Еще в школьные годы, в седьмом или восьмом классе, каждый человек знакомится с новым понятием динамической физики, - трением. Однако многие, повзрослев, забывают, и каким образом действует эта сила. Давайте попробуем разобраться в этой теме.
Определение понятия
Трение - это явление, которое заключает в себе следующий смысл: когда два тела соприкасаются друг с другом, на месте их контакта образуется особое взаимодействие, препятствующее телам продолжать движение относительно друг друга. Ясно, что можно подсчитать значение взаимодействия этих тел. как раз таки и характеризует данное взаимодействие количественно. Если трение происходит между твердыми телами (например, взаимодействие книги с книжной полкой или яблока со столом), то такое взаимодействие называется сухим трением.
Следует понимать, что трение - это сила, имеющая электромагнитную природу. Это означает, что причиной возникновения данной силы является взаимодействие между частицами, из которых состоит то или иное тело.
Каким бывает трение?
Благодаря разнообразию существующих в нашем мире предметов можно определить, что каждый из них имеет свою структуру и обладает индивидуальными свойствами. Это означает, что и взаимодействие между различными предметами будет отличаться. Для правильного понимания сути и грамотного решения многих задач в физике принято условно разделять три вида трения. Итак, разберем каждый по отдельности:
- Первое трение - это трение покоя, которое возникает при отсутствии относительного перемещения двух тел. Мы можем наблюдать его примеры повсюду, ведь сила, возникающая при этом трении, удерживает предметы в равновесии. Например, товары на движущейся ленте транспортера, вбитый в стену гвоздь или человек, стоящий на полу.
- Трение скольжения - это условно второе трение. Значение скольжения определяется таким образом: когда к телу, находящемуся в равновесии, прикладывают силу, которая больше, чем сила трения покоя, начинает действовать сила трения скольжения, и тело сдвигается с места.
- И наконец, трение качения , объясняющее взаимодействие двух тел, одно из которых перекатывается по поверхности другого. Разница в и скольжения объясняется тем, что при любом движении площади тела смещаются по длине поверхности соприкосновения, и вместо разорванных межмолекулярных связей образуются новые. А в случае когда колесо катится без проскальзывания, молекулярные связи при подъеме участков колеса разрываются гораздо быстрее, чем при скольжении. Получается, что сила трения качения меньше силы скольжения.
Где и как можно использовать трение?
Трение - это незаменимое явление, без которого мы бы не смогли делать элементарные вещи: ходить, сидеть или же просто держать предметы в руках. Поэтому не стоит недооценивать значение трения. Как говорил французский физик Гильом: "Не будь трения, наша Земля была бы без единой шероховатости, она была бы подобна жидкой капле".
Пожалуй, лучший пример, который наиболее точно характеризует трение, - это работа колеса. Еще в древности было замечено, что силы трения качения гораздо меньше сил трения скольжения. Именно неоспоримая польза трения качения послужила причиной того, что люди стали подкладывать бревна или катки для перемещения тяжелых и габаритных грузов. С течением времени люди совершенствовали знания об удивительных свойствах трения качения, наблюдали за движением предметов под воздействием сил трения и, наконец, изобрели колесо! В современном мире невозможно представить жизни без этих незаменимых деталей, ведь колеса - это вторые "двигатели" любого транспорта!
Как вычислить значение силы трения?
Как и любая другая обладает целочисленными значениями. Для того чтобы точно определить, сколько силы потребуется для перемещения или других видов работ, необходимо подсчитать силу трения покоя. Этим обычно занимаются инженеры, когда, например, строят заводы или же изобретают новые устройства. Однако даже обычные школьники сталкиваются с определенными задачами, где требуется вычислить силу трения. Итак, чтобы подсчитать его значение, нужно просто воспользоваться несложной формулой: F трения = K * N, где k - это коэффициент трения. Значение всех коэффициентов зависит всегда от поверхности предмета, по которому движется или с которым взаимодействует тело. "N" в нашей формуле означает силу на тело. Она зависит в первую очередь от массы тела, которое соприкасается с поверхностью опоры.
Вычисляем значение силы в задаче
Допустим, тело массой m = 3 кг находится на горизонтальной доске. между деревянной доской и телом равен 0,3. Как же найти значение силы трения? Очень просто, всего-то нужно подставить наши значения в формулу. Только нужно учесть, что N в данном случае равен весу тела (по 3-му закону Ньютона). Итак, искомая сила равна (m * g) * k = (3 кг * 10 м/с 2) * 0,3 = 9 H.
Трение представляет собой серьезную проблему, если говорить о работе машин и механизмов. Подсчитано, что не менее пяти процентов всей работы, которая совершается рукотворными приспособлениями, идет на преодоление силы трения и производимых ею разрушительных последствий. Вредная сила ведет к потерям энергии и преждевременному износу деталей машин.
Для устранения трения в отдельных узлах и агрегатах технических систем широко применяются различные виды смазок, а также специальные промежуточные приспособления, например, подшипники. Каждый, кому приходилось кататься на лыжах, знает, подобранная и грамотно нанесенная на скользящую поверхность смазка способна значительно увеличить скорость движения по снегу.
К чему приведет исчезновение силы трения
Активно сражаясь с силой трения, специалисты все же не забывают, что не всегда это физическое явление приносит вред. Движение наземных транспортных средств, к примеру, становится возможным только потому, что между колесами и дорогой существует трение. Если предположить, что эта сила вдруг , движущиеся машины не смогут остановиться, а те, что стоят на месте, будут не в состоянии сдвинуться ни на миллиметр.
Проблемы возникнут также у тех, кто любит шить. Отсутствие силы трения немедленно привело бы к самостоятельному развязыванию узлов и распадению тканей на отдельные нити. Без трения стало бы невозможно завязать узел на нитке или веревке. Многие полезные приспособления перестали бы функционировать, распавшись на части, которые не в состоянии удерживаться друг возле друга.
Техника, где столь много внимания уделяется борьбе с вредоносным трением, также пришла бы в плачевное состояние. В большинстве технических приспособлений широко применяются разного рода крепежные элементы на резьбовой основе: шурупы, винты, болты и гайки. Они удерживаются в материале и соединяются между собой исключительно за счет силы трения. Без нее навернуть на болт и зафиксировать ее в нужном положении будет невозможно.
Изменения коснулись бы практически всех физических объектов. Ни одно материальное тело, будь то мелкий камешек или массивная стальная колонна, без трения не смогло бы удержаться на поверхности планеты. Все предметы начали бы беспорядочным образом перемещаться по поверхности, пока не очутились бы на одном уровне. Без силы трения Земля быстро превратилась бы в идеально ровный шар, напоминающий каплю жидкости, которая располагается
Ученые говорят, что человек тратит 10-12 % усилий на борьбу с силой трения и избавление от последствий ее действия. Казалось бы, уберем силу трения и резко снизятся потери энергии. Но в действительности далеко не все так просто. Давайте представим, что произойдет, если гипотетически на Земле исчезнет сила трения.
Выходите вы такой ранним утром из своего обычного дома на улицу, где уже нет трения, и что видите? Первым делом вы хорошо приложитесь пятой точкой или затылком, как повезет, о землю, потому что силы трения между ботинками и вашим крыльцом уже нет. А что вы думали? Идеальный гололед.
Упав, вы начнете скользить по поверхности в направлении наклона улицы. Вместе с вами по улице будут катиться ваши соседи, дворовые собаки, мусорные контейнеры и автомобили. Все, что не вкопано глубоко и прочно в землю.
Попав в “карман” из каких-нибудь надежно закрепленных конструкций, откуда некуда катиться, вся ваша дружная компания остановится. Но представьте, какая куча-мала будет в этом месте? Более того – это будет трагедия, ведь против летящего автомобиля или любого другого большого предмета у вас мало шансов. А встать и убежать вы просто не в состоянии. Возможно, нас выручили бы присоски, но не факт.
Что говорят физики по этому поводу:
1. Любые средства передвижения, будь то велосипед, автобус или электричка, не смогут остановиться, а стоящий на месте транспорт не сможет двинуться с места.
2. Ваш ребенок не сможет научиться играть на скрипке, контрабасе, виолончели или альте, просто потому, что смычок не сможет больше извлечь звук из этих музыкальных инструментов. Это самое безобидное последствие отсутствия силы трения.
3. Шнурки вы тоже больше не сможете завязать, потому что всевозможные узлы мгновенно развяжутся.
4. Мы перестанем вешать картины и полки на стены, потому что гвозди и саморезы просто будут выскальзывать из них. Сами по себе будут раскручиваться гайки. Шурупы и болты, закрученные вверх, выкрутятся под собственным весом или весом прикрепленных к ним конструкций. Представляете, сколько всего свалится на землю с высоты?
5. В горах начнутся камнепады и массовые сходы лавин. Вследствие вращения планеты пока непонятно, как будут вести себя океаны и моря. Возможно они просто равномерно тонким слоем размажутся по поверхности всей планеты?
Класс: 7
Цели урока:
- обобщить знания по теме: «Сила трения»
- продолжить формирование естественнонаучных представлений по изучаемой теме
- создать условия для формирования познавательного интереса, активности учащихся
- способствовать развитию конвергентного мышления
- формирование коммуникативного общения
Оборудование: интерактивный комплекс SMART Board Notebook
Эпиграф урока:
«Человек родился быть господином,
Повелителем, царем природы, но
Мудрость, с которой он должен
Править, не дана ему от рождения:
Она приобретена учением.»
Н.И. Лобачевский.
План урока:
- Оргмомент
- Вступительное слово учителя
- Конкурс творческих работ
- Рефлексия
Ход урока
Учитель: Здравствуйте, ребята! Садитесь. Вы помните, что домашним заданием было пофантазировать на тему «Мир без трения»? Давайте посмотрим, что у вас получилось.
Конкурс творческих работ
1. Бологов Игорь
Каков мир без силы трения?
Что будет, если сила трения исчезнет?
Fтр = N, где – коэффициент трения; N – сила реакции опоры
Давайте фантазировать!
3 слайд
Давайте все по порядку. Когда вы проснетесь, то обнаружите что вы лежите непонятно где, а вся мебель в квартире находится в одном углу. Люстра, подвешенные полки, шторы и все остальные предметы, которые лежали или были подвешены на гвозди, будут валяться на полу, т.к. гвозди держат за счет силы трения.
4 слайд
Предположим, что вы быстро привыкли к тому, что нет силы трения, и добрались до ванны; умылись и пошли завтракать. В кухне вы столкнётесь с ещё одной проблемой: вы не сможете поесть, т. к. еда будет выскакивать у вас из рук как мыло, потому что продукты в руках держаться тоже из-за силы трения.
5 слайд
После многократных попыток удержать еду в руках, вы устанете и захотите сесть на стул, но вы сразу съедите вниз, а стул уедет в сторону.
6 слайд
Если вы находитесь около окна, то вам наверняка захочется посмотреть, что происходит на улице. И вы увидите то, что изображено на рисунке снизу. А это люди смешным образом будут ходить, контролируя каждый свой шаг, чтобы не упасть. Не будет окон штор, которые держались на петлях или гвоздях. Мебель будет передвигаться по комнатам из-за легкого дуновения даже самого слабого ветерка, а машины, припаркованные около домов, разваляться.
7 слайд
А теперь: что будет происходить во всем мире?
8 слайд
Невозможно было бы дождаться или сесть в автобус, потому что из-за отсутствия силы трения автобус не сможет остановиться на остановке.
9 слайд
На скейтборде можно было кататься безостановочно и до одурения!
Правда, не всегда удачно!
10 слайд
Те, кто танцевал, не смогут остановиться, не ударив себе что-нибудь.
11 слайд
Доплыть до берега будет невозможно.
12 слайд
Невозможно будет играть в мяч, потому что он будет сам по себе, а ноги – сами по себе.
13 слайд
Газонокосилка будет скользить по траве, как по катку, не срезая травы.
14 слайд
Машины ездили бы по бездорожью, как по самым лучшим шоссе.
15 слайд
Поезда будут ездить без остановки, сталкиваясь, сходить с рельсов и скользить дальше.
16 слайд
Небольшие волны превращались бы в большие цунами и никогда не прекращались.
17 слайд
Простой легкий ветерок становился бы смерчем или бурей и тоже никогда не прекращался.
18 слайд
С гор сползли бы все ледник, камни, земля. Остались бы только лысые горы.
2. Лебеденко Валерия
Мир без трения
Кому из вас не случалось помечтать... Тем более на уроках, тем более, когда слушаешь крайне неинтересную тебе, тему... Как, казалось бы, просто и легко мир обошелся бы без силы трения и архимедовой силы, Пушкина и Гоголя и др... Но не получалось ли у вас так, что подхваченные Мечтой вы попадали в страну «Невыученных Уроков» – с поездами, несущимися навстречу друг другу по одному полотну, и половинчатыми землекопами?
Жить в мире, где каждому нашему движению препятствует трение, нелегко, но если трение исчезнет, нам придётся гораздо хуже. В фантастическом мире без трения возможны происшествия более удивительные, чем те, что описаны в сказке К.Чуковского «Мойдодыр». Шевельнётся спящий человек – и одеяло, не удерживаемое трением покоя, сползёт и отправится путешествовать по комнате; заденет сапоги – и сапоги поползут куда придётся. По дороге сапоги встретят много препятствий и, наконец, все сведется к тому, что стол зацепит по дороге стулья и все вещи соберутся где-нибудь в одном месте, ведь пол не бывает идеально горизонтальным.
В мире без трения жизнь человека превращается в упорную погоню за расползающимися и разбегающимися вещами. При отсутствии трения даже самый малейший толчок будет вызывать безостановочное движение по инерции всех предметов.
Но сможет ли человек что-либо сделать? Если встать на пол, то как устоять на нём? Полы, тротуары, станут более скользкими, чем самый гладкий лёд. Ходить по полу будет совершенно невозможно. И передвигаться люди смогут, пожалуй, только при помощи каких-то липких или клейких веществ, т.е. им придётся приклеивать себя к полу при каждом шаге, но это будет возможно лишь при условии, что с исчезновением трения и эти вещества не потеряют своей липкости.
Сразу же после исчезновения трения люди с ужасом убедятся, что платье на них расползается. Ведь швы держатся исключительно благодаря трению между нитками и тканью. Все пуговицы оторвутся, все узлы развяжутся, гвозди из ботинок выскочат, и ткани начнут расползаться, потому что волоконца в нитках тоже скреплены трением.
Всё это может произойти при частичном исчезновении трения. Если же прекратят своё действие все виды трения, то земной шар превратится в клубок мельчайшей пыли, окутанный такой же пыльной атмосферой.
Трение мешает людям двигаться и двигать, но без трения мы совсем не могли бы передвигаться и существовать. Трение не только вредно, но и полезно. Трение совершенно необходимо и неизбежно. Оно порождено тем, что мир материален, и каждый предмет двигается только во взаимодействии с другими предметами, а трение является неизбежным следствием этого взаимодействия.
Если бы не было силы трения,
Не остановились бы мы
Ни на мгновение.
Вечно летал бы самолет.
А вдруг он куда пропадет?
На светофоре красный свет
Сейчас загорится. Если бы не было силы трения,
Пора тормозить. А не тормозится!
Не избежали бы мы столкновения.
Сила трения важна!
Сила трения нужна!
Если будет сила трения –
Избежим мы разрушения.
Если б не было силы трения –
Вся Земля тогда бы,
Без сомнения,
Стала бы ледяным катком,
И вместе с ней
Все дома плясали бы весь день.
3. Шипулина Варвара: сочинение и презентация
Мир без трения
Один раз я написала контрольную по физике, но я не готовилась к ней и чувствовала, что написала плохо, я очень злая шла из школы и, в конце концов, мне стало так обидно, что я забубнила себе под нос: «Хоть бы пропала эта сила трения, вот бы её вообще не было»…Остаток дня прошёл нормально, и я легла спать хоть и немного взвинченная.
А вот и утро, я уже совсем забыла о вчерашнем, как вдруг мне почудилось, что я соскальзываю с кровати. Но я не восприняла это всерьёз и попробовала встать. То,что случилось дальше было просто неописуемо… Встав, я чудом обошлась без переломов, я распласталась по всему полу не в силах подняться. Тут в мою комнату вошла мама, ну как вошла…Неловко и очень нелепо заползла.
– Доброе утро, ты уже проснулась?
– Да, но постой в чём дело, почему ты так нелепо ходишь, я все время падаю, и что на тебе одето?!
Удивлённо спросила я. На ней была больничная рубаха, гипс на левой руке и правой ноге. У неё было очень странное выражение лица, на котором сияла немного болезненная улыбка.
– Со мной? Дорогуша, со мной всё отлично, и что это за странные вопросы, я хожу как и все нормальные люди. Может ты заболела?
– Нет мам! Это ты больна! Что тут вообще происходит?!
– Милая, всё хорошо, ты преувеличиваешь, у меня всё как обычно, вчера я просто попала в аварию.
– Просто попала в аварию?! Просто?! Ты ведь могла погибнуть!!!
– Да не беспокойся обычное дело.
С вялой улыбкой сказала мама. Она посмотрела на часы, валявшиеся на полу.
– Господи, ты же опаздываешь в школу! Давай живее собирайся и иди на уроки.
Пересилив себя, я собралась и поползла в школу. Я была повергнута в шок, выйдя на улицу, все ходили так же как я, спотыкаясь и падая, шли по своим делам. Всюду разбитые машины, люди все в гипсе и перевязках, я не встретила не одного здорового человека! Когда я добрела до школы, у меня был урок физики. Я решилась подойти к учителю и попросить переписать контрольную.
– Здравствуйте, извините, а я могу переписать контрольную по силе трения?!
– Почему? Что это такое «сила трения» что-то ты выдумываешь, нужно лучше учить физику, а то фантастику какую-то сочиняешь!
И тут я всё поняла… Эти события, всё это из-за меня, потому что я хотела что б силы трения не существовало, я заплакала…И как будто проснулась, я очнулась в кровати.
– Как хорошо, что это лишь сон…
Учитель: Спасибо, ребята, за урок. Вы все очень хорошо постарались. Много интересных мыслей, фантазий. Молодцы, так держать!
2.11 Мир без трения
Как выглядел бы мир без трения?
А представьте себе... что пол в вашей комнате стал ещё более скользким, чем каток; вот в этом случае вы и получите отдалённое представление о ходьбе в мире без трения - она в таком мире почти невозможна. Люди поминутно падали бы и не могли подняться. Ведь только трение (точнее: трение покоя) позволяет нам отталкиваться ногами, шагая вдоль по ровной дороге.
На столе ничего не лежало бы: при малейшем -наклоне всё съезжало бы на пол, скользило и катилось по нему, стараясь добраться до самого низкого места. В самом деле, ведь только сила трения покоя удерживает предметы на слегка наклонном гладком столе и полу и не даёт им съезжать под действием силы тяжести.
Все узлы немедленно развязывались бы; ведь узлы держатся только благодаря трению одних частей верёвки, шнурка или бечёвки о другие.
Все ткани расползались бы по ниткам, а нитки - в мельчайшие волокна.
Но не только ходить в мире без трения было бы невозможно.
Каким образом, например, мог бы шофёр остановить свою машину? Ведь автомобиль тормозят тем, что прижимают к специальным барабанам, вращающимся вместе с колёсами, тормозные колодки (или ленты). Повернуть машину в мире без трения тоже не удалось бы. Вспомните, что в гололедицу автомобиль не только «идёт юзом», но и не слушается руля. Без трения автомобиль не только нельзя остановить или повернуть, его вообще нельзя заставить катиться. Мотор приводит во вращение задние ведущие колёса автомобиля. Но в мире без трения вращающиеся ведущие колёса автомобиля будут «буксовать», как это часто бывает в зимнее время на обледеневшей дороге. Чтобы колёса катились, необходимо трение их о дорогу.
В мире без трения нельзя было бы ничего толком построить или изготовить: все гвозди выпадали бы из стен, - ведь вбитый гвоздь держится только из-за трения о дерево. Все винты, болты, шурупы вывинчивались бы при малейшем сотрясении - они удерживаются только из-за наличия трения покоя.
Нельзя было бы построить самой простой машины. Приводные ремни, бегущие со шкива на шкив и передающие вращение от моторов к станкам и машинам, немедленно соскакивали бы: ведь именно трение заставляет ремень, надетый на ведущий шкив, двигаться вместе с ним.
И без жидкого трения жизнь на Земле была бы затруднительной. Из-за неравномерного нагревания Солнцем различных участков поверхности Земли воздух над ними не бывает одинаково плотным. Более плотный воздух из холодных мест перемещается в места более тёплые, вытесняя оттуда нагретый воздух. Возникает движение воздуха - ветер. Но при наличии внутреннего трения (вязкости) движение воздуха тормозится, ветер рано или поздно стихает. В мире без трения ветры дули бы с невероятной скоростью.
Реки, текущие с гор, не тормозились бы о берега и дно. Вода в них текла бы всё быстрее и быстрее и, с бешеной силой налетая на излучины берегов, размывала и разрушала бы их. Упавшие в воду глыбы (например, при извержении вулканов) вызывали бы волны, которые бушевали бы, не стихая - ведь усмирявшее их раньше внутреннее трение между слоями воды, а также трение о берега и дно исчезли! Огромные волны на морях и океанах, раз образовавшись, никогда не стихали бы.
Картина мира без трения: ползущие без торможения со склонов гор на равнины громадные каменные глыбы, рассыпающиеся песчаные холмы... Всё, что может двигаться, будет скользить и катиться, пока не окажется на самом низком возможном уровне.
Может быть, одним из полезнейших явлений природы, делающим возможным наше существование, является именно трение?
Выбор центробежного насоса
Значение коэффициента гидравлического трения л при движении воды во всасывающем и нагнетательном трубопроводах определяется по эмпирическим формулам в зависимости от численной величины числа Рейнольдса Re (16) где v - средняя скорость потока...
Исследование особенностей граничного трения ротационным вискозиметром
В настоящей работе в исследованиях был использован разработанный и сконструированный в лаборатории эпитропных жидких кристаллов Одесского Национального Университета ротационный вискозиметр...
Колебания
Исследование вынужденных колебаний при наличии трения вполне аналогично произведенному в п. 1.2 вынужденные колебания. Мы остановимся здесь подробно на представляющем самостоятельный интерес случае периодической вынуждающей силы...
Основываясь на вышесказанное, я, опытном путем, находил силу трения покоя, скольжения и качения. Для этого я использовал несколько пар тел, в результате взаимодействия которых будет возникать сила трения...
Коэффициент трения и методы его расчета
Но в большей степени интересна не сила трения, а коэффициент трения. Как его вычислить и определить? И я нашел только два способа определения силы трения. Первый способ: очень простой. Зная формулу и определив опытным путем и N...
Материя, движение, пространство, время
В земных условиях трение и сила трения всегда сопутствуют механическому движению. Сила трения возникает при непосредственном соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения. Этим она отличается от силы упругости...
Расчет гидропневмопривода
Величина этой силы (Ттр) зависит от типа уплотнения (манжеты, кольца, сальники) и площади контакта уплотнения...
Сила трения
Первая формулировка силы трения приписывается Леонардо да Винчи. Он утверждал, что сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна нагрузке (силе прижатия)...
Сила трения
Для того чтобы понять хотя бы основы трибологии, следует, прежде всего, обратиться к топографии поверхностей контактирующих между собой частей реальных механизмов. Эти поверхности никогда не являются идеально плоскими, имеют микронеровности...
Сила трения
Трением называется сопротивление соприкасающихся тел движению друг относительно друга. Трением сопровождается каждое механическое движение, и это обстоятельство имеет существенное следствие в современном техническом прогрессе...
Сила трения
Силы трения имеют электромагнитную природу, т.е. в основе сил трения лежат электрические силы взаимодействия молекул. Они зависят от скорости движения тел относительно друг друга. Существует 2 вида трения: сухое и жидкое...
Сила трения
сила трение скольжение покой В технике для уменьшения влияния сил сухого трения между поверхностями вводят смазку (вязкую жидкость, создающую тонкий слой между твёрдыми поверхностями). Влияние смазки заключается в том...
трение закон скольжение качение В технике для уменьшения влияния сил сухого трения между поверхностями вводят смазку (вязкую жидкость, создающую тонкий слой между твёрдыми поверхностями). Влияние смазки заключается в том...
Трение: вредное, полезное, любопытное
Пусть тело веса Р движется под действием силы Т по шероховатой поверхности С одной стороны, поверхность не позволяет телу падать вниз под действием силы тяжести Р. С другой стороны...
Трение: вредное, полезное, любопытное
Как выглядел бы мир без трения? А представьте себе... что пол в вашей комнате стал ещё более скользким, чем каток; вот в этом случае вы и получите отдалённое представление о ходьбе в мире без трения - она в таком мире почти невозможна...
