Чикиров Руслан, Назаренко Яна

Проект учащихся по теме "Трение"

Скачать:

Предварительный просмотр:

Исследовательская работа

Трение

и его значение в жизни человека

Выполнили: Назаренко Яна и

ЧикировРуслан

Учащиеся 9 «А» класса

МОУ ЧСОШ №2

Руководитель Маликова Г.Н.

2010г.

Какую роль играет сила трения в нашей жизни?

Цель: Выяснить, какую роль играет сила трения в нашей жизни, как человек получил знания об этом явлении, какова её природа.

Задачи:

1. Проследить исторический опыт человечества по использованию и применению этого явления;
2. Выяснить природу явления трения, закономерности трения;
3. Провести эксперименты, подтверждающие закономерности и зависимости силы трения;
4. Продумать и создать демонстрационные эксперименты, доказывающие зависимость силы трения от силы нормального давления, от свойств соприкасающихся поверхностей, от скорости относительного движения.

План:

1. Природа силы трения
2. Сущность явления трение
3. Виды трения
4. Исследования, эксперименты, опыты
5. Факторы, от которых зависит сила трения
6. Роль сил трения
7. Вывод

Наши исследования:

1. Сведения из больницы
2. Сведения из ГИБДД
3. Социологический опрос
4. Эксперименты, опыты

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

Изучили пословицы, поговорки, сказки, в которых проявляется сила трения покоя, качения, скольжения:

Не будет снега, не будет и следа.

Тяжело против воды плыть.

Терпенье и труд всё перетрут.

От того и телега запела, что давно дёгтя не ела.

Сказки: «Колобок» – трение качения («Колобок полежал, полежал, взял да и покатился – с окна на лавку, с лавки на пол, по полу к двери, прыг через порог – да в сени и покатился…»);

«Курочка Ряба» – трение качения («Мышка бежала, хвостиком вильнула, яичко покатилось,

Упало и разбилось);

«Репка» – трение покоя; – «Медвежья горка» – трение скольжения и другие.

Возьмём монету и потрём её о шероховатую поверхность. Мы отчётливо ощутим сопротивление – это и есть сила трения. Если тереть быстрее, монета начнёт нагреваться, напомнив нам о том, что при трении выделяется теплота – факт, известный ещё человеку каменного века, ведь именно таким способом люди впервые научились добывать огонь.

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.

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

Трение – не только тормоз для движения. Это и ещё и главная причина изнашивания технических устройств, проблема, с которой человек столкнулся также на самой заре цивилизации.

И в наше время 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.

Виды сил трения: трение покоя, скольжения, качения.

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 удерживает этот брусок от соскальзывания вниз?

Конечно же, трение покоя.

Трение скольжения: Из-за чего 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 движения тела.

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.

Причины 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 мешают движению;

1. 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.

Трение играет в нашей жизни и положительную роль, но оно и опасно для нас, особенно в зимний период, период гололёдов.

Мы обратились в районную больницу с просьбой дать нам информацию о пострадавших от гололёда, обратившихся за медицинской помощью.

Данные из районной больницы о пострадавших от гололёда за зимний период 2009-2010гг:

Дети от 7-13 лет -6;

подростки 14-17 лет – 3;

люди пожилого возраста – 9.

Данные из ГИБДД о дорожно-транспортных происшествиях за зимний период:

Мы провели небольшой социологический опрос группы жителей, которым задавались следующие вопросы:

1) Что Вы знаете о явлении трение?

2) Как Вы относитесь к гололёду, скользким тротуарам и дорогам?

3) Ваши пожелания администрации нашего района.

В опросе участвовали люди разных возрастов (60 человек)

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

На второй вопрос дети и школьники средних классов говорили, что лёд им нравится, можно покататься; а люди постарше уже понимают, в чём заключается опасность этого явления. Они высказывали в адрес администрации ряд предложений, например:

Посыпать дороги и тротуары песком, солью;

Сделать хорошее освещение, чтобы были видны опасные места;

Ограничить во время гололёда скорость транспорта на улицах;

Проводить в школах беседы об оказании первой медицинской помощи в таких случаях;

Проводить встречи с инспекторами ГИБДД.

