4. Исследование зависимости силы трения от нагрузки.
advertisement
1 XII школьная научно-практическая конференция. Исследование трения. Адюков Иван, МБОУ «Шемуршинская СОШ», с. Шемурша 7 класс Научный руководитель: Сергеева Валентина Вячеславовна, Учитель физики с. Шемурша, 2013 2 Оглавление 1. Введение--------------------------------------------------------------------------2. Основная часть------------------------------------------------------------------1) Определение трения, силы трения----------------------------------------2) Причины трения--------------------------------------------------------------3) Виды трения-------------------------------------------------------------------4) Трение в природе и в технике---------------------------------------------3. Ход исследования---------------------------------------------------------------1) Как уменьшить силу трения-----------------------------------------------а) применение смазки (создать жидкое трение)-----------------------б) заменить трение скольжения на трение качения-------------------2) Зависимость силы трения---------------------------------------------------а) от материала трущихся тел----------------------------------------------б) от нагрузки -----------------------------------------------------------------в) от площади поверхности-------------------------------------------------г) от формы---------------------------------------------------------------------4. Заключение------------------------------------------------------------------------5. Литература------------------------------------------------------------------------6. Приложения------------------------------------------------------------------------ 3 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 7 8 3 Введение В Санкт-Петербурге есть памятник Петру I, который был создан по приказанию Екатерины II. Скульптором был назначен Э.М Фальконе. Скульптор Э.М. Фальконе потребовал для памятника скальный камень необыкновенных размеров. Обнаружена эта глыба была местным крестьянином Вишняковым в деревне Лахти в 9км от окраины Санкт-Петербурга на берегу Финского залива. Мужики называли этот камень «гром»: в нем есть расселина от грозового удара. Около 9 км пропутешествовал Гром-камень по суше на специальной платформе, которая при помощи 32 бронзовых шаров опиралась на деревянные переносные рельсы с желобами. А затем везли на специально построенной барже по Неве. В честь необыкновенной транспортной операции Екатерина II повелела отчеканить памятную медаль. На одной стороне ее изображен «Гром-камень», а на другой - надпись: «Дерзновению подобно, 1770». Сила трения в этой истории играет большую роль. Догадались, что гром-камень нужно было перекатить на медных шарах, что уменьшало силу трения, а также легче сдвинуть твердое тело в жидкости. Эта история меня заинтересовала, и я решил исследовать силу трения, способы её уменьшения. Ведь роль трения в жизни очень велика. Актуальность темы. Трение имеет в жизни огромное значение. Без трения ни одно тело не сможет сдвинуться с места. Сила трения удерживает в стене гвоздь, пуговицу, пришитую к одежде, одежду на нас, не дает развязываться шнуркам. Трение имеет не только положительное, но и отрицательное значение. Из-за трения возникают поломки, износы, аварии. Поэтому надо знать в каком случае действие трения необходимо увеличить или уменьшить. Цель работы: Исследовать силу трения Задачи: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Исследовать сухое и жидкое трение. Исследовать силы трения скольжения и качения. Исследовать зависимость силы трения от материала соприкасающихся тел. Исследовать зависимость силы трения от силы давления (нагрузки). Исследовать зависимость силы трения от площади соприкасающихся поверхностей. Исследовать зависимость силы трения от формы тела. Предмет исследования - явление трения Методы исследования - эксперимент 4 Основная часть При соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называют трением. А силу, характеризующую это взаимодействие, называют силой трения. Одной из причин возникновения силы трения является шероховатость поверхностей соприкасающихся тел. Даже гладкие на вид царапины имеют неровности и царапины. Когда одно тело скользит или катится по поверхности другого, эти неровности цепляются друг за друга, что создает некоторую силу, задерживающую движение. Другая причина трения – взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел. При скольжении одного тела по поверхности другого возникает трение, которое называют трением скольжения. Если же одно тело не скользит, а катится по поверхности другого, то трение, возникающее при этом, называют трением качения. При равных нагрузках сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения. Силу, существующую между покоящимися друг относительно друга телами, то эту силу принято называть силой трения покоя. Сила трения покоя удерживает гвоздь, вбитый в доску, не дает развязаться банту на ленте, удерживает нитку, которой сшиты два куска ткани, и т.п. Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле, так как при ходьбе мы отталкиваемся от земли. Когда трение между подошвой обуви и землей (или льдом ) мало, например в гололедицу, то отталкиваться от земли очень трудно, ноги при этом скользят. Чтобы ноги не скользили, тротуары посыпают песком. Это увеличивает силу трения между подошвой обуви и льдом. Не будь трения, предметы выскальзывали из рук. Сила трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения покоя он не мог бы и начать движения. Колеса, вращаясь, проскальзывали бы, а автомобиль продолжал бы стоять на месте, буксовал. 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 трения. Во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними вводят смазку. Чтобы уменьшить трение соприкасающихся валов машин и станков, и опирают на подшипники. Так как сила трения качения при одинаковой нагрузке меньше силы трения скольжения, то на этом явлении основано применение шариковых и роликовых подшипников. В таких подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкладышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роликах. Подшипники, в которых вал при вращении скользит по поверхности вкладыша, называют подшипниками скольжения. Замена в машинах подшипников скольжения шариковыми или роликовыми подшипниками позволяет уменьшать силу трения в 20-30 раз. 5 Ход исследования Как уменьшить силу трения? Силу трения можно уменьшить некоторыми способами, которые я покажу далее. 1. Исследование сухого и жидкого трения. Для того чтобы уменьшить силу трения можно применить смазку. Измерим показания динамометра во время сухого трения. Затем нальем на поверхность воду и снова измерим показания динамометра. Сила трения во второй раз оказалась меньше первых показаний. Почему? Ответ в том, что с помощью водной смазки мы создали жидкое трение, которое по силе меньше чем сухое (без смазки). Также смазка выравнивает все неровности, т.е. уменьшает действие главной причины возникновения силы трения. 2. Исследование силы трения скольжения и силы трения качения. Попробуем измерить силу трения скольжения. Она равняется 0,7 Н. Затем измерим силу трения качения снова с этой же загрузкой. Она равняется 0,1 Н. Сила трения качения меньше силы трения скольжения при одинаковых нагрузках. Это явление объясняется тем, что колеса быстрее отрываются от земли. Поэтому еще древние люди использовали бревна, а затем и колеса для создания силы трения качения. Во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними вводят смазку. Чтобы уменьшить трение соприкасающихся валов машин и станков, и опирают на подшипники. 3. Исследование зависимости силы трения от материала соприкасающихся тел. Проведем деревянным бруском по разным материалам: по ковру, материи лакированному дереву, крашеному дереву, стеклу. Показания динамометра оказались разными. Почему? Нужно вспомнить причины возникновения силы трения. Главная причина трения – шероховатость тел. Значит, какая-то поверхность имеет больше царапин и шероховатостей. Это материя и ковер. Но стекло – гладкое, а сила трения внушающая. Почему? Нужно вспомнить вторую причину трения - взаимное притяжение молекул. Именно это и происходит при соприкосновении бруска со стеклом. 