Тема урока: «Сила трения в природе, технике и быту»

Тема урока: «Сила трения в природе, технике и быту».
Цели урока: формировать умения применять знания на практике,
объяснять физические явления в природе, технике и быту; дать
представление о «полезном» и «вредном» трении, прививать интерес
к чтению дополнительной литературы.
1.
2.
3.
4.
План урока:
Организационный момент.
Повторение ранее изученного.
Решение задач (выступления учащихся и решение задач)
Домашнее задание.
Ход урока:
2.Учитель: Мы познакомились с силой трения, с его видами.
Напомните, пожалуйста, какую силу называют силой трения?
Перечислите возможные виды трения.
Ученик: Сила трения- сила, возникающая при соприкосновении
поверхностей
тел,
препятствующая
их
относительному
перемещению, направленная вдоль поверхности соприкосновения.
При контакте твердых тел возможны три вида трения- трение
покоя, трение скольжения, трение качения.
Учитель: Правильно. Садитесь.
Почему для коэффициентов трения покоя п, скольжения  и
качения кач справедливо неравенство п  кач ? (неравенство написано
на доске).
Ученик: Сила трения покоя имеет наибольшее значение, т.к. при
соприкосновении тел возникают межмолекулярные связи,
соответственно п максимально. При возникновении силы трения
скольжения межмолекулярные связи разрываются, трение
уменьшается, и коэффициент трения имеет меньшее значение. При
качении молекулярные связи разрываются быстрее, чем при
скольжении. Поэтому сила трения качения значительно меньше
трения скольжения.
Учитель: Молодец. Правильно. Садитесь.
Открываете тетрадочки, запишите тему урока «Сила трения в
природе, технике и быту».
Сегодня мы поговорим о «вредном» и полезном трении, о том, где
эту силу учитывают, используют. Некоторые из ребят
подготовили сообщение о силе трения. Пожалуйста, выходите к
доске, и расскажите нам.
Ученик: СИЛА ТРЕНИЯ.
Трение – неизбежный спутник множества окружающих человека
явлений, и в первую очередь такого важного, как перемещение тел.
Поскольку сосуществование людей связано с движением по земле,
воздуху и воде, наличие трения откладывает отпечаток на все виды
человеческой деятельности, играя иногда полезную, а иногда
вредную роль. В частности, трение поразительным образом
помогает человеку перемещаться в пространстве. Но все
нарастающие
скорости
передвижений
заставляют
его
расплачиваться за них все более чудовищными расходами энергии и
топлива. Кроме того, трение всегда сопровождается выделением
теплоты, что на заре цивилизации позволило людям сделать одно из
важнейших изобретений: научиться добывать огонь. И наконец,
изнашивание машин и оборудования, безусловно, самое
разорительное и неизбежное порождение трения, наносящее
большой ущерб человеческому хозяйству.
Ученик: ТРЕНИЕ И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ.
Начнем рассмотрение интересующих нас идей с обсуждения
физической сущности процесса человеческой ходьбы . При ходьбе
человек ставит ноги на землю таким образом, что они должны были
бы скользить назад, если бы трения не существовало. И в самом
деле, при попытке идти по гладкому льду, когда трение мало, ноги
человека проскальзывают, движение его становится небезопасным и
может окончиться падением. Так сила трения покоя действует в
направлении, противоположному тому, в котором должно было бы
возникнуть скольжение, она сообщает телу человека ускорение,
направленное вперед. Человек идет вперед потому, что
последовательно отталкивается от дороги то одной, то другой ногой.
По асфальту идти легче, чем по мокрой глине или льду, потому что
коэффициент трения покоя материала подошв об асфальт в первом
случае намного больше. Ступая по мокрой глине или льду, человек
уже не может отталкиваться от дорожки с прежней силой, так как
сила толчка прямо пропорционально зависит от коэффициента
трения: F=N. Человек при ходьбе по скользкой поверхности
«семенит» ногами и его походка становится похожей на походку
Чарли Чаплина. Спортсмены-фигуристы также используют это
обстоятельство. Стоит спортсмену, до того вполне надежно
державшемуся на льду, сильно раздвинуть ноги и он легко
переходит в положение шпагат.
Учитель: Вы послушали сообщения, а теперь нужно ответить на
вопрос: «Зачем в гололедицу тротуары посыпают песком?»
Ученик: В гололедицу тротуары посыпают песком для того, чтобы
увеличить силу трения.
Учитель: Трение обеспечивает способность людей и устройств к
перемещению. С трением тесно связана проблема безопасности
автомобильного движения.
Известно, что автомобильные
катастрофы ежегодно уносят 180 тысяч жизней, а число раненых
при этом исчисляется миллионами.
Значительная доля дорожных происшествий вызвана плохой
погодой: гололедом, дождем и снегом, вследствие чего изменяется
важная характеристика покрытия дороги - коэффициент трения. В
дождь и гололед условия торможения резко ухудшаются, тормозной
путь при этом заметно увеличивается.
Для того чтобы вы могли сравнивать решим задачу:
« По улице Северная допустимая скорость 40 км/ч. Найдите
тормозной путь автомобиля в сухую погоду и в гололедицу,
учитывая, что коэффициент трения сухого асфальта равен 0,85, а в
гололед – 0,2.»
(Два ученика решают одновременно у доски для первого и второго случая.)
Ученик:
Дано:
С.И. Решение:
V=0
S=(V²- V0²)/2a; a=g; S= V0²/2g
V0=40 км/ч 11,1 S= 123/20,859,8=7,23
=0,85
[S]=м²с²/с²м=м
Ответ: S=7,23м
S-?
Ученик:
Дано:
С.И. Решение:
V=0
S=(V²- V0²)/2a; a=g; S= V0²/2g
V0=40 км/ч 11,1 S= 123/20,29,8=30,75
=0,2
[S]=м²с²/с²м=м
Ответ: S=30,75м
S-?
Учитель: Сравните тормозной путь при разных условиях
торможения. Всегда ли верно на практике для расчета тормозного
пути применять формулу: S= V0²/2g? Если нет, то какую формулу
нужно использовать?
Ученик: Для расчета тормозного пути нужно использовать формулу:
S=V0tp-V02/2g, где tp - время реакции водителя. Необходимо
учитывать состояние водителя (усталость, алкогольное опьянение).
Учитель: Трение встречается и в живых организмах. Например, у
человека. Пожалуйста расскажите о трении в суставах.
Ученик: Трение в суставах.
Трение важно для человека не только потому, что без него
невозможно перемещение. Без него невозможно преобразование
поступательного движения мышц во вращательное движение
конечностей в суставах. Суставы человека и животных близки по
своим функциям к шарнирам. Плечевой, тазобедренный суставы,
сочленение головы с позвоночником, глаз в своей орбите устроены
по принципу шарового шарнира, состоящего из двух
соприкасающихся поверхностей. Локтевой и коленный суставы,
суставы
пальцев
напоминают
цилиндрический
шарнир,
допускающий вращение только в одной плоскости. Сложнее
устроена система запястья: она представляет собой аналог двух
цилиндрических шарниров, оси которых взаимно перпендикулярны.
Вся поверхность сустава, испытывающего трение, покрыта особой
хрящеватой тканью, пропитанной так называемой синовиальной
жидкостью. Эта жидкость по своему составу близка к плазме крови,
но обладает значительно большей вязкостью. Под периодической
внешней нагрузкой, например при ходьбе, жидкость выдавливается
из капилляров хряща и, действуя, как смазка, обеспечивает
коэффициент трения 0,003. Только болезни, вызванные отсутствием
тренировок или возрастными изменениями, могут нарушить
совершенство суставов. Последствия этого бывают тяжелыми для
человека: часто он практически лишается способности нормально
ходить.
Вообще же проблема трения в суставах и их изнашиваемости
решена природой на таком уровне, о котором инженеры – трибологи
( специалисты по трению) могут только мечтать. Динамические
нагрузки, превышающие тысячи ньютон при прыжках, практическое
отсутствие трения и изнашивания, никакого особого «
техобслуживания» и безотказная работа в течение всей жизни – вот
перечень качеств природного узла трения – сустава.
Учитель: Для того, чтобы организму было из чего вырабатывать
синовиальную жидкость нужно употреблять желированные
продукты, например, кисель, мармелад, желатиновые конфеты.
Очень часто в технике пытаются уменьшить трение. Пожалуйста,
расскажите нам о снижении вредного влияния трения.
Ученик: ( на доске подготовлена схема, ученик поясняет ее)
СНИЖЕНИЕ ВРЕДНОГО ВЛИЯНИЯ ТРЕНИЯ
ШЛИФОВАНИЕ
СОПРИКАСАЮЩИХСЯ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СМАЗКИ
ЗАМЕНА СКОЛЬЖЕНИЯ
КАЧЕНИЕМ
Учитель: ( если есть резерв времени можно включить сообщение о трение качения)
Рассмотрим еще один вид трения – трение качения.
Ученик: Трение качения.
Всем известно, что катить легче, чем тянуть. Но почему, несмотря
на явные преимущества, качение не используется живой природой
при «конструировании» живых существ? При этом обычно
ссылаются на отсутствие у животных и насекомых каких – либо
двигательных органов, хотя бы отдаленно напоминающих колесо.
Иными словами, предполагается, что качение можно реализовать
только круглыми телами. Так ли это? Возьмем колесо со
множеством спиц и отбросим обод. Легко убедиться, что
получившееся звездообразное тело катится не хуже обычного
колеса. Тут же всплывает в памяти известное выражение «ходить
колесом». И действительно, аналогия с «катящейся» звездой полная.
Вся разница в том, что у кувыркающегося «колесом» акробата всего
четыре «спицы»: две руки и две ноги. Но чем отличается «хождение
колесом» от обычной ходьбы? В принципе ничем. Правда, при
ходьбе человек и животные немного сгибают ноги, вызывая при
этом потери энергии на вертикальные перемещения своего центра
масс, чего при обычном качении нет. Но в наиболее быстром,
спортивном стиле ходьбы ноги спортсмена почти не сгибаются.
Таким образом, мы пришли к выводу, что качение можно
осуществить не только круглыми телами, но и с помощью
специальных устройств произвольной формы, содержащих опоры
(«ноги»),
которые
могут
переступать
в
определенной
последовательности. Остается только удивляться природе,
создавшей такие надежные и экономичные системы для
перемещения живых существ по суше. Добавим к этому, что
перемещение с помощью ног имеет и гигантское преимущество
перед качением: оно не требует гладкой дороги и позволяет легко
одолевать препятствия, сравнимые с размером ноги.
Учитель: Сегодня на уроке мы более подробно поговорили о
применении и учете трения на практике. Что–то полезное вы
возьмете для себя. А сейчас записываем домашнее задание.
Д.З.№241(с); №242(с).
Урок закончен. До свидания.