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:
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.
Актуальность: Работа предназначена для формирования мировоззрения о реальной действительности. Ответы на многие важные вопросы, связанные с движением тел, дают законы трения. Актуальность темы в том, что она связывает теорию с практикой, раскрывает возможность объяснения природы, применение и использование изученного материала. Данная работа позволяет развивать творческое мышление, умение приобретать знания из различных источников, анализировать факты, проводит эксперименты, делать обобщения, высказывать собственные суждения, задумываться над загадками природы и искать тропинку к истине.
Проследить исторический опыт человечества по использованию и применению этого явления; выяснить природу явления трения, закономерности трения; провести эксперименты, подтверждающие закономерности и зависимости силы трения; проделать демонстрационные эксперименты, доказывающие зависимость силы трения от силы нормального давления, от свойств соприкасающихся поверхностей.Задачи:
Коси, коса, пока роса, роса долой – и ты домой. Не подмажешь, не поедешь. Пошло дело, как по маслу. Без мыла в душу влезет. Кататься, как сыр в масле. От того телега запела, что давно дёгтя не ела.Пословицы объясняются существованием трения и использованием смазки для его уменьшения.
Тихая вода подмывает берега.Между отдельными слоями воды, текущей в реке, действует трение, которое называется внутренним. В связи с этим, скорость течения воды на разных участках поперечного сечения русла реки неодинакова: самая большая - в середине русла, самая маленькая - у берегов. Сила трения не только тормозит воду, но и действует на берег, вырывая частицы грунта и, тем самым, подмывая его.
3. История изучения трения Леонардо да Винчи Эйлер Леонард Амонт Кулон Шарль Огюстен де
Год Имя ученого ЗАВИСИМОСТЬ модуля силы трения скольжения от площади соприкасающихся тел от материала от нагрузки от относительной скорости движения трущихся поверхностей от степени шероховатости поверхностей 1500 Леонардо да Винчи Нет Да НетДа 1699Амонтон Нет Да Нет 1748 Леонард Эйлер Нет Да 1779Кулон Да 1883Н.П.Петров НетДа
Вывод: Сила трения скольжения зависит от нагрузки, чем больше нагрузка, тем больше сила трения. Результаты экспериментов: 1. Зависимость силы трения скольжения от нагрузки. m (г) F тp (Н)0,50,81,0
Когда завязываем пояс Без трения все нитки выскальзывали бы из ткани. Без трения все узлы бы развязались. Без трения нельзя бы было ступить и шагу, да и, вообще, стоять. Трение принимает участие там, где мы о нем даже и не подозреваем Заключение Когда шьем Когда ходим
Мы выяснили,что человек издавна использует знания о явлении трения,полученные опытным путем. Нами была создана серия экспериментов, помогающих понять и объяснить некоторые трудные наблюдения. Сила трения возникает между соприкасающимися поверхностями. Сила трения зависит от рода соприкасающихся поверхностей. Сила трения не зависит от площади трущихся поверхностей. Сила трения уменьшается при замене трения скольжения трением качения, при смазывании трущихся поверхностей. Выводы по результатам работы:
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.
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
22.04.2016 09:30
Название работы:
МБОУ «ООШ №4»
Город: г.Троицк
Актуальность данной темы:
Цель моей работы:
Задачи:
Методы исследования:
Объект исследования:
Предмет исследования:
Природа силы трения - электромагнитная. Это означает, что причиной её возникновения являются силы взаимодействия между частицами, из которых состоит вещество. Второй причиной возникновения силы т
Управление образования администрации города Троицка
Городская научно-исследовательская конференция
учащихся 5-8 классов муниципальных образовательных учреждений
«Первые шаги в науку»
Исследование коэффициента трения обуви
о различную поверхность
Работу выполнил:
ученик МБОУ «ООШ № 4»
Буторин Глеб,7 класс
Руководитель: учитель физики
Коваленко Инна Сергеевна
Троицк, 2015 год
| Введение | ||
| Научная статья | ||
| Теоретическая часть | ||
| Практическая часть | ||
| Опыт 1. Определение коэффициентов трения и зависимости силы трения от материалов поверхностей. | ||
| Заключение | ||
| Список используемой литературы |
Аннотация
Цель научной работы:
Зная коэффициент трения материала подошвы о различную поверхность, можно подобрать оптимальный вариант приобретения обуви. Методы, использованные в работе: анкетирование, физический эксперимент, математический расчет, анализ результатов. Проведя опыт, я сделал вывод, что наибольший коэффициент трения у подошвы, сделанной из полиуретана, затем - резина, каучук, а наименьший коэффициент - у пластика. Из этого следует, что при покупке обуви следует учитывать особенности подошв и погодные условия, в которых вы будете носить обувь.
Введение
Актуальность
В зимнее время, когда на улице гололед, происходит очень много падений и травм.
Поэтому очень важно при покупке обуви учитывать особенности подошв и погодные условия, в которые вы будете носить данную обувь. В этом и заключается актуальность.
Проблема
Цель работы
Исследование трения подошв обуви, изготовленных из разных материалов о различные поверхности и определение наиболее практичных материалов для их изготовления.
Задачи:
1. Изучить теоретические основы сухого трения.
2. Провести анкетирование среди учащихся для выявления наиболее популярных производителей обуви, уровня осведомленности о материале подошвы и влияния материала подошвы на трение при ходьбе.
3. Измерить коэффициент трения скольжения материала обувной подошвы о различную поверхность.
4. Провести анализ полученных результатов измерений и выявить наиболее приемлемые варианты эксплуатации обуви.
Методы исследования
1. Анкетирование.
2. Физический эксперимент.
3. Математический расчет.
4. Анализ результатов.
Объект исследования
Предмет исследования
Гипотеза
II . Научная статья
1.Теоретическая часть
Сопротивление движению возникает при скольжении одного тела по поверхности другого. Если соприкасаются твёрдые поверхности или твёрдые прослойки между телами (плёнки окислов, полимерные покрытия), трение называют сухим.
Трение принимает участие (и притом весьма существенное) там, где мы о нём даже не подозреваем. Но не надо думать, что трение всегда препятствует движению – часто оно ему способствует.
Особенности сил трения:
Возникают при соприкосновении;
Действуют вдоль поверхности;
Всегда направлены против направления движения тела.
Что определяет величину силы сухого трения? Повседневный опыт свидетельствует: чем сильнее прижать поверхности тел друг к другу, тем труднее вызвать их взаимное скольжение и поддерживать его (например, лист бумаги, вложенный между страницами лежащей на столе толстой книги, проще вытащить из верхней части, чем из нижней). Прижимающая сила, действующая со стороны соседнего тела на трущуюся поверхность, перпендикулярна ей и называется силой нормального давления.
F тр = µN ; N = F тяж
µ - коэффициент трения – определяется шероховатостью соприкасающихся поверхностей; для более гладких поверхностей он меньше. Например, после удара хоккейной клюшкой скользящая шайба быстрее останавливается на деревянном полу, чем на льду.
2. Практическая часть
| № вопроса | Количество | %, процент от общего числа |
| «Юничел»- 5 «Монро» - 8 «Карри» - 7 «Обувь для всех» - 6 Российские производители - 6 Производитель неизвестен - 22 | ||
Анкета
Следующим этапом работы было измерение коэффициента трения скольжения обувных подошв при взаимодействии с различными поверхностями.
3. Опыт 1
Опыт проводился в магазинах и в домашних условиях условиях. Опыт заключался в следующем: прикрепленную к динамометру обувь я тянул равномерно вдоль различных поверхностей, снимал показания динамометра в таком положении, а также измерял силу тяжести данной обуви;
Приборы и материалы, используемые в опыте:
3.Динамометр.