Факторы, от которых зависит сила трения:

1. Сила трения не зависит от площади соприкасающихся тел, а зависит от материала тел;
2. Сила трения зависит от силы, прижимающей данное тело к поверхности другого тела, т.е. от силы нормального давления;
3. Модуль силы трения скольжения зависит от модуля относительной скорости.

Сила трения зависит от качества обработки трущихся поверхностей.

Экспериментально выяснили зависимость силы трения от следующих факторов:

От нагрузки;

От площади соприкосновения трущихся поверхностей;

От трущихся материалов.

Результаты экспериментов:

1. Зависимость силы трения скольжения от нагрузки. С увеличением нагрузки сила трения увеличивается.

2. Зависимость силы трения от площади соприкосновения трущихся поверхностей:

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

Используя экспериментальные данные, вычислили коэффициент трения скольжения для следующих материалов:

Роль силы трения:

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

Вывод:

Мы выяснили, что человек издавна использует знания о явлении трения, полученные опытным путём. Теперь мы точно знаем, от чего зависит сила трения, а что не влияет на неё. Теперь мы сможем объяснить все наблюдаемые в практике закономерности строением вещества, силой взаимодействия между молекулами.

Провели серию экспериментов, подтвердив все утверждения, высказанные нами. Но, наверное, самое главное – мы поняли, как здорово добывать знания самим, а потом делиться с другими. В дальнейшем мы хотели бы продолжить исследования по этой теме и расширить свои знания в области уменьшения сил трения в природе и технике.

Литература:

1. Перышкин А.В. Физика 7 класс. – М.: Дрофа, 2006.
2. Ламырева Н.А. Физика 9-11 классы. Проектная деятельность учащихся. – Волгоград: Учитель, 2008.

В окружающем нас мире существует множество физических явлений: гром и молния, дождь и град, электрический ток, трение… Именно трению и посвящён наш сегодняшний доклад. Почему возникает трение, на что влияет, от чего зависит сила трения? И, наконец, трение - это друг или враг?

Что такое сила трения?

Немного разбежавшись, можно лихо прокатиться по ледяной дорожке. Но попробуйте сделать это на обычном асфальте. Впрочем, и пробовать не стоит. Ничего не получится. Виновницей вашей неудачи станет очень большая сила трения. По этой же причине сложно сдвинуть с места массивный стол или, скажем, пианино.

В месте соприкосновения двух тел всегда возникает взаимодействие, которое препятствует движению одного тела по поверхности другого. Его и называют трением. А величину этого взаимодействия - силой трения.

Виды сил трения

Представим себе, что вам надо передвинуть тяжелый шкаф. Вашей силы явно не хватает. Увеличим «сдвигающую» силу. Одновременно увеличивается и сила трения покоя. И направлена она в сторону противоположную движения шкафа. Наконец, «сдвигающая» сила «побеждает» и шкаф трогается с места. Теперь в свои права вступает сила трения скольжения. Но она меньше силы трения покоя и дальше шкаф передвигать значительно легче.

Вам, конечно, приходилось наблюдать, как 2-3 человека откатывают в сторону тяжелый автомобиль с внезапно заглохшим двигателем. Люди, толкающие автомобиль, никакие не силачи, просто на колеса автомобиля действует сила трения качения. Этот вид трения возникает при перекатывании одного тела по поверхности другого. Может катиться шарик, круглый или гранёный карандаш, колеса железнодорожного состава и т. д. Этот вид трения гораздо меньше силы трения скольжения. Поэтому совсем легко передвигать тяжелую мебель, если она снабжена колёсиками.

Но, и в этом случае сила трения направлена против движения тела, следовательно, уменьшает скорость тела. Если бы не её «вредный характер», разогнавшись на велосипеде или роликах, можно было бы наслаждаться ездой бесконечно долго. По этой же причине автомобиль с выключенным двигателем ещё какое-то время будет двигаться по инерции, а затем остановится.

Итак, запоминаем, различают 3 вида сил трения:

• трение скольжения;
• трение качения;
• трение покоя.

Быстрота изменения скорости называется ускорением. Но, поскольку, сила трения замедляет движение, то это ускорение будет со знаком «минус». Правильно будет сказать, под действием трения тело движется с замедлением.

Какова природа трения

Если рассмотреть гладкую поверхность полированного стола или льда через лупу (увеличительное стекло), то вы увидите крохотные шероховатости, за которые и цепляется тело, скользящее или катящееся по его поверхности. Ведь подобные выступы есть и у тела, движущегося по этим поверхностям.

В точках соприкосновения молекулы настолько сближаются, что начинают притягиваться друг к другу. Но тело продолжает движение, атомы удаляются друг от друга, сцепки между ними рвутся. Это приводит в колебание освободившиеся от притяжения атомы. Примерно так, как колеблется освобожденная от растяжения пружина. Мы же воспринимаем эти колебания молекул как нагревание. Вот почему трение всегда сопровождается повышением температуры соприкасающихся поверхностей.

Значит, существуют две причины, вызывающие это явление:

• неровности на поверхности соприкасающихся тел;
• силы межмолекулярного притяжения.

От чего зависит сила трения

Вероятно, вам приходилось замечать, резкое торможение санок, если они съезжают на участок, посыпанный песком. И ещё одно интересное наблюдение, когда на санках находится один человек, они проделают, съехав с горки, один путь. А если двое друзей будут съезжать вместе, санки остановятся быстрее. Следовательно, сила трения:

• зависит от материала соприкасающихся поверхностей;
• кроме того, трение возрастает с увеличением веса тела;
• действует в сторону противоположную движению.

Замечательная наука физика еще и тем хороша, что многие зависимости можно выразить не только словами, но и в виде специальных знаков (формул). Для силы трения это выглядит так:

Fтр = kN где:

Fтр - сила трения.

k - коэффициент трения, который отражает зависимость силы трения от материала и чистоты его обработки. Скажем, если металл катится по металлу k=0,18, если вы мчитесь на коньках по льду k= 0,02 (коэффициент трения всегда меньше единицы);

N - это сила, действующая на опору. Если тело находится на горизонтальной поверхности, эта сила равна весу тела. Для наклонной плоскости она меньше веса и зависит от угла наклона. Чем круче горка, тем легче с нее скатиться и дольше можно проехать.

А, высчитав по этой формуле силу трения покоя шкафа, мы узнаем какую силу нужно приложить, чтобы сдвинуть его с места.

Работа силы трения

Если на тело действует сила, под действием которой тело перемещается, то всегда совершается работа. У работы силы трения свои особенности: ведь она не вызывает движение, а препятствует ему. Поэтому, совершаемая ею работа, всегда будет отрицательной, т.е. со знаком «минус», в какую бы сторону не двигалось тело.

Трение - это друг или враг

Силы трения сопровождают нас повсюду, принося ощутимый вред и… огромную пользу. Вообразим, что исчезло трение. Изумленный наблюдатель увидел бы: как рушатся горы, сами по себе выкорчевываются из земли деревья, ураганные ветры и морские волны бесконечно властвуют над землей. Все тела сползают куда-то вниз, транспорт разваливается на отдельные детали, поскольку болты без трения не выполняют свою роль, невидимый безобразник развязал бы все шнурки и узлы, мебель, не удерживаемая силами трения, сползла в самый низкий угол комнаты.

Попытаемся убежать, спастись от этого хаоса, но без трения не сможем сделать, ни шагу. Ведь именно трение помогает нам при ходьбе отталкиваться от земли. Теперь понятно, почему зимой скользкие дороги посыпают песком….

