Ученики на Учителя.com


Исследовательская работа "Сила трения знакомая и таинственная!" 7 класс

2
Сила трения знакомая и таинственная!
Ахмедов Эмир Ахмедович, 7 Б класс
МБОУ « Солнечная СОШ №1»
Руководитель: Дмитрук Майя Вячеславовна,
учитель физики МБОУ « Солнечная СОШ №1»
Аннотация
Работа посвящена исследованию явления трения. С явлением трения мы знакомы с детства. В
походе мы говорим: «Не натрите ноги». В школе: «Сотрите с доски записи». Сила трения -
важнейший фактор, который необходимо учитывать при разработке машин и технологии
производства. Поэтому знание силы трения чрезвычайно необходимо . Трение может быть
полезным и вредным - эту аксиому человек освоил еще на заре цивилизации. Ведь два самых
главных изобретения - колесо и добывание огня - связаны именно со стремлением уменьшить и
увеличить эффекты трения. Этим и объясняется актуальность нашей работы.
Целью исследования является выяснение роли силы трения в нашей жизни, природы этого
явления. Поставленная цель наметила следующие 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.
В статье представлены конечные результаты, подтвердившие гипотезу: сила трения не зависит
от площади соприкасающихся тел, сила трения зависит от качества обработки трущихся
поверхностей, зависит от силы, прижимающей данное тело к поверхности другого тела. Также
были использованы методы прямых и косвенных измерений, сравнений, обобщение и
систематизация материала. Выводы, сделанные по результатам исследования, подтвердили
нашу гипотезу о том, что силы трения скольжения зависит от нагрузки, (с увеличением
нагрузки сила трения увеличивается), силы трения от площади соприкосновения трущихся
поверхностей не зависит, но от качества соприкасающихся поверхностей зависит, если
поверхности шершавые трение больше, если поверхности гладкие, то меньше. В ходе
исследования получен еще один результат, свидетельствующий о том, что в технике и в
повседневной жизни силы трения играют огромную роль. В одних случаях силы трения
приносят пользу, а в других - вред. Там где сила трения играет положительную роль ее нужно
увеличить, там где сила трения приносит вред, ее нужно уменьшить.
3
Сила трения знакомая и таинственная!
Ахмедов Эмир Ахмедович, 7 Б класс
МБОУ « Солнечная СОШ №1»
Руководитель: Дмитрук Майя Вячеславовна,
учитель физики МБОУ « Солнечная СОШ №1»
Научная статья.
Трение – явление, сопровождающее нас с детства, буквально на каждом шагу, а потому ставшее
таким привычным и незаметным.
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 рук.
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
может быть полезным и вредным - эту аксиому человек освоил еще на заре цивилизации. Ведь
два самых главных изобретения - колесо и добывание огня - связаны именно со стремлением
уменьшить и увеличить эффекты трения. В этом и проявляется актуальность исследования.
Целью работы является выяснение роли силы трения в нашей жизни, изучение природы этого
явления.
Поставленная цель наметила следующие 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;
Гипотеза – Сила трения не зависит от площади соприкасающихся тел, сила трения зависит от
качества обработки трущихся поверхностей, зависит от силы, прижимающей данное тело к
поверхности другого тела,
Объект исследования – явление трения в окружающем мире.
Предмет исследования- сила трения.
4
Методы исследования: Подбор материала о трении в природе, живых организмах, в
технике, в литературе, сведения из Травматологического центра о пострадавших от гололёда
,сведения из ГИБДД, социологический опрос, эксперименты, опыты.
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;
2.Межмолекулярное притяжение, действующее в местах контакта трущихся тел. Между
молекулами вещества на очень малых расстояниях возникает притяжение. Молекулярное
притяжение проявляется в тех случаях, когда поверхности соприкасающихся тел хорошо
отполированы.
Виды трения
Силы трения – силы особые, поверхностные, то есть возникают при соприкосновении тел и
всегда направлены против движения. Это особенности сил трения. (Приложение.Рис. 1)
Впервые изучал законы трения Леонардо да Винчи более 400 лет назад (1530 г.), но результаты
его исследований не были опубликованы. Независимо от него эти законы были переоткрыты
французским физиком Кулоном, а также законами трения занимался Гильом Амонтон.