Порядок проведения опыта :
Трение о ламинат
| Фирма обуви | материал подошвы | материал поверхности | F тяж., Н (средн.значение) | F тр., Н (средн.значение) | коэффициент трения μ |
| Обувь для всех | полиуретан | ||||
Юничел (пластик)
Обувь для всех (полиуретан)
Карри (каучук)
Монро(резина)
Подсчет коэффициента трения при трении обуви о ламинат: µ=
Пластик µ=1,03 Н: 2,6Н=0,39
Полиуретан µ=1,46 Н:2,4Н=0,6
Каучук µ=1,1Н:2,2 Н=0,5
Резина µ=1,4 Н:3,3 Н=0,42
Трение о цемент
| Фирма обуви | материал подошвы | материал поверхности | F тяж., Н (средн.значение) | F тр., Н (средн.значение) | коэффициент трения μ |
| Обувь для всех | полиуретан | ||||
Юничел (пластик)
Обувь для всех (полиуретан)
Карри (каучук)
Монро (резина)
Подсчет коэффициента трения при трении обуви о цемент: µ=
Пластик µ=0,46 Н: 2,6Н=0,18
Полиуретан µ=0,7 Н:2,4Н=0,3
Каучук µ=0,6Н:2,2 Н=0,27
Резина µ=0,83Н:3,3 Н=0,25
Трение о ковёр
| Фирма обуви | материал подошвы | материал поверхности | F тяж., Н (средн.значение) | F тр., Н (средн.значение) | коэффициент трения μ |
| Обувь для всех | полиуретан | ||||
Юничел (пластик)
Обувь для всех (полиуретан)
Карри (каучук)
Монро(резина)
Подсчет коэффициента трения при трении обуви о ковер: µ=
Пластик µ=1,6 Н: 2,6Н=0,62
Полиуретан µ=2,4 Н:2,4Н=1
Каучук µ=1,76Н:2,2 Н=0,8
Резина µ=2,6Н:3,3 Н=0,78
1. Все опрошенные респонденты знают о влиянии материала подошвы на трение при ходьбе, но большинство из них не интересуется при покупке обув материалом подошвы.
2. Значение коэффициента трения материала подошв популярных фирм - производителей соответствует допустимым значениям.
1. Все опрошенные респонденты знают о влиянии материала подошвы на трение при ходьбе, но большинство из них не интересуется при покупке обуви материалом подошвы.
Наибольшим значением из полиуретана, каучука и резины
Идеального варианта можно предложить обувь на каучуковой и полиуретановой подошве.
III . Заключение
IV . Список литературы:
1. Аксёнова М., Володин В. Энциклопедия «Физика»: «Аванта», 2005.
2. С.В.Громов, Н.А.Родина «Физика»: Москва «Просвещение», 2000.
3. Н.М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев, Д.Ш. Шодиев «Физика»: Москва «Просвещение», 1995.
4. А.В. Пёрышкин, Е.М. Гутник «Физика»: Москва «Дрофа», 2003.
5. О.Ф.Кабардин «Физика. Справочник для старшеклассников»; АСТ- ПРЕЕС, Москва, 2005.
Название работы: Исследование коэффициента трения обуви о различную поверхность
Общеобразовательное учреждение: МБОУ «ООШ №4»
Город: г.Троицк
Здравствуйте, уважаемые члены жюри и участники конференции. Разрешите представить работу на тему: «Исследование коэффициента трения о различную поверхность» Актуальность данной темы: В зимнее время, когда на улице гололед, происходит очень много падений и травм. Поэтому очень важно при покупке обуви учитывать особенности подошв и погодные условия, в которые вы будете носить данную обувь. В этом и заключается актуальность.
Проблемой исследования было, то что при покупке обуви мало кто обращает внимание на материал, из которого изготовлена подошва и не учитывает коэффициент трения обуви о различные поверхности.
Цель моей работы: Исследование трения подошв обуви, изготовленных из разных материалов о различные поверхности и определение наиболее практичных материалов для их изготовления.
Задачи:
1. Изучить теоретические основы сухого трения.
2. Провести анкетирование среди учащихся для выявления наиболее популярных производителей обуви, уровня осведомленности о материале подошвы и влияния материала подошвы на трение при ходьбе.
3. Измерить коэффициент трения скольжения материала обувной подошвы о различную поверхность.
4. Провести анализ полученных результатов измерений и выявить наиболее приемлемые варианты эксплуатации обуви.
Методы исследования: Анкетирование, физический эксперимент, математический расчет, анализ результатов.
Объект исследования: Зимняя обувь на резиновой, полиуретановой, каучуковой и пластиковой подошве, которая продается в магазинах нашего города.
Предмет исследования:
Гипотеза, которая была выдвинут:
Природа силы трения - электромагнитная. Это означает, что причиной её возникновения являются силы взаимодействия между частицами, из которых состоит вещество. Второй причиной возникновения силы трения является шероховатость поверхности. Из-за неровностей поверхности касаются друг друга только в отдельных точках, находящихся на вершинах выступов. Здесь молекулы соприкасающихся тел подходят на расстояния, соизмеримые с расстояниями между молекулами, и сцепляются. Образуется прочная связь, которая разрывается при нажиме на тело. При движении тела связи возникают постоянно и рвутся. Выступающие части поверхностей задевают друг за друга и препятствуют движению тела. Именно поэтому для движения по гладким (полированным) поверхностям требуется прикладывать меньшую силу, чем для движения по шероховатым.
Сила трения, действующая вдоль поверхности соприкосновения твёрдых тел, направлена против скольжения тела.
Трение способствует устойчивости. Плотники выравнивают пол так, что столы и стулья остаются там, куда их поставили. Блюда, стаканы, поставленные на стол, остаются неподвижными без особых забот с нашей стороны, если только дело не происходит на пароходе во время качки.
Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь они величиной с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержится одно на другом. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкой капли.
Что определяет величину силы сухого трения?
Повседневный опыт свидетельствует: чем сильнее прижать поверхности тел друг к другу, тем труднее вызвать их взаимное скольжение и поддерживать его.Прижимающая сила, действующая со стороны соседнего тела на трущуюся поверхность, перпендикулярна ей и называется силой нормального давления.
В 1781 году Шарль Кулон, изучая трение деталей и веревок, которые в то время были существенными частями механизмов, экспериментально становил, что сила трения F ТР прямо пропорционально прижимающей силе N :
F тр = µN ; N = F тяж
Коэффициент пропорциональности µ - коэффициент трения – определяется шероховатостью соприкасающихся поверхностей; для более гладких поверхностей он меньше.
С целью выявления наиболее популярных производителей обуви и уровня осведомленности о свойствах материала подошвы и влияния материала подошвы на трение при ходьбе было проведено анкетирование среди преподавателей и учащихся нашей школы.
В анкетировании приняли участие 54 учащихся и преподавателей. При обработке данных анкетирования выяснилось, что наиболее популярными производителями обуви являются «Монро» (14,8%), «Карри» (13%), «Обувь для всех» (11%), «Юничел» (9,3%). Многие (40,7 % анкетируемых) не знают производителей обуви, т. к. приобретают обувь на рынках, зачастую, кустарного производства. Все анкетируемые (100 %) знают о том, что материал подошвы существенно влияет на трение при ходьбе, но при покупке обуви мало кто интересуется, из какого материала изготовлена подошва (78 %). На вопрос об осведомленности о физических свойствах материала подошвы 90,7% ответили отрицательно.
Цель проводимого опыта состоит в исследовании зависимости силы трения подошвы обуви о различную поверхность от силы давления и материалов поверхностей, определение коэффициентов трения.
Для проведения данного опыта использовал следующие приборы и материалы:
1.Обувь с резиновой подошвой, полиуретановой, пластиковой и каучуковой подошвой.
2.Ковровая, цементная поверхности и ламинат.
3.Динамометр.
Следует учитывать, что если подошва называется каучуковой, то она не состоит на 100% из каучука, она содержит множество других элементов в своем составе, но содержание каучука в ней преобладает. Также и с резиновой, пластиковой и полиуретановой подошвами.
Опыт проводил в следующем порядке:
Измерил силу тяжести, действующую на сапог с резиновой подошвой. Для этого подвесил его к динамометру.
Положил этот сапог с резиновой подошвой на ковровую поверхность и протянул его с равномерной скоростью по ковру приблизительно около метра, сняв показания динамометра в этом положении.
Повторил опыт, подсчитал среднее значение силы трения для получения более точных результатов, вычислил коэффициент трения.
Протянул сапог по цементной, деревянной поверхностям и ламинату и снял показания динамометра.
Повторил опыты и подсчитал среднее значение силы трения для получения более точных результатов, вычислил коэффициент трения.
Полученные данные занес в таблицы.
Таким образом, проведя опыт, я сделал вывод, что наибольший коэффициент трения у подошвы, сделанной из полиуретана, затем каучука и резины, а наименьший коэффициент у пластика. Из этого следует, что при покупке обуви следует учитывать особенности подошв и погодных условий, в которых вы будете носить обувь. В зимнее время лучше покупать обувь с полиуретановой подошвой, так как она имеет наибольший коэффициент трения по различным поверхностям (видно из диаграммы), это поможет избежать падений и травм в зимнее время, когда на улице гололед. Также полиуретан обладает хорошей устойчивостью к различным температурам и прочностью. Не желательно покупать обувь с пластиковой подошвой в зимнее время.
Спасибо за внимание!
Работу выполнил:
Ученик МБОУ «ООШ №4»
Буторин Глеб, 7 класс
Руководитель: учитель физики
Коваленко Инна Сергеевна
Цель работы:
3. Измерить коэффициент трения скольжения материала обувной подошвы о различную поверхность.
1. Анкетирование.
2. Физический эксперимент.
3. Математический расчёт.
4. Анализ результатов.
Трение
Шарль Кулон
День рождения : 14.06 . 1736 года
Дата смерти: 28.08 . 1806 года
F = µN,
где N = mg
µ- коэффициент пропорциональности
или коэффициент трения
Номер вопроса
Количество
%, процент от общего числа
«Юничел»- 5
«Монро» - 8
«Обувь для всех» - 7
«Карри» - 6
Российские производители - 6
Производитель неизвестен - 22
1. Обувь каких производителей вы носите?
2. Знаете ли вы, что материал подошвы существенно влияет на трение при ходьбе?
3. При покупке обуви интересуетесь ли вы, из какого материала изготовлена подошва обуви?
4. Знаете ли вы о физических свойствах и характеристиках различных материалов для изготовления подошв?
С помощью полученных результатов подсчитал коэффициенты трения различной обуви о разную поверхность.
F = µN,
где N = mg
µ- коэффициент пропорциональности
или коэффициент трения
Трение о ламинат
Фирма обуви
материал подошвы
Обувь для всех
материал поверхности
(средн.значение)
полиуретан
F тр., Н (средн.значение)
коэффициент трения μ
Подсчёт среднего значения силы трения о ламинат
Юничел (пластик)
Обувь для всех (полиуретан)
Монро(резина)
Юничел (пластик) μ
Обувь для всех (полиуретан)
Карри (каучук)
Монро (резина) μ
Трение о цемент
Фирма обуви
материал подошвы
материал поверхности
Обувь для всех
(средн.значение)
полиуретан
F тр., Н (средн.значение)
коэффициент трения μ
Юничел (пластик)
Обувь для всех
(полиуретан)
Карри (каучук)
Монро (резина)
Юничел (пластик)
Обувь для всех (полиуретан)
Карри (каучук)
Монро (резина)
Трение о ковёр
Фирма обуви
материал подошвы
Обувь для всех
материал поверхности
полиуретан
F тр., Н (средн.значение)
коэффициент трения μ
2. Материал подошвы существенно влияет на значение коэффициента трения. Наибольшим значением коэффициента трения скольжения обладает подошва, изготовленная из полиуретана , каучука и резины , а наименьшим - из пластика.
3. Зная коэффициент трения материала подошвы о различную поверхность, можно подобрать оптимальный вариант приобретения обуви. В качестве
Цель достигнута.
Спасибо за внимание!
И не падайте!
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ «ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ОБУВИ О РАЗЛИЧНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ»
Работу выполнил:
Ученик МБОУ «ООШ №4»
Буторин Глеб, 7 класс
Руководитель: учитель физики
Коваленко Инна Сергеевна
Актуальность
В зимнее время происходят очень много падений и травм, когда на улице гололёд.
Поэтому очень важно при покупке обуви учитывать особенности подошв и погодные условия, в которых вы будете носить данную обувь.
Проблема
Гипотеза
Цель работы:
Исследование трения подошв обуви, изготовленных из разных материалов о различные поверхности и определение наиболее практичных материалов для их изготовления.
Задачи:
1 . Изучить теоретические основы сухого трения.
2. Провести анкетирование среди учащихся для выявления наиболее популярных производителей обуви и уровня осведомлённости о материале подошвы и влияния материала подошвы на трение при ходьбе.
3. Измерить коэффициент трения скольжения материала обувной подошвы о различную поверхность.
4.Провести анализ полученных результатов измерений и выявить наиболее приемлемые варианты эксплуатации обуви.
Объект исследования
Предмет исследования
Методы исследования
1. Анкетирование.
2. Физический эксперимент.
3. Математический расчёт.
4. Анализ результатов.
ПО СТРАНИЦАМ ИСТОРИИ
Шарль Кулон провёл цикл опытов, в которых изучил важнейшие особенности явления трения.
Учёный на базе своих экспериментов уточнил законы трения, впервые сформулированные Амонтоном, установил и рассмотрел наличие межмолекулярной составляющей силы трения (хотя главным фактором считал зацепление неровностей). Также Кулоном была установлена зависимость силы трения покоя от продолжительности предварительного контакта тел.
За лучшее решение задач о трении в 1781 году ученый получил премию в 2 000 ливров от Французской академии наук.
День рождения : 14.06 . 1736 года
Дата смерти: 28.08 . 1806 года
Теоретическая часть
Трение - процесс взаимодействия твёрдых тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде.
Возникновение силы трения
Результаты анкетирования (54 опрошенных)
Номер вопроса
Количество
«Юничел»- 5
%, процент от общего числа
«Монро» - 8
«Обувь для всех» - 7
«Карри» - 6
Российские производители - 6
Производитель неизвестен - 22
1. Обувь каких производителей вы носите?
2. Знаете ли вы, что материал подошвы существенно влияет на трение при ходьбе?
3. При покупке обуви интересуетесь ли вы, из какого материала изготовлена подошва обуви?
4. Знаете ли вы о физических свойствах и характеристиках различных материалов для изготовления подошв?
Мои исследования
Опыт заключался в следующем: прикреплённую к динамометру обувь я тянул равномерно вдоль различных поверхностей, снимал показания динамометра в таком положении.
Мои исследования
А также измерял силу тяжести данной обуви. подвесив её к динамометру.
С помощью полученных результатов подсчитал коэффициенты трения различной обуви о разную поверхность.
ФОРМУЛА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИ Я
F = µN,
где N = mg
µ- коэффициент пропорциональности
или коэффициент трения
Трение о ламинат
Фирма обуви
материал подошвы
Обувь для всех
материал поверхности
полиуретан
Fтр., Н (средн.значение)
(средн.значение)
коэффициент трения μ
Подсчёт среднего значения силы трения о ламинат
Юничел (пластик)
Обувь для всех (полиуретан)
Монро(резина)
Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о ламинат
Юничел (пластик) μ
Обувь для всех (полиуретан)
Карри (каучук)
Монро (резина) μ
Диаграмма «Коэффициент трения о ламинат»
Трение о цемент
Фирма обуви
материал подошвы
материал поверхности
Обувь для всех
полиуретан
Fтр., Н (средн.значение)
(средн.значение)
коэффициент трения μ
Подсчёт среднего значения силы трения о цемент
Юничел(пластик)
Обувь для всех
(полиуретан)
Карри (каучук)
Монро (резина)
Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о цемент
Юничел (пластик)
Обувь для всех (полиуретан)
Карри (каучук)
Монро (резина)
Диаграмма «Коэффициент трения о цемент»
Трение о ковёр
Фирма обуви
материал подошвы
Обувь для всех
материал поверхности
полиуретан
Fтр., Н (средн.значение)
коэффициент трения μ
Диаграмма «Коэффициент трения о ковёр»
Диаграмма зависимости коэффициента трения скольжения материала подошвы от вида поверхности
1 . Все опрошенные знают о влиянии материала подошвы на трение при ходьбе, но большинство из них не интересуются при покупке обуви материалом подошвы.
2. Материал подошвы существенно влияет на значение коэффициента трения. Наибольшим значением коэффициента трения скольжения обладает подошва, изготовленная из полиуретана , каучука и резины , а наименьшим - из пластика.
3. Зная коэффициент трения материала подошвы о различную поверхность, можно подобрать оптимальный вариант приобретения обуви. В качестве идеального варианта можно предложить обувь на каучуковой и полиуретановой подошве.
Цель достигнута.
Спасибо за внимание!
И не падайте!
