В жизни человека, природе и технике трение имеет большое значение. В одних случаях трение может быть полезным и его стараются увеличить, в других случаях трение может быть вредным и тогда его стремятся уменьшить.
Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле, так как при ходьбе происходит отталкивание ногами от земли. Во время гололедицы трение между подошвой обуви и землёй мало, отталкиваться от земли очень трудно и ноги скользят. Для увеличения силы трения между подошвой обуви и льдом, тротуары посыпают песком (рис. 32).
Увеличение силы трения при помощи песка
Рис. 32
Сила трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения покоя он не смог бы и начать движение. Колёса вращаясь, проскальзывали бы, а автомобиль продолжал бы стоять на месте, буксовал. Чтобы увеличить трение, поверхность шин у автомобиля делают с ребристыми выступами (рис. 33). Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, её посыпают песком, очищают ото льда.
Виды поверхностей шин
Рис. 33
Трение служит искусству. Так, без трения смычка о струны была бы невозможна игра на скрипке или виолончели.
В результате трения истираются трущиеся поверхности, поэтому трение широко используется в процессах заточки инструментов, шлифовки и полировки поверхностей металлов, стекла, алмазов, дерева и других материалов.
Трение обеспечивает скрепление различных материалов, деталей инструментов, различных устройств, сооружений. За счет трения между нитями не расползаются ткани, удерживаются на рукоятках молотки, топоры, лопаты и другие инструменты. Болты с гайками, гвозди, шурупы, клинья, скрепляют части конструкций силой трения. Трение помогает человеку удерживать предметы в руках.
В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Между опорой и стеблем возникают достаточно большое трение, так как стебли многократно обвивают опоры и очень плотно прилегают к ним.
У растений, имеющих корнеплоды, такие, как морковь, свекла, брюква, сила трения о грунт способствует удержанию их в почве. С ростом корнеплода давление окружающей земли на него увеличивается, что приводит к увеличению силы трения. Поэтому трудно вытащить из земли большую свеклу, редьку или репу.
Таким растениям, как репейник, трение помогает распространять семена, имеющие колючки с небольшими крючками на концах. Эти колючки зацепляются за шерсть животных и вместе с ними перемещаются. Семена гороха, орехи благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения перемещаются легко сами.
Организмы многих живых существ приспособились к трению, научились его уменьшать или увеличивать. Тело рыб имеет обтекаемую форму и покрыто слизью, что позволяет им развивать при плавании большую скорость. Щетинистый покров моржей, тюленей, морских львов помогает им передвигаться по суше и льдинам.
Кости животных и человека в местах их подвижного сочленения имеют очень гладкую поверхность, а внутренняя оболочка полости сустава выделяет специальную жидкость, которая служит суставной «смазкой». Ежедневные нагрузки, например, в тазобедренном суставе человека превышают тысячу ньютонов при прыжках, а трение и изнашивание практически отсутствует. Это связано с тем, что суставная жидкость по своему составу сходна с плазмой крови, но обладает большей вязкостью, чем кровь. Внутреннее трение суставной жидкости падает в сотни раз при резком повышении скорости. Кроме того, тончайший слой этого вещества ведет себя при сжатии так же, как слой резины. При ходьбе, жидкость начинает выдавливаться из капилляров хряща, усиливая смазочное действие, и уменьшая трение. Суставная жидкость обладает необычной способностью резко увеличивать вязкость под давлением. В итоге процесс выдавливания смазки из хряща автоматически регулируется под действием нагрузки.
При действии же органов движения у животных и человека трение проявляется как полезная сила. Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях животных имеется целый ряд различных приспособлений: когти, острые края копыт, подковные шипы, тело пресмыкающихся покрыто бугорками и чешуйками.
Действие органов хватания: хватательные органы жуков, клешни рака; передние конечности и хвост некоторых пород обезьян; хобот слона тоже тесно связано с трением. Органы хватания имеют шероховатую поверхность для увеличения трения (рис. 34).
Предмет или живое существо будет тем прочнее схвачено, чем больше трение между ним и органом хватания. Величина же силы трения находится в прямой зависимости от прижимающей силы. Поэтому органы хватания устроены так, что могут либо охватывать добычу с двух сторон и зажимать ее, либо обвивать несколько раз и за счет этого стягивать с большой силой.
Трение в природе
Рис. 34
При глотании пищи и ее движении по пищеводу трение уменьшается за счет предварительного дробления и пережевывания пищи, а также смачивания ее слюной.
У многих живых организмов существуют приспособления, благодаря которым трение получается небольшим при движении в одном направлении и резко увеличивается при движении в обратном направлении. Это, например, шерсть и чешуйки, растущие наклонно к поверхности кожи. На этом принципе основано движение дождевого червя. Щетинки, направленные назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное движение. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте, при сокращении головная часть задерживается, а хвостовая подтягивается к ней.
Водяной жук - вертячка быстро перемещается на поверхности воды. Чтобы захватить их сачком, требуется большая ловкость. Вертячка - лучший пловец среди водных жуков. Быстроте передвижения он во многом обязан покрывающей тело жировой смазке, которая значительно уменьшает трение о воду.
Трение в технике
Во многих случаях трение вредно, например, во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними делают смазку. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов машин и станков, их опирают на подшипники. Деталь подшипника, непосредственно соприкасающуюся с валом, называют вкладышем. Вкладыши делают из твёрдых материалов бронзы, чугуна или стали. Внутреннюю поверхность их покрывают особыми материалами, чаще всего баббитом (сплавом свинца или олова с другими металлами), и смазывают. Подшипники, в которых вал при вращении скользит по поверхности вкладыша, называют подшипниками скольжения (рис. 35).
Роль силы трения в быту
Роль силы трения в быту сводится к тому, что мы можем ходить и ездить, что предметы не выскальзывают у нас из рук, что полки и картины висят на стенах, а не падают, даже одежду мы носим благодаря трению, которое удерживает волокна в составе нитей, а нити в структуре тканей.
Но трение может играть и отрицательную роль. Именно из-за него нагреваются и изнашиваются движущиеся части различных механизмов. В таких случаях его стараются уменьшить. Существует несколько способов уменьшения трения.
Один из них – это введение смазки между трущимися поверхностями. Смазка уменьшает соприкосновение тел, и трутся не тела, а слои жидкости. А трение в жидкости намного меньше, чем сухое трение.
Еще примеры силы трения в быту:
мы можем писать на бумагевещи, стоящие на вашем столе, не улетают от малейшего сквознякаодежда, которая висит на вашем стуле или плечиках в шкафувы можете водите компьютерной мышкой по коврикувы с трудом двигаете шкаф, т.к. есть сила тренияно если случайно разлить подсолнечное масло на кухне, любой входящий будет скользить, т.к. уменьшится сила трения об пол, но аккуратнее, не упадите сами:)ковер сильно уменьшает силу трениясмазывание петлей двереймузыкальные инструменты Сила трения в техникеЕще 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.
Например, чтобы уменьшить силу трения между льдом и коньками, коньки точат, делая поверхность соприкосновения меньше, а лед шлифуют, делая его максимально гладким. Так же уменьшают трение при резке чего-либо в быту и на производстве, затачивая ножи как можно острее.
Роль силы трения в технике не всегда отрицательна, как могло показаться. Ведь, например, когда мы заменяем силу трения скольжения трением качения, чтобы уменьшить взаимодействие трущихся поверхностей, то 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 тормозитьна севере люди передвигаются на санках и лыжах - так быстрее, т.к. меньше сила тренияезда на велосипеделюбые смазанные детали работают лучшев шарикоподшипниках возникает сила трения каченияколеса с шипами или даже с цепямимеханизмы для передачи или преобразования движения с помощью трения, т.н. фрикционные механизмы Роль силы трения в природеСтоит 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. То же необходимо делать и человеку, дабы обеспечить себе комфортное существование на планете Земля.
Еще примеры силы трения в природе:
мы можем ходить по землебелки прыгают по веткам деревьевленивец висит на веткептичка может присесть на веткувода точит каменьобразование планет и кометидет 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 
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Тип урока: изучение нового материала, экспериментальная работа.
Цель урока: продолжить формирование умений наблюдать, делать выводы, выделять главное, развивать мотивацию изучения физики; формировать умения объяснять физические явления в природе, технике, быту.
Задачи урока:
- образовательная : изучить новый вид сил – силу трения, причину ее возникновения, научить учащихся различать виды силы трения – трение покоя, скольжения, качения, рассмотреть примеры положительного и отрицательного влияния силы трения.
- развивающая: продолжить формирование умений пользоваться измерительными приборами, анализировать, сравнивать результаты опытов, пробуждать интерес к творчеству;
- воспитательная : воспитание чувства коллективизма при работе в группах, прививать интерес к чтению дополнительной литературы.
Оборудование:
- компьютер
- мультимедийный проектор
- приборы для экспериментального задания: трибометр, деревянный брусок, динамометр, карандаши 2 шт.
Ход урока
I. Организационный момент.
II. Повторение.
Фронтальный опрос
- Чем определяется действие силы на тело?
- Какую силу называют равнодействующей сил?
- Как определить равнодействующую сил, направленных вдоль одной прямой?
- Как определить равнодействующую сил, направленных в противоположные стороны?
- Как будет двигаться тело, если на тело действуют две равные по модулю и направленные в противоположные стороны силы?
III. Изучение нового материала.
<слайд № 1>
Знакомьтесь, сила трения,
Достойна обсуждения!
Никак подобной силой
Нельзя пренебрегать.
Мешает сила трения
Любому из движений,
Мешает также скорость
Движенью сохранять.
1. Движение лыжника при спуске с горы, катящийся по лужайке шарик после удара, движение велосипедиста, после того как он прекращает вращать педали. Одинаковый характер движения в перечисленных примерах. Действие на эти тела силы, направленной противоположно движению. Понятие силы трения. Отличие этой силы от силы тяжести и упругости. . <слайд № 2>
2. Причины возникновения силы трения. <слайд № 3>
3. Виды сил трения: трение скольжения, трение качения и трение покоя. <слайд № 4>
4. Измерение силы трения. Сравнение действия силы трения качения и трения скольжения. <слайд № 5>
Силу трения можно измерить. Чтобы измерить силу трения скольжения деревянного бруска по поверхности стола, надо прикрепить к нему динамометр. Затем равномерно двигать брусок по столу.
На брусок в горизонтальном направлении действуют две силы. Одна – сила упругости пружины динамометра, направленная в сторону движения. Вторая сила – это сила трения, направленная против движения. Так как брусок движется равномерно, то равнодействующая сил равна нулю. Значит, силы равны по модулю и противоположны по направлению. Таким образом, измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при его равномерном движении, мы измеряем силу трения.
5. Выяснение причин, от которых зависит действие силы трения.
<слайд № 6>
6. Способы уменьшения и увеличения силы трения. <слайд № 7> <слайд № 8>
7. Историческая справка. <слайд № 9>
8. Роль трения в природе и технике. <слайды № 10 – 14>
IV. Закрепление материала.
Экспериментальное задание: “Сравнение силы трения скольжения и силы трения качения”
Экспериментальное задание: “Сравнение силы трения с весом тела”
Приборы и материалы: трибометр, деревянный брусок, динамометр, карандаши 2 шт.
Учащиеся измеряют силы трения скольжения и качения, а так же вес тела, сравнивают их значения и делают выводы.
1. Величина силы трения зависит от вида трения. Сила трения скольжения больше силы трения качения.
2. Сила трения зависит от силы давления и не зависит от площади трущихся поверхностей при постоянной силе давления.
Рассуждают о необходимости практического применения законов физики в жизни.
Благодаря наличию в природе силы трения возможна жизнь в том виде, в каком она существует на Земле. Но вместе с тем, трение изнашивает машины и подошвы нашей обуви, двигатели автомобилей, самолетов, паровозов. Они все работают против трения, на это тратится огромное количество различных видов горючего. Трение в одних условиях полезно, а в других вредно.
Следовательно, надо умело использовать силы трения. Когда в повседневной жизни, в производстве, в технике, на транспорте трение нам необходимо, нужно увеличивать его. Когда трение мешает, вызывает расход энергии и материалов, необходимо уменьшать его. Так люди поступают с незапамятных времен. Но, чтобы подчинить себе трение нужно знать, как можно увеличивать и уменьшать трение.
V. Итоги урока.
- познакомились с новым видом сил – силой трения и причинами возникновения трения;
- узнали, чем отличаются различные виды трения;
- рассмотрели примеры положительного и отрицательного влияния силы трения;
- экспериментально установили соответствие между силами трения качения и скольжения и весом тела.
VI. Домашние задание.
Параграфы 30, 31; привести примеры проявления силы трения в вашей жизни.
В природе и технике трение имеет большое значение. Трение может быть полезным и вредным. Когда оно полезно, его стараются увеличить, когда вредно - уменьшить. Рассмотрим некоторые примеры.
Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле. Действительно, при ходьбе мы отталкиваемся ногами от земли. Когда же трение между подошвой обуви и землей (или льдом) мало, например, в гололедицу, то отталкиваться от земли очень трудно, ноги при этом скользят. Чтобы ноги прохожих не скользили, тротуары посыпают песком. Это увеличивает силу трения между подошвой обуви и льдом.
Не будь трения, предметы выскальзывали бы из рук.
Сила трения останавливает автомобиль при торможении. Без трения покоя он не смог бы и начать движение. Колеса вращались бы, проскальзывали, а автомобиль продолжал бы стоять на месте. Чтобы увеличить трение, поверхность шин у автомобиля делают е ребристыми выступами (рис. 71). Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, на колеса автомобиля надевают специальные цепи.
У многих растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания (усики растений, хобот слона, цепкие хвосты лазающих животных). Все они имеют форму, удобную для навивания, и шероховатую поверхность для увеличения трения.
Подумайте и немного пофантазируйте: что бы произошло со всеми нами, если бы в природе вдруг исчезло трение?
Но мы уже говорили, что во многих случаях трение вредно и с ним приходится бороться. Например, во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними вводят смазку. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов машин и станков, их опирают на подшипники. Деталь подшипника, непосредственно соприкасающуюся с валом, называют вкладышем. Вкладыши делают из твердых материалов - бронзы, чугуна или стали, - внутреннюю поверхность их покрывают особыми материалами, чаще всего баббитом 1 , и. смазывают. На рисунке 72 изображен подшипник, в котором вал 3 превращении скользит по поверхности вкладыша 2. Подшипники такого рода называют подшипниками скольжения.
Мы знаем, что сила трения качения при одинаковой нагрузке значительно меньше силы трения скольжения. На этом явлении основано применение шариковых и роликовых подшипников. В таких подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкладышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роликах.
Устройство простейших шарикового и роликового подшипников изображено на рисунке 73. Внутреннее кольцо подшипника, изготовленное из твердой стали, насажено на вал. Наружное же кольцо закреплено в корпусе машины. При вращении вала внутреннее кольцо катится на шариках или роликах, находящихся между кольцами.
Замена в машинах подшипников скольжения шариковыми или роликовыми подшипниками позволяет уменьшить силу трения в 20- 30 раз.
Шариковые и роликовые подшипники используют в разнообразных машинах: автомобилях, токарных станках, электрических двигателях, велосипедах и т. д. Без этих подшипников невозможно представить современную промышленность и транспорт.
1. Баббит - сплав свинца или олова с другими металлами.
Вопросы. 1. Какое значение имеет трение в жизни человека и животных? 2. Каково значение трения на транспорте? 3. Какие способы уменьшения трения вы знаете? 4. Для какой цели используют в машинах подшипники? 5. Как устроен подшипник скольжения? шариковый подшипник?
Л. П. ЛИСОВСКИЙ и А. Е. САЛОМОНОВИЧ
^кружающий нас мир находится в непрестанном дви - жении. Простейшим видом этого движения является перемещение одних вещей, предметов, тел относительно других - так называемое механическое движение. Мы садимся, встаём, ходим. По дороге лошадь тянет телегу; проезжает автомобиль; паровоз тянет по рельсам вагоны. Течёт река, по ней плывёт лодка, в воде плавают рыбы. По небу бегут облака, а над ними проносится самолёт. На фабрике с огромной скоростью вращаются станки, движутся приводные ремни.
Во всех этих разнообразных движениях есть одна общая черта. При всех таких движениях одни предметы соприкасаются либо с другими предметами, либо с окружающей их сплошной жидкой или газообразной средой, например, с водой или воздухом. Когда вы идёте, ваши ноги касаются пола. Автомобиль катится по дороге, вагоны - по рельсам. Рыбы плывут в воде, а вода в реке касается дна и берегов. Самолёт летит в воздухе, рассекая его своими крыльями.
Такое соприкосновение всегда оказывает большое влияние на движение.
Толкните лёгкие санки по укатанному снегу - они заскользят, но затем постепенно замедлят свой бег и остановятся. На дороге не видно подъёма; что же остановило санки? Санки остановила сила трения, которая возникает между стальными полозьями санок и снегом при скольжении. Эта сила направлена навстречу скольжению санок, тормозит это скольжение, уменьшает его скорость и, в конце концов, останавливает санки. Такая сила трения, возникающая при скольжении одних твёрдых предметов по другим, называется силой трения скольжения (рис. 1).
Ударьте ногой по футбольному мячу. Мяч прокатится по земле и остановится. Что остановило мяч? Снова трение. Но ведь мяч не скользит по земле, а катится. Оказывается, и при качении также возникает противодействующая сила. Такая сила называется силой трения качения. Это она тормозит катящуюся бочку, биллиардный шар, детский обруч.
Силы трения скольжения и качения возникают при скольжении или качении твёрдых тел. Но бывает ли так, что движения ещё нет, а сила трения уж*е действует? Оказывается, бывает, и вы сами наблюдали это неоднократно.
Вот, на столе лежит тяжёлая книга (рис. 2). Попробуйте её сдвинуть. Для этого потребуется некоторое усилие. И если на книгу нажать слишком слабо - она не тронется с места. Что же мешает ей двигаться? Сила трения между нижней обложкой книги и столом. Эта
Сила трения препятствует твёрдым телам приходить в движение. Поэтому она называется силой трения покоя.
С какой бы стороны вы ни нажимали на книгу - слева, справа, спереди или сзади - сила трения покоя препятствует началу скольжения книги. Выходит, что сила трения покоя направлена также против движения - того движения, которое только ещё должно было бы возникнуть.
Только ли при соприкосновении твёрдых тел с твёрдыми возникает трение? Нет. Когда при движении жидкости или газа отдельные слои жидкости или газа скользят один относительно другого, между ними возникают силы внутреннего или вязкого трения.
Из-за внутреннего трения течение воды у стенок водопроводной трубы всегда медленнее, чем посередине. Непосредственно прилегающий к стенкам слой воды совсем не движется - он прилипает к стенкам. При очень медленном течении, когда слои текущей воды не перемеши - ваются, слой, текущий рядом с прилипшим, скользит относительно него и должен преодолевать действующие между ними силы трения. Следующий далее слой сколь-
Зит по второму, и между ними также действуют силы трения и т. д.
Таким образом, силы внутреннего трения тормозят течение воды в трубе.
Несколько иначе обстоит дело при больших скоростях, например, при движении самолёта в воздухе или подводной лодки в море. В этих случаях из-за вязкого трения воздуха или воды возникает новая сила, направленная навстречу движению и препятствующая ему.
Это - так называемое сопротивление давления. Оно во многих случаях оказывается значительно больше порождающего его вязкого трения. Но так как обе эти силы (вязкое трение и сопротивление давления) тормозят движение и всегда растут с увеличением его скорости, то их часто не различают, а рассматривают вместе, и сумму этих сил, т. е. полную силу, тормозящую тело, называют просто силой сопротивления среды. Трение, обусловленное вязкостью жидкости или газа, называют жидким в отличие от трения скольжения, качения, а также трения покоя, которые называются сухим трением, так как они возникают при соприкосновении твёрдых предметов.
