Исследовательская работа "Сила трения"

РЕГИОНАЛЬНЫЙ СИМПОЗИУМ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ПРОЕКТОВ ОБУЧАЮЩИХСЯ

«МОИ ИССЛЕДОВАНИЯ – РОДНОМУ КРАЮ»

Секция: естественнонаучная

СИЛА ТРЕНИЯ

Автор: Разиньков Станислав Алексеевич

Научный руководитель: Зенина Инна Николаевна 

Место выполнения работы: МОУ «Красненская СОШ имени М.И.Светличной» Красненского района Белгородской области 

2015

Содержание

1. Введение……………………………………………………………………………………….........3

     1.1. Цель…………………………………………………………………………………………….3

     1.2. Объект исследования………………………………………………………………………....3 

     1.3.Предмет исследования………………………………………………………………………...3

     1.4.Задачи…………………………………………………………………………………………...3

     1.5. Гипотеза…………………………………………………………………………………….….3

2. Краткий обзор литературы ………………………………………………………………………3-4

     2.1. История изучения трения…………………………………………………………………...3-4

3. Материалы и методика……………………………………………………………………………..5

4. Результаты и обсуждение………………………………………………………………………..5-6

     4.1. Проведение экспериментальных опытов.............................................................................5-6

     4.2. Поиск информации в сети ИНТЕРНЕТ……………………………………………………...6

           4.2.1.Виды силы трения………………………………………………………………………..6

           4.2.2.Сравнение силы трения скольжения и силы  трения качения ………………………..6

  5.Значение силы трения  в жизни человека и природы……………………………………….…6-8

          5.1.Трение в природе………………………………………………………………………….6-7

          5.2.«Ледоступы» своими руками……………………………………………………………..7-8

6. Практические рекомендации……………………………………………………………………….8

7.  Заключение………………………………………………………………………………………….8

8. Список использованной литературы. Ресурсы Интернет…………………………………………8                                    

1.Введение

       Всем нам  приходилось кататься зимой с горки на санках или лыжах. Как весело спуститься с крутого склона! Но почему же, съехавши с горы, мы не продолжаем двигаться, а останавливаемся? Что же мешает нам двигаться все дальше и дальше? Родители сказали, что это сила трения. Чтобы в этом убедиться в этом, я решил  провести ряд исследований.

Цель:

доказать, что сила трения останавливает  движение предметов.

 Объект исследования – сила трения. 

Предмет исследования – причины появления силы трения.

 Задачи: 

• узнать,  что такое сила трения;
• познакомиться с видами силы трения и сравнить их;
• выяснить, какое значение имеет сила трения в жизни человека и природы.

Гипотеза.

       Предположим, что существует какая-то сила, которая останавливает движущиеся предметы и имеет большое значение в жизни человека и природы.

2. Краткий обзор литературы

История изучения трения

       Первое исследование  законов трения принадлежит знаменитому итальянскому ученому и художнику  Леонардо да Винчи (15 век): сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна  силе прижатия, направлена против направления движения и не зависит от площади контакта соприкасающихся поверхностей.
Он измерял силу трения, действующую на деревянные  бруски, скользящие по доске, причем, ставя бруски на разные грани, определял зависимость силы трения от площади опоры. Но, к сожалению, работы Леонардо да Винчи не были опубликованы.  Однако только в конце 18 века ученые  Г. Амонтон и  Ш.О. Кулон ввели новую физическую постоянную  -  коэффициент трения (k). После этого  была   выведена   формула для силы трения: Fтр = kN, где N – сила реакции опоры,  соответствующая силе давления, производимой телом на поверхность. Если тело находится на горизонтальной поверхности, то N = Fтяж. Значения коэффициента трения  для различных материалов  можно найти в справочниках. С  давних  времен  было известно, что смазанные жиром или даже просто смоченные водой поверхности скользят значительно легче.  В 1886 году О. Рейнольдс  создал первую теорию смазки. А в   начале 20 века  появилась  трибология – наука изучающая трение.  А если бы трения не было? Лауреат Нобелевской премии, швецарский физик Шарль Гийом сказал: «Вообразим, что трение может быть устранено совершенно, тогда никакое тело, будь оно величиной с каменную глыбу или мало, как песчинка, никогда не удержится одно на другом, все будет скользить и катиться, пока не окажется на одном уровне. Не будь трения, Земля была бы без неровностей, подобно жидкости». Представим такую картину. Выходим мы утром из нашей пока еще обычной квартиры на улицу, где нет трения, и что видим? Первым делом мы хорошо приложимся затылком о землю, потому что трения между подошвой ботинок и землей больше нет. Идеальный гололед, чего ж еще мы ожидали? После падения мы начнем все быстрее скользить по направлению наклона улицы, если только не попадем в «карман» из каких-нибудь конструкций, откуда просто нет возможности скатиться. Кроме нас, по улице будет катиться все, что прочно не закреплено, то есть не вкопано в землю. Это все люди, животные, мусорные баки и сам мусор, автомобили. Какая свалка будет в том месте, где это все найдет наконец-то препятствие? Мало того, это будет трагедия, ведь людей будет просто убивать налетающими на них большими предметами, а встать и убежать они будут просто не в состоянии. Допустим, докатились мы до прочно стоящего автомобиля, прижатого к стене, забрались туда. Поехали… Не тут–то было! Даже если отбросить тот факт, что сцепление автомобиля работает на силе трения, чтобы передавать крутящий момент на ведущий мост, мы все - равно не сможем ехать. Колеса будут крутиться, а автомобиль будет стоять на месте в силу своей инерции.
Что еще может произойти без силы трения? Например, все узлы развяжутся, а применяют их не только на шнурках, но и в некоторых вполне серьезных конструкциях. Шуруп или болт, закрученный вверх, под действием своего или прикрепленного к нему веса самостоятельно вывернется. Можно представить, сколько всего обрушится на землю – может быть, даже наш автомобиль, на котором мы собирались ехать, или соседний дом. С гор скатятся все камни и сойдут все лавины. Вследствие вращения Земли непонятно, как поведут себя моря и океаны – может они просто размажутся равномерно по всей поверхности планеты? А может быть, мы бы до сих пор жили в пещерах, ведь огонь получается с помощью трения?
Всего этого не происходит благодаря силе трения. Да, человек борется с нею всеми способами, но только там, где она не нужна. Бывают случаи, когда мы сами ее увеличиваем. Простейший пример – увеличенные протекторы на ботинках или шипованная резина на автомобиле.  Однако всего этого не произойдет все-таки по одной простой причине – любые поверхности не идеальны. Любая имеет впадины и выемки, в основном довольно крупные. Поэтому даже при полном исчезновении силы трения, эти неровности частично ее заменят. Они сыграют роль «крючков», для преодоления сопротивления которых потребуется приложить некоторую силу. Эта сила сопоставима с силой трения. Поэтому мы все-таки имеем шанс не скатиться вниз по улице. Конечно, хорошо бы избавиться от силы трения, но только частично, в нужных местах. Совсем не обязательно бросаться в крайности и убирать что-то совсем. К чему это может привести, мы уже видели.

3. Материалы и методика

     Для исследования данной темы нам понадобились материалы: пластмассовый брусок, наклонная плоскость, игрушечная машинка, салфетка, круглый стакан, железная пластина  размером 8 см на 4 см, прочная верёвка.

 Методы: изучение литературы и материалов  сети Интернет, наблюдение, опыт,  эксперимент, сравнение, обобщение полученных данных.

4. Результаты и обсуждение

1) Проведение экспериментальных опытов.

     Давайте проведем простой опыт: роль саночника будет играть брусок, а горкой будет - наклонная плоскость. Что мы наблюдаем?

     Санки, скатившись с горы, движутся по горизонтальному пути неравномерно, скорость их постепенно уменьшается, и через некоторое время они останавливаются. Причиной изменения скорости является сила, которая  действовала на движущееся тело.

        В энциклопедии «Занимательная физика» я прочитал, что при соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, которое называют трением. 

А силу, характеризующую это взаимодействие, называют силой трения.

Одной из причин возникновения силы трения является шероховатость поверхностей соприкасающихся тел. Даже гладкие на вид поверхности тел имеют неровности, бугорки и царапины. Когда одно тело скользит или катится по поверхности другого, эти неровности цепляются друг за друга, что создает силу, задерживающее движения. Проделаем опыты и убедимся в этом.

Опыт №1

По наклонной плоскости съезжает машинка и доезжает до края стола (стол имеет небольшие неровности).

Опыт№2 

На стол расстелем салфетку, машинка, заехав на неё, сразу же останавливается (мех ворсистый, ворс зацепляется за колеса машинки и останавливает ее).

2) Поиск информации в сети «Интернет».

Виды силы трения.

      Из сети «Интернет»  я узнал, что  при контакте твердых тел возможны три вида трения: трение скольжения, трение качения, трение покоя.

Если тело скользит по поверхности другого тела, то возникает трение скольжения.

Если тело катится по поверхности другого тела, то возникает трение качения.

Если тело лежит на поверхности другого тела, то возникает трение покоя.
 Сравнение силы трения скольжения и силы трения качения.
      Поставим на стол круглый  стакан и толкнём его так, чтобы он заскользил своим дном по столу. Сдвинувшись, стакан остановится. Положим теперь тот же стакан на бок и толкнём его с той же силой. Стакан, прокатившись, продвинется дальше. В чём дело? Вес стакана не изменился, его стенки и дно сделаны из одного и того же стекла, стол тот же самый. Всё дело в том, что теперь стакан катится, а не скользит, и тормозит его движение сила трения качения, которая во много раз меньше силы трения скольжения. Во многих случаях оно оказывается раз в 50 больше трения качения!

5. Значение  силы трения в жизни человека и природы.

Из литературы я узнал, что в природе и технике трение имеет большое значение.

1)Трение в природе. 

      Трение может быть полезным и вредным. Когда оно полезно, его стараются увеличить, когда вредно – уменьшить. Без трения ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле, так как при ходьбе мы отталкиваемся ногами от земли.

      В жизни многих растений трение играет положительную роль. Вот, например, лианы, грох, бобы и другие вьющиеся растения. Благодаря трению они цепляются за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Трение здесь создается за счет того, что стебли многократно обвивают опоры и поэтому плотно прилегают к ним.

       А вот растения, имеющие корнеплоды, такие, как морковь, свекла, брюква сила трения о грунт способствует удержанию корнеплода в почве. С ростом корнеплода давление окружающей земли на него увеличивается, а это значит, что сила трения тоже возрастает. Именно поэтому так трудно вытащить из земли большую свеклу, редьку, репу.

       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.

2) «Ледоступы» своими руками.

       Зимой часто бывает гололедица, которая опасна как для автомобилей, так и для людей. Необходимо обезопасить себя от переломов и травм: нужно принять меры, чтобы обувь не скользила в этот период. Есть много домашних и магазинных способов, позволяющих при минимуме затрат облегчить передвижение и защититься от падений на льду. Я предлагаю «ледоступы», сделанные своими руками.

Они состоят из железной пластины размером 8 см на 4 см и прочной верёвки. По периметру пластины я сделал дырки дюбелем, по углам просверлил четыре отверстия и вставил верёвку, чтобы в передней части  получилась петля. Эта петля будет надеваться на носик ботинка.

Концы верёвки просунул в два других отверстия и завязал вокруг ботинка. «Ледоступы» готовы. Они действительно работают, помогают при ходьбе по скользкой дороге.

6. Практические рекомендации.

Практическая значимость моей работы состоит в том, что она может быть использована:

• жителями нашей области для безопасного передвижения по скользкой дороге во время гололедицы;
• школьниками для повышения образовательного уровня, для подготовки к экзаменам;
• учителями физики для объяснения материала на уроках в 7 классе.

7.  Заключение.

В ходе нашего исследования мы доказали, что

• существует сила трения, которая останавливает движущиеся предметы.
• при контакте твердых тел возможны три вида трения: трение скольжения, трение качения, трение покоя;
• сила трения качения  во много раз меньше силы трения скольжения;
• сила трения имеет большое значение  в жизни человека и природы.

8. Список использованной литературы.                                    

1. Лаврова, С. А. Занимательная физика/ С. А.Лаврова.- Белый город, Редакция «Воскресный день», 2013.
2. Леонович,  А.А. Все обо всем. Популярная энциклопедия для детей. Том 7/ А.А. Леонович.-  Москва, 1994.

Ресурсы Интернет

1. TopAuthor.ru›CHto_budet_esli_ischeznet…treniya
2. class-fizika.narod.ru›Урок о трении