И в то же время иногда трение наносит значительный вред. Люди научились уменьшать и увеличивать трение, извлекая из него огромную пользу. Например, для перетаскивания тяжелых грузов придумали колеса, заменив трение скольжение - качением, которое, значительно меньше трения скольжения.

Потому, что катящемуся телу не приходится цеплять множество мелких неровностей поверхности, как при скольжении тел. Затем снабдили колёса шинами с глубоким рисунком (протекторами).

А вы заметили, что все шины резиновые и чёрные?

Оказывается, резина хорошо удерживает колеса на дороге, а уголь, добавляемый в резину, придает ей чёрный цвет, нужную жёсткость и прочность. Кроме того, позволяет при авариях на дороге, измерить тормозной путь. Ведь при торможении резина оставляет четкий чёрный след.

При необходимости уменьшить трение, используют смазочные масла и сухую графитовую смазку. Замечательным изобретением явилось создание разного вида шарикоподшипников. Их применяют в самых различных механизмах от велосипеда до новейшего самолёта.

Бывает ли трение в жидкостях

Когда тело в воде неподвижно, то трение о воду не происходит. Но стоит ему начать движение, возникает трение, т. е. вода оказывает сопротивление движению в ней любых тел.

Значит, и берег, создавая трение, «тормозит» воду. А, так как трение воды о берег уменьшает её скорость, то на средину реки заплывать не стоит, ведь там течение гораздо сильнее. Рыбы и морские животные имеют такую форму, чтобы трение их тел о воду было минимальным.

Такую же обтекаемость конструкторы придают и подводным лодкам.

Наше знакомство с другими природными явлениями будет продолжаться. До новых встреч, друзья!

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя

В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Между опорой и стеблем возникают достаточно большое трение, т.к. стебли многократно обвивают опоры и очень плотно прилегают к ним.

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

Таким растениям, как репейник, трение помогает распространять семена, имеющие колючки с небольшими крючками на концах.

Эти колючки зацепляются за шерсть животных и вместе с ними перемещаются. Семена же гороха, орехи благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения перемещаются легко сами.

Организмы многих живых существ приспособились к трению, научились его уменьшать или увеличивать. Тело рыб имеет 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.

Ученым недавно стало известно, как устроена кожа дельфинов, и почему они меняют свою кожу каждые 2 часа. Кожа дельфина обладает особым демпфирующим действием, позволяющим гасить турбулентность. Эта гипотеза высказана в 1957 г. немецким инженером Крамером и в настоящее вpeмя подтверждена экспериментально. Передняя часть тела дельфина обтекается ламинарно, а позади спинного плавника пограничный слой становится турбулентным.

Таким образом, «мягкость» или «волнистость» кожи дельфинов помогают им значительно уменьшать трение при скольжении в воде, а потеря частиц кожи по всему телу создает в процессе движения водовороты воды, которые сглаживают трение с потоком вокруг дельфина. Применение аналогичных технологий скольжения при строительстве судов, позволит повысить скорость движения кораблей.

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

А по краям хряща прикрепляется синовиальная оболочка, в которой имеется жидкость, уменьшающая трение между суставными поверхностями. Проблема трения и изнашивания в суставах решена природой на таком уровне, о котором инженеры - трибологи мoгут пока только мечтать. Ежедневные нагрузки, например, в тазобедренном суставе человека превышают тысячу ньютонов при прыжках, а трение и изнашивание практически отсутствует. В результате безотказная работа в течение всей жизни!

Дело в том, что суставная жидкость по своему составу сходна с плазмой крови, но обладает большей вязкостью, чем кровь. Внутреннее трение суставной жидкости падает в сотни раз при резком повышении скорости! Кроме того, тончайший слой этого необычного вещества ведет себя при сжатии так же, как слой резины. Поэтому трение, возникающее при скольжении в этой специфической среде, имеет весьма мало общего со знакомым жидким трением. При ходьбе, жидкость начинает выдавливаться из капилляров хряща, усиливая смазочное действие, и уменьшая трение. Суставная жидкость обладает необычной способностью резко увеличивать вязкость под давлением. В итоге процесс выдавливания смазки из хряща автоматически регулируется под действием нагрузки.

Интересно решается в живой природе инженерная задача равномерного прокачивания жидкостей по трубам.

В момент «рабочeго хода» сердца артерии упрyго расширяются, накапливая энергию. Зато в промежутках между сокращениями сердечных мышц скопленная в артериях энергия проталкивает кровь дальше в более мелкие сосуды, обеспечивая не только постоянство скорости движения, но и меньший расход энергии. Упрyгость сосудов возникает блaгодаря присутствию в артериальных стенках особого вещества ­ эластина. Снижению потерь на трение способствует также особый, напоминающий ламинарный, режим течения крови в сосудах

Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях животных имеется целый ряд различных 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 тесно связано с трением.

Ведь предмет или живое существо будет тем прочнее схвачено, чем больше трение между ним и органом хватания. Величина же силы трения находится в прямой зависимости от прижимающей силы.

Поэтому органы хватания устроены так, что могут либо охватывать добычу с двух сторон и зажимать ее, либо обвивать несколько раз и за счет этого стягивать с большой силой.

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.

У многих живых организмов существуют приспособления, благодаря которым трение получается небольшим при движении в одном направлении и резко увеличивается при движении в обратном направлении. Это, например, шерсть и чешуйки, растущие наклонно к поверхности кожи. На этом принципе основано движение дождевого червя.

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

Водяной жук - вертячка изумительно быстро носится на поверхности воды. Чтобы захватить их сачком, требуется большая ловкость. Вертячка - лучший пловец среди водных жуков.

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

Районная научная конференция учащихся «Инициатива молодых».

Секция «Естественные науки».

Муниципальное Общеобразовательное Учреждение

«Средняя общеобразовательная школа с. Демьяс»

«Сила трения в нашей жизни»

МОУ «СОШ с. Демьяс»,

Лукашевич Иван.

Руководитель:учитель физики

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 исследователей общественного мнения

Цель: показывать, 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:

Не будет снега, не будет и следа. Тише едешь, дальше будешь. Тихий воз будет на горе. Тяжело против воды плыть. Любишь кататься, люби и саночки возить. Терпенье и труд всё перетрут. От того и телега запела, что давно дегтя не ела. Врёт, что шёлком шьёт.

«Колобок» - трение качения.

(« Колобок полежал, полежал, взял, да и покатился – с окна на лавку, с лавки на пол, по полу к двери, прыг через порог - да в сени и покатился…

«Репка» - трение покоя.

«Курочка ряба» - трение покоя

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

«Медвежья горка» - трение скольжения.

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

Возьмём монету и потрём ею о шершавую поверхности. Мы отчётливо ощутим сопротивление – это и есть сила трения. Если теперь побыстрее, монета начнёт нагреваться, напомнив нам о том, что при трении выделяется теплота – факт, известный ещё человеку каменного века, ведь именно таким способом люди впервые научились добывать огонь.

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.

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, имеющий гладкие ледяные рельсы, две лошади тащат сани, нагруженные 70 тоннами брёвен.

Трение – не только тормоз для движения. Это ещё и главная причина изнашивания технических устройств, проблема, с которой человек столкнулся также на самой заре цивилизации.

И в нашу эпоху борьбы 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 считают 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 гололёдов. 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.

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

Что вы знаете о явлениях трения? Как вы относитесь к гололеду, скользким тротуарам и дорогам? Ваши предложения администрации нашего района?

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.

Отсчет 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 наклонена доски брусок может остаться на месте. Что будет удерживать его от соскальзывания вниз? 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.

Сила трения покоя может быть разной. Она растёт вместе с силой, стремящийся сдвинуть тело с места. Но для любых двух соприкасающихся тел она имеет некоторое максимальное значение, больше того быть и не может. Например, для деревянного бруска, находящегося на деревянной доске, максимальная сила трения покоя составит римерно 0,6 от его веса. Приложив к телу силу, привышающую максимальную силу трения покоя, мы сдвинем тело с места, и оно начнёт двигаться. Трение покоя при этом смениться трением скольжения.

Трение скольжения

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. 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 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 (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 начет 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, но 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 отсутствует. 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, 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, 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.

Историческая справка

Шел 1500 год. Великий итальянский художник, скульптор и ученый Леонардо да Винчи проводил странные опыт, 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.

1948 год. 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.

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 , в одном из портов Франции.

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.

Роль сил трения

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. Сказанное относится и к движению электровоза, автомобиля. Колеса, 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.

Силой трения также пользуются для удержания тел в состоянии покоя или для их остановки, если они движутся..

ОТЧЕТ ГРУППЫ КОНСТРУКТОРОВ

Цели: создать демонстрационные эксперименты; объяснить результаты наблюдаемых явлений.

Опыт 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: 2 штатива, книгу, брусок, 2 карандаша, скотч, 2 яйца - одно вареное, одно сырое, шнурки.

Опыт № 1

КАЧЕНИЕ И СКОЛЬЖЕНИЕ
Поставить книгу наклонно и положи на нее карандаш. Сползет или не сползет?
Это зависит от того, как положить. Если положить вдоль уклона, карандаш даже при большом наклоне сползать не будет. А если поперек?
Ого, как покатился! Особенно если он круглый, а не шестигранный.

Ты можешь сказать: подумаешь, тоже мне научный опыт! Что же в нем интересного?
А интересно в этом опыте то, что, когда карандаш катится, трение оказывается гораздо меньше, чем когда он ползет. Катить легче, чем волочить. Или, как говорят физики, трение качения меньше, чем трение скольжения.
Именно поэтому люди изобрели колеса. В глубокой древности колес не знали и даже летом грузы возили на санях. На стене одного древнего храма в Египте высечена картина: огромную каменную статую везут по земле на санях.

ТОРМОЗ В ЯЙЦЕ
Подвесьте сырое яйцо на тонком шнурке. Чтобы шнурок не соскальзывал с расположенного вертикально яйца, используйте лейкопластырь, наклеив его маленькие кусочки на те места, где находится шнурок.
Рядом подвесьте яйцо, сваренное вкрутую. Закрутите каждый шнурок с яйцом в одну сторону на одинаковое количество оборотов. Когда шнурки будут закручены, одновременно отпустите яйца. Вы увидите, что сваренное яйцо ведет себя иначе, чем сырое: оно вращается значительно быстрее. В сыром яйце его белок и желток стараются сохранить неподвижное состояние (в этом проявляется их инерция) и своим трением о скорлупу тормозят ее вращение.
В вареном же яйце белок и желток уже не жидкие вещества и представляют вместе со скорлупой как бы одно целое, поэтому торможения не происходит и яйцо вращается быстрее.
Этот опыт можно проделать и без подвешивания яиц: достаточно закрутить их пальцами на большой тарелке.

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.

Список литературы

Громов: учеб. для 7 кл. М, Просвещение,2000

Что такое трение?, 2 изд., М., 1963;

Проказа механики и техники. – М.: Просвещение, 1993

Интерактивный курс «Физика,7-11 классы» для учащихся и учителей школ, лицеев, гимназий, колледжей и для самостоятельного изучения физики. «Физикон» 2005.

Перышкин. 7 кл. Учебник – М.: Дрофа, 1999

Занимательная физика. - М.: Просвещение 1987.

Физика. Человек. Окружающая среда. - М.: Просвещение, 1996.

кошки четыре ноги // Наука и жизнь, 2007, № 11

Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика./Автор-составитель – М.: АСТ»

Виртуальная школа «Кирилла и Мефодия», 2000. «Уроки физики Кирилла и Мефодия.

Автор проекта

Третьяк Ксения ученица 7 класса

Зайцева Любовь ученица 7 класса

Тема исследования группы

Трение -друг или враг?

Цели исследования

Выяснить роль трения.

Ход исследования

1.Выяснить природу трения.

2.Роль трения в жизни животных и растений.

3.Роль трения в технике.

4.Трение в нашей жизни.

Результаты проведённого исследования

Природа трения.

Трение – удивительный феномен природы! Оно подарило человечеству тепло и огонь, возможность в короткое время остановить скоростной поезд и автомобиль, ускорить химическую реакцию в сто тысяч раз, записать человеческий голос на пластинку, услышать звуки скрипки и многое другое.В 1883 году знаменитый русский инженер и учёный Николай Павлович Петров писал: «Силу трения можно замечать всегда и повсюду, и её надо поставить в ряду могущественнейших способов, при посредстве которых природа превращает один вид энергии в другой, мало-помалу заменяя их тепловыми. Эта сила обнаруживает своё влияние в самых разнообразных явлениях природы, возбуждая живой интерес учёных самых разнообразных направлений. Знание законов трения необходимо и астроному, и физику, и физиологу, и технику».

Роль трения в жизни растений и животных. Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле, так как при ходьбе мы отталкиваемся ногами от земли. Не будь трения, предметы выскальзывали бы из рук. У многих растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания (усики растений, хобот слона, цепкие хвосты лазающих животных). Все они имеют шероховатую поверхность для увеличения силы трения. Среди живых организмов распространены приспособления (шерсть, щетина, чешуйки, шипы, расположенные наклонно к поверхности), благодаря которым трение получается малым при движении в одном направлении и большим – при движении в противоположном направлении. На этом принципе основано движение дождевого червя. Щетинки, направленные назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное движение. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте, при сокращении головная часть задерживается, а хвостовая подтягивается к ней.

Трение в технике. Направления использования сил трения в технике: передача движений с помощью трения, обработка материалов с помощью трения и использовании трения в механических конструкциях и орудиях труда.Трение – это главная причина изнашивания технических устройств, проблема, с которой человек столкнулся также на самой заре цивилизации. И в наше время 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.

Трение в нашей жизни. Огромная польза трения в нашей жизни настолько привычна и так сжилась с нашим бытом, что почти незаметна. Напомним, что человек, обитающий на суше и не умеющий летать, передвигается только благодаря наличию трения покоя в защищающей ступни обуви, конструкция которой при всем разнообразии становится постепенно все более совершенной. Увы, многие модели современной обуви, радующие глаз отделкой или модным фасоном, свидетельствуют, скорее, об обратном. Надев такую обувь, нередко чувствуешь себя беспомощным не только на обледеневшем тротуаре, но и на хорошо натертом паркете какого-нибудь фойе концертного зала. Похоже, обувщики и не подозревают, что полимерные материалы, из которых сейчас все чаще изготовляют обувь, имеют значительно более низкий коэффициент трения, чем натуральная кожа, не говоря уже о резине. Отсюда и скользкие башмаки – источники нешуточных неприятностей.

Мы провели небольшой социологический опрос группы жителей, которым задавались следующие вопросы:

1)Что Вы знаете о явлении трение?

2) Как Вы относитесь к гололёду, скользким тротуарам и дорогам?

3) Ваши пожелания администрации нашего поселка.

В опросе участвовали люди разных возрастов (60 человек)

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

На второй вопрос дети и школьники средних классов говорили, что лёд им нравится, можно покататься; а люди постарше уже понимают, в чём заключается опасность этого явления. Они высказывали в адрес администрации ряд предложений, например:

Посыпать дороги и тротуары песком, солью; - сделать хорошее освещение, чтобы были видны опасные места; - ограничить во время гололёда скорость транспорта на улицах; - проводить в школах беседы об оказании первой медицинской помощи в таких случаях; - проводить встречи с инспекторами ГИБДД.

Мы обратились в больницу поселения с просьбой о пострадавших во время гололеда

Мы обратились в ГИБДД за сведениями о дорожно - транспортных проишествиях по вине гололеда.

Вывод

Благодаря наличию в природе 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, 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.