Исследовательская работа по теме "Исследование коэффициента трения спортивной обуви о различную поверхность"

XIX муниципальный конкурс исследовательских работ учащихся

Кунгурский муниципальный район

МБОУ «Плехановская средняя общеобразовательная школа»

Секция физики

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

ПО ТЕМЕ

«ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ СПОРТИВНОЙ ОБУВИ О РАЗЛИЧНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ»

Работу выполнил:

ученик 8а класса

МБОУ «Плехановская СОШ»

Сарапулов Иван

Руководитель:

учитель физики

МБОУ «Плехановская СОШ»

Дарийчук Надежда Евгеньевна,

Кунгурский район, 2014

 

Оглавление

ВВедение. 3

Теоретическая часть.. 5

Определение силы трения. 5

Типы спортивных покрытий. 6

Деревянные полы.. 6

Резиновые покрытия. 7

Цементные покрытия. 8

практическая часть. 10

Опыт «Зависимость силы трения подошвы  обуви о различную поверхность»  10

Трение о резиновое покрытие. 11

Трение о деревянное покрытие. 13

Трение о цементное покрытие. 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 19

Список используемой литературы... 20

 

 

 

 

 

 

 

ВВедение

 

Сопротивление движению возникает при скольжении одного тела по поверхности другого. Если соприкасаются твёрдые поверхности или твёрдые прослойки между телами, трение называют сухим.

Сила трения, действующая вдоль поверхности соприкосновения твёрдых тел, направлена против скольжения тела. Но не надо думать, что трение всегда препятствует движению – часто оно ему способствует (например при передвижении на лыжах, коньках)

При прокручивании колёс автомобиля сила трения шин о поверхность земли, препятствуя их проскальзыванию, действует со стороны дороги и направлена вперед, обеспечивая поступательное движение автомобиля. То же происходит при движении пешехода: сила трения подошвы обуви о поверхность земли или другого материала способствует перемещению человека. Чем сильнее трение, тем больше соответствующая сила, поэтому его стараются не уменьшать, а увеличивать: покрытие дороги делают шероховатым, наносят на поверхность шины или подошвы обуви рельефные рисунки (протекторы). Вспомните, как трудно идти по скользкой дороге или как буксует автомобиль, стоящий на льду  или в грязи: колёса проскальзывают на месте, хотя мотор исправно вращает их.

Объектом исследования является спортивная обувь и сила трения.

Предметом исследования  выделена спортивная обувь с пластиковой, полиуретановой, каучуковой, резиновой подошвой.

Цель данной работы – исследование силы трения подошв спортивной обуви на различных поверхностях.

         Актуальность работы заключается в том, что в последнее время потребителю представлен очень богатый выбор спортивной обуви, также в спортивных залах и на спортивных площадках используются разнообразные покрытия. Наверняка, спортсмены задавались вопросом – влияет ли тип подошвы спортивной обуви на увеличение или уменьшении силы трения. Ввиду раскрытия этого вопроса были поставлены следующие задачи:

1.                   исследовать трение подошв обуви, изготовленных из разных материалов о различные поверхности на опыте;

2.                   определить коэффициент трения;

3.                   исследовать зависимость силы трения от силы тяжести и материалов поверхностей.

4.                   определить наиболее практичные материалы для изготовления подошв обуви.

Для того, чтобы ответить на поставленные вопросы автор провел множество опытов и изучил типы поверхностей, используемых в спортивных залах и на спортивных площадках.

Теоретическая часть

Определение силы трения

Что определяет величину силы сухого трения? Повседневный опыт свидетельствует: чем сильнее прижать поверхности тел друг к другу, тем труднее вызвать их взаимное скольжение и поддерживать его (например, лист бумаги, вложенный между страницами лежащий на столе толстой книги, проще вытащить из верхней части фолианта, чем из нижней). Прижимающая сила, действующая со стороны соседнего тела на трущуюся поверхность, перпендикулярна ей и называется силой нормального давления.

  В 1781 году Шарль Кулон, изучая трение деталей и верёвок, которые в то время были существенными частями механизмов, экспериментально становил, что сила трения F_тр. прямо пропорционально прижимающей силе N:                                           

                                       F_тр. = μ N;    N=F_тяж.

Коэффициент пропорциональности μ – коэффициент трения – определяется шероховатостью соприкасающихся поверхностей; для более гладких поверхностей он меньше. Например, после удара хоккейной клюшкой скользящая шайба быстрее останавливается на деревянном полу, чем на льду.

                        μ =

Типы спортивных покрытий

В данной части большое внимание уделим рассмотрению видов спортивных покрытий. Осветим особенности тех, которые встречаются в спортивных залах нашего района.

Деревянные полы

Большое распространение для устройства полов в закрытых спортивных залах получила доска, изготавливаемая из массива твердых пород дерева, обычно толщиной 22 мм (подробно была рассмотрена в разделе 2.4). Доски поставляются полностью обработанными в заводских условиях - отциклеванными, отшлифованными и покрытыми несколькими слоями износостойкого лака.

Разработаны следующие конструктивные варианты: невысокие полы "плавающей конструкции", разборные полы, одно- и двухлаговые конструкции, полы на клипах.

Система лаг отвечает различным требованиям, предъявляемым к многофункциональным половым покрытиям. Создается требуемый баланс между упругостью и отскоком мяча при играх с "быстрым мячом" (баскетбол, волейбол, гандбол и бадминтон). Высокое ударопоглощение в сочетании с хорошими характеристиками трения снижают риск получения травм на площадке и повышают комфортабельность при использовании этих полов для гимнастики, аэробики и классических танцев. Системы могут быть установлены на неровную бетонную поверхность.

Разработаны также модульные деревянные спортивные полы, которые состоят из модульных подконструкции заводского изготовления. Секции просто распаковываются и укладываются на черновой пол, скрепляясь между собой без механического фиксирования.

Специальные мероприятия могут требовать устройства временных покрытий — для таких случаев разработаны переносные деревянные полы, состоящие из отдельных секций, специально выкроенных для конкретных помещений.

Наряду с массивом широко используется многослойная паркетная доска. Также поверхность доски покрывается в заводских условиях несколькими слоями высокопрочного лака. Конструкции деревянных полов с использованием многослойной паркетной доски аналогичны конструкциям с использованием доски из массива.

В спортивных залах часто используют деревянные палубные полы. Нередко они изготавливаются из бруса хвойных пород (например, 70x50 мм), уложенного на ребро. Решающее значение имеет качество самой древесины, ее влажность и геометрия бруса. Деревянные полы укладываются на специальную эластичную подложку или непосредственно на ровное цементное основание (на гидроизоляционную пленку). Деревянные полы чаще всего покрывают специальным лаком.

Резиновые покрытия

Покрытия, имеющие в основе резиновую крошку, на сегодняшний день получили большое распространение при строительстве различных открытых спортивных сооружений, а также на открытых теннисных кортах, детских площадках, спортивных площадках для игры в баскетбол, бейсбол, волейбол и в других универсальных спортивных площадках.

Данные резиновые покрытия, как правило, изготавливаются из резинового гранулята с применением полиуретанового связующего, посредством бесшовного метода, благодаря чему, в свою очередь, значительно увеличивается их срок эксплуатации. Следует также отметить, что обычно толщина покрытия не превышает 10-15 миллиметров. Немаловажное значение имеет и то, что такое покрытие обладает множеством уникальных характеристик. Среди таких характеристик можно выделить превосходную устойчивость против воздействия атмосферных осадков и ультрафиолетовых лучей, оптимальную поверхность с противоскользящим свойством, высокую прочность разнообразную цветовую палитру, отсутствие стыков, длительный эксплуатационный срок, соответствие самым высшим требованиям атлетов, износостойкость и водонепроницаемость. Необходимо сказать и о том, что данное покрытие теннисного корта может снизить риск получения спортсменами разного рода травм, кроме того, оно обладает превосходно   подслойной    адгезией.     

         Покрытие из резиновой крошки также применяется для беговых дорожек стадионов или же оно может использоваться для благоустройств территорий и площадок для спортивных игр во дворах, возле гаражей частных домов. А благодаря тому, что изготовленные на основе резиновой крошки открытые системы покрытий обладают такой важной характеристикой, как водопроницаемость, образование луж после дождя на этих площадках невозможно. Также это позволяет использовать резиновые покрытия возле деревьев без всяческого ущерба.

         Полиуретановые покрытия из резины, хорошо защищены от негативного влияния шипов. При этом покрытие из резины очень легко поддается ремонту- всего после нескольких лет активного применения можно достаточно просто обновить его верхний слой по очень недорогой цене. И вы вновь получите практически новенькую спортивную или детскую площадку.

Цементные покрытия

Системы промышленных полов на основе полиуретан-цемента и акрил-цемента были специально разработаны для предприятий повышенной проходимости. Это связано с их уникальными свойствами выдерживать большие нагрузки.

Данные покрытия относительно трудоемки в исполнении, однако позволяют исключить отслаивания от чернового основания  даже при образовании трещин в бетоне или при глубоких сколах покрытия. Поверхность покрытий остается противоскользящей даже при длительной эксплуатации.

Возможность изготовления скругленного плинтуса из этого материала позволяет создать бесшовную гидроизолирующую чашу без острых углов в местах стыка стены и пола

практическая часть

Опыт «Зависимость силы трения подошвы
обуви о различную поверхность»

Цель проводимого опыта состояла в исследовании зависимости силы трения подошвы обуви о различную поверхность.

Опыт проводился как в специализированных магазинах, так и в домашних условиях. Опыт заключался в следующем: прикреплённую к динамометру обувь я тянула равномерно вдоль различных поверхностей, снимала показания динамометра в таком положении, а также измеряла силу тяжести данной обуви; с помощью полученных результатов подсчитала коэффициенты трения различной обуви о разную поверхность.

Приборы и материалы, используемые в опыте:

1) обувь с пластиковой подошвой (на примере ботинок фирмы Red Rose), полиуретановой (на примере ботинок фирмы Centro), каучуковой (на примере ботинок фирмы Bretti) и резиновой подошвой (на примере ботинок фирмы Basconi);

2) ковровая, цементная, и паркетная поверхности;

3) динамометр.

 Следует учитывать, что если подошва называется каучуковой, то она не состоит на 100% из каучука, она содержит множество других элементов в своём составе, но содержание каучука в ней преобладает. Также и с пластиковой, полиуретановой, резиновой подошвами. 

 Порядок проведения опыта:

1. Измерение силы тяжести, действующей на ботинок с пластиковой подошвой. Для этого подвесили его к динамометру.

2.  Положили  ботинок с пластиковой подошвой на резиновое покрытие и протянули его с равномерной скоростью по поверхности приблизительно около метра, сняв показания динамометра в этом положении.

Рис. 1

3. Повторили опыт, подсчитала среднее значение силы трения для получения более точных результатов, вычислили коэффициент трения.

4. Протянули ботинок по цементной и деревянной поверхностям, сняли показания динамометра.

5. Повторили опыты и подсчитали среднее значение силы трения для получения более точных результатов, вычислили коэффициент трения.

6. Полученные данные занесли в таблицы.

Трение о резиновое покрытие

Фирма обуви	Материал подошвы	Материал поверхности	Fтяж., Н	Fтр., Н (средн.значение)	Коэффициент трения μ
Red Rose	пластик	резиновое покрытие	2,5	1,55	0,62
Centro	полиуретан	резиновое покрытие	2,5	2,3	0,92
Bretti	каучук	резиновое покрытие	2,1	1,8	0,86
Basconi	резина	резиновое покрытие	3,4	2,7	0,8

Подсчёт среднего значения силы трения о резиновое покрытие

Red Rose (пластик)

Centro (полиуретан)

Bretti (каучук)         

Basconi (резина)    

Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о резиновое покрытие

μ =

Red Rose (пластик)  μ

Centro (полиуретан)  μ

Bretti (каучук)          μ

Basconi (резина)       μ

Трение о деревянное покрытие

Фирма обуви	Материал подошвы	Материал поверхности	Fтяж., Н (средн. значение)	Fтр., Н (средн. значение)	Коэффициент трения μ
Red Rose	пластик	деревянное покрытие	2,5	0,9	0,36
Centro	полиуретан	деревянное покрытие	2,5	1,4	0,56
Bretti	каучук	деревянное покрытие	2,1	1,05	0,5
Basconi	резина	деревянное покрытие	3,4	1,4	0,41

Подсчёт среднего значения силы трения о деревянное покрытие

Red Rose (пластик)

Centro (полиуретан)

Bretti (каучук)        

Basconi (резина)    

Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о деревянное покрытие

μ =

Red Rose (пластик)  μ

Centro (полиуретан)  μ

Bretti (каучук)          μ

Basconi (резина)      μ

Трение о цементное покрытие

Фирма обуви	Материал подошвы	Материал поверхности	Fтяж., Н (средн. значение)	Fтр., Н (средн. значение)	Коэффициент трения μ
Red Rose	пластик	цементное покрытие	2,5	0,5	0,2
Centro	полиуретан	цементное покрытие	2,5	0,8	0,32
Bretti	каучук	цементное покрытие	2,1	0,55	0,26
Basconi	резина	цементное покрытие	3,4	0,78	0,23

Подсчёт среднего значения силы трения о цементное покрытие

Red Rose (пластик)

Centro (полиуретан)

Bretti (каучук)        

Basconi (резина)    

Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о цементное покрытие

μ =

Red Rose (пластик)  μ

Centro (полиуретан)  μ

Bretti (каучук)          μ

Basconi (резина)       μ

Диаграмма «Коэффициенты трения»

Таким образом, проведя опыт, можно сделать вывод, что  наибольший коэффициент трения у подошвы сделанной из полиуретана, затем каучук, резина, и наименьший коэффициент у пластиковой подошвы. Из этого следует, что при покупке обуви следует учитывать особенности подошв и погодных условий, в которых вы будете носить данную обувь. В зимнее время лучше покупать обувь с полиуретановой подошвой, так как она имеет наибольший коэффициент трения по различным поверхностям (видно из диаграммы 1), и это поможет избежать падений и травм в зимнее время, когда на улице гололёд. Также полиуретан обладает хорошей устойчивостью к различным температурам и прочностью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При проведении опытов автор исследовал трение подошв спортивной обуви, изготовленных из разных материалов о различные поверхности, определил коэффициенты трения различных материалов. Автор сделал вывод, что наибольший коэффициент трения у подошвы сделанной из полиуретана, затем каучук, резина, и наименьший коэффициент у пластиковой подошвы.

Также автор сделал заключение о зависимости силы трения от соприкасающихся материалов, построил диаграмму коэффициентов трения различных материалов.

Можно сделать вывод, что наиболее практичные материалы для изготовления подошв обуви - это полиуретановая подошва, так как она имеет наибольший коэффициент трения по различным поверхностям (видно из диаграммы 1), и это поможет избежать падений и травм практически на любой поверхности.

Для себя автор делает вывод, что лучше всего покупать обувь с полиуретановой подошвой, данную рекомендацию автор озвучил на секции баскетбола и легкой атлетики. Не желательно покупать обувь с пластиковой подошвой, особенно для занятий в зимнее время.

Список используемой литературы

1.   Аксёнова М., Володин В. Энциклопедия «Физика»: Москва «Аванта», 2005. 

2.   Внеурочная работа по физике/ Под ред. О. Ф. Кабардина. – Москва, 2012

3.   Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. – Москва, 2007

4.   Пёрышкин А.В., Гутник Е.М. Физика: Москва «Дрофа», 2003

5.   Пяртель Энн. Рабочая тетрадь по физике: Таллин «Коолибри», 2004

6.   Шахмаев Н.М., Шахмаев С.Н., Шодиев Д.Ш. Физика: Москва «Просвещение», 2005

7.   Шишкин Н.И. Клуб юных физиков: Москва «Просвещение», 2004

Краткое описание документа:

ВВедение.. 3

Теоретическая часть.. 5

Определение силы трения. 5

Типы спортивных покрытий. 6

Деревянные полы

.. 6

Резиновые покрытия. 7

Цементные покрытия. 8

практическая часть.. 10

Опыт «Зависимость силы трения подошвы  обуви о различную поверхность»  10

Трение о резиновое покрытие. 11

Трение о деревянное покрытие. 13

Трение о цементное покрытие. 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 19

Список используемой литературы

 Сопротивление движению возникает при скольжении одного тела по поверхности другого. Если соприкасаются твёрдые поверхности или твёрдые прослойки между телами, трение называют сухим.

Сила трения, действующая вдоль поверхности соприкосновения твёрдых тел, направлена против скольжения тела. Но не надо думать, что трение всегда препятствует движению – часто оно ему способствует (например при передвижении на лыжах, коньках)

При прокручивании колёс автомобиля сила трения шин о поверхность земли, препятствуя их проскальзыванию, действует со стороны дороги и направлена вперед, обеспечивая поступательное движение автомобиля. То же происходит при движении пешехода: сила трения подошвы обуви о поверхность земли или другого материала способствует перемещению человека. Чем сильнее трение, тем больше соответствующая сила, поэтому его стараются не уменьшать, а увеличивать: покрытие дороги делают шероховатым, наносят на поверхность шины или подошвы обуви рельефные рисунки (протекторы). Вспомните, как трудно идти по скользкой дороге или как буксует автомобиль, стоящий на льду  или в грязи: колёса проскальзывают на месте, хотя мотор исправно вращает их.

Объектом исследования является спортивная обувь и сила трения.

Предметом исследования  выделена спортивная обувь с пластиковой, полиуретановой, каучуковой, резиновой подошвой.

Цель данной работы – исследование силы трения подошв спортивной обуви на различных поверхностях.

         Актуальность работы заключается в том, что в последнее время потребителю представлен очень богатый выбор спортивной обуви, также в спортивных залах и на спортивных площадках используются разнообразные покрытия. Наверняка, спортсмены задавались вопросом – влияет ли тип подошвы спортивной обуви на увеличение или уменьшении силы трения. Ввиду раскрытия этого вопроса были поставлены следующие задачи:

1.                  исследовать трение подошв обуви, изготовленных из разных материалов о различные поверхности на опыте;

2.                  определить коэффициент трения;

3.                  исследовать зависимость силы трения от силы тяжести и материалов поверхностей.

4.                  определить наиболее практичные материалы для изготовления подошв обуви.

Для того, чтобы ответить на поставленные вопросы автор провел множество опытов и изучил типы поверхностей, используемых в спортивных залах и на спортивных площадках.