Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Конспекты / Научно-исследовательская работа ученика «Исследование зависимости безопасности движения от силы трения»
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 24 мая.

Подать заявку на курс
  • Физика

Научно-исследовательская работа ученика «Исследование зависимости безопасности движения от силы трения»

библиотека
материалов


Муниципальное Автономное Общеобразовательное Учреждение средняя общеобразовательная школа №5 с углубленным изучением химии и биологии











«Исследование зависимости

безопасности движения от силы трения»
















Выполнил:

Горин А учащийся 9 «в» класса

Руководитель:

Куракова Н. А.

учитель физики






Содержание:

  • Введение 3-4

  • Теоретическая часть 5-15

  • Практическая часть 16-24

  • Заключение 25

  • Литература 26

1.Введение

Актуальность

Актуальность выбранной мной темы, заключается в следующем: участились случаи травматизма школьников, произошедшие в школе или на прилежащей к ней территории. Например: 2010год- 1 человек получил травму, 2011 - не зафиксированы случаи травматизма, 2013 - году зафиксирован 1 случай, 2014 - 3 случая в школе и 2 за ее пределами.

Изучив такие документы «Санитарные правила и нормы в организации деятельности образовательных учреждений», «Система стандартов безопасности труда» я не нашел рекомендации о том, какие виды линолеумов можно использовать.

Улица Клары Цеткин, на которой находится наша школа, имеет оживленное автомобильное движение. Чтобы попасть в школу, учащиеся должны переходить дорогу и возникают опасные ситуации.

Наше государство заботится о сохранении здоровья нации, но невозможно сохранить здоровье нации без просветительской работы среди подростков, так как каждый должен знать опасные участки, где они могут поскользнуться и получить травму. Например, на льду. Важно выполнять правила поведения, которые регулируют поведение учащихся не только в школе, но и за ее пределами. Например, на дорогах.

Наглядный урок, убеждающий нас в огромной важности трения, даёт нам гололедица. Застигнутые на улице, мы оказываемся беспомощными, и все время рискуем упасть. Однако ничтожное трение на льду может быть успешно использовано технически. Уже обыкновенные сани служат тому примером. Еще лучше свидетельствует об этом так называемые ледяные дороги, которые устраивали для вывозки леса с места рубки к железной дороге. На такой дороге, имеющей гладