трение-публикация

Санкт-Петербургское
государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
«Садово-архитектурный колледж»
Экспериментальная работа по предмету «Физика»
на тему «Исследование силы трения»
Обучающиеся I курса группы №112:
Дрожжина Елизавета,
Ким Ангелина
Преподаватель: О.В. Чайкина
Санкт-Петербург
2015
2
Введение
Трение – явление, сопровождающее нас с детства, буквально на каждом
шагу, а потому ставшее таким привычным и незаметным.
В технике и в повседневной жизни силы трения играют огромную роль. В
одних случаях силы трения приносят пользу, в других – вред. Сила трения
удерживает вбитые гвозди, винты, гайки; удерживает нитки в материи,
завязанные узлы, шнурки 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.
Когда человек отталкивает Землю с силой большей, чем предельная сила
трения покоя, то нога скользит назад, и это затрудняет ходьбу.
Мы заинтересовались явлением трения и захотели исследовать величину
силы трения, действующей между подошвой сменной обуви обучающихся в
нашем колледже и полом, и определить, в какой обуви будет легче и безопаснее
ходить.
Природа силы трения
На первый взгляд, объяснить происхождение силы трения очень просто.
Поверхности тел шероховаты. Это чувствуется на ощупь, а под микроскопом
наблюдается бесчисленное количество бугорков. Эти бугорки цепляются
друг за друга, немного деформируются и не дают телу соскользнуть с
наклонной плоскости. Таким образом, сила трения покоя вызвана теми же
силами взаимодействия молекул, что и сила упругости.
3
Казалось бы, чем тщательнее отполированы поверхности, тем меньше
должна быть сила трения. До известной степени это так. Шлифовка снижает
силу трения, но не беспредельно! При дальнейшем увеличении гладкости
поверхностей сила трения начинает внезапно увеличиваться.
По мере сглаживания поверхностей они все теснее и теснее прилегают
друг к другу. При достижении некоего совершенства шлифовки поверхности
сблизятся настолько, что начнется молекулярное сцепление.
В основе трения лежат электрические силы взаимодействия молекул.
Уничтожение трения фактически означало бы уничтожение электрических
сил и, следовательно, неизбежный полный распад вещества.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В этой части работы мы поставили перед собой цель исследовать
зависимость силы трения скольжения от следующих факторов:
- от нагрузки;
- от площади соприкосновения трущихся поверхностей;
- от трущихся материалов.
Оборудование: динамометр лабораторный с жесткостью пружины 40 Н/м;
деревянный брусок; набор грузов массой по 100 г; деревянная доска;
линейка; исследуемая обувь (кроссовки, спортивные тапки (кеды), туфли
без каблука
(балетки), туфли на каблуке); набор разновесов от
лабораторных весов.
4
1. Исследование зависимости силы трения скольжения от нагрузки
1.
Положили брусок на горизонтально расположенную деревянную доску.
2. Прикрепили к бруску динамометр, равномерно потянули его вдоль
линейки. Заметили при этом показания динамометра.
3. Взвесили брусок.
4. На брусок поставили груз. Измерили силу трения и вес бруска с грузом.
5. К первому грузу добавили второй, третий, четвертый грузы, каждый раз
взвешивая брусок и грузы и измеряя силу трения. Результаты измерений
занесли в таблицу.
Таблица №1
P (H)
0,7
1,7
2,7
3,7
4,7
Fтр.(Н)
0,2
0,5
0,7
0,9
1,1
Fтр., Н
1
.
0,5
0
1
2
3
4
5
Р,Н
9
2. Исследование зависимости силы трения от площади
соприкосновения трущихся поверхностей
1. Измерили с помощью линейки
длины сторон бруска и рассчитали
площади трех его граней.
2. Положили брусок с двумя грузами широкой гранью на горизонтально
расположенную деревянную доску.
3. Прикрепили к бруску динамометр, равномерно потянули его вдоль
линейки. Заметили при этом показания динамометра.
4. Положили брусок с двумя грузами узкой гранью на горизонтально
расположенную деревянную доску. Измерили силу трения.
5
5. Поставили брусок с двумя грузами вертикально на горизонтально
расположенную деревянную доску. Измерили силу трения.
6. Результаты измерений занесли в таблицу.
Таблица №2
S (см2)
13,5
36
54
Fтр. (Н)
0,6
0,6
0,6
Fтр., Н
0,6
0
10
20
30
40
50
60
S, см2
3. Исследование зависимости силы трения от трущихся материалов
Этап 1. На линейке, которая проводится по понедельникам в колледже, мы
провели наблюдение за
сменной обувью обучающихся. Отобрали обувь,
которую носит большинство студентов: кроссовки, спортивные тапочки,
туфли без каблука (балетки). Специально для преподавателей и некоторых
девушек-модниц мы решили исследовать еще туфли на каблуке
Этап 2.
В
эксперименте 2.1
мы убедились, что сила трения зависит от
нагрузки, поэтому определили с помощью динамометра вес каждой штуки
обуви и уравняли его с помощью набора имеющихся грузов.
Р = 2Н
Этап 3. На разных этажах в нашем колледже напольное покрытие разное:
- на 1 и 2 этажах лежит кафельная плитка;
- на 3 этаже – линолеум;
- на 4 этаже - ламинат.
6
Этап 4.
Мы начали проводить исследования силы трения на кафельной
плитке. Для этого мы прикрепили динамометр к спортивному тапку (кеду).
Привели его в равномерное движение по кафельной плитке.
Записали показания динамометра в подготовленную таблицу.
Так поступили с каждым образцом обуви.
Таблица
Сила трения (Н)
Вид обуви
На кафельной
плитке
1,4
На линолеуме
На ламинате
1,3
1,4
1,3
1,2
1,2
Балетки
0,8
1,1
1
Туфель
0,8
0,9
0,8
Спортивный
тапок (кед)
Кроссовок
4. Выводы по результатам экспериментальной части
1. В ходе проведения эксперимента мы убедились в том, что сила трения:
- прямо пропорциональна величине нагрузки;
- зависит от трущихся материалов;
- не зависит от площади соприкосновения трущихся поверхностей.
2.
Проанализировав сводную таблицу, дали рекомендации обучающимся и
преподавателям, в какой сменной обуви легче и безопаснее ходить в нашем
колледже:
- наибольшая сила трения действует между спортивными тапками (кедами)
и полом на любом этаже;
- чуть меньшая сила трения – между кроссовками и полом.
Значит, эту обувь предпочтительнее носить в нашем учебном заведении.
7
-
Что касается балеток и туфель на каблуках, то в них надо ходить очень
аккуратно, спокойно, так как сила трения в этих случаях самая маленькая.
При неосторожной ходьбе человек может поскользнуться и упасть.
Заключение
Трение - удивительный феномен природы. Оно подарило человечеству
колесо и огонь, возможность в короткое время остановить скоростной поезд и
автомобиль, ускорить химическую реакцию, записать человеческий голос на
пластинку, услышать звуки скрипки и многое другое.
Эта сила обнаруживает свое влияние в самых разнообразных явлениях
природы, возбуждая живой интерес ученых самых различных направлений.
Законы трения необходимо учитывать и астроному, и физику, и физиологу, и
технику, и спортсмену.
Мы узнали, что человек издавна использует знания о явлении трения, а,
начиная с XV – XVI веков, они становятся научными.
Самое главное, мы поняли, как здорово добывать знания самим, а потом
делиться ими с другими.
8
Литература
1. Блудов М.И. Беседы по физике. - М.: Просвещение, 1980 г.
2. Дерягин Б.В. Что такое трение. - М.: Просвещение, 1986 г.
3. Кабардин О.Ф. Факультативный курс физики. – М.: Просвещение, 1977 г.
4. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика 9 класс. - М.: Просвещение, 1998 г.
5. Мощанский В.Н., Савелов Е.В. История физики в средней школе. – М.:
Просвещение, 1981 г.
6. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика 10 класс. – М.:
Просвещение, 2011 г.
7. Тарасов Л.В. Физика в природе. - М.: Просвещение, 1988г.
9
Приложения
Экспериментальная часть
1. Исследование зависимости силы трения скольжения от нагрузки
10
2. Исследование зависимости силы трения скольжения от площади
соприкосновения трущихся поверхностей
11
3. Исследование зависимости силы трения от трущихся материалов
Исследуемые образцы обуви
а) на кафельной плитке
12
б) на линолеуме
в) на ламинате
13
Содержание
Введение
2
Природа силы трения
2
Экспериментальная часть
3
1. Исследование зависимости силы трения скольжения
от нагрузки
4
2. Исследование зависимости силы трения скольжения
от площади соприкосновения трущихся поверхностей
4
3. Исследование зависимости силы трения от трущихся
материалов
4. Выводы по результатам экспериментальной части
5
6
Заключение
7
Литература
8
Приложения
9