Несмотря на простоту основных законов трения, явление это весьма сложное и открытие
новых закономерностей трения продолжается и в настоящее время, например явление
аномально низкого трения (при низком давлении и облучении трущихся поверхностей γ-
лучами).
Виды сил трения: трение покоя, скольжения, качения.
1.Трение покоя: Трение покоя удерживает тела на поверхности, с одной стороны, помогает
оттолкнуться от поверхности при движении. (Приложение. Рис. 2)
2.Трение скольжения: Останавливаются санки, скатившиеся с горы. Замедляет своё движение
шайба, скользящая по льду. Все это происходит вследствие трения скольжения, направленного
всегда в сторону, противоположную направлению движения тела.
3.Трение качения: Если тело не скользит по поверхности другого тела, а, подобно колесу или
цилиндру, катится, то возникающее в месте их контакта трение называют трением качения. 5)
5
Сила трения в нашей жизни.
Роль силы трения в быту
Роль силы трения в быту сводится к тому, что мы можем ходить и ездить, что предметы не
выскальзывают у нас из рук, что полки и картины висят на стенах, а не падают, даже одежду мы
носим благодаря трению, которое удерживает волокна в составе нитей, а нити в структуре
тканей. Но трение может играть и отрицательную роль. Именно из-за него нагреваются и
изнашиваются движущиеся части различных механизмов. В таких случаях его стараются
уменьшить. Существует несколько способов уменьшения трения.
Один из них – это введение смазки между трущимися поверхностями. Смазка уменьшает
соприкосновение тел, и трутся не тела, а слои жидкости. А трение в жидкости намного меньше,
чем сухое трение. Сила трения в технике Пробовали ли вы ездить на автомобиле в гололед?
Удовольствие не из приятных. Так же, впрочем, как и быть пешеходом в такую же пору года.
Когда дорога покрыта коркой льда, мы говорим: плохое сцепление. Что это означает? Это
означает, что трение между колесами и дорогой очень маленькое. И если это полезно в случае
перемещения грузов волоком, например, на санках, то очень вредно в ситуации, когда
необходимо резко затормозить или сменить направление движения. Роль силы трения в жизни
человека огромна, этого нельзя отрицать.(3)
И наша задача сводится к тому, чтобы максимально эффективно использовать силу трения
в быту и в технике для облегчения жизни.
Способ уменьшить трение является применение шариковых и роликовых подшипников.
Внутреннее кольцо подшипника одевается на вал какого-либо механизма, а наружное кольцо
закрепляют в корпусе машины или станка. И когда вал начинает вращаться, то он не скользит, а
катится на шариках или роликах между кольцами подшипника. А мы знаем, что сила трения
качения значительно меньше трения скольжения. Поэтому вращающиеся части изнашиваются
гораздо медленнее. Применяют также воздушную подушку, уменьшение площади
соприкасающихся тел, а также шлифовку. Например, чтобы уменьшить силу трения между
льдом и коньками, коньки точат, делая поверхность соприкосновения меньше, а лед шлифуют,
делая его максимально гладким. Так же уменьшают трение при резке чего-либо в быту и на
производстве, затачивая ножи как можно острее. Роль силы трения в технике не всегда
отрицательна, как могло показаться. Ведь, например, когда мы заменяем силу трения
скольжения трением качения, чтобы уменьшить взаимодействие трущихся поверхностей, то
6
следует помнить, что если бы трение отсутствовало совсем, то колеса или шарики в
подшипниках просто-напросто прокручивались бы, не приводя тело в движение.
Роль силы трения в природе
Пример – это шероховатые лапки насекомых для улучшения сцепления с поверхностью, или,
наоборот, это гладкие тела рыб, покрытые слизью для уменьшения трения о воду. В природе
животные и растения давно научились приспосабливаться и использовать силу трения себе во
благо. То же необходимо делать и человеку, дабы обеспечить себе комфортное существование
на планете Земля.
Мы можем ходить по земле. Белки прыгают по веткам деревьев. Ленивец висит на ветке.
Птичка может присесть на ветку. Вода точит камень. Образование планет и комет. Идет дождь
и вода стекает в низину, хотя камень лежит и не скатывается в низину (у воды сила трения
меньше, чем у камня). Огромные валуны лежат на краях скал и не падают вниз - их держит сила
трения.(6)
Трение в живых организмах
Известно, что жидкости, применяют для уменьшения трения (масло, деготь и др.), всегда
обладают значительной вязкостью. Также и в живом организме: жидкости, служащие для
уменьшения трения, в то же время очень вязкие. Кровь, например, - жидкость, более вязкая, чем
вода. При движении по сосудистому системе она испытывает сопротивление, обусловленное
внутренним трение и трением о поверхности сосудов. Чем сосуды тоньше, тем больше трение и
тем больше падает давление крови. Малое трение в суставах объясняется их гладкой
поверхностью, смазкой их синовиальной жидкостью. Роль смазки при проглатывании пищи
играет слюна. Трение мышц или сухожилий о кость уменьшается благодаря выделению
специальной жидкости сумками, в которых они расположены. Значительное трение
существенно для рабочих поверхностей органов движения. Необходимым условием
перемещения является надежное «сцепление» между движущимся телом и «опорой». У многих
растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания (усики растений,
хобот слона, цепкие хвосты и др.) Все они имеют форму, удобную для навивания, и
шероховатую поверхность для увеличения коэффициента трения. Изменение сопротивления
при движении в разных направлениях наблюдается и у многих водоплавающих. Например,
плавательные перепонки на лапках уток или гусей используются подобно веслам. Скорость
многие рыбы могут развивать благодаря обтекаемой форме.
Мои исследования
7
1.Связь с литературой. Трение – явление, сопровождающее нас с детства, буквально на каждом
шагу, а потому ставшее таким привычным и незаметным. Во многих литературных
произведениях говорится о силе трения. Пример пословиц, поговорок, сказок, 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.
Таким образом, сила трения играет огромную роль в нашей жизни, и это отражается в
различных произведениях.
2.Связь с больницей. Трение играет в нашей жизни и положительную роль, отсутствие трения
опасно для нас, особенно в зимний период, период гололёдов. Падающие люди получают черепно-
мозговые, скелетные травмы, ушибы, растяжения. Особенно тяжелыми травматологи считают переломы
шейки бедра. Врачи призывают пожилых людей быть особенно внимательными и по
возможности не выходить на улицу в гололед. Всем рекомендуется носить удобную обувь и
одежду, в случае травмы не заниматься самолечением, а обращаться в больницу. Если
повреждения при падении оказались серьезными, не пытайтесь доковылять до травмпункта
самостоятельно, чтобы еще больше не повредить конечность, вызывайте скорую помощь. (4)
Данные из Травматологического центра о пострадавших от гололёда за зимний период
2011-2012гг. Дети 7-13 лет – 8 человек; подростки 14-17 лет – 7 человек; пожилые люди – 2
человека.
3. СВЕДЕНИЯ О ДТП по причине гололёда, имевших место на территории Сургутского
района в зимний период 2011 года. На территории обслуживания ОГИБДД ОМВД России по
Сургутскому району зарегистрировано дорожно-транспортных происшествий 13,
столкновений-5, опрокидывание -2, наезд на стоящее техническое средство- 5.
Дорожная безопасность в зимний период
Проблема детского дорожно-транспортного травматизма всегда актуальна. Особенно
обостряется ситуация в зимний период. В это время дорога наиболее опасна - это связано с
плохими погодными условиями. Выпал снег, пришло время подумать о дорожной безопасности
зимой. Снегопады, заносы, скользкая дорога, ограниченная видимость, короткий световой
день - вот далеко не полный перечень особенностей зимней улицы. Главное правило поведения
на дороге зимой – удвоенное внимание и повышенная осторожность.
8
Гололед повышает вероятность заноса автомобиля, и непредсказуемо изменяется его
тормозной путь. На скользкой, раскатанной и покрытой ледяной коркой проезжей части
остановочный путь легкового автомобиля, движущегося со скоростью 80 км/час,
увеличивается с 55 до 270 метров! Поэтому нужно быть крайне внимательным. Обычное
(летнее) безопасное для перехода расстояние до машины нужно увеличивать в несколько раз.
Обувь должна иметь нескользкую, ребристую подошву. (7)
4.Социологический опрос. 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.
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 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.Сила трения зависит от качества обработки трущихся поверхностей.
Мои эксперименты, опыты. Экспериментально выяснили зависимость силы трения от
следующих факторов: от нагрузки; от площади соприкосновения трущихся поверхностей; от
трущихся материалов.
Чтобы измерить силу трения скольжения, брусок необходимо тянуть динамометром
прямолинейно и равномерно.(2)
9
Результаты экспериментов:
1. Зависимость силы трения скольжения от нагрузки. С увеличением нагрузки сила трения
увеличивается. (Приложение.Рис. 3)
№ опыта
Вес Р, Н
Сила трения Fтр, Н
1 опыт
1
0,2
2 опыт
2
0,4
3 опыт
3
0,6
4 опыт
4
0,8
2. Зависимость силы трения от площади соприкосновения трущихся поверхностей:
S, см²
20
40
Fтр, Н
0,4
0,4
Сила трения от площади соприкосновения не зависит.
3. Зависимость силы трения от трущихся поверхностей:
поверхности
1. дерево по
дереву (неровная)
2. дерево по
дереву (гладкая)
3. Дерево по
металлу
Fтр, Н
0,4
0,3
0,2
Если поверхность не ровная, шершавая сила трения больше, если поверхность гладкая трение
меньше.
Используя экспериментальные данные, вычислили коэффициент трения скольжения для
следующих материалов.
Легко убедиться, что в случае движения тела по горизонтальной поверхности сила нормального
давления равна силе тяжести, действующей на это тело: N=P .Это позволяет вычислить
коэффициент трения:
коэффициент
трения
0,2
10
0, 15
0,2
Коэффициент трения μ не зависит ни от площади поверхностей, ни от силы нормального
давления. Коэффициент трения зависит от материалов, из которых изготовлены трущиеся
поверхности, и от качества их обработки. Чем больше неровностей, шероховатостей на
трущихся поверхностях, тем чаще происходит их зацепление, сопровождающееся деформацией
поверхностей и увеличением силы трения.
Заключение:
В своей исследовательской работе я выяснил, что человек издавна использует знания о явлении
трения, полученные опытным путём. Теперь я точно знаю, от чего зависит сила трения, а что
не влияет на неё. Силы трения скольжения зависит от нагрузки, (с увеличением нагрузки сила
трения увеличивается), силы трения от площади соприкосновения трущихся поверхностей не
зависит, но от качества соприкасающихся поверхностей зависит, если поверхности шершавые
трение больше, если поверхности гладкие, то меньше. Теперь я смогу объяснить все
наблюдаемые в практике закономерности строением вещества, силой взаимодействия между
молекулами. Я провел серию экспериментов, подтвердив все утверждения, высказанные мной.
Но, наверное, самое главное – я понял, как здорово добывать знания самим, а потом делиться с
другими. В дальнейшем я хотел бы продолжить исследования по этой теме и расширить свои
знания в области уменьшения сил трения в природе и технике. Я убедился, что сила трения
знакомая и таинственная.
Литература:
1.Перышкин А.В. Физика 7 класс. – М.: Дрофа, 2013.
2.Ф. Рабиза. Простые опыты. – М., «Детская литература», 2002
3.http://myreset.narod.ru/Vestnik2Trenie.htm
4.http://www.siapress.ru/news/society/27182
5.http://ru.wikipedia.org/wiki/
6.http://class-fizika.narod.ru/7_tren.htm
7. http://forum.autosurgut.ru/topic/13093-novosti-gibdd-surgutskogo-
raiona/page__st__30#entry141770
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: