Site Loader
Posted on 25.05.1987

Содержание

Сила трения. 10 класс. Школьный курс физики


Главная | Физика 10 класс | Сила трения






Природа сил трения.

Ещё один тип сил, с которыми встречаются в механике, — это силы трения. Причина, по которой книга не соскальзывает со слегка наклонного стола, — шероховатость поверхности стола и обложки книги. Эта шероховатость заметна на ощупь, а под микроскопом видно, что поверхность твёрдого стола более всего напоминает горную страну. Бесчисленные выступы цепляются друг за друга, деформируются и не дают книге или грузу скользить.

При скольжении гладких брусков рвутся молекулярные связи между молекулами на поверхности брусков, подобно тому, как у шероховатых поверхностей разрушаются связи в самих бугорках. Разрыв молекулярных связей — это то, чем отличаются силы трения от сил упругости, при возникновении которых таких разрывов не происходит.

Итак, силы трения, как и силы упругости, имеют электромагнитную природу, т.

е. в основе сил трения лежат электрические силы взаимодействия молекул. Главная особенность сил трения, отличающая их от гравитационных сил и сил упругости, состоит в том, что они зависят от скорости движения тел относительно друг друга.

Трение возможно между поверхностью твёрдого тела и окружающей его жидкостью или газообразной средой, в которой оно движется. В этом случае трение называют жидким (или вязким). В отличие от жидкого трения, сухое трение существует между поверхностями двух соприкасающихся твёрдых тел, когда между ними нет жидкой или газообразной смазки.

Трение покоя.

Допустим, что вам нужно передвинуть шкаф. Вы действуете на него с силой, направленной горизонтально, но шкаф не сдвигается с места. Это возможно только в том случае, когда приложенная к шкафу сила компенсируется (уравновешивается) какой-то другой силой. Эта сила, равная по модулю приложенной вами силе и направленная противоположно ей, называется силой трения покоя тр. п (рис. 3.47, а).

Рис. 3.47


Сила трения покоя равна по модулю и направлена противоположно силе, приложенной к телу параллельно поверхности соприкосновения его с другим телом.


Если параллельно этой поверхности не действуют никакие силы, то сила трения покоя равна нулю. Увеличивая силу, действующую на шкаф, вы в конце концов сдвинете его с места. Следовательно, сила трения покоя может изменяться от нуля до некоторого максимального значения (рис. 3.47, б).

Максимальное значение силы трения, при котором скольжение ещё не наступает, называют максимальной силой трения покоя. Если действующая на покоящееся тело сила хотя бы немного превышает максимальную силу трения покоя, то тело начинает скользить.

Исследования физических явлений опытным путём

Выясним, от чего зависит максимальная сила трения покоя. Положим на стол тяжёлый деревянный брусок и начнём тянуть его с помощью динамометра в горизонтальном направлении (рис.

3.48). Будем фиксировать показания динамометра в тот момент, когда брусок начинает трогаться с места. Они соответствуют модулю максимальной силы трения покоя. После этого будем нагружать брусок гирями, увеличивая модуль веса бруска, следовательно, и модуль силы реакции опоры, в 2, 3 и т. д. раз. При этом модуль максимальной силы трения покоя Finax тоже увеличивается в 2, 3 и т. д. раза.

Рис. 3.48

Проведённый опыт (как и множество других подобных опытов) позволяет сделать вывод о том, что

максимальное значение модуля силы трения покоя прямо пропорционально модулю силы реакции опоры.

В формуле (1) μ — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения покоя 1. Он зависит от материала, из которого изготовлены соприкасающиеся тела, качества обработки их поверхностей, но, как показывает опыт, не зависит от площади их соприкосновения.

1 Соотношение (1) часто называют законом сухого трения.

Почему сила трения покоя может изменяться от нуля до максимального значения, равного

μN? При действии на тело некоторой силы оно слегка (незаметно для глаза) смещается. Это смещение продолжается до тех пор, пока микроскопические шероховатости поверхностей не расположатся так, что, зацепляясь друг за друга, они приведут к появлению силы трения тр, уравновешивающей силу .

При увеличении силы тело немного сдвинется так, что мельчайшие неровности поверхностей по-иному будут цепляться друг за друга и сила трения возрастёт. Лишь при > max  ни при каком расположении поверхностей по отношению друг к другу сила трения не в состоянии уравновесить силу , и начинается скольжение.

Трение скольжения.

Когда тело скользит по поверхности другого тела, на него действует сила трения скольжения. В этом можно убедиться на опыте. Прикреплённый к бруску динамометр при равномерном движении бруска по горизонтальной поверхности (рис. 3.49) показывает, что на брусок со стороны пружины динамометра действует постоянная сила упругости .

Рис. 3.49

Согласно второму закону Ньютона, при равномерном движении бруска ( = 0) равнодействующая всех сил, приложенных к нему, равна нулю.

Следовательно, кроме силы упругости (сила тяжести m и сила реакции опоры уравновешиваются) во время равномерного движения на брусок действует сила, равная по модулю силе упругости, но направленная противоположно ей. Это сила трения скольжения

тр.ск.

Сила трения скольжения, как и максимальная сила трения покоя, зависит от силы реакции опоры, от материала соприкасающихся тел и качества обработки их поверхностей, а также от относительной скорости движения тел.

Во-первых, сила трения скольжения всегда направлена противоположно относительной скорости соприкасающихся тел. Это .можно пояснить с помощью рисунка 3.50, на котором изображены два соприкасающихся тела. Тело 1 движется относительно тела 2 со скоростью υ

1. 2, направленной вправо. К телу 1 приложена сила трения скольжения тр1, направленная влево. Тело 2 движется относительно тела 1 влево со скоростью υ2.1, а приложенная к нему сила трения скольжения тр2 направлена вправо.

Рис. 3.50

Во-вторых, модуль силы трения скольжения тр.ск зависит от модуля относительной скорости и соприкасающихся тел. При малых относительных скоростях движения тел сила трения скольжения мало отличается от максимальной силы трения покоя max

.

Поэтому приближённо можно считать её постоянной и равной по модулю силе трения покоя 2:

Fтр.ск ≈ Fmax = μ.

2 При движении автомобиля сила трения скольжения заметно меньше силы трения покоя. Поэтому замедление при вращении колёс автомобиля со скоростью, соответствующей скорости его движения, будет эффективнее, чем замедление при проскальзывании колёс относительно дорожного полотна. На этом явлении основана работа антиблокировочной системы, позволяющей предотвратить блокировку колёс автомобиля при торможении, существенно уменьшить его тормозной путь и стабилизировать траекторию движения.

Однако с увеличением относительной скорости сила трения скольжения увеличивается и может превысить Fmax. Примерный график зависимости силы трения скольжения Fтр.ск от модуля относительной скорости и приведён на рисунке 3.51.

Рис. 3.51

Отметим, что модуль силы трения скольжения Fтр.ск обычно меньше модуля силы реакции опоры N. Поэтому коэффициент трения скольжения меньше единицы. По этой причине любое тело легче перемещать волоком, чем поднимать или переносить 3.

3 Существует ещё один вид сил трения — силы трения качения. Они препятствуют движению тела в том случае, когда оно не скользит по поверхности другого тела, а, подобно шарику или цилиндру, катится.

Причина возникновения силы трения качения — деформация катка и опорной поверхности. В большинстве случаев сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения, и поэтому качение является распространённым видом движения в технике.

Роль сил трения.

Роль сил трения не сводится только к тому, чтобы тормозить движение тел. В ряде важных случаев движение не могло бы возникнуть без действия сил трения. Это можно проиллюстрировать на примере движущегося автомобиля (рис. 3.52).

Рис. 3.52

Сила трения 2, действующая со стороны земли на ведомые колёса, и сила сопротивления воздуха 3 направлены в сторону, противоположную движению автомобиля, и, следовательно, могут его затормозить. Единственной внешней силой, способной увеличить скорость движения автомобиля, является сила трения покоя 1, действующая на ведущие колёса. Не будь этой силы, автомобиль буксовал бы на месте, несмотря на вращение ведущих колёс.

Вопросы:

1. Как возникают силы трения?

2. Какие виды сил трения вам известны? Приведите примеры.

3. Какую силу называют:

а) силой трения покоя;

б) силой трения скольжения?

4. От чего зависит максимальная сила трения покоя?

5. Что характеризует коэффициент трения покоя?

Вопросы для обсуждения:

1. Колесо автомобиля буксует (рис. 3.53). Куда направлена сила трения скольжения между колёсами и дорогой относительно:

а) колеса;

б) дороги?

Куда направлена сила упругости опоры (дороги)?

Рис. 3.53

2. Книга прижата к стене (рис. 3.54). Изобразите силы тяжести и трения покоя, действующие на книгу.

Рис. 3.54


Пример решения задачи

По наклонной плоскости спускают брусок на канате. Масса бруска равна 5 кг. В конце пути брусок тормозят, придерживая канат. Найдите силу натяжения каната при торможении бруска, если его скорость перед торможением равна 2 м/с, а время торможения составляет 5 с. Коэффициент трения бруска о поверхность горы равен 0,2, наклонная плоскость образует с горизонтом угол 30°.

Запишем уравнение движения для рассматриваемого случая:

Спроецируем это уравнение на оси X и Y.

Запишем необходимые формулы: .

Отсюда модуль силы натяжения каната:

C учётом числовых данных получим:

Ответ: T ≈ 18 H.

Упражнения:

1. Тело лежит на наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол, равный 30°. При каком предельном коэффициенте трения покоя тела о поверхность оно может начать скользить по наклонной плоскости?

2. Брусок массой 0,5 кг лежит на горизонтальной плоскости. На него действует сила в горизонтальном направлении. Определите модуль силы трения, действующей на брусок, если: a) F = 0,5 Н; б) F = 1 Н; в) F = 2 Н. Коэффициент трения скольжения бруска о плоскость равен 0,2.

3. Два тела массами 5 кг и 2 кг, связанные между собой невесомой и нерастяжимой нитью, движутся по горизонтальной плоскости под действием силы, равной 40 Н. Сила приложена к телу массой 5 кг и направлена под углом 30° к горизонту. Определите модули ускорений тел и модуль силы натяжения нити. Коэффициент трения скольжения тел о поверхность равен 0,2.

4. К вертикальной стене прижали доску с силой, равной 250 Н. Найдите наибольшую массу доски, которая не будет скользить по стене вниз, если коэффициент трения скольжения доски о стену равен 0,2.

