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

Факс 8(83147)55291

Содержание

1. Введение, цели, задачи 2 стр

2. Обзор литературы 3 -5 стр

3. Исследования 6 - 11 стр

4. Выводы 12 стр

5. 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:

1. Исследовать зависимость силы трения от шероховатости поверхности, степени обработки поверхности.

2. Исследовать зависимость силы трения от веса тела.

3. 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 скольжения - сила, возникающая при поступательном перемещении одного из контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это тело в направлении, противоположном направлению скольжения.
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.
Так, например, лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Но трение может играть и отрицательную роль. Именно из-за него нагреваются и изнашиваются движущиеся части различных механизмов. В таких случаях его стараются уменьшить, делая поверхность соприкосновения меньше, либо используют смазку. Например, уменьшают трение при резке чего-либо в быту и на производстве, затачивая ножи как можно острее.
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

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.

4. 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.

1. Пёрышкин А. В. Физика 7 класс Дрофа М. 2009

2. Материал из интернета. xenoid.ru/phys_book/content/chapter1/section/paragraph13/theory.php
   ru.wikipedia.org/wiki/Трение

2014 г.