Исследовательская работа «Удивительная сила трения»
Управление образования администрации Арзамасского муниципального района МБОУ Новосёлковская средняя общеобразовательная школа.
Исследовательская работа
«Удивительная сила трения»
Выполнили:
Коровина Карина 8 класс
Клокова Полина 8 класс
МБОУ Новосёлковская СОШ
Арзамасского района
Нижегородской области
Руководитель:
Шиндина Татьяна Николаевна,
учитель физики высшей
квалификационной категории
Адрес школы:
607264 д. Бебяево д.40в
Арзамасский район
Нижегородская область
МБОУ Новосёлковская СОШ
Тел. 8(3147)55291
Содержание
Введение, цели, задачи 2 стр
Обзор литературы 3 -5 стр
Исследования 6 – 11 стр
Выводы 12 стр
Список литературы 13 стр
Введение
Физика — наука, изучающая общие законы природы, материи, в основе чего лежат, в том числе и различные силы: сила тяжести, сила упругости, сила Архимеда, гравитационная сила, а так же сила трения. Сила трения одна из важнейших сил, которые позволяют энергии переходить из одной формы в другую. Можно сказать, что из-за нее нет ничего вечного, в том числе и вечного двигателя. В данной работе речь пойдет именно о силе трения.
Нас заинтересовала это тема, потому что мы решили вспомнить и изучить из курса 7 класса более подробно, как едут машины, как вода точит камень, как мы ходим, как вещи, стоящие на вашем столе, не улетают от малейшего сквозняка. Все это не возможно без силы трения.
Цель работы: Исследовать силу трения.
Задачи:
Исследовать зависимость силы трения от шероховатости поверхности, степени обработки поверхности.
Исследовать зависимость силы трения от веса тела.
Сравнить силы трения покоя, скольжения и качения.
Обзор литературы
Тре́ние — процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде. По-другому называется фрикционным взаимодействием (англ. friction). Изучением процессов трения занимается раздел физики, который называется механикой фрикционного взаимодействия, или трибологией.
Трение главным образом имеет электронную природу при условии, что вещество находится в нормальном состоянии. В сверхпроводящем состоянии вдалеке от критической температуры коэффициент трения может уменьшиться в несколько раз.
Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Причиной возникновения трения является шероховатость трущихся поверхностей и взаимодействие молекул этих поверхностей. Сила трения зависит от материала трущихся поверхностей и от того, насколько сильно эти поверхности прижаты друг к другу. В простейших моделях трения (закон Кулона для трения) считается, что сила трения прямо пропорциональна силе нормальной реакции между трущимися поверхностями. В целом же, в связи со сложностью физико-химических процессов, протекающих в зоне взаимодействия трущихся тел, процессы трения принципиально не поддаются описанию с помощью простых моделей классической механики.
При наличии относительного движения двух контактирующих тел силы трения, возникающие при их взаимодействии, можно подразделить на:
Трение качения — сила, возникающая при качении одного из двух контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого.
Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга. Возникает при микроперемещениях (например, при деформации) контактирующих тел. Она действует в направлении, противоположном направлению возможного относительного движения.
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. Сила трения может играть как отрицательную роль так и положительную) 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
Еще одним способом 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.
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 следует помнить, что если бы трение отсутствовало совсем, то колеса или шарики в подшипниках просто-напросто прокручивались бы, не приводя тело в движение.
Еще примеры силы трения в технике:
• автомобиль может тормозить
• на севере люди передвигаются на санках и лыжах — так быстрее, так как меньше сила трения
• езда на велосипеде
• любые смазанные детали работают лучше
• в шарикоподшипниках возникает сила трения качения
• колеса с шипами или даже с цепями
• механизмы для передачи или преобразования движения с помощью трения.
Роль силы трения в природе
Стоит упомянуть и о роли 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. Еще примеры силы трения в природе:
• 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
Исследования
Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Причиной возникновения трения является шероховатость трущихся поверхностей и взаимодействие молекул этих поверхностей.
Чтобы проверить это утверждение, мы решили сравнить силу трения на разных поверхностях.
1.Исследования силы трения скольжения.
Мы возьмем небольшой брусок и прикрепим к нему динамометр. Заставим брусок двигаться равномерно по горизонтальной поверхности стола. Во время равномерного движения бруска по гладкой поверхности динамометр показывает силу 0.8Н.
Проделывая аналогичные опыты с разными поверхностями, мы выяснили, что сила трения действительно зависит от шероховатости поверхности.
По полученным результатам мы составили таблицу.
Поверхность
Сила трения скольжения Fтр.с/H
Стол
0,5
Песок
1
Наждачная бумага
1,5
Растительное масло
0,8
На основании своих опытов мы можем сказать, что сила трения может играть как положительную роль так и отрицательную. В первом случае его стараются усилить, во втором – ослабить.
Еще одним способом 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.
Это утверждение мы тоже решили проверить, проведя еще несколько опытов.
2. Исследования силы трения качения.
Мы взяли тот же брусок и прикрепили к нему колеса. С помощью динамометра мы заставим брусок двигаться, тем самым измеряя силу, с которой будет двигаться брусок по разным поверхностям.
Сравнивая результаты исследований1 и 2 мы выяснили, что при применении шариковых подшипников сила трения действительно уменьшилась
Поверхность
Сила трения скольжения Fтр.с/H
Сила трения качения
Fтр.к/H
Стол
0,5
0,2
Песок
1
1,3
Наждачная бумага
1,5
0,2
Растительное масло
0,8
0,1
Не менее важна и сила трения покоя. Трение покоя — сила, возникающая между двумя контактирующими телами и препятствующая возникновению относительного движения. Эту силу необходимо преодолеть для того, чтобы привести два контактирующих тела в движение друг относительно друга.
Поставленная перед нами задача будет выполнена, если мы определим силы трения покоя на все тех же, знакомых нам поверхностях.
3. Исследования силы трения покоя.
Мы взяли те же предметы и измерили силу трения покоя. Заметив положение стрелки в тот момент, когда брусок сдвинулся с места, мы узнали величину максимальной силы трения покоя.
Силу трения покоя было определить не так уж и сложно, поэтому результаты, проделанной нами работы мы занесли в общую таблицу.
Поверхность
Сила трения скольжения
Fтр.с/H
Сила трения качения
Fтр.к/H
Сила трения покоя
Fтр.п/H
Стол
0,5
0,2
0,9
Песок
1
1,3
0,6
Наждачная бумага
1,5
0,2
1,7
Растительное масло
0,8
0,1
0,9
По таблице мы можем сравнить и определить наибольшую и наименьшую силу трения.
Эксперименты показали, что самой наименьшей оказалась сила трения качения, ведь в жизни колеса дают сопротивление, и расход топлива в машине увеличивается — все это влияет на уменьшение силы трения.
Самая наибольшая сила трения – это сила трения покоя. Так получилось, потому что при скольжении к телу прикладывают силу, компенсирующую силу трения; для того, чтобы сдвинуть тело с места, необходимо преодолеть силу трения и изменить скорость тела.
Мы решили исследовать, как зависит ли сила трения от веса тела.
Исследовать зависимость силы трения от веса тела.
Мы взяли все тот же, знакомый нам брусок, а для увеличения веса поставили на него некоторые предметы. Провели брусок по разным поверхностям.
, 
Получили следующий результат.
Поверхность
Сила трения, зависящая от веса тела Fтр/Н.
Стол
1,7
Песок
3,5
Наждачная бумага
4,3
Растительное масло
2
Сила трения зависит от веса тела и растет с увеличением веса.
Вывод
Мы исследовали зависимость силы трения от шероховатости поверхности, степени обработки поверхности, от веса тела. Сравнили силу трения покоя, скольжения и качения. И теперь, на основании своих исследований мы с полной уверенностью можем ответить на многие вопросы.
Что мы еще узнали о трении? Благодаря трению мы можем писать на бумаге, вещи, стоящие на вашем столе, не улетают от малейшего сквозняка, одежда, которая висит на вашем стуле или плечиках в шкафу, вы можете водить компьютерной мышкой по коврику. Мы с трудом двигаем шкаф, так как есть сила трения, но ковер сильно уменьшает силу трения, а также смазывание петлей дверей. Благодаря трению покоя мы можем играть на струнных музыкальных инструментах.
Например, чтобы уменьшить силу трения между льдом и коньками, коньки точат, делая поверхность соприкосновения меньше, увеличивая давление, а лед шлифуют, делая его максимально гладким. Узнали, что с помощью силы трения автомобиль не только может тормозить, но и трогаться с места, любые смазанные детали работают лучше и многое другое. Но несмотря на кажущуюся простоту, трение является одним из сложных вопросов.
Список литературы.
Пёрышкин А. В. Физика 7 класс Дрофа М. 2009
Материал из интернета. http://www.xenoid.ru/phys_book/content/chapter1/section/paragraph23/theory.php
https://ru.wikipedia.org/wiki/Трение
Урок 09. Лабораторная работа № 01. Исследование движения тела под действием постоянной силы (отчет)
Лабораторная работа №1
Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела
Цель работы: 1. выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, если зависит, то как.
2. Определить коэффициент трения дерева по дереву.
Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г.
Выполнение работы.
1. Определили цену деления шкалы динамометра.
Цена деления динамометра:
(2H-1H)/10 дел = 0,1Н/дел
2. Определили массу бруска. Сначала подвесив брусок к динамометру нашли вес бруска Pбруска=0,7Н
Зная, что P=mg и g=10м/с2 получим mбруска=P/g
mбруска=0,7Н/10м/с2=0,07кг
Определяем общий вес тела (силу нормального давления по формуле:
Р=N=(m1+m2)∙g
1.Р=N=(0,07кг+0,1кг)∙10м/с2=1,7Н
2.Р=N=(0,07кг+0,2кг)∙10м/с2=2,7Н
3.Р=N=(0,07кг+0,3кг)∙10м/с2=3,7Н
4.Р=N=(0,07кг+0,4кг)∙10м/с2=4,7Н
5.Р=N=(0,07кг+0,5кг)∙10м/с2=5,7Н
Провели измерения силы трения.
5. Подготовили таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
|
№ опыта |
Масса бруска, |
Масса груза, |
Общий |
Сила трения, |
Коэффициент трения, |
Среднее значение |
|
1 |
0,07 |
0,1 |
1,7 |
0,4 |
|
|
|
2 |
0,2 |
2,7 |
0,6 |
|
||
|
3 |
0,3 |
3,7 |
0,8 |
|
||
|
4 |
0,4 |
4,7 |
1 |
|
||
|
5 |
0,5 |
5,7 |
1,2 |
|
6. Из опыта видим, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения)
7. В каждом опыте рассчитали коэффициент трения по формуле: .
μ=0,4Н/1,7Н=0,235
μ=0,6Н/2,7Н=0,222
μ=0,8Н/3,7Н=0,216
μ=1,0Н/4,7Н=0,213
μ=1,2Н/5,7Н=0,211
Результаты расчётов занесли в таблицу.
8. По результатам измерений построили график зависимости силы трения от силы нормального давления:
Определили по графику средние значения силы трения и силы нормального давления:
N=3Н
Fтр=0,68Н
Вычислили среднее значение коэффициент трения:
μср=0,68Н/3Н=0,227
Вывод: мы определили, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения). Коэффициент трения дерева по дереву получился равен 0,227
Ответы на контрольные вопросы.
1. Что называется силой трения?
Сила трения – это сила, которая возникает в том месте, где тела соприкасаются друг с другом, и препятствует перемещению тел.
2. Какова природа сил трения?
Сила трения — это сила электромагнитной природы.
3. Назовите основные причины, от которых зависит сила трения?
Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:
1) Шероховатостью поверхностей
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.
4. Перечислите виды трения.
Силы трения подразделяются на силы трения покоя, скольжения, качения.
5. Можно ли считать явление трения вредным? Почему?
Лабораторная работа №5 Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела. Цель работы: 1. выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, если зависит, то как. 2. Определить коэффициент трения дерева по дереву. Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г. Теория Сила трения – это сила, которая возникает в том месте, где тела соприкасаются друг с другом, и препятствует перемещению тел. Сила трения — это сила электромагнитной природы. Возникновение силы трения объясняется двумя причинами: 1) Шероховатостью поверхностей Силы трения всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям и подразделяются на силы трения покоя, скольжения, качения. В данной работе исследуется зависимость силы трения скольжения от веса тела. Сила трения скольжения – это сила, которая возникает при скольжении предмета по какой-либо поверхности. По модулю она почти равна максимальной силе трения покоя. Направление силы трения скольжения противоположно направлению движения тела. Сила трения в широких пределах не зависит от площади соприкасающихся поверхностей. В данной работе надо будет убедиться в том, что сила трения скольжения пропорциональна силе давления (силе реакции опоры): Ход работы 1. Определите массу бруска. 2. Положите брусок на горизонтально расположенную деревянную линейку. На брусок поставьте груз 100 г. 3. Прикрепив к бруску динамометр, как можно более равномерно тяните его вдоль линейки. Запишите показания динамометра, это и есть величина силы трения скольжения. 4. Добавьте второй, третий грузы, каждый раз измеряя силу трения. С увеличением числа грузов растет сила нормального давления. 5. Результаты измерений занесите в таблицу. опыта | Масса бруска, m1 , кг | Масса груза, кг | Общий | Сила трения Fтр, Н | Коэффициент трения,
| Среднее значение |
Урок 09. Лабораторная работа № 01. Исследование движения тела под действием постоянной силы (отчет)
Лабораторная работа №1
Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела
Цель работы: 1. выяснить, зависит ли сила трения скольжения от силы нормального давления, если зависит, то как.
2. Определить коэффициент трения дерева по дереву.
Приборы и материалы: динамометр, деревянный брусок, деревянная линейка или деревянная плоскость, набор грузов по 100 г.
Выполнение работы.
1. Определили цену деления шкалы динамометра.
Цена деления динамометра:
(2H-1H)/10 дел = 0,1Н/дел
2. Определили массу бруска. Сначала подвесив брусок к динамометру нашли вес бруска Pбруска=0,7Н
Зная, что P=mg и g=10м/с2 получим mбруска=P/g
mбруска=0,7Н/10м/с2=0,07кг
Определяем общий вес тела (силу нормального давления по формуле:
Р=N=(m1+m2)∙g
1.Р=N=(0,07кг+0,1кг)∙10м/с2=1,7Н
2.Р=N=(0,07кг+0,2кг)∙10м/с2=2,7Н
3.Р=N=(0,07кг+0,3кг)∙10м/с2=3,7Н
4.Р=N=(0,07кг+0,4кг)∙10м/с2=4,7Н
5.Р=N=(0,07кг+0,5кг)∙10м/с2=5,7Н
Провели измерения силы трения.
5. Подготовили таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
|
№ опыта |
Масса бруска, |
Масса груза, |
Общий |
Сила трения, |
Коэффициент трения, |
Среднее значение |
|
1 |
0,07 |
0,1 |
1,7 |
0,4 |
|
|
|
2 |
0,2 |
2,7 |
0,6 |
|
||
|
3 |
0,3 |
3,7 |
0,8 |
|
||
|
4 |
0,4 |
4,7 |
1 |
|
||
|
5 |
0,5 |
5,7 |
1,2 |
|
6. Из опыта видим, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения)
7. В каждом опыте рассчитали коэффициент трения по формуле: .
μ=0,4Н/1,7Н=0,235
μ=0,6Н/2,7Н=0,222
μ=0,8Н/3,7Н=0,216
μ=1,0Н/4,7Н=0,213
μ=1,2Н/5,7Н=0,211
Результаты расчётов занесли в таблицу.
8. По результатам измерений построили график зависимости силы трения от силы нормального давления:
Определили по графику средние значения силы трения и силы нормального давления:
N=3Н
Fтр=0,68Н
Вычислили среднее значение коэффициент трения:
μср=0,68Н/3Н=0,227
Вывод: мы определили, что сила трения зависит от силы нормального давления прямо пропорционально(т.е. чем больше сила нормального давления, тем больше сила трения). Коэффициент трения дерева по дереву получился равен 0,227
Ответы на контрольные вопросы.
1. Что называется силой трения?
Сила трения – это сила, которая возникает в том месте, где тела соприкасаются друг с другом, и препятствует перемещению тел.
2. Какова природа сил трения?
Сила трения — это сила электромагнитной природы.
3. Назовите основные причины, от которых зависит сила трения?
Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:
1) Шероховатостью поверхностей
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.
4. Перечислите виды трения.
Силы трения подразделяются на силы трения покоя, скольжения, качения.
5. Можно ли считать явление трения вредным? Почему?
Сила трения. 7-й класс
- Бернацкая Евгения Владимировна, учитель физики и информатики
Разделы: Физика, Конкурс «Презентация к уроку»
Класс: 7
Презентация к уроку
НазадЛабораторная работа № 1 “Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела”.
Лабораторная работа № 1
“Исследование зависимости силы трения скольжения от веса тела”.
Цель: установить зависимость силы трения скольжения от веса тела.
Приборы и принадлежности: грузы известной массы, деревянная подставка, деревянная линейка, динамометр, штатив с муфтой и лапкой.
Краткая теория.
Сила трения возникает между поверхностями тел при их взаимном движении. Силу трения измеряют динамометром при равномерном перемещении одного тела по поверхности другого. При действии горизонтальной силы на тело оно остаѐтся в покое за счѐт так называемой силы трения покоя. После снятия внешней силы исчезает и сила трения покоя. Опытные факты показывают, что сила трения покоя больше, чем сила трения скольжения.
Было показано, что J = N : N = F тяжести
Порядок выполнения работы.
1. На подставку установить груз известной массы и при помощи динамометра равномерно переместить еѐ по линейке.
2. Снять показания динамометра непосредственно перед началом движения — сила трения покоя.
3. Снять показания динамометра при прямолинейном равномерном движении – сила трения скольжения.
4. Проделать п.п. 1 – 3 пять раз, каждый раз увеличивая массу груза на подставке.
5. Для каждого опыта измерить силу тяжести.
6. По полученным результатам заполнить таблицу №1.
7. Доказать, что Fтр. ~ N → Fтр. = µ ∙ N
8. Построить график Fтр., как функции от N
9
. Получить значение коэффициента трения скольжения для дерева µ 
10. Сделать вывод по работе.
Таблица № 1. «Результаты измерений и вычислений».
опытаFтр покоя, Н
Fтр скольжения,
Н
N , Н
1.
2
.
3
.
4
.
5
.
качества поверхности, массы движущегося тела.
Городская научно-практическая конференция
«Юность и наука – третье тысячелетие»
ТЕМА: Зависимость силы трения от различных факторов: качества поверхности, массы движущегося тела.
СЕКЦИЯ: Физика и познание мира (физика, космофизика и астрономия)
ТИП РАБОТЫ: Научно-исследовательская работа
АВТОР РАБОТ:
***********************
МБОУ «Средняя школа № 39» 7 «А» класс.
МЕСТО ВЫПОНЕНИЯ РАБОТЫ: образовательное учреждение МБОУ «СШ№ 39»
РУКОВОДИТЕЛЬ ОУ: Кабакова Виктория Викторовна, директор МБОУ «СШ№ 39».
Пахарькова Лариса Николаевна, МБОУ «СШ№ 39», учитель физики, информатики и ИКТ, учитель высшей категории
Аннотация
************************,
МБОУ «Средняя школа № 39» 7 «А» класс.
«Зависимость силы трения от различных факторов: качества поверхности, массы движущегося тела».
Пахарькова Лариса Николаевна, МБОУ «СШ№ 39», учитель физики, информатики и ИКТ, учитель высшей категории
Цель научной работы: определить, как зависит коэффициент силы трения от различно обработанной поверхности, различных масс движущихся тел, сравнить полученные результаты с табличными значениями, расширить знания по физике.
Гипотеза: определить коэффициенты трения покоя и скольжения вдоль горизонтальной поверхности для различных тел и проверить совпадут ли их значения с имеющимися табличными данными.
Задачи:
рассчитать коэффициент силы трения покоя и скольжения для различных материалов;
определить зависимость коэффициента силы трения покоя и скольжения от массы движущегося тела;
проведение экспериментов;
вычисление коэффициента силы трения.
Методы исследования: аналитический, практический, исследовательский. Объект исследования: сила трения.
Предмет исследования: коэффициент силы трения покоя и скольжения.
Работа носит практический характер. В данной работе определяются коэффициенты силы трения с помощью установления многочисленных причинно-следственных связей, проведение большого количества разнообразных экспериментов. В заключении работы приведена сравнительная таблица полученных результатов с данными, приведенными в справочных материалах. Имеющиеся и полученные данные совпадают, что подтверждает гипотезу.
Оглавление
I. | Введение. | 2 | |
II. | Основная часть. | 4 | |
1. | Определение коэффициента силы трения покоя и скольжения от поверхности тела. | 4 | |
2. | Определение зависимости коэффициента силы трения от массы тела. | 6 | |
3. | Определение коэффициента силы трения скольжения пластмассового тела по деревянной доске. | 13 | |
4. | Определение коэффициента силы трения скольжения металлического тела по деревянной доске. | 13 | |
III. | Заключение. | 14 |
Ведение
«Все проще, чем вы думаете, и одновременно сложнее, чем вы можете вообразить».
Иоганн Вольфганг Гёте.
В жизни мы постоянно сталкиваемся с действием силы трения: передвижение предметов, скольжение по льду, шлифовка поверхности, изнашивание поверхности тел. Какую же роль играет сила трения? От чего зависит коэффициент силы трения? Вот, пожалуй, основные вопросы, которые меня заинтересовали.
При знакомстве со справочной литературой я выяснил, что эта величина является постоянной для различных материалов. Для научных исследований, как правило, используется два метода: теоретический анализ и эксперимент. Как известно физический эксперимент лежит в основе появления и развития всех физических идей и теорий, а, следовательно, и всего физического мировоззрения, всей современной картины мира.
В основе моей работы лежит эксперимент: я опытным путём определил коэффициенты силы трения покоя и силы трения скольжения для тел с различной поверхностью (дерево по дереву, металл по дереву, пластмасса по дереву).
В результате моей работы получены числовые значения и сравнены со значениями указанными в справочных материалах, которые совпали с учётом минимальных погрешностей, я убедился в возможности определения коэффициентов трения экспериментальным путем и правильности выбора методов исследования.
Считаю, что моя работа будет полезна учащимся при подготовке к экзаменам, олимпиадам и другим конкурсам по физике, а учителям физики при организации факультативных, элективных курсов, направленных на решение задач повышенного уровня сложности по механике (кинематике).
Основное содержание
Трением называется взаимодействие между различными соприкасающимися поверхностями, препятствующее их относительному перемещению. Сила трения направлена вдоль поверхностей соприкасающихся тел противоположно скорости их относительного перемещения. Различают: трение покоя — при отсутствии относительного перемещения соприкасающихся тел и трение скольжения — при их движении.[1]
Величина силы трения скольжения вычисляется по формуле : F=μ mg, где μ— коэффициент трения скольжения.
Трение покоя — возникает при действии на предмет, находящийся на какой-либо поверхности, значение силы трения равно силе тяги, действующей на данный предмет, не может быть больше чем произведение веса тела на коэффициент трения скольжения, который определяется опытным путем для пары различных материалов. Направление силы трения покоя — против силы тяги.
Трение скольжения — возникает при движении тела по поверхности другого тела, значение равно произведению веса тела на коэффициент трения скольжения. Сила трения направлена против скорости тела (направления движения).[3]
Максимальное значение силы трения покоя определяется формулой Fmax=μ N
где μ — коэффициент трения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей; N — сила нормального давления.[4]
Определение коэффициента силы трения скольжения от поверхности движущегося тела.
Эксперимент 1.
Оборудование: деревянная доска, деревянный брусок, линейка, динамометр.
Деревянный брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.
При равномерном скольжении бруска можно записать формулу для расчета силы трения:
F=μ mg,, откуда 
, где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра. При помощи динамометра определили mg=1 Н, 
, 
(Приложение 1, рисунок 1).
Эксперимент 2.
Оборудование: деревянная доска, деревянный брусок, линейка, динамометр.
Брусок с поверхностью покрытой мелкой наждачной бумагой кладут на доску и перемещают равномерно при помощи динамометра.
При равномерном скольжении бруска можно записать:
F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра При помощи динамометра определили mg=1,3 Н, 
, 
(Приложение 1, рисунок 2).
Эксперимент 3.
Оборудование: деревянная доска, деревянный брусок, линейка, динамометр.
Брусок с поверхностью покрытой крупной наждачной бумагой кладут на доску и перемещают равномерно при помощи динамометра.
При равномерном скольжении бруска можно записать:
F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра. При помощи динамометра определили mg=1,2 Н, 
, 
(Приложение 1, рисунок 3).
Вывод: сила трения зависит от качества гладкости поверхности.
Определение зависимости коэффициента силы трения от массы тела.
Эксперимент 4.
Оборудование: деревянная доска, деревянный брусок, линейка, динамометр.
Деревянный брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.
При равномерном скольжении бруска можно записать формулу для расчета силы трения:
F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра mg=1 Н, 
, (Приложение 1, рисунок 4)
Эксперимент 5.
Оборудование: деревянная доска, деревянный брусок, линейка, динамометр.
Деревянный брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.
При равномерном скольжении бруска можно записать формулу для расчета силы трения:
F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра mg=2,3 Н, 
, 
(Приложение 1, рисунок 5).
Эксперимент 6.
Оборудование: деревянная доска, деревянный брусок, линейка, динамометр.
Деревянный брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.
При равномерном скольжении бруска можно записать формулу для расчета силы трения:
F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра mg=3,5 Н, 
, 
(Приложение 1, рисунок 6).
Вывод: сила трения зависит от массы груза.
Определение коэффициента силы трения скольжения пластмассового тела по деревянной доске.
Эксперимент 7.
Оборудование: деревянная доска, пластмассовый брусок, линейка, динамометр.
Пластмассовый брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.
При равномерном скольжении бруска можно записать формулу для расчета силы трения:
F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра (Приложение 1, рисунок 7).
Определение коэффициента силы трения скольжения металлического тела по деревянной доске.
Эксперимент 8.
Оборудование: деревянная доска, металлический брусок, линейка, динамометр.
Металлический брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.
При равномерном скольжении бруска можно записать формулу для расчета силы трения:
F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра (Приложение 1, рисунок 8).
Заключение
В данной работе я определяли коэффициенты силы трения для различных материалов. Опытным путем подтвердил, что сила трения зависит от качества соприкасающихся поверхностей и массы тела, убедился, что сила трения покоя больше силы трения скольжения.
С целью получения наиболее точных результатов, эксперименты проводились неоднократно и вычислялись средние значения коэффициентов силы трения для каждого случая, используя выведенные мной формулы (Приложение 2, таблица 1).
В ходе выполнения работы я убедился, что, используя простейшие физические приборы, можно экспериментально определить коэффициенты силы трения скольжения и покоя при движении тела по горизонтальной поверхности. Проведя сравнительный анализ результатов, пришёл к выводу: табличные данные совпадают с экспериментальными. Данный факт свидетельствует о подтверждении табличных данных, качественном проведении экспериментов и подтверждении гипотезы.
В справочной литературе не для всех материалов указаны коэффициенты силы трения, некоторые из них я определил: для хорошо обработанной деревянной поверхности и для шероховатой поверхности, которая была получена в результате покрытия поверхности наждачной бумагой. В будущем планирую продолжить работу в выбранном направлении и дополнить приведенную выше таблицу данными, полученными в ходе новых экспериментов, а так же рассмотреть зависимость коэффициента силы трения от угла наклона поверхности.
Список используемых источниковБуховцев Б. Б., Мякишев Г. Я., Сотский Н. Н.. / Физика: учеб. Для 10 кл. общеобразоват. учреждений, М.: Просвещение, – 2006 – 15-е изд. – 366 с.
Енохович А. С. / Справочник по физике и технике. Пособие для учащихся. М., «Просвещение», – 1976 – 175 с. с ил.
Кабардин О. Ф. и др. Факультативный курс физики. 9 кл. Пособия для учащихся. М., «Просвещение», – Изд. 2-е, перераб. – 1978 – 208 с.
Кикоин И. К., Кикоин А. К. / Физика: Учеб. для 9 кл. сред. шк. М.: Просвещение, – 1994 – 3-е изд. – 192 с.
Малафеев Р.И. Творческие экспериментальные задания по физике. 9 – 11 классы. М.: Школьная пресса, – 2003 – 48 с.
Приложение 1
| рисунок 1 |
| рисунок 2 |
| рисунок 3 |
| рисунок 4 |
| рисунок 5 |
| рисунок 6 |
| рисунок 7 |
| рисунок 8 |
Приложение 2
Материалы | Справочные данные | Результаты эксперимента | ||
