«Современные подошвы утюгов и коэффициент трения»

Слайд 1

Городская конференция исследовательских работ «Юность. Наука. Культура» Научное направление: Физика Современные подошвы утюгов и коэффициент трения г. Ноябрьск 2016г. Авторы: Розумиенко Светлана и Абдуллин Эдуард МБОУ СОШ №6, 8б класс Научный руководитель: М.Г. Акульшина учитель физики

Слайд 2

состоит в том, что в ходе работы мы постараемся дать ответ на вопрос: какие из используемых нами утюгов имеют меньшее значение коэффициента трения и действительно ли коэффициент уменьшается при нагревании утюга Цель: Исследовать коэффициенты трения утюгов с подошвой из нержавеющей стали и с керамическим покрытием при разных режимах работы электроприбора. Актуальность работы

Слайд 3

Задачи: 1. С помощью цифровой лаборатории «Архимед» провести серию измерений силы трения скольжения, вычислить и сравнить коэффициенты трения утюгов с подошвами из нержавеющей стали, керамики и металлокерамики по поверхности ткани. 2. Рассчитать и сравнить силы трения скольжения подошв разных утюгов при одинаковой нагрузке; 3. Исследовать зависит ли коэффициент трения утюгов с керамическим покрытием от нагрева. 4. Исследовать зависит ли коэффициент трения от подачи пара.

Слайд 4

Гипотеза: коэффициент трения утюга зависит от материала поверхности его подошвы; коэффициент трения утюга с современными покрытиями уменьшается при нагревании; коэффициент трения утюга уменьшается в режиме работы «отпаривание».

Слайд 5

Методы исследования: теоретический, основанный на повторении материала по теме «Сила трения» и практический, основанный на экспериментальном определении силы трения скольжения с помощью цифровой лаборатории «Архимед», а также на расчёте коэффициента трения. Объект исследования сила трения скольжения. Предмет исследования коэффициент трения.

Слайд 6

Сила трения и природа её возникновения Сила трения – это сила взаимодействия между соприкасающимися телами, препятствующая перемещению одного тела относительно другого. Природа силы трения - электромагнитная

Слайд 7

Как измерить силу трения скольжения? При равномерном движении тела сила упругости динамометра будет уравновешена силой трения скольжения.

Слайд 8

От чего зависит сила трения? C ила трения прямопропорциональна силе нормального давления F тр = µ N ; N = F тяж = mg Коэффициент пропорциональности µ – коэффициент трения: µ = F тр / N зависит от материала и физического состояния трущихся поверхностей Для твердых тел сила трения практически не зависит от площади соприкасающихся поверхностей Уменьшить силу трения скольжения можно, уменьшая нагрузку или вводя жидкие смазки

Слайд 9

О современных материалах подошв утюгов Первые утюги разогревались обычными углями, изготавливались из чугуна В настоящее время утюги производят с несколькими основными типами подошв: из алюминия нержавеющей стали керамики и металлокерамики

Слайд 10

Алюминиевые подошвы Достоинства : Утюги лёгкие, быстро нагреваются и быстро остывают. Недостатки: На подошве из алюминия быстро появляются царапины.

Слайд 11

Подошва из нержавеющей стали Достоинства : надежные, долговечные и в меньшей степени подвержены повреждениям. Недостатки: Недостатки: утюги со стальными подошвами достаточно тяжелые, быстро загрязняются.

Слайд 12

Подошва из керамики и металлокерамики Подошва из керамики Достоинства : обладают повышенной степенью скольжения по сравнению с металлическими подошвами Недостаток: эмаль – это очень хрупкий материал Металлокерамика, в отличие от керамических покрытий, отличается износостойкостью, сравнимой с нержавеющей сталью.

Слайд 13

Тефлоновые подошвы Достоинства : Тефлоновое покрытие поверхностей позволяет исключать возможности прилипания определенных тканей, прижигание или порчи вещей. Недостаток: тефлон часто и очень быстро портится

Слайд 14

Практическая часть Для своих исследований мы взяли три утюга: Подошва утюга Maxswell из нержавеющей стали. Утюги Magnit имеют керамическое покрытие. Подошва утюгов Tefal металлокерамическая.

Слайд 15

Эксперимент №1 Цель: вычислить коэффициент трения для утюгов с разными материалами подошв

Слайд 16

Для эксперимента мы приготовили небольшой лист фанеры и обтянули его несколькими слоями бязи - хлопчатобумажной тканью. В настройках цифровой лаборатории «Архимед» устанавливаем частоту замеров 500 в секунду. Прикрепленный к датчику силы утюг тянем равномерно параллельно поверхности ткани. На экране регистрируется график. Снимаем по три значения силы трения. Находим среднее значение. С помощью электронных весов находим массу утюга. Вычисляем вертикальную нагрузку, равную силе тяжести. Результаты заносим в таблицу. Проводим расчеты коэффициента трения утюгов с разным покрытием.

Слайд 17

Материал подошвы утюга Матери - ал поверх – ности Мас - са утюга m, кг Верти - каль - на я нагруз - ка N=Fтяж , Н Сила трения скольжения Среднее значение силы трения Fтр.ср.,Н Коэф - фициент трения, μ Fтр. 1 ,Н Fтр. 2 ,Н Fтр. 3 ,Н Нержавеющая сталь (Maxswell) Хлопча - т о бумажная ткань (бязь) 0,92 9,02 1,70 1,76 1,79 1,76 0,19 керамика (Magnit) 1,09 10,68 1,56 1,54 1,49 1,53 0,14 Металлокерамика (Tefal) 1,97 19,31 4,14 4,16 4,15 4,14 0,21

Слайд 18

Расчёт силы трения, которая возникнет при скольжении лёгких утюгов при той же вертикальной нагрузке, что и у самого тяжёлого утюга Tefal в нашем эксперименте Используем формулу F тр = µ N , где N =19,31Н, µ - это вычисленные нами коэффициенты трения. Для утюга из нержавеющей стали: F тр = µ N = 0,19 · 19,31Н = 3,67Н Для утюга с керамическим покрытием: F тр = µ N = 0,14 · 19,31Н = 4,14Н

Слайд 19

Вывод: Эксперимент показал, что наименьшим коэффициентом трения обладает утюг с керамическим покрытием ( Magnit ). При меньшем весе утюга с подошвой из нержавеющей стали коэффициент трения оказался больше. 2. Из проведённых расчётов видно, что при одинаковой вертикальной нагрузке наименьшая сила трения возникает при скольжении утюга с керамическим покрытием ( Magnit ).

Слайд 20

Сравнительная диаграмма значений силы трения и коэффициентов трения нержавеющая сталь керамика металлокерамика (Maxswell) (Magnit) (Tefal) нержавеющая сталь керамика металлокерамика (Maxswell) (Magnit) (Tefal)

Слайд 21

Эксперимент №2 Цель: Выяснить, как изменяется коэффициент трения при нагревании утюгов с покрытием (без пара). Материал подошвы утюга N=Fтяж., Н Сила трения скольжения Среднее значение силы трения Fтр.ср.,Н Коэффициент трения, μ Fтр. 1 ,Н Fтр. 2 ,Н Fтр. 3 ,Н нержавеющая сталь (Maxswell) 9,02 1, 75 1, 80 1, 71 1, 75 0,1 9 керамика (Magnit) 10,68 1,31 1,27 1,23 1,27 0,12 металлокерамика(Tefal) 19,31 3,47 3,45 3,50 3,47 0,18

Слайд 22

Вывод: При нагревании утюгов до максимальной температуры без пара наблюдается уменьшение коэффициента трения скольжения для покрытий из керамики и металлокерамики. Максимальное снижение коэффициента трения на 0,03 у утюга Tefal . Для подошвы из нержавеющей стали коэффициент не изменился.

Слайд 23

Сравнительная диаграмма коэффициентов трения в экспериментах №1 и №2 нержавеющая сталь к ерамика металлокерамика (Maxswell) (Magnit) (Tefal)

Слайд 24

Эксперимент №3 Цель: Исследовать, как измениться коэффициент трения при работе утюга в режиме отпаривания. Материал подошвы утюга N=Fтяж., Н Сила трения скольжения Среднее значение силы трения Fтр.ср.,Н Коэффициент трения, μ Fтр. 1 ,Н Fтр. 2 ,Н Fтр. 3 ,Н нержавеющая сталь (Maxswell) 9,02 1, 65 1, 71 1, 60 1, 65 0,1 8 керамика (Magnit) 10,68 1,19 1,22 1,21 1,21 0,11 металлокерамика(Tefal) 19,31 3,27 3,28 3,26 3,27 0,17

Слайд 25

Вывод: Эксперимент показал, что коэффициент трения уменьшился при работе утюга в режиме отпаривания для всех типов покрытия подошвы утюгов. Уменьшение незначительное на 0,01 в каждом опыте по сравнению с режимом без пара. По сравнению с трением холодного утюга по той же поверхности: Maxswell на 0,01; Magnit на 0,03; Tefal на 0,04.

Слайд 26

Сравнительная диаграмма коэффициентов трения в экспериментах №1, №2 и №3

Слайд 27

Заключение 1. В своей работе мы выяснили, что наименьшим коэффициентом трения обладает недорогой и лёгкий утюг с керамическим покрытием. 2 . Убедились, что действительно при нагреве утюгов и глажении без пара, коэффициент трения хоть и незначительно, но снижается. Для утюга Tefal получено максимальное снижение на 0,03. Производители утверждают, что такое покрытие способно менять свою структуру, становясь более гладким при увеличении температуры, и чем сильнее нагревается подошва, тем легче она скользит по ткани. Мы в этом убедились.

Слайд 28

3. Выяснили, что при работе в режиме отпаривания, коэффициент трения также незначительно уменьшается. Подача пара в утюгах фирмы Tefal происходит через 1094 отверстия в подошве. Ткань отлично увлажняется и отпаривается. Но наш эксперимент показал, что количество отверстий мало влияет на снижение трения. Например, утюг Magnit имеет 27, а Maxswell 92 отверстия, но коэффициент трения в режиме отпаривания у них уменьшился одинаково.

Слайд 29

Литература Агофонов А.В., Сафиуллин Р.К., Скворцов А.И., Таюрский Д.А. Физика вокруг нас: Качественные задачи по физике. Изд. 3-е испр. – М.: Дом педагогики, 1998. Буров В.А., Дик Ю.И., Зворыкин Б.С. Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7 -11 классах общеобразовательных учреждений. Пёрышкин А.В. Физика. 7 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений/ - М.: Дрофа. 2013. Познавательный Интернет-журнал "Умеха - мир самоделок" Самоделки, советы, ответы,кулинарные рецепты и статьи. « Всё об утюгах» //[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://umeha.3dn.ru/publ/6-1-0-3507 Tefal Program 8: инновации из Франции //[Электронный ресурс] / Режим доступа: http://zoom.cnews.ru/publication/item/11561