5. Стальной магнит массой 50 г прилип к вертикальной стальной плите. Для равномерного скольжения магнита вниз прикладывают силу, модуль которой равен 1,5 H. C какой силой магнит прижимается к плите? Какую силу необходимо приложить, чтобы перемещать магнит вертикально вверх, если коэффициент трения скольжения магнита о плиту равен 0,2?

Предыдущая страницаСледующая страница



Сила трения в физике с формулами и примерами

Оглавление:

Сила трения

Взаимодействие, возникающее в месте соприкосновения тел и препятствующее их относительному движению, называют трением, а характеризующую это взаимодействие силу — силой трения.

Силы трения, как и силы упругости, имеют электромагнитную природу. Трение между двумя твёрдыми телами называют сухим трением.

Различают три вида трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Трение покоя

Трение покоя — трение, возникающее при отсутствии относительного перемещения соприкасающихся тел.
Трение покоя удерживает грузы, находящиеся на движущейся ленте транспортёра, от соскальзывания, препятствует развязыванию шнурков, удерживает гвозди, вбитые в доску, и т. д.

Сила трения покоя — это сила, препятствующая возникновению движения одного тела относительно другого. Направлена сила трения покоя всегда против силы, приложенной извне параллельно поверхности соприкосновения и стремящейся сдвинуть с места предмет, т. е. против предполагающегося движения (рис. 29). Измерить силу трения покоя можно с помощью груза, перекинутого через блок и связанного с телом через динамометр.

Рис. 29

Сила трения покоя растёт вместе с силой, стремящейся сдвинуть тело с места. Но для любых двух соприкасающихся тел она имеет некоторое максимальное значение больше которого она быть не может. Например, для деревянного бруска, находящегося на деревянной доске, максимальная сила трения покоя составляет 0,6 от его веса. Максимальная сила трения покоя пропорциональна силе нормального давления, равного по модулю силе реакции опоры :

где — коэффициент трения покоя.
Максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения поверхностей. Она зависит от качества обработки соприкасающихся поверхностей и от материалов тел.

Трение скольжения

Приложив к телу силу, превышающую максимальную силу трения покоя, мы сдвинем тело с места, и оно начнёт двигаться. Трение покоя при этом сменится трением скольжения.
Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости соприкасающихся тел.
Как и максимальная сила трения покоя, сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления и, следовательно, силе реакции опоры:

где — коэффициент трения скольжения (при небольших скоростях ), зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей. Сила трения скольжения зависит также довольно сложным образом от относительной скорости соприкасающихся тел. При небольших относительных скоростях сила трения скольжения меньше силы трения покоя, и лишь при увеличении скорости (рис. 30). При небольших скоростях приближенно их можно считать равными:

Рис. 30

Причинами возникновения силы трения являются шероховатость поверхностей соприкасающихся тел и межмолекулярное притяжение, действующее в местах контакта трущихся 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 всегда мешают движению.
Межмолекулярное притяжение проявляется в тех случаях, когда поверхности соприкасающихся тел хорошо отполированы. Так, например, при относительном скольжении двух металлов с очень чистыми и ровными поверхностями, обработанными в вакууме с помощью специальной технологии, сила трения оказывается намного больше, чем при перемещении неровного бруска дерева по земле. В некоторых случаях эти металлы даже «схватываются» друг с другом, и дальнейшее скольжение невозможно.

Трение качения

Если тело не скользит по поверхности другого тела, а, подобно колесу или цилиндру, катится, то возникающее в месте их контакта трение называют трением качения. Катящееся колесо всё время вдавливается в полотно дороги, и потому перед ним всё время оказывается небольшой бугорок, который необходимо преодолеть. Именно этим и обусловлено трение качения. При этом чем дорога тверже, тем трение качения меньше.
Как и в предыдущих случаях, сила трения качения пропорциональна силе реакции опоры:

где — коэффициент трения качения.
Благодаря тому, что , при одинаковых нагрузках сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения. Это было замечено ещё в древности. Поэтому для перемещения тяжёлых грузов наши предки подкладывали под них катки или брёвна. По этой же причине люди стали использовать в транспорте колёса.
Разница в силах трения скольжения и качения объясняется тем, что при скольжении участки тела смещаются вдоль поверхности соприкосновения, и вместо разорванных межмолекулярных связей постоянно образуются новые. Когда колесо катится без проскальзывания по поверхности, молекулярные связи разрываются при подъёме участков колеса быстрее, чем при скольжении, и поэтому сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения.

На твёрдое тело, движущееся в жидкости или газе, действует сила сопротивления среды. Эта сила направлена против скорости тела относительно среды и тормозит движение.
В отличие от силы трения сила сопротивления среды появляется только во время движения тела в этой среде. Ничего подобного силе трения покоя здесь нет. Наоборот, всем известно, насколько легче сдвинуть с места предмет в воде, чем на твёрдой поверхности.
Модуль силы сопротивления среды зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств жидкости или газа, в котором тело движется, и от относительной скорости движения тела и среды. Примерный характер зависимости от скорости приведён на рис. 31. Как следует из рис. 31, при малых скоростях движения тела относительно среды можно считать

где — коэффициент, зависящий от размеров, формы, состояния поверхности тела и вязкости среды.
При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости:

где — коэффициент сопротивления, отличный от .

Рис. 31

Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:

Предмет физика

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Сила трения покоя, скольжения, сопротивления, качения

Помимо уже знакомых нам сил в механике, есть ещё и силы трения. Они действуют вдоль поверхностей тел при их непосредственном соприкосновении.

Силы трения – это такие «антисилы», которые препятствуют относительному движению соприкасающихся поверхностей. В некоторых случаях они настолько велики, что вообще блокируют какое-либо перемещение. Но не стоит обвинять силы трения только в торможении тел. В некоторых случаях движение тела вообще не может возникнуть без действия сил трения.

Трение, которое возникает при относительном перемещении соприкасающихся поверхностей твёрдых тел, называется сухим трением. Сухое трение включает в себя три подвида: трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Начнём с трения покоя. Давайте попробуем сдвинуть пальцем лежащий на столе тяжёлый предмет. Мы приложим некоторую силу, направленную вдоль поверхности стола. Сдвинется ли предмет? Если он слишком массивный, то нет. Почему же объект продолжает оставаться в покое? Потому что между этим предметом и поверхностью стола возникает сила, направленная против внешних сил (то есть против той силы, которую мы прикладываем). Такая сила противодействия равна нашей силе по модулю, но противоположна по направлению. Собственно, это и есть сила трения Fтр. Чем сильнее мы будем давить на предмет, тем сильнее будет сила трения.

Сила трения, которая действует между двумя телами, которые остаются неподвижными относительно друг друга, называют силой трения покоя.

Пусть на тело действует сила F, которая направлена параллельно относительно поверхности, на которой оно находится. Пусть тело, несмотря на приложенную силу, остаётся неподвижным. Это означает, что на него действует сила трения покоя Fтр, которая равна по модулю и противоположно направлена силе F. Получается, что сила трения покоя определяется действующей на него силой: Fтр= -F.

Когда же предмет начнёт двигаться? Тогда, когда действующая на него сила хотя бы немного превысит максимальную силу трения покоя. Сразу после этого объект начнёт скользить.

Итак, наибольшее значение силы трения, при котором скольжение ещё не наступает, называется максимальной силой трения покоя.

Теперь научимся определять максимальную силу трения покоя. Пусть на столе находится небольшой брусок, к которому прикреплен динамометр. Теперь потянем за кольцо динамометра и определим максимальную силу трения покоя (то есть силу до первого движения бруска). Мы знаем, что на брусок действует сила тяжести mg, сила нормальной реакции опоры N1, сила натяжения F1 пружины динамометра и максимальная сила трения покоя Fтр1.

Теперь увеличим нагрузку и положим ещё один такой же брусок. Соответственно, сила давления брусков на стол увеличится вдвое. Согласно третьему закону Ньютона, сила нормальной реакции опоры N2 аналогично удваивается. Теперь повторим измерения максимальной силы трения покоя. Она увеличилась в такое же количество раз (т.е. в 2 раза).

Если продолжать увеличивать число брусков, проводя аналогичные измерения динамометром, можно установить, что максимальное значение модуля силы трения покоя пропорционально модулю силы нормальной реакции опоры.

Пусть модуль максимальной силы трения покоя Fтр max. Тогда: Fтр max=µN, где µ — коэффициент пропорциональности, который называется коэффициентом трения. Он характеризует обе трущиеся поверхности и зависит от материала этих поверхностей и от качества их обработки. Определяется коэффициент трения только экспериментально.

Впервые эта зависимость была установлена французским физиком Ш. Кулоном. Он убедился, что максимальная сила покоя не зависит от площади соприкосновения тел.

Сила трения покоя меняется от нуля до некоторого критического значения, равное µN. Почему вообще происходят эти изменения?

Пусть на тело действует некоторая сила F. Оно будет немного смещаться (незаметно для наблюдателя) до тех пор, пока микроскопические шероховатости поверхности не расположатся относительно друг друга таким образом, что последовательная их сцепка сгенерирует силу, равную по значению силе F. Если мы увеличим силу воздействия, то тело опять сдвинется на некоторое расстояние таким образом, что мельчайшие неровности поверхностей будут цепляться друг за друга в другой очередности, что повлияет на величину силы трения.

При F>Fтр max при любом взаимном расположении шероховатостей сила трения не сможет уравновесить действующую силу и уступит своё место скольжению. Зависимость модуля силы трения скольжения от модуля действующей силы продемонстрировано на рисунке ниже.

На самом деле, мы сталкиваемся с силой трения покоя намного чаще, чем думаем. Так, например, при ходьбе или беге на подошвы ног действует сила трения покоя, если только ноги не скользят.

Трение скольжения

Сила трения скольжения зависит не только от состояния соприкасающихся поверхностей, но и от относительной скорости движения тел. Причём это, отнюдь, не простая зависимость. Опыты говорят о том, что зачастую в самом начале скольжения, сила трения становится несколько меньше максимальной силы трения покоя. Только спустя некоторое время, по мере увеличения скорости, она растёт и начинает превосходить Fтр max.

Многие замечали, что первый толчок тяжелого предмета всегда самый сложный. Это как раз и свидетельствует об уменьшении силы трения при появлении скольжения с малой скоростью.

При небольших относительных скоростях движения сила трения скольжения практически не отличается от максимальной силы трения покоя. Собственно, поэтому можно считать её постоянной величиной, равной: Fтр ≈ Fтр max = µN.

Силу трения скольжения можно сильно уменьшить с помощью тонкого слоя жидкости, «сглаживая» процессы между трущимися поверхностями.

Сила трения качения

Сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения. Это объясняет факт, что намного легче перекатывать тяжёлый предмет, нежели двигать его. Сила трения зависит от относительной скорости движения тел. Собственно, это и отличает её от сил тяготения и упругости, величины которых определяются только расстоянием.

Силы сопротивления при движении твёрдых тел в жидкостях и газах

Когда твёрдое тело движется в жидкости или газе, то на него действует сила сопротивления среды. Эта сила направлена против скорости тела относительно среды и вызывает торможение.

Важной особенностью силы сопротивления является то, что она появляется только при наличии относительного движения объекта окружающей среды. Сила трения покоя в жидкостях и газах полностью отсутствует.

Собственно, это объясняет тот факт, что сдвинуть массивную лодку на воде возможно, а вот машину на дороге переместить не получится.

Модуль сопротивления Fс зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств среды, в которой происходит движение. Более того, величина Fс зависит и от относительной скорости движения тела и среды.

Ниже на рисунке продемонстрирована зависимость модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела. При относительной скорости, равной нулю, сила сопротивления не действует на тело (т.е. Fс=0). Когда относительная скорость увеличивается, сила сопротивления сначала растёт медленно, а затем изменяется по более интенсивному закону.

В случае малых скоростей движения, сила сопротивления рассчитывается так: Fс=k1v, где k1 – коэффициент сопротивления, который зависит от формы, размеров, состояния поверхности тела и свойств среды – её вязкости. Этот коэффициент определяется только экспериментально.

При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости, т.е.: Fс=k2v2, где k2 – коэффициент сопротивления, неравный k1.

Какую формулу для Fc  использовать? Всё зависит от условий задачи. Например, для легкового автомобиля формула без квадрата скорости подойдёт в случае, когда скорость не превышает 60-80 км/ч. При больших скоростях необходимо уже использовать вторую формулу.

Q8 Объясните, почему трение скольжения меньше трения покоя…

Перейти к

  • Упражнение
  • Растениеводство и управление
  • Микроорганизмы: друг и враг
  • Синтетические волокна и пластик
  • Материалы: металлы и неметаллы
  • Уголь и нефть
  • Горение и пламя
  • Сохранение растений и животных
  • Клетка — структура и функции
  • Размножение животных
  • Достижение подросткового возраста
  • Сила и давление
  • Трение
  • Звук
  • Химические эффекты и электрический ток
  • Некоторые природные явления
  • Легкий
  • Звезды и Солнечная система
  • Загрязнение воздуха и воды

Главная > Решения НЦЭРТ Класс 8 Наука > Глава 12 — Трение > Упражнение > Вопрос 34

Вопрос 34 Упражнение

В8) Объясните, почему трение скольжения меньше трения покоя.

Ответ:

Решение:

Трение между двумя поверхностями происходит из-за блокировки неровностей двух поверхностей.

Во время скольжения контактные точки не получают достаточно времени для правильной блокировки. Следовательно, меньше трения. Но когда объект находится в состоянии покоя, поверхности хорошо сцепляются, поэтому трение больше. Это объясняет, почему трение скольжения меньше, чем трение покоя.

Стенограмма видео

«Здравствуйте, ребята, снова приветствуем вас в разговоре с Lidl. Мы собираемся обсудить научный вопрос, какое у вас число 6, объясните, почему на спортивных площадках обувь с шипами, а теперь и танцор? Нет, а зачем его используют спортсмены? Итак, ребята, шипы находятся под обувью. Шипы увеличивают площадь поверхности, поэтому они врезаются в землю и сильно увеличивают трение, что снижает вероятность того, что спортсмены поскользнутся и упадут на землю. Это окончательный ответ, и, ребята, спасибо за просмотр. Пожалуйста, поделитесь, подпишитесь на этот канал, если у вас есть какие-либо дополнительные вопросы, пожалуйста, ниже в поле для комментариев и спасибо»

Связанные вопросы

Трение скольжения ____________________, чем трение покоя.

Трение производит ____________________

Четверым детям было предложено расположить силы качения, трения покоя и скольжения в порядке убывания.

Алида едет на своей игрушечной машинке по сухому мраморному полу, по мокрому мраморному полу, по полу разложены газеты и полотенце…

Рассыпание порошка на карромной доске ________________ трение

Трению противодействует __________________________ между поверхностями, соприкасающимися друг с другом.

Фейсбук WhatsApp

Копировать ссылку

Было ли это полезно?

Упражнения

Упражнения

Главы

Синтетические волокна

. растений и животных

Клетка — структура и функции

Репродукция у животных

Достигнув возраста в подростковом возрасте

Сила и давление

Фрикматив

Звук

Химические эффекты и электрический ток

Некоторые природные явления

Свет

Звезды и солнечная система

. Изменение воздуха. и вода

Курсы

Быстрые ссылки

Условия и политика

Условия и политика

2022 © Quality Tutorials Pvt Ltd Все права защищены

Раздвижные учебники — Деятельность — TeachEngineering

(0 оценок)

Нажмите здесь, чтобы оценить

Quick Look

Уровень: 6 (5-7)

Необходимое время: 1 час

Расходные материалы Стоимость/группа: 0,50 долл. США

В этом упражнении также используются некоторые предметы длительного пользования (многоразового использования); подробности см. в списке материалов.

Размер группы: 3

Зависимость от деятельности:

Что такое первый закон Ньютона?

Что такое второй закон Ньютона?

Что такое третий закон Ньютона?

предметных областей: Физические науки, физика

Ожидаемые характеристики NGSS:

МС-ПС2-2

Доля:

TE Информационный бюллетень

Резюме

В кульминации занятия учащиеся изучают и применяют свои знания о силах, трении, ускорении и гравитации в эксперименте, состоящем из двух частей. Во-первых, группы студентов измеряют среднее ускорение учебника, тянущегося по столу, с разным весом (с дополнительными расширениями, например, с добавлением шкива или наклонной плоскости). Затем, с помощью простой модификации той же экспериментальной установки, команды тестируют различные поверхности на предмет влияния трения, строят графики и анализируют свои результаты. Учащиеся также рассматривают реальное применение поверхностей с высоким и низким коэффициентом трения для различных ситуаций и целей, видя, как силы играют роль в инженерном проектировании и выборе материалов.

Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Инженеры применяют свои знания о силе гравитации, трении и ускорении для решения различных задач проектирования. Эти концепции являются ключом к пониманию того, как трение может влиять на движение объектов. Точно так же понимание того, как сила, приложенная к объекту, влияет на его ускорение, помогает учащимся понять, насколько важны силы для объяснения движения объектов в повседневных ситуациях.

Инженеры должны учитывать, как силы играют роль в разработанных ими системах, чтобы предсказывать и точно настраивать движение задействованных объектов. Например, при проектировании ракеты инженеры определяют, какую силу должен приложить двигатель, чтобы разогнать ракету и преодолеть силу гравитации.

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

  • Объясните влияние трения на движение объекта.
  • Сравните ускорение объекта, на который действует разная сила.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM описаны в TeachEngineering собираются, поддерживаются и упаковываются Сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www. achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естествознание или математика; внутри типа по подтипу, затем по сортам, и т.д. .

NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
Ожидаемая производительность NGSS

МС-ПС2-2. Спланируйте исследование, чтобы предоставить доказательства того, что изменение движения объекта зависит от суммы сил, действующих на объект, и массы объекта. (6-8 классы)

Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика Ключевые дисциплинарные идеи Концепции поперечной резки
Планируйте расследование индивидуально и совместно, а также в ходе разработки: определяйте независимые и зависимые переменные и элементы управления, какие инструменты необходимы для сбора данных, как будут записываться измерения и сколько данных необходимо для обоснования заявления.

Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!

Научные знания основаны на логических и концептуальных связях между фактами и объяснениями.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

 Движение объекта определяется суммой действующих на него сил; если общая сила, действующая на объект, не равна нулю, его движение изменится. Чем больше масса объекта, тем большая сила необходима для достижения такого же изменения движения. Для любого данного объекта большая сила вызывает большее изменение движения.

Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!

Все положения объектов и направления сил и движений должны быть описаны в произвольно выбранной системе отсчета и произвольно выбранных единицах размера. Для того, чтобы поделиться информацией с другими людьми, эти выборы также должны быть разделены.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

 Объяснение стабильности и изменений в естественных или искусственных системах может быть построено путем изучения изменений во времени и сил в различных масштабах.

Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!

Общие базовые государственные стандарты — математика
  • Модель с математикой. (Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Рассуждайте абстрактно и количественно. (Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Рассуждать и решать уравнения и неравенства с одной переменной. (Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Представлять и анализировать количественные отношения между зависимыми и независимыми переменными. (Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Отображение числовых данных в виде графиков на числовой прямой, включая точечные графики, гистограммы и ящичные диаграммы. (Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология
ГОСТ
Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Подписывайся

Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!

PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.

Список материалов

Каждой группе нужно:

  • стол или парта
  • струна, чуть больше 2 метров
  • измерительная лента длиной не менее 1 метра
  • секундомер
  • учебник весом 0,5–0,75 кг (~1–1,7 фунта)
  • ~60 см (~24 дюйма) в длину из одного материала; на выбор вощеная бумага, пищевая пленка, пергаментная бумага для выпечки, алюминиевая фольга (или любая другая, предоставленная учителем)
  • лента
  • пластиковая бутылка из-под газировки с крышкой, 12 унций. (≈ 355 мл), с небольшим отверстием в крышке
  • Вода комнатной температуры и раковина/слив
  • мерный цилиндр для измерения воды
  • инструмент для прокалывания отверстия в колпачке для струны
  • миллиметровая бумага
  • Раздвижные учебники с рабочим листом, по одному на учащегося
  • весы для взвешивания бутылки с водой (класс может поделиться весами или заранее получить вес бутылки с водой)
  • (опционально) калькулятор
  • (дополнительно) шкив с зажимами для стола (см. раздел «Расширения деятельности»)

Рабочие листы и вложения

Раздвижные учебники с рабочим листом (docx)

Раздвижные учебники с рабочим листом (pdf)

Раздвижные учебники Рабочий лист Ключ ответов (docx)

Раздвижные учебники Рабочий лист Ключ ответа (pdf)

Раздвижные учебники Экспериментальная установка Наглядное пособие (docx)

Раздвижные учебники Экспериментальная установка Наглядное пособие (pdf)

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/ucd_newton_lesson03_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше учебных программ, подобных этому

Высший элементарный урок

Что такое первый закон Ньютона?

Студенты знакомятся с понятиями силы, инерции и первого закона движения Ньютона: объекты в состоянии покоя остаются в состоянии покоя, а объекты в движении остаются в движении, если на них не действует неуравновешенная сила. Студенты изучают разницу между скоростью, скоростью и ускорением и приходят к выводу, что част…

Что такое первый закон Ньютона?

Урок средней школы

Повесть о трениях

Учащиеся старших классов узнают, как инженеры математически проектируют дорожки для американских горок, используя подход, согласно которому криволинейная дорожка может быть аппроксимирована последовательностью множества коротких уклонов. Они применяют основное исчисление и теорему о работе-энергии для неконсервативных сил для количественной оценки трения вдоль кривой…

Сказка о трениях

Высший элементарный урок

Что такое третий закон Ньютона?

Студенты знакомятся с третьим законом движения Ньютона: на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Они практикуются в определении пар силы действие-противодействие для множества примеров из реальной жизни, а также рисуют и объясняют упрощенные векторы диаграммы свободного тела (стрелки) силы, скорости и действия…

Что такое третий закон Ньютона?

Высший элементарный урок

Что такое второй закон Ньютона?

Студенты знакомятся со вторым законом движения Ньютона: сила = масса x ускорение. Обсуждаются как математическое уравнение, так и физические примеры, в том числе машина Этвуда для иллюстрации принципа. Учащиеся приходят к пониманию того, что ускорение объекта зависит от его массы и силы…

Что такое второй закон Ньютона?

Предварительные знания

Выполните это задание после представления трех уроков в разделе «Что такое законы Ньютона?». единица, чтобы учащиеся были знакомы с понятиями, связанными с законами Ньютона о движении, силе, ускорении и весе.

Введение/Мотивация

Второй закон движения Ньютона гласит, что ускорение объекта зависит от силы неуравновешенной силы, действующей на него, и массы объекта. Как мы запишем это математически? (Ожидайте, что учащиеся смогут составить уравнение. Напишите его на классной доске.) Правильно, мы запишем это как F = м а, где «F» — сила силы, действующей на объект, « m » — масса объекта, а «a» — ускорение. Как можно изменить это уравнение, чтобы использовать его для расчета ускорения, если мы знаем силу, действующую на объект, и массу объекта? (Послушайте, что думают ученики.) Верно, мы преобразуем его в a=F/ м .

Многие различные типы сил могут действовать непосредственно на объекты. Каковы некоторые виды этих «контактных» сил? (Ожидайте, что учащиеся узнают об этом из предыдущих уроков этого модуля. ) Примеры контактных сил включают приложенную силу, силу пружины, силу сопротивления, силу трения и нормальную силу. Другие силы действуют косвенно. Каковы некоторые из них? (Опять же, ожидайте, что учащиеся знают это.) Примерами являются магнитные, электрические и гравитационные силы.

В реальных ситуациях обычно на объекты действуют одновременно несколько сил. Например, на ящик, стоящий на земле, действует гравитационная сила, направленная вниз, и нормальная сила, направленная вверх. Эти силы уравновешиваются, так что коробка не ускоряется. Когда объект движется вперед по земле, это обычно указывает на то, что на него действуют две силы. Во-первых, существует приложенная сила, которая представляет собой силу, приложенную с намерением переместить объект вперед. Во-вторых, существует сила трения — от контакта объекта с землей. Результирующее ускорение объекта зависит от того, насколько больше приложенная сила по сравнению с силой трения, а также от массы объекта.

авторское право

авторское право © Корпорация Microsoft, 2004, One Microsoft Way, Redmond, WA 98052-6399 USA. Все права защищены. http://office.microsoft.com/en-us/images/results.aspx?qu=vehicle&ex=1#ai:MP3053|mt:2| http://office.microsoft.com/en-us/images/results.aspx?qu=rock+climbing&ex=1#ai:MP

  • 9533|mt:2|

    В нашей повседневной жизни анализ сил, действующих в любой ситуации, может объяснить, как объекты движутся и функционируют. Например, ускорение самолета, круизного лайнера или снегохода можно объяснить силами, приложенными двигателем, гравитацией и сопротивлением. Ускорение электрического велосипеда можно объяснить приложенной силой двигателя через колеса, силой трения и силой сопротивления. При проектировании объектов, которые стреляют чем-либо (снарядами), таких как запуски спутников и метеозондов, пушек, транквилизаторов или чувствительных устройств доставки лекарств, количество силы, прикладываемой к стреляемому объекту, можно регулировать для точной настройки ускорения объекта и, таким образом, как далеко это заходит, что, как вы можете себе представить, часто очень важно, чтобы получить точную точность.

    В этом упражнении мы сначала исследуем, как меняется ускорение учебника на столе в зависимости от приложенной силы. Приложенная сила исходит от утяжеленной бутылки, свисающей со стола. Изменяя вес, мы можем изменить приложенную силу. Во второй части задания мы исследуем, как разные силы трения от разных поверхностей влияют на ускорение учебника.

    Процедура

    Предыстория и обзор

    Второй закон движения Ньютона помогает объяснить движение всех объектов, связанных как с инженерным миром, так и с повседневной жизнью. Этот физический закон можно использовать для описания ускорения объекта на основе приложенной общей силы и массы объекта. Уравнение обычно записывается как F = м а. Проще говоря, чем больше сила приложена к объекту, тем быстрее он ускоряется.

    Эксперименты, которые учащиеся проводят в этом задании, демонстрируют второй закон движения Ньютона, используя в качестве объекта учебник. Упражнение помогает учащимся изучить, как изменение силы, приложенной к объекту, меняет скорость его ускорения. Кроме того, студенты изучают, как трение может повлиять на это движение.

    В экспериментальной установке (см. рис. 1) учебник кладется на стол с веревкой, соединяющей книгу с утяжеленной бутылкой из-под газировки, которая свисает с края стола.

    • В эксперименте 1 в бутылку добавляют воду, в результате чего книга перемещается ближе к краю стола. Изменение количества воды в бутылке меняет силу, приложенную к книге. Это можно наблюдать с помощью расчета ускорения на основе времени, которое требуется книге для перемещения на заданное расстояние.
    • В Эксперименте 2 учащиеся добавляют материал к столешнице в качестве «взлетно-посадочной полосы» с намерением уменьшить трение, воздействующее на систему. Они тестируют и измеряют, чтобы увидеть, как изменение поверхности и, следовательно, изменение трения влияет на ускорение книги.
    • Ожидайте, что в обоих экспериментах учащиеся увидят тенденцию увеличения ускорения с увеличением веса.
    • См. раздел «Дополнительные занятия» для вариантов упражнений, включающих шкивы, наклонные плоскости и бессрочные «соревнования по скользящей гонке». Использование шкива для изменения настройки приводит к увеличению ускорения по сравнению с системой без шкива.

    Перед занятием

    • Подготовка задания занимает некоторое время, и его лучше подготовить заранее.
    • Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа Sliding Textbooks.
    • Поэкспериментируйте, чтобы найти правильный учебник и объем(ы) воды, чтобы получить желаемый эффект (примеры см. в Ключе ответов на рабочем листе Sliding Textbooks Worksheet).
    • Решите, будут ли студенты участвовать в подготовке экспериментальных установок; получение их помощи во время перерывов / обеда или включение ее в процедуры эксперимента значительно облегчает подготовку. См. рис. 1 и/или иллюстрацию экспериментальной установки «Скользящие учебники» для получения информации об основной экспериментальной установке (без шкива; обе версии также представлены на рабочем листе). Выполните следующие действия, чтобы подготовить экспериментальную установку для каждой группы (шаги также указаны на листе).
    1. Отмерьте 60 см от края стола и поместите корешок учебника на отметке 60 см.
    2. Оберните веревку вокруг корешка книги.
    3. Свяжите два конца веревки прямо над крышкой бутылки.
    4. Проделайте маленькое отверстие в середине крышки бутылки, достаточное для того, чтобы продеть веревку.
    5. Проденьте веревку через верхнюю часть крышки бутылки и завяжите узел, чтобы закрепить ее. Рисунок 1. Экспериментальная установка деятельности (версия без шкива).

      Copyright

      Copyright © 2013 RESOURCE Программа GK-12, Инженерный колледж, Калифорнийский университет в Дэвисе

    Со студентами — эксперимент 1

    1. Разделите класс на группы по три ученика в каждой. Соберите группы на экспериментальных установках. Раздайте рабочие листы.
    2. Предложите учащимся следовать рабочим листам, чтобы помочь им в проведении экспериментального задания, состоящего из двух частей. Группы помощи правильно настроят свои эксперименты и приступят к работе. Это может помочь сделать первый запуск в классе. Это также помогает либо устно объяснить, либо дать учащимся прочитать протокол заранее (индивидуально или всем классом).
    3. В каждой из следующих повторностей эксперимента выполните следующие действия:
    • Наполните бутылку указанным объемом воды (125 мл, 150 мл, 175 мл, 200 мл).
    • Затем завинтите крышку на бутылку с водой, удерживая бутылку (пока не позволяйте бутылке висеть).
    • Включите секундомер в тот момент, когда бутылка с водой будет выпущена.
    • Остановите часы, когда корешок учебника достигнет отметки 10 см.
    • Запишите время в рабочий лист вместе с вашими наблюдениями.
    1. Время каждого запуска (при каждом объеме воды) три раза .
    2. После начала занятия пройдитесь по комнате, наблюдая за учениками и удерживая их от выполнения задания. Задавайте вопросы для проверки понимания, например: Почему учебник (не) скользит? Какие силы действуют на него? Что является результатом неуравновешенных сил, действующих на учебник?

    Со студентами — эксперимент 2

    1. Напомните учащимся, что для эксперимента 2 они будут изучать влияние различных поверхностей на величину трения, оказываемого на учебник, с намерением уменьшить трение в системе. Скажите учащимся: ваша инженерная задача состоит в том, чтобы определить, какой материал лучше всего подходит для «взлетно-посадочной полосы», чтобы ваша книга могла быстрее разгоняться.
    2. Всем классом придумайте несколько ситуаций из реальной жизни, в которых можно предпочесть более гладкую или шероховатую поверхность. Каковы наилучшие типы поверхностей для использования в различных ситуациях? Запишите идеи учащихся на доске. В некоторых ситуациях, например, на дорожке для боулинга, полезно, если материал имеет поверхность с низким коэффициентом трения. В других ситуациях, таких как подошвы вашей обуви, вам нужны материалы, обеспечивающие сцепление, чтобы вы не скользили и не скользили. Другие спортивные примеры включают керлинг и теннис; например, пушистые теннисные мячи помогают ракеткам придавать больше вращения мячам, а высокотехнологичные ткани для одежды уменьшают сопротивление воды и воздуха в спортивных соревнованиях. В большинстве ситуаций инженеры стремятся к балансу. Например, при проектировании шоссе некоторое трение между дорожным материалом и колесами необходимо для обеспечения сцепления шин транспортного средства и торможения, но мы хотим, чтобы дорожное покрытие было достаточно гладким, чтобы не препятствовать общей экономии топлива.
    3. Информируйте группы о вариантах материала: вощеная бумага, полиэтиленовая пленка, пергаментная бумага для выпечки и алюминиевая фольга. Затем пусть группы студентов посовещаются, чтобы выбрать материал и предсказать (на листе), как, по их мнению, это повлияет на ускорение книги.
    4. Поручите группам приклеить выбранный материал поверхности к столешнице, чтобы создать гладкую «взлетно-посадочную полосу» учебника — область на пути движения учебника.
    5. Используйте ту же книгу, веревку и пластиковую бутылку, что и в Эксперименте 1.
    6. Используйте те же процедуры, что и в эксперименте 1, записывая в рабочий лист измерения времени и наблюдения с новой поверхностью.

    Расчеты

    1. Рассчитайте и запишите расстояние от отметки 60 см до отметки 10 см. Это расстояние, d .
    2. Среднее время для каждого испытания (A, B, C, D в эксперименте 1 и E, F, G и H в эксперименте 2). Запишите среднее время в таблицу на рабочем листе.
    3. Затем используйте это среднее время вместе с пройденным расстоянием, чтобы рассчитать среднее ускорение по уравнению: a = 2d/t 2 , где d — расстояние, а t — время.

    Результаты, анализ и заключение

    1. Взвесьте пустую бутылку из-под воды. Зная, что 1 мл воды ≈ 1 грамм (при 4 °С уравнение точное), рассчитайте массу бутылки, наполненной водой, на каждый объем воды.
    2. Ответьте на вопросы анализа на странице 4 рабочего листа, которые также представлены в разделе «Оценка» вместе с ответами на них.
    3. После занятия расскажите учащимся, что они узнали о (статическом и динамическом) трении, ускорении под действием силы тяжести и взаимосвязи между массой и объемом воды (концепции плотности).
    4. В заключение поручите учащимся итоговый тест, охватывающий весь модуль, как описано в разделе «Оценка».

    Словарь/Определения

    ускорение: величина изменения скорости объекта.

    сила: Толчок, тяга или скручивание объекта.

    трение: Сила сопротивления относительному движению твердых поверхностей или слоев жидкости.

    Оценка

    Предварительная оценка

    Схема эксперимента: До и после действия «Что такое третий закон Ньютона?» Урок, познакомьте с концепцией/задачей этого задания: исследовать эффекты трения и приложенной силы с помощью учебника, скользящего по столу. Сообщите им о доступных материалах для эксперимента и попросите каждого из них разработать план эксперимента, чтобы проверить, как приложенная сила или сила трения влияет на ускорение книги.

    Встроенная оценка деятельности

    Вопросы: На протяжении всего занятия задавайте учащимся вопросы, чтобы проверить их понимание того, что происходит во время эксперимента. Например:

    • Какие силы действуют на учебник?
    • Как изменяется приложенная сила при добавлении воды в бутылку?
    • Как узнать, присутствует ли сила трения? Можете ли вы сказать, меньше или больше приложенная сила?

    Оценка после деятельности

    Рабочий лист: Предложите учащимся использовать рабочий лист Sliding Textbooks в качестве руководства по экспериментальным процедурам и ответить на вопросы на странице 4 (также представленные ниже), которые также подходят для обсуждения в классе. Просмотрите их наблюдения, измерения, расчеты, результаты, графики и ответы, чтобы оценить их понимание концепций.

    • Когда вы добавляете массу (воду) в бутылку с газировкой, что происходит со средним ускорением (ускоряется оно или замедляется)? Почему? (Ответ: он становится быстрее в результате большей силы, которая является результатом большей массы, воздействующей на учебник [умноженная на векторную составляющую ускорения свободного падения и минус коэффициент динамического трения].)
    • Нанесите на миллиметровую бумагу точки из первого эксперимента (без взлетно-посадочной полосы) и соедините их линией. Точки точно лежат на одной прямой? Почему или почему нет? (Ответ: поскольку ускорение есть произведение [чистой] силы, умноженной на массу, при условии, что трение о поверхность стола постоянно, то есть если стол имеет однородную «гладкость» [что является большим допущением!], тогда график точек должен аппроксимировать прямую линию. Однако на практике это маловероятно. Но ожидайте, что тенденция будет ясной. Отдавайте должное любому вдумчивому ответу, обсуждающему вопрос «почему», который показывает использование соответствующий словарный запас и концепции. )
    • Какую разницу вы видите между Экспериментом 1 (стол и книга) и Экспериментом 2 (с добавлением материала «подиума»)? Ускорился ли учебник быстрее или медленнее с новой поверхностью? Почему? (Ответ: если новая поверхность более гладкая, чем поверхность стола [как это обычно бывает], то объем воды, необходимый для преодоления статического коэффициента трения, меньше, и книга ускоряется быстрее в эксперименте 2. Это связано с тем, что сила трения меньше, поэтому результирующая сила, действующая как произведение силы тяжести и массы воды плюс бутылка [минус сила трения], больше.)
    • В каких случаях вам может понадобиться гладкий материал? (Пример ответов: Гладкие поверхности удобны для автомагистралей и оказывают большое влияние на топливную экономичность легковых и грузовых автомобилей, но автомагистрали нельзя делать слишком гладкими, потому что мы также хотим, чтобы шины могли сцепляться с дорогой! В механических устройствах Например, в поршнях автомобильных двигателей или механизмах замков смазочные материалы используются для уменьшения трения. Если было выполнено удлинение со шкивами, обсудите конструкцию шкивов. В приложениях с тросами и шкивами сильное трение не требуется.)
    • Для каких типов ситуаций вам может понадобиться грубый материал? (Пример ответов: Если вернуться к примеру с автомобилями, тормоза зависят от трения, чтобы зацепить и быстро остановить автомобильные колеса. Такие материалы, как липучка, а также мягкий натуральный или синтетический каучук и другие полимеры часто используются для изготовления подошв обуви, автомобильных шин и других материалов. спортивные перчатки [например, для альпинизма и ракеток].)

    Викторина по предметам: После занятия проведите финальную викторину по законам Ньютона в качестве оценки, которая охватывает всю единицу. Тест предоставляется как приложение к соответствующему уроку «Что такое третий закон Ньютона?». Тест требует, чтобы учащиеся нарисовали (концептуальные) векторы диаграммы свободного тела (стрелки) силы, скорости и ускорения.

    Расширения деятельности

    Шкивы: Предложите учащимся добавить к экспериментальной установке шкив с настольными зажимами, чтобы изучить эффект прокручивания струны через шкив. Как это влияет на коэффициент статического/динамического трения?

    Для учителей: шкивы с зажимами для стола довольно недороги. Добавление шкива снижает коэффициент статического и динамического трения; таким образом, учебники скользят «раньше» (то есть с меньшей массой) и быстрее при заданной массе. Предложите учащимся провести мозговой штурм с примерами машин, в которых используются шкивы для уменьшения трения, приложения усилий и создания рычагов.

    Шкивы — это фундаментальное устройство, которое было разработано и использовалось еще в Древней Греции (например, Героем Александрийским) для обеспечения механического преимущества. Они часто используются в качестве деталей ремней и цепных передач, в блочных и талевых установках, в канатно-шкивных системах и во многих других машинах.

    Ожидайте, что учащиеся поймут ценность шкивов в обеспечении механического преимущества и преодолении трения. Реальные примеры проектирования и инженерии встречаются повсеместно. Внедрение наклонных плоскостей добавляет еще одно измерение к исследованию трения.

    Copyright

    Copyright © 2006 Oyvind1979, Wikimedia Commons http://en.wikipedia.org/wiki/File:DunedinBaldwinStreet_Parked_Car.jpg

    Наклонные плоскости: Подоприте столы, чтобы получились наклонные плоскости. Предложите учащимся выдвинуть гипотезы и проверить эффекты трения и величину силы, прикладываемой бутылками с водой. Если учащиеся познакомились с тригонометрией, силы можно разложить количественно.

    Для учителей: Как и шкивы, наклонные плоскости входят в число шести классических простых механизмов, которые могут обеспечить механическое преимущество. Предложите учащимся поэкспериментировать с изменением углов наклона и записать влияние на коэффициент статического трения. Яркий пример из жизни — парковка автомобилей на самых крутых улицах Сан-Франциско, где после дождя (или землетрясения!), если бы улицы были хоть немного круче, силы статического трения преодолевались бы, и автомобили скользили бы почти как учебники в этой деятельности!

    Соревнование по гонкам на скольжении: Группы должны повторно провести часть задания, посвященную испытанию на трение (Эксперимент 2), в качестве классового соревнования в другой день, предложив учащимся принести свои собственные материалы для «взлетно-посадочной полосы», чтобы посоревноваться за самое быстрое «скольжение». учебника. Дайте командам 20 минут на проектирование и подготовку поверхности к тестированию. Затем посчитайте по две попытки на команду, каждый раз добавляя по 125 мл воды и выполняя более быструю из двух попыток. Учитель выступает в качестве официального арбитра любых споров о правилах, а также о времени проведения соревнований для всех команд. Ожидайте, что дизайн-победитель будет иметь гладкую скользящую поверхность с «чистым» исполнением — это означает разумный выбор «подиумного» материала, который аккуратно приклеен к столу без складок или складок.

    Масштабирование активности

    В зависимости от уровня ваших учеников, после того, как все группы завершили сбор данных для экспериментов 1 и 2, вы можете провести расчеты всем классом в конце периода в управляемом, совместном, пошаговом режиме. .

    Авторские права

    © 2014 Регенты Университета Колорадо; оригинал © Калифорнийский университет в Дэвисе, 2013 г.

    Авторы

    Джейкоб Тетер, Лиз Энтони, Скотт Стробел

    Программа поддержки

    Программа RESOURCE GK-12, Инженерный колледж Калифорнийского университета в Дэвисе

    Благодарности

    Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках проекта «Возможности систем возобновляемой энергии для объединенного исследовательского сотрудничества и образования» (RESOURCE) в Инженерном колледже при Национальном научном фонде, грант GK-12 №. ДГЭ 0948021. Однако это содержание не обязательно отражает политику Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.

    Последнее изменение: 12 мая 2020 г.

    Влияние скорости скольжения на трение: исследование in vitro при чрезвычайно низкой скорости скольжения, близкой к ортодонтическому перемещению зубов

    Skip Nav Destination

    Оригинальные статьи| 25 октября 2013 г.

    Юми Янасэ;

    Хидэки Иои;

    Масато Нисиока;

    Ичиро Такахаши

    Angle Orthod (2014) 84 (3): 451–458.

    https://doi.org/10.2319/060513-427.1

    • Разделенный экран
    • Просмотры
      • Содержание артикула
      • Рисунки и таблицы
      • Видео
      • Аудио
      • Дополнительные данные
      • Экспертная оценка
    • PDF
    • Делиться
      • MailTo
      • Твиттер
      • LinkedIn

      • Гостевой доступ

    • Инструменты

      • Получить разрешения

      • Иконка Цитировать Цитировать

    • Поиск по сайту

    Цитата

    Юми Янасэ, Хидэки Иои, Масато Нисиока, Ичиро Такахаши; Влияние скорости скольжения на трение: Исследование in vitro при чрезвычайно низкой скорости скольжения, близкой к ортодонтическому движению зубов . Угловой ортод 1 мая 2014 г.; 84 (3): 451–458. doi: https://doi.org/10.2319/060513-427.1

    Скачать файл цитаты:

    • Рис (Зотеро)
    • Менеджер ссылок
    • EasyBib
    • Подставки для книг
    • Менделей
    • Бумаги
    • КонецПримечание
    • РефВоркс
    • Бибтекс
    панель инструментов поиска

    Цель:

    Оценить влияние скорости скольжения на трение, особенно при чрезвычайно низкой скорости скольжения, близкой к ортодонтическому перемещению зубов.

    Материалы и методы:

    Предварительно отрегулированные брекеты из нержавеющей стали (SS) 0,022 дюйма и дуги из нержавеющей стали 0,016 и 0,016 × 0,022 дюйма и сверхэластичные никель-титановые дуги 0,016 × 0,022 дюйма. Проволока была закреплена в предварительно настроенном брекете из нержавеющей стали с эластомерным модулем. Один конец проволоки тянули вверх на 1,5 мм со скоростью 5,0 × 10 -7 , 1,0 х 10 -5 , 1,0 х 10 -4 , 1,0 х 10 -3 , 1,0 х 10 -2 и 1,0 х 10 -2 , и 1,0 х 10 -1 с. микрометр. Измерения проводились 10 раз и усреднялись. Тесты Тьюки-Крамера использовались для сравнения средних различий каждого тестового измерения при различных скоростях скольжения.

    Результаты:

    Силы трения увеличивались по мере уменьшения скорости скольжения. Средняя сила трения для 5,0 × 10 -7  мм/с. Скорость скольжения (приблизительно ортодонтическое перемещение зубов) составляла 106,8 сН в проволоках из нержавеющей стали 0,016 × 0,022 дюйма, что почти вдвое превышает скорость скольжения 1,0 × 10 -1  мм/с.

    Заключение:

    Влияние скорости скольжения нельзя игнорировать при оценке силы трения в клинической ортодонтии.

    Трение, скорость скольжения, ортодонтическое перемещение зубов

    Для ортодонтов важно знать точные силы трения, возникающие на границе брекет-дуга, потому что мы должны прикладывать оптимальные силы, чтобы вызвать надлежащую биологическую реакцию для эффективного перемещения зубов. Движение зубов обычно происходит со скоростью 1 мм/мес, то есть приблизительная средняя скорость составляет 2,3 × 10 9 .0577 -5 мм/мин, а именно 3,9 × 10 -7 мм/с.1 Кроме того, скорость реципрокного закрытия диастемы между двумя центральными резцами составила почти 2,4 × 10 -4 мм/мин2; тем не менее, большинство скоростей скольжения в лабораторных тестах изучались при заметно более высоких скоростях, от 2 до 15 мм/мин. 3–12. Поскольку в этих исследованиях использовались относительно высокие скорости скольжения, они сообщали о статическом или кинетическом сопротивлении трения как об отдельных фазах; однако при ортодонтическом перемещении зубов разрешение статического и кинетического сопротивления трения затруднено и может ввести в заблуждение, поскольку статическое и кинетическое сопротивление трению динамически связаны, особенно при чрезвычайно низкой скорости скольжения при ортодонтическом перемещении зубов. различия в скорости скольжения между предыдущими исследованиями in vitro и состоянием in vivo не следует игнорировать, если мы хотим получить значимые значения для клинических приложений. Хотя третий закон трения утверждает, что трение не зависит от скорости скольжения,14 общепризнано, что закон трения Кулона обычно не соблюдается.15 Ранее сообщалось, что нержавеющая сталь (SS) и никель-титан (Ni-Ti) на провода практически не влияли изменения скорости скольжения1; однако их исследование проводилось путем измерения силы трения не о брекеты из нержавеющей стали с лигатурой, а о контактные плоскости из нержавеющей стали. Таким образом, это первая статья, в которой оценивается влияние низкой скорости скольжения, приближающейся к движению зубов in vivo, на силы трения между дугами и брекетами, связанными эластомерными модулями.

    Цель данного исследования состояла в том, чтобы оценить влияние скорости скольжения на трение с различными формами проволоки и материалами. В частности, мы сосредоточились на чрезвычайно низкой скорости скольжения, приближающейся к скорости движения ортодонтического зуба.

    Прибор, использованный для этого испытания, состоял из микрометра (164-118, Митутойо, Канагава, Япония), импульсного регулятора (RC-2, Keyence, Осака, Япония), тензодатчика (UK-1K, Minebea, Токио, Япония) и штатив со столом для фиксации брекетов (рис.  1). Диапазон измерения и чувствительность микрометра составляют 0–50 мм и 0,01 мм соответственно. Емкость тензодатчика и чувствительность тензодатчика составляют 0–1000 г и 0,1 г соответственно. Кроме того, к столу штатива были приклеены предварительно отрегулированные брекеты из нержавеющей стали размером 0,022 × 0,028 дюйма (Metal-bracket; Dentsply-Sankin, Токио, Япония) для боковых резцов и проволоки из нержавеющей стали размером 0,016 и 0,016 × 0,022 дюйма. (проволока SUS; Dentsply-Sankin) и сверхэластичная никель-титановая проволока 0,016 × 0,022 дюйма (проволока Tynilloy; Dentsply-Sankin). Кронштейны располагались пассивно по отношению к проволокам так, чтобы их пазы были совмещены с проволокой из нержавеющей стали 0,022 × 0,028 дюйма. Проволока была закреплена в предварительно скорректированном брекете из нержавеющей стали с эластомерным модулем (пластиковые лигатуры; American Orthodontics, Шебойган, Висконсин). Эластомерные модули связывали с помощью лигатурного пистолета (Straight-Shooter; T-P Orthodontics, La Porte, Ind). Этот метод может ограничить возможные различия в растяжении между эластомерными модулями.16 Верхний конец 15-сантиметровой проволоки вытягивали вверх на 1,5 мм со скоростью 1,0 × 10 -5 , 1,0 х 10 -4 , 1,0 х 10 -3 , 1,0 х 10 -2 и 1,0 х 10 -1 мм/с ступенчато контролируемым микрометром импульсный регулятор для измерения силы трения. Нижний конец проволоки был свободен. Брекет был перевязан примерно на одной трети длины дуги от нижнего конца дуги.

    Рис. 1. 

    УвеличитьСкачать слайд

    Приборы, применяемые для измерения сил трения: (А) микрометр, (Б) импульсный регулятор, (В) тензометрический датчик, (Г) штатив со столом для фиксации кронштейна.

    Рис. 1. 

    УвеличитьСкачать слайд

    Приборы, используемые для измерения сил трения: (А) микрометр, (Б) импульсный регулятор, (В) тензодатчик, (Г) штатив со столом для фиксации скобы.

    Близкий модальный

    Сила, генерируемая испытательным блоком, состоящим из проволоки, кронштейна и упругого модуля, была измерена с помощью тензодатчика и зарегистрирована графически на X-Y самописце (NEC San-ei, Токио, Япония) . Тензодатчик калибровали с использованием гирь 100 и 500 г. Мы использовали эти калибровки в качестве формулы для расчета сил трения. Силы трения измерялись при 0,3, 0,6, 0,9, 1,2 и 1,5 мм смещения проволоки во время экспериментов, а затем усреднялись. Для проволоки из нержавеющей стали 0,016 × 0,022 дюйма при скорости 5,0 × 10 -7 мм/с проволоку вытягивали вверх на 0,9 мм из-за очень большой продолжительности измерения. Для измерений проводов из нержавеющей стали размером 0,016 × 0,022 дюйма силы трения измерялись с интервалами 0,1 мм от смещения провода от 0,1 до 0,9 мм во время экспериментов, а затем усреднялись. Измерения проводились 10 раз с новыми проводами и модулями с использованием одного и того же кронштейна для каждого типа провода. Для каждого типа проволоки использовались разные кронштейны, чтобы предотвратить деформацию и износ проволоки.17 Средние значения и стандартные отклонения (SD) были рассчитаны с использованием этих 10 измерений силы трения.

    Статистический анализ

    Критерий Колмогорова-Смирнова показал нормальность распределения измерений, использованных в исследовании. Параметрическая статистика (дисперсионный анализ с помощью апостериорных тестов Тьюки-Крамера) использовалась для сравнения средних различий каждого тестового измерения при разных скоростях скольжения с одними и теми же материалами или между проводами разной формы или материалами с одинаковыми скоростями скольжения. Минимальный уровень статистической значимости был установлен на уровне P 9019.9 < 0,05.

    Тенденции средних сил трения, соответствующие каждому расстоянию вытягивания, также показаны на рисунке   2. Силы трения имели тенденцию к увеличению от 0 до 0,5 мм расстояния вытягивания, а затем оставались одинаковыми для каждой из скоростей скольжения.

    Рис. 2. 

    УвеличитьЗагрузить слайд

    Тенденция силы трения проволоки из нержавеющей стали размером 0,016 × 0,022 дюйма при различных скоростях скольжения.

    Рис. 2. 

    Посмотреть в большом размереСкачать слайд

    Тренд сил трения проволоки из нержавеющей стали размером 0,016 × 0,022 дюйма при различных скоростях скольжения.

    Близкая модальная

    Типичные изменения сил трения проволоки из нержавеющей стали 0,016 × 0,022 дюйма при скоростях 1,0 × 10 −1 и 5,0 × 10 −7 мм/с показаны на рисунке  3, на котором подробные изменения сил трения были продемонстрированы путем деления смещения проволоки диаметром 0,1 мм от 0 до 0,1 мм на шесть интервалов. Хотя при измерениях 1,0·10 -1 мм/с, характерного перехода этих фаз при измерениях скорости 5,0 х 10 -7 мм/с мы не выделили. Средние значения и SD сил трения, создаваемых различными скоростями скольжения в проволоках из нержавеющей стали размером 0,016 × 0,022 дюйма, показаны на рисунке 4. Силы трения имели тенденцию к увеличению по мере уменьшения скорости скольжения. Хотя существенной разницы в силе трения между скоростями скольжения 5,0 × 10 90 577 -7 90 578 и 1,0 × 10 90 577 -5 90 578 мм/с не было продемонстрировано, средняя сила трения при 5,0 × 10 -7 мм/с скорость скольжения была значительно больше, чем при 1,0 × 10 -4 мм/с и других, более высоких скоростях. Средняя сила трения для скорости скольжения 5,0 × 10 -7 мм/с составила 106,8 сН, что почти вдвое больше, чем при скорости скольжения 1,0 × 10 -1 мм/с.

    Рис. 3. 

    Увеличить Загрузить слайд

    Типичные изменения сил трения проволоки из нержавеющей стали 0,016 × 0,022 дюйма при 1,0 × 10 −1 и 5,0 × 10 −7  мм/с скорости.

    Рис. 3. 

    УвеличитьЗагрузить слайд

    Типичные изменения сил трения проволоки из нержавеющей стали 0,016 × 0,022 дюйма при скоростях 1,0 × 10 –1 и 5,0 × 10 –7 мм/с.

    Закрытое модальное изображение

    Рис. 4. 

    Просмотреть в большом размереЗагрузить слайд

    Средние значения и стандартные отклонения сил трения, создаваемых различными скоростями скольжения в проволоках из нержавеющей стали (SS) размером 0,016 × 0,022 дюйма. Результаты теста Тьюки: разные буквы обозначают статистически значимые различия в P < 0,05.

    Рис. 4. 

    Увеличить Загрузить слайд

    Средние значения и стандартные отклонения сил трения, создаваемых различными скоростями скольжения в проволоках из нержавеющей стали (SS) размером 0,016 × 0,022 дюйма. Результаты теста Тьюки: разные буквы обозначают статистически значимые различия при P < 0,05.

    Близкая модальная

    Средние значения и стандартные отклонения сил трения, создаваемых различными скоростями скольжения с 0,016-дюймовыми проволоками из нержавеющей стали, показаны на рисунке   5. Силы трения имели тенденцию к увеличению по мере уменьшения скорости скольжения. Хотя не было показано существенной разницы в силе трения между 1,0 × 10 −5 и 1,0×10 −4 мм/с, средняя сила трения при скорости скольжения 1,0 × 10 −5 мм/с была значительно больше, чем при 1,0 × 10 −3 мм/с. и другие, более высокие скорости. Средняя сила трения для скорости скольжения 1,0 × 10 -5 мм/с составила 88,0 сН, что почти вдвое больше, чем при скорости скольжения 1,0 × 10 -1 мм/с.

    Рис. 5. 

    Увеличить Загрузить слайд

    Средние значения и стандартные отклонения сил трения, создаваемых различными скоростями скольжения в 0,016-дюймовых проволоках из нержавеющей стали (SS). Результаты теста Тьюки: разные буквы обозначают статистически значимые различия в P < 0,05.

    Рис. 5. 

    Увеличить Загрузить слайд

    Средние значения и стандартные отклонения сил трения, создаваемых различными скоростями скольжения в 0,016-дюймовых проволоках из нержавеющей стали (SS). Результаты теста Тьюки: разные буквы обозначают статистически значимые различия при P < 0,05.

    Близкая модальная

    Средние значения и SD сил трения, создаваемых различными скоростями скольжения со сверхэластичными никель-титановыми проволоками размером 0,016 × 0,022 дюйма, показаны на рисунке   6. Средняя сила трения 1,0 × 10 -5 мм/с скорость скольжения была значительно выше, чем при 1,0 × 10 -4 мм/с и других, более высоких скоростях. Средняя сила трения при скорости скольжения 1,0 × 10 -5 мм/с составила 88,4 сН, что почти вдвое больше, чем при скорости скольжения 1,0 × 10 -1 мм/с.

    Рис. 6. 

    УвеличитьЗагрузить слайд

    Средние значения и стандартные отклонения сил трения, создаваемых различными скоростями скольжения в никель-титановых (Ni-Ti) проволоках размером 0,016 × 0,022 дюйма. Результаты теста Тьюки: разные буквы обозначают статистически значимые различия в P < 0,05.

    Рис. 6. 

    УвеличитьЗагрузить слайд

    Средние значения и стандартные отклонения сил трения, создаваемых различными скоростями скольжения в никель-титановых (Ni-Ti) проволоках размером 0,016 × 0,022 дюйма. Результаты теста Тьюки: разные буквы обозначают статистически значимые различия при P < 0,05.

    Близкая модальность

    Сравнение средних разностей сил трения между проволоками разных форм или материалов при одинаковых скоростях скольжения показано в таблице 1. При 1,0 × 10 9 существенных различий выявлено не было.0577 −5 мм/с скорость скольжения; однако при более высоких скоростях скольжения, превышающих 1,0 × 10 -4 мм/с, силы трения проволоки из нержавеющей стали размером 0,016 × 0,022 дюйма были значительно больше, чем силы трения проволоки из нержавеющей стали размером 0,016 дюйма или проволоки размером 0,016 × 0,022 дюйма. Ni-Ti провода.

    Таблица 1.  

    Сравнение средних разностей сил трения (сН) для различных форм проволоки или материалов силы между скобами из нержавеющей стали и проволоками увеличивались с уменьшением скорости скольжения, и (2) силы трения имели тенденцию к увеличению от 0 до 0,5 мм расстояния растяжения с увеличением времени контакта между резиной и металлом, особенно при низких скоростях скольжения. Определенного перехода от статического сопротивления трения к кинетическому сопротивлению трения при скорости 5,0·10 9 не обнаружено.0577 −7 мм/с. Эти низкие скорости скольжения были бы ближе к клинической ситуации при ортодонтическом перемещении зубов. При этой чрезвычайно низкой скорости скольжения мы не обнаружили заметно большего статического сопротивления трения, кроме кинетического сопротивления трения. Сила трения после растяжения 0,2 мм сохранялась на уровне примерно 100 сН при скорости 5,0 × 10 -7 мм/с. Эти результаты подразумевают, что приблизительно 50 % приложенной силы тратится на сопротивление трению, когда клиницисты прикладывают 200 g для ретракции клыка. Наши результаты показывают, что в механике скольжения более половины приложенной силы прикладывалось не к движению зуба, а к силам трения. Фактически, Iwasaki et al.18 предполагают, что при использовании механики вертикальной петли ретракция клыка на уровне 1,27 мм/мес была достигнута только при среднем усилии ретракции 60 г. Когда клиницисты используют механику скольжения при ортодонтическом перемещении зубов, очень важно учитывать большую силу трения между дугой и брекетом, связанным эластомерными модулями. Это исследование является первым, в котором оцениваются силы трения между проволоками из нержавеющей стали и брекетами из нержавеющей стали, связанными эластомерными модулями, при чрезвычайно низкой скорости скольжения, приближающейся к ортодонтическому движению зубов.

    Наши результаты оказались противоречащими закону трения Амонтона-Кулона, т. е. отношение силы трения к нормальной силе при скольжении является постоянной величиной, а коэффициент кинетического трения не зависит от относительной скорости.14 Хотя этот закон дает простой феноменологический закон трения, оценки сил трения между проволоками и скобами, связанными эластомерными модулями, весьма сложны и до конца не изучены. Цитируя исследование Баумбергера19, Россоув и др.13 заявили, что в диапазоне очень низких скоростей большинство материалов демонстрируют увеличение коэффициента кинетического трения по мере уменьшения скорости скольжения. Kusy и Whitley1 также сообщили, что коэффициент трения для кобальт-хромовой (Co-Cr) проволоки увеличивается с уменьшением скорости скольжения. Эти результаты можно объяснить адгезивной теорией трения,20 которая дает силу трения, пропорциональную реальной площади контакта. Реальная площадь контакта обычно намного меньше кажущейся площади контакта, а реальная площадь контакта пропорциональна нормальной силе. По мере уменьшения скорости скольжения сдвиговое разрушение адгезивных мостиков происходит медленно и приводит к увеличению реальной площади контакта. Действительно, Rubinstein et al.21 доказали, что уменьшение чистой площади контакта на 12% сигнализирует о переходе от статического к динамическому трению из-за процесса отрыва. Другими возможными объяснениями являются специфическая экспериментальная система, то есть силы трения измерялись не только между дугами и брекетами, но и как общее трение, связанное с эластомерными модулями. Эластомерные модули имеют тенденцию прилипать к проволокам и скобам, а напряжение сдвига на границе раздела постоянно увеличивается со временем.22,23 В исследованиях24,25 трения между резиной и жесткими поверхностями было обнаружено, что уровень сцепления и трения повышается. со временем для соединяемых поверхностей.

    В этом исследовании кронштейны были настроены пассивно по отношению к проводам. Следовательно, материалы, из которых состоят дуга и брекет, будут определять коэффициент трения. Кроме того, в этой конфигурации проволочного брекета силы трения относятся к силе лигирования. Прямолинейное вытяжение может не имитировать клиническую ситуацию, когда фактический брекет наклоняется вперед и назад. Однако в нашем исследовании мы сосредоточились на оценке влияния чрезвычайно низкой скорости скольжения, близкой к ортодонтическому движению зубов, на трение в лабораторных условиях. Результаты следует интерпретировать с осторожностью, поскольку экспериментальные условия не всегда точно отражают клиническую ситуацию.

    С другой стороны, сопротивление трению увеличивается по мере увеличения формы дуги от круглой до квадратной и прямоугольной. дюймовые проволоки из нержавеющей стали, что совпадает с их выводами.5,26 Можно предположить, что сила, создаваемая эластомерными модулями, будет больше при большем размере проволоки, чем при использовании проволоки меньшего размера, особенно при более высоких скоростях натяжения. С другой стороны, даже при одинаковом размере проволока из нержавеющей стали 0,016 × 0,022 дюйма и никель-титановая проволока имели разные силы трения при более высоких скоростях скольжения. В исследовании прямолинейного сцепления сопротивление трению обычно ранжируется в порядке от самого низкого к самому высокому трению, увеличиваясь с SS, Co-Cr, Ni-Ti и бета-титаном, соответственно, в порядке увеличения шероховатости поверхности3,27–29.; однако шероховатость поверхности не всегда коррелирует с силами трения,6,30 а химия поверхности и химическое сродство могут играть значительную роль.3 Vaughan et al.8 сообщили, что никель-титановые проволоки размером 0,016 × 0,022 дюйма создают меньшее трение, чем дуги из нержавеющей стали того же размера в брекетах из спеченной нержавеющей стали, перевязанных полиуретановыми лигатурами. Таким образом, можно предположить, что разница в силе трения, обнаруженная в настоящем исследовании, была вызвана химическими свойствами поверхности проволоки, связанной эластомерными модулями.

    Интересно, что в настоящем исследовании не было обнаружено существенной разницы между различными формами и свойствами проволоки при скорости скольжения 1,0 × 10 -5  мм/с, в отличие от других результатов. Необходимы дальнейшие исследования для изучения фрикционных свойств при ортодонтическом лечении в диапазоне чрезвычайно низких скоростей, которые используются в клинической ортодонтии.

    • Мы обнаружили, что силы трения имеют тенденцию к увеличению по мере уменьшения скорости скольжения, а закон трения Кулона неприменим при чрезвычайно низкой скорости скольжения.

    • Эти результаты показывают, что силы трения между дугами и брекетами, связанными эластомерными модулями, могут оказывать существенное влияние на подвижность зубов в клинической ортодонтии.

    1 .

    Влияние скорости скольжения на коэффициенты трения в модельной ортодонтической системе

    .

    Дент Матер

    .

    1989

    ;

    5

    :

    235

    –

    240

    .

    2.

    Приборка

    ДК

    .

    Силы трения в стационарных устройствах

    .

    Am J Ортопедический стоматологический ортопед

    .

    1989

    ;

    96

    :

    249

    –

    254

    .

    3.

    Гарнер

    LD

    ,

    Аллай

    WW

    ,

    Мур

    БК

    .

    Сравнение сил трения во время имитации ретракции клыком непрерывной дуги по краю

    .

    Am J Ортопедический стоматологический ортопед

    .

    1986

    ;

    90

    :

    199

    –

    203

    .

    4.

    Анголкар

    ПВ

    ,

    Капила

    S

    ,

    Дункансон

    MG

    Jr,

    Нанда

    RS

    .

    Оценка трения между керамическими брекетами и ортодонтическими дугами из четырех сплавов

    .

    Am J Ортопедический стоматологический ортопед

    .

    1990

    ;

    98

    :

    499

    –

    506

    .

    5.

    Капила

    S

    ,

    Анголкар

    PV

    ,

    Duncanson

    Mg

    JR,

    Nanda

    RS

    .

    Оценка трения между брекетами из нержавеющей стали и ортодонтическими дугами из четырех сплавов

    .

    Am J Ортопедический стоматологический ортопед

    .

    1990

    ;

    98

    :

    117

    –

    126

    .

    6.

    Prososki

    RR

    ,

    Bagby

    MD

    ,

    90LC02 Erickson

    3

    .

    Статическая сила трения и шероховатость поверхности никель-титановых дуг

    .

    Am J Ортопедический стоматологический ортопед

    .

    1991

    ;

    100

    :

    341

    –

    348

    .

    7.

    Нода

    T

    ,

    Окамото

    Y

    ,

    Хаманака

    H

    .

    Свойства трения ортодонтических дуг: оценка по статическим коэффициентам трения

    .

    J Jpn Orthod Soc

    .

    1993

    ;

    52

    :

    154

    –

    160

    .

    8.

    Воан

    JL

    ,

    Дункансон

    MG

    Jr,

    Nanda

    RS

    ,

    Currier

    GF

    .

    Относительные кинетические силы трения между брекетами из спеченной нержавеющей стали и ортодонтическими дугами

    .

    Am J Ортопедический стоматологический ортопед

    .

    1995

    ;

    107

    :

    20

    –

    27

    .

    9.

    Ямагучи

    К

    ,

    Нанда

    RS

    ,

    Моримото

    N

    ,

    Ода

    Y 90.

    Исследование приложения силы, величины тормозящей силы и ширины скобы в механике скольжения

    .

    Am J Ортопедический стоматологический ортопед

    .

    1996

    ;

    109

    :

    50

    –

    56

    .

    10.

    Торстенсон

    ГА

    ,

    Кусы

    РП

    .

    Сопротивление скольжению самолигирующих брекетов по сравнению с обычными двойными брекетами из нержавеющей стали с изгибом второго порядка в сухом и влажном (слюна) состояниях

    .

    Am J Ортопедический стоматологический ортопед

    .

    2001

    ;

    120

    :

    361

    –

    370

    .

    11.

    9.

    Оценка методов лигирования дугами на сопротивление трению

    .

    Евро J Ортод

    .

    2004

    ;

    26

    :

    327

    –

    332

    .

    12.

    Baccetti

    T

    ,

    Franchi

    Л

    .

    Трение, создаваемое различными типами эластомерных лигатур в лечебной механике с предварительно настроенным аппаратом

    .

    Угол ортогональный

    .

    2006

    ;

    76

    :

    211

    –

    216

    .

    13.

    Россоу

    ЧП

    ,

    Камельчук

    ЛС

    ,

    Кусы

    3 РП

    3

    .

    Фундаментальный обзор переменных, связанных с динамикой трения при низких скоростях

    .

    Семин Ортод

    .

    2003

    ;

    9

    :

    223

    –

    235

    .

    14.

    Эшбах

    OW

    .

    Справочник по инженерным основам

    .

    Нью-Йорк, штат Нью-Йорк

    :

    Джон Вили

    ;

    1936

    .

    15.

    Ятшебски

    ZD

    .

    Природа и свойства технических материалов, 2-е изд.

    .

    Нью-Йорк, штат Нью-Йорк

    :

    Джон Вили

    ;

    1976

    .

    16.

    Капур

    R

    ,

    Синха

    ПК

    ,

    Нанда

    3

    RS .

    Сравнение сопротивления трению брекетов из титана и нержавеющей стали

    .

    Am J Ортопедический стоматологический ортопед

    .

    1999

    ;

    116

    :

    271

    –

    274

    .

    17.

    Эдвардс

    IR

    ,

    Спэри

    DJ

    ,

    Рок

    9.0003

    WP

    Влияние разрушения ортодонтических эластомерных модулей на трение

    .

    Евро J Ортод

    .

    2012

    ;

    34

    :

    618

    –

    624

    .

    18.

    Iwasaki

    LR

    ,

    HAACK

    JE

    ,

    Nickel

    JA

    ,

    Morton

    .

    Движение зубов человека в ответ на непрерывный стресс небольшой величины

    .

    Am J Orthod Dentofacial Orthop

    .

    2000

    ;

    117

    :

    175

    –

    183

    .

    19.

    Баумбергер

    Т

    .

    Динамика сухого трения при малых скоростях: эксперименты на модельной системе

    .

    Перссон

    BNJ

    ,

    Тосатти

    E

    ,

    .

    Физика трения скольжения

    .

    Дордехт, Нидерланды

    :

    Kluwer Academics

    ;

    1996

    ;

    1

    –

    26

    .

    20.

    Адамс

    GG

    ,

    Муфтю

    S

    ,

    Мохд Азхар 90 08023 90 0 80023 90

    Масштабная модель для контакта и трения с множеством неровностей

    .

    Дж Трибол

    .

    2003

    ;

    125

    :

    700

    –

    708

    .

    21 .

    Отрыв фронтов и возникновение динамического трения

    .

    Природа

    .

    2004

    ;

    430

    :

    1005

    –

    1009

    .

    22.

    Шалламах

    А

    .

    Теория динамического трения резины

    .

    Одежда

    .

    1963

    ;

    6

    :

    375

    –

    382

    .

    23.

    Перссон

    БНЖ

    ,

    Волокитин

    АИ

    .

    Резиновое трение о гладкие поверхности

    .

    Eur Phys J E Soft Matter

    .

    2006

    ;

    21

    :

    69

    –

    81

    .

    24.

    Робертс

    AD

    ,

    Томас

    AG

    .

    Адгезия и трение гладких резиновых поверхностей

    .

    Одежда

    .

    1975

    ;

    33

    :

    45

    –

    64

    .

    25.

    Кендалл

    К

    .

    Трение качения и сцепление между гладкими твердыми телами

    .

    Одежда

    .

    1975

    ;

    33

    :

    351

    –

    358

    .

    26.

    Ирландия

    AJ

    ,

    Sheriff

    M

    ,

    McDonald

    Ф

    .

    Влияние состава скобы и проволоки на силы трения

    .

    Евро J Ортод

    .

    1991

    ;

    13

    :

    322

    –

    328

    .

    27.

    Дрешер

    D

    ,

    Бурауэль

    C

    ,

    Шумахер

      3 .0HA

      9

      Силы трения между брекетом и дугой

      .

      Am J Ортопедический стоматологический ортопед

      .

      1989

      ;

      96

      :

      397

      –

      404

      .

      28.

      Хо

      КС

      ,

      Запад

      ВК

      .

      Сопротивление трению между эджуайсными брекетами и дугами

      .

      Aust Orthod J

      .

      1991

      ;

      12

      :

      95

      –

      99

      .

      29.

      Кусы

      RP

      ,

      Уитли

      JQ

      ,

      Prewitt 9.02 MJ90

      3 900

      Сравнение коэффициентов трения для выбранной комбинации проволочной дуги и паза брекета в сухом и влажном состояниях

      .

    • alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *