, бабка за дедку, дедка за репку, тянут-потянут - вытянуть не могут: все еще их общая сила тяги меньше той предельной силы, которая по поверхности соприкосновения репы с землей возникает. Силой трения покоя она называется. Вызвана внешней силой, но всегда против внешней силы и направлена. Неоднозначна эта сила - многолика. В широких пределах меняться может: от нуля до определенного максимального значения... Видно, еше не наступило это максимальное значение.

Позвала внучка Жучку. Жучка четырьмя лапами в землю уперлась. Между лапами и землей тоже сила трения покоя возникает. Помогает эта сила Жучке так же, как деду, бабке и внучке. Не будь этой силы, не смогли бы они упереться, по земле скользили бы, проскальзывали. Жучка за внучку, внучка за бабку, бабка за дедку, дедка за репку, тянут-потянут - вытянуть не могут. А на самом деле на микроны уже сдвинулась репка. Величина этих микро перемещений пропорциональна приложенной силе и от свойств самого грунта зависит. А слипание репки с землей и упругие деформации сдвига почвы и микро выступов самой репки при попытке ее вытянуть к росту силы упругости почвы приводят. А эта возникшая сила упругости почвы, по существу, и есть сила трения покоя. Не дает она никак вытянуть репку.

Позвала Жучка кошку. Кошка за Жучку, Жучка за внучку, внучка за бабку, бабка за дедку, тянут-потянут - вытянуть не могут: на самую малость, но все же меньше внешняя сила оказалась, чем максимально возможное значение силы трения покоя.

Позвала кошка мышку. Мышка за кошку, кошка за Жучку, Жучка за внучку, внучка за бабку, бабка за дедку, тянут-потянут - вытащили репку.

Только не подумайте, что маленькая мышка сильнее всех оказалась! Сколько тех сил у маленькой мышки! Но ее маленькая сила к общей силе тяги добавилась, и теперь результирующая сила даже превысила несколько максимальное значение величины силы трения покоя: больше силы трения скольжения стала. Возникли необратимые относительные перемещения. «Живая цепочка» - от деда до мышки - репку вытянула, а сама... упала! Больше приложенная сила, чем сила трения скольжения репки о грунт оказалась. Вот в сторону большей силы все и упали. Но это... уже другая сказка.

А теперь обещанные вопросы, проще «пареной репы»:

Блок 6 . Содержательная часть (15 мин)

Еще немного и о силе трения вы будете знать все.

Самостоятельная работа с учебником: изучить § 32 , структурировать текст (схема, таблица и пр.), обсудить в группе и наиболее удачный вариант представить всему классу, защитив его. Оцениваться работа будет по следующим критериям: интересная форма представления, компетентность защитника (четкое, понятное изъяснение, умение заинтересовать аудиторию, аргументированно ответить на заданные вопросы, если они возникнут), поддержка группы. В представлении результата деятельности должны прозвучать ответы на три вопроса: «Для чего делаю?», «Что делаю?» и «Как делаю?»

Блок 7 . Компьютерная интеллектуальная поддержка (10 мин)

Видеофрагмент мультфильма «Бременские музыканты» (Едут, поют «Ничего на свете лучше нету, чем бродить друзьям по белу свету»).

Рис. 8 Рис. 9

Найти все, что имеет отношение к нашей теме, аргументировать свой выбор. Но представить это надо «глазами» физика. Один начинает рассказ, эстафету принимает второй, затем третий и т. д. В случае необходимости, мультфильм повторяем, останавливаясь по просьбе отвечающего.

Блок 8. Резюме (5 мин)

«Сделай свою «фотографию» урока или работы»

Представьте, что каждый из вас фотограф, и вам надо сделать несколько снимков «стоп-кадров» с урока или того дела, которым вы только что занимались. Снимок может быть цветной или черно-белый. Цветной стоп-кадр отражает что-то понравившееся, доставившее вам радость от увиденного, услышанного, выполненного, сконструированного и пр. Черно-белый «стоп-кадр» должен показать то, что вам не понравилось, не удалось, огорчило.

Каждый изображает, как он делает свой снимок: держит в руках фотоаппарат, спускает затвор и громко комментирует кадр, поясняя, почему что-то понравилось или не понравилось. Затем фотоаппарат нужно передать другому учащемуся .

Последним несколько «стоп-кадров» делает учитель.

1. Зиновкина М. М., Утёмов В. В. Структура креативного урока по развитию творческой личности учащихся в педагогической системе НФТМ-ТРИЗ // Социально-антропологические проблемы информационного общества. Выпуск 1. - Концепт. - 2013. - ART 64054. - URL: http://e-koncept.ru/teleconf/64054.html
2. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования. - URL: http://минобрнауки.рф]
3. Опыт «Трение» - Уроки волшебства. - URL: http://lmagic.info/friction.html
4. Балашов М. М. О природе: Кн. для учащихся 7 кл. - М.: Просвещение. 1991. -64 с.: ил.
5. Преподавание физики, развивающее ученика. - Кн. 2. - Развитие мышления: общие представления, обучение мыслительным операциям / сост. и под ред. Э. М. Браверман. Пособие для учителей и методистов. - М.: Ассоциация учителей физики. 2005. - 272 с.; ил. - (Обучение, ориентированное на личность.)
6. Класс!ная физика. - URL: http://class-fizika.narod.ru/
7. Перышкин А. В. Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений. - 8-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2004. - 192 с.: ил.
8. Тихомирова С. А. Физика в пословицах, загадках и сказках. - М.: Школьная Пресса, 2002. - 128 с. - (Библиотека журнала «Физика в школе»; Вып. 22)
9. Урок физики в современной школе: Творч. поиск учителей: Кн. для учителя / сост. Э. М. Браверман; под ред. В. Г. Разумовского. - М.: Просвещение,1993. - 288 с
10. Преподавание физики, развивающее ученика. Кн. 1. Подходы, компоненты, уроки, задания / сост. и под ред. Э.М. Браверман: Пособие для учителей и методистов. - М.: Ассоциация учителей физики. 2003. - 400 с.; ил. - (Обучение, ориентированное на личность.)

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

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

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

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

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

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

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

Я как учитель совместно с учащимися ставила цели:

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

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

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

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

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

Цель:

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

Задача:

• определить значение силы трения в повседневной жизни, природе.

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

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

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

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

Зависимость силы трения от некоторых показателей демонстрируют следующие опыты:

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

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

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

Используем смазку, что ведет к уменьшению силы трения;

Сила трения почти не зависит от площади опоры.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Опыты, демонстрирующие силу трения:

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

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

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

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

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

3. Что такое трение (немного теории)

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

Сила трения

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

3.1. Трение покоя

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

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

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

3.2. Трение скольжения

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

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

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

3.3. Трение качения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3.4. Историческая справка

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

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

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

1. От площади не зависит.

2. От материала не зависит.

3. От величины нагрузки зависит (пропорционально ей).

4. От скорости скольжения не зависит.

5. Зависит от шероховатости поверхности.

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

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

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

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

Правильные ответы

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

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

3.5.Коэффициент трения

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

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

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

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

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

Влияет на трение и качество обработки трущихся поверхно­стей.

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

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

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

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

3.6. Роль сил трения

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

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

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

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

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

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

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

4. Результаты экспериментов

Цель: выяснить зависимость силы трения скольжения от следующих факторов:

От нагрузки;

От площади соприкосновения трущихся поверхностей;

От трущихся материалов (при сухих поверхностях).

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

Результаты экспериментов

1. Зависимость силы трения скольжения от нагрузки.

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.

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

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

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

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

Список использованной литературы.

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

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

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

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

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

· http://gannalv. *****/tr/

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

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

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