Трение и его значение в жизни человека

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Комсомольская средняя
общеобразовательная школа №2»
Школьная научно – практическая конференция
«Шаг в науку»
Исследовательская работа
Трение и его значение в жизни человека
Выполнили: Васильев Максим, Лагунин
Александр ученики 8 «В» класса
Руководитель:
Беговаткина
Викторовна, учитель физики
п. Комсомольский, 2013 г.
Лариса
Содержание
Введение…………………………………………………………………… 3-4 стр.
1) Виды трения………………………………………………………………. 5 стр.
2) Использование трения человеком………………………………………… 6 стр.
3) Исследования……………………………………………………………… 7 стр.
3.1 Сведения из больницы………………………………………………….. 7 стр.
3.2 Сведения из ГИБДД…………………………………………………….. 7 стр.
3.3 Социологический опрос………………………………………………… 7 стр.
4) Факторы, от которых зависит сила трения……………………………… 8 стр.
5) Эксперименты, опыты………………………………………………..
9-10 стр.
5.1 Зависимость силы трения скольжения от нагрузки…………………. 9 стр.
5.2. Зависимость силы трения от площади соприкосновения
трущихся поверхностей:………………………………………………. 9 стр.
5.3 Зависимость силы трения от размеров неровностей
трущихся поверхностей………………………………………………… 10 стр.
5.4 Вычисление коэффициент трения скольжения
для следующих материалов: дерево по дереву, дерево по металлу, дерево
по льду………………………………………………………………… 10 стр.
6) Роль сил трения …………………………………………………………… 11 стр.
Заключение……………………………………………………………………. 12 стр.
Список литературы…………………………………………………………… 13 стр.
2
Введение
Цель:
Выяснить, какую роль играет сила трения в нашей жизни, как человек
получил знания об этом явлении, какова её природа.
Задачи:
1. Проследить исторический опыт человечества по использованию и применению
этого явления;
2. Выяснить природу явления трения, закономерности трения;
3. Провести эксперименты, подтверждающие закономерности и зависимости силы
трения;
4. Продумать и создать демонстрационные эксперименты, доказывающие
зависимость силы трения от силы нормального давления, от свойств
соприкасающихся поверхностей, от скорости относительного движения.
Актуальность работы
В повседневной жизни мы каждый день сталкиваемся с тем, что об истинной природе
практически ничего не знаем. Сила трения – одно из самых распространенных
явлений на Земле, без нее не обходится ни одно движение. И, конечно, сила трения
играет важную роль в нашей жизни.
Окружающий нас мир находится в непрерывном движении. Простейшим видом этого
движения является механическое движение. В реке течет вода, по которой плывет
лодка, по небу бегают облака, а среди них летают птицы и самолеты, по дорогам
мчатся машины, а по рельсам поезда. Но во всех этих проявлениях движения есть
общая черта – при всех таких движениях тела соприкасаются либо с другими телами,
либо с окружающей средой. Такое соприкосновение не может не оказывать влияния
на движение. Например, когда санки катятся по снегу, то они останавливаются под
действием силы трения, даже если на дороге нет никаких неровностей и преград.
Точно так же останавливаются и мяч, и бильярдный шар, и бочка, и детский шар.
Благодаря трению фигуристы танцуют на льду, выполняя сложные пируэты,
благодаря нему же люди ходят по земле и не падают, стоят в квартирах шкафы и
серванты, наполненные домашней утварью, текут реки, ездят машины, не выпадают
из стен забитые гвозди.
3
Методы работы
1.Теоретические:
изучение литературы по вопросам значение силы трения в жизни человека
2.Эмпирические:
экспериментальные: экспериментальное выяснение зависимость силы трения от
следующих факторов:
- от нагрузки;
- от площади соприкосновения трущихся поверхностей;
- от трущихся материалов.
социологические: беседа с жителями п.Комсомольский Чамзинского района
Республики Мордовия; сотрудниками ЦРБ,ГБДД
математические: расчёт и анализ результатов эксперимента, их табличная
интерпретация
4
1. Виды силы трения
Трение — процесс взаимодействия твердых тел при их относительном движении
(смещении) либо при движении твердого тела в жидкой или газообразной среде.
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 взаимодействующих тел относительно другого и действующая на это
тело в направлении, противоположном направлению скольжения;
• Трение качения — момент сил, возникающий при качении одного из двух
взаимодействующих тел относительно другого и противодействующий
вращению движущегося тела;
• При отсутствии относительного движения двух контактирующих тел и наличии
сил, стремящихся осуществить такое движение, в ряде ситуаций возникает
• 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. Она действует в направлении,
противоположном направлению возможного движения.
• сухое, когда взаимодействующие твердые тела не разделены никакими
дополнительными слоями/смазками — очень редко встречающийся на практике
случай. Характерная отличительная черта сухого трения — наличие
значительной силы трения покоя.
• жидкостное (вязкое), при взаимодействии тел, разделённых слоем жидкости
или газа (смазки) различной толщины — как правило, встречается при трении
качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость.
• смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного
трения;
• граничное, когда в области контакта могут содержатся слои и участки различной
природы (окисные пленки, жидкость и т. д.) — наиболее распространенный
случай при трении скольжения.
5
2. Использование трения человеком
Возьмём монету и потрём её о шероховатую поверхность. Мы отчётливо ощутим
сопротивление – это и есть сила трения. Если тереть быстрее, монета начнёт
нагреваться, напомнив нам о том, что при трении выделяется теплота – факт,
известный ещё человеку каменного века, ведь именно таким способом люди впервые
научились добывать огонь. Впервые человек сознательно применил трение при
получении огня. Для добывания огня люди брали острую деревянную палочку,
упирали ее в деревянный брусок и быстро-быстро вращали. При этом благодаря
трению выделялось тепло, и сухой мох, положенный в лунку вспыхивал. Многие
современнее способы получения огня также связаны с трением.
Трение даёт нам возможность ходить, сидеть, работать без опасения, что книги и
тетради упадут со стола, что стол будет скользить, пока не упрётся в угол, а ручка
выскользнет из пальцев. Трение способствует устойчивости. Плотники выравнивают
пол так, что столы и стулья остаются там, где их поставили. Маленькое трение на льду
может быть успешно использовано технически. Свидетельство этому так называемые
ледяные дороги, которые устраивали для вывозки леса с места рубки к железной
дороге или к пунктам сплава. На такой дороге, имеющей гладкие ледяные рельсы, две
лошади тащат сани, нагруженные 70 тоннами брёвен.
Трение – не только тормоз для движения. Это и ещё и главная причина изнашивания
технических устройств, проблема, с которой человек столкнулся также на самой заре
цивилизации.
И в наше время борьба с изнашиванием технических устройств – важнейшая
инженерная проблема, успешное решение которой позволило бы сэкономить десятки
миллионов тонн стали, цветных металлов, резко сократить выпуск многих машин,
запасных частей к ним.
6
3.Исследования
3.1 Сведения из больницы
Трение играет в нашей жизни и положительную роль, и его отсутствие опасно для
нас, особенно в зимний период, период гололёдов.
Обратились в районную больницу с просьбой дать нам информацию о пострадавших
от гололёда, обратившихся за медицинской помощью.
Данные из районной больницы о пострадавших от гололёда за зимний период 2012г:
 Дети от 7-13 лет -9;
 подростки 14-17 лет – 7;
 люди пожилого возраста – 12.
3.2 Сведения из ГИБДД
Данные из ГИБДД о дорожно-транспортных происшествиях за зимний период:




Всего – 16
Столкновений – 8
Опрокидывание – 3
Наезд на стоящее транспортное средство – 5
3.3 Социологический опрос
Провели небольшой социологический опрос группы жителей, которым задавались
следующие вопросы:
1) Что Вы знаете о явлении трение?
2) Как Вы относитесь к гололёду, скользким тротуарам и дорогам?
3) Ваши пожелания администрации нашего района.
В опросе участвовали люди разных возрастов (15 человек)
На первый вопрос основная масса опрошенных не могла ответить определенно, т.к. не
видела связи между трением и повседневным опытом.
На второй вопрос дети и школьники средних классов говорили, что лёд им нравится,
можно покататься; а люди постарше уже понимают, в чём заключается опасность
этого явления. Они высказывали в адрес администрации ряд предложений, например:
- посыпать дороги и тротуары песком, солью;
- сделать хорошее освещение, чтобы были видны опасные места;
- ограничить во время гололёда скорость транспорта на улицах;
- проводить в школах беседы об оказании первой медицинской помощи в таких
случаях;
- проводить встречи с инспекторами ГИБДД.
7
4.Факторы, от которых зависит сила трения:
• Сила трения не зависит от площади соприкасающихся тел, а зависит от
материала тел;
• Сила трения зависит от силы, прижимающей данное тело к поверхности другого
тела, т.е. от силы нормального давления;
• Модуль силы трения скольжения зависит от модуля относительной скорости.
• Сила трения зависит от качества обработки трущихся поверхностей.
8
5.Эксперименты, опыты
Экспериментально выяснили зависимость силы трения от следующих факторов:
- от нагрузки;
- от площади соприкосновения трущихся поверхностей;
- от трущихся материалов.
5.1. Зависимость силы трения скольжения от нагрузки.
m, (г)
100
262
424
Fтр,Н
0,2
0,5
2
С увеличением нагрузки сила трения увеличивается.
5.2 Зависимость силы трения от площади соприкосновения трущихся
поверхностей:
S, см²
Fтр, Н
20
0,35
28
0,35
9
140
0,37
5.3 Зависимость силы трения от размеров неровностей трущихся поверхностей:
дерево по дереву (различные способы обработки поверхности):
поверхности
Fтр, Н
1 неровная
1,5
2 гладкая
0,7
3 отшлифованная
0,3
5.4 Используя экспериментальные данные, вычислили коэффициент трения
скольжения.
При исследовании силы трения от материалов трущихся поверхностей использовали
один брусок массой 100 г и разные контактные поверхности. Использовали формулу:
𝐹тр = µ · 𝑁 → 𝜇 =
𝐹тр
𝑁
где 𝑁 = 𝑚𝑔 → 𝜇 =
𝐹тр
𝑚𝑔
Рассчитывали коэффициенты трения скольжения для следующих материалов:
Трущиеся материалы
Дерево по дереву (в среднем)
Дерево по дереву (вдоль волокон)
Дерево по металлу
Дерево по льду
коэффициент трения
0,3
0,075
0,4
0,035
10
6. Роль силы трения:
В технике и в повседневной жизни силы трения играют огромную роль. В одних
случаях силы трения приносят пользу, а в других - вред. Сила трения удерживает
вбитые гвозди, винты, гайки; удерживает нитки в материи, завязанные в узлы и т.д.
При отсутствии трения нельзя было бы сшить одежду, собрать станок, сколотить
ящик.
Наличие трения покоя позволяет человеку передвигаться по поверхности Земли. Идя,
человек отталкивает от себя Землю назад, а Земля с такой же силой толкает человека
вперед. Сила, движущая человека вперед, равна силе трения покоя между подошвой
ноги и Землей.
Чем сильнее человек толкает Землю назад, тем больше сила трения покоя,
приложенная к ноге, и тем быстрее движется человек.
Когда человек отталкивает Землю с силой большей, чем предельная сила трения
покоя, то нога скользит назад, и это затрудняет ходьбу. Вспомним, как трудно ходить
по скользкому льду. Чтобы легче было идти, необходимо увеличить трение покоя. С
этой целью скользкую поверхность посыпают песком. Сказанное относится и к
движению электровоза, автомобиля. Колёса, соединенные с двигателем, называются
ведущими.
Когда ведущее колесо с силой, создаваемой двигателем, толкает рельс назад, то сила,
равная трению покоя и приложенная к оси колеса, двигает вперед электровоз или
автомобиль. Итак, трение между ведущим колесом и рельсом или Землей - полезно.
Если оно мало, то колесо буксует, а электровоз или автомобиль стоит на месте.
Трение же, например, между движущимися частями работающей машины вредно.
Силой трения также пользуются для удержания тел в состоянии покоя или для их
остановки, если они движутся. Вращение колес прекращается с помощью тормозных
колодок, тем или иным способом прижимаемых к ободу колеса. Наиболее
распространены воздушные тормоза, в которых тормозная колодка прижимается к
колесу при помощи сжатого воздуха,
11
Заключение
Вывод:
 выяснили, что человек издавна использует знания о явлении трения,
полученные опытным путём.
 теперь точно знаем, от чего зависит сила трения, а что не влияет на неё.
 сможем объяснить все наблюдаемые в практике закономерности строением
вещества, силой взаимодействия между молекулами.
 Провели серию экспериментов, подтвердив все утверждения, высказанные
нами.
 Но, наверное, самое главное – поняли, как здорово добывать знания самим, а
потом делиться с другими.
 В дальнейшем хотели бы продолжить исследования по этой теме и расширить
свои знания в области уменьшения сил трения в природе и технике.
12
Список литературы
1) Ламырева Н.А. Физика 9-11 классы. Проектная деятельность учащихся. –
Волгоград: Учитель, 2008.
2) Перышкин А.В. Физика 7 класс. – М.: Дрофа, 2011.
3) http://ru.wikipedia.org/wiki/
4) http://class-fizika.narod.ru/7_tren.htm
5) http://images.yandex.ru/yandsearch
13