4. Исследование зависимости силы трения от нагрузки. Измерим силу трения, не нагруженного бруска по какой-либо поверхности. Затем на брусок положим груз в 1 Н т.е. 102 г, и снова измерим показания силы трения. Сила трения во втором случае оказалась больше. И снова задаем тот же вопрос: Почему? Дело в том, что чем больше сила давления (т.е. вес тела), тем больше сила трения. 5. Исследование зависимости силы трения от площади соприкасающихся поверхностей. Поставим прямоугольный брусок на малую площадь прикосновения. Измерим показания динамометра. Затем поставим на среднюю площадь прикосновения. Измерим показания динамометра. После поставим на большую площадь прикосновения. И снова измерим 6 показания. Все три показания равны 0,1Н. Т.е. отсюда можно сделать вывод, что сила трения не зависит от площади соприкосновения. 6. Исследование зависимости силы трения от формы тела. Два листка бумаги равной площади сбросим с одинаковой высоты. Оба листка упали одновременно. Изменим форму одного листка, придав обтекаемую форму. Для этого его скомкаем шариком. И опять сбросим с одинаковой высоты. Бумажный шарик упадет раньше, чем плоский лист. Вывод: Воздух создает разное сопротивление движущимся телам. Поэтому для уменьшения сопротивления телам придают обтекаемую форму. Примеры: Все животные, корабли, самолеты, автомобили, имеют обтекаемую конусовидную форму. Заключение. Трение имеет в жизни огромное значение. Без трения ни одно тело не сможет сдвинуться с места. Сила трения удерживает в стене гвоздь, пуговицу, пришитую к одежде, одежду на нас, не дает развязываться шнуркам. Трение имеет не только положительное, но и отрицательное значение. Например, автомобиль зимой буксует по гололедице, сила трения приводит к износу, поэтому трение, когда оно вредно – уменьшают, а когда оно полезно – увеличивают. Я исследовал силу трения. Я установил, чтобы уменьшить трение нужно сухое трение заменить на жидкое, трение скольжения на качения. Выяснил, что сила трения зависит от материала соприкасающихся тел, от силы давления и от формы тела, а также подтвердил независимость силы трения от площади поверхности движущегося тела. 7 Литература. 1. Физика: Учеб. для 7 класса. А.В.Перышкин,– М.: Просвещение,2011 2. И.С. Пешкин. История стального шарика. М., Детгиз,1958. 3.С.Ф. Покровский Опыты и наблюдения в домашних заданиях по физике. М., изд – во АПН РСФСР, 1963. 4. Я познаю мир: Дет. энцикл.: Физика/ Сост., худож. А.А.Леонович; под ред. О.Г. Хинн. М.,ТКО «АСТ», 1995. 5. Электронные материалы Интерактивный курс физики для 7 – 11 классов для учащихся и учителей школ, лицеев, гимназий, колледжей и для самостоятельного изучения физики. ООО ФИЗИКОН, 2004 8 Приложение 1. 1. Исследование сухого и жидкого трения. Сухое трение 1,1 Сила трения, Н Жидкое трение 0,5 Сила трения, Н 31% Сухое 69% Жидкое 9 Приложение 2. 2. Исследование силы трения скольжения и силы трения качения. Сила трения, Н Трение скольжения 0,7 Трение качения 0,1 Сила трения, Н 0.7 0.6 0.5 0.4 Сила трения, Н 0.3 0.2 0.1 0 Трение скольжения Трение качения 10 Приложение 3. 4. Исследование зависимости соприкасающихся тел. силы Материал По крашеному дереву По линолеуму По стеклу По лакированному дереву По бумаге По ковру По материи трения от Сила трения, Н 0,2 0,2 0,3 0,1 0,1 0,5 0,4 Сила, Н 0.6 0.5 0.4 0.3 Сила, Н 0.2 0.1 0 По дереву, по По краске, по бумаге линолеуму По стеклу По материи По ковру материала 11 Приложение 4. 5. Исследование зависимости силы трения от нагрузки. Вес бруска, Н Сила трения, Н Без груза 0,6 0,1 С 1 грузом 1,5 0,3 С 2 грузами 2,4 0,5 С 3 грузами 3,3 0,7 Сила трения,Н 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 Сила трения,Н 0.3 0.2 0.1 0 Без груза С 1 грузом С 2 грузами с 3 грузами 12 Приложение 5. 6. Исследование зависимости силы соприкасающихся поверхностей. Площадь поверхности бруска, см2 Сила трения, Н трения от 13,8 36 55,2 0,1 0,1 0,1 площади 0.1 Сила трения, Н 0.09 0.08 0.07 0.06 Площадь 13,8 кв. см 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 Площадь 36 кв. см Площадь 55,2 кв. см 13 Приложение 6. 7. Исследование зависимости силы трения от формы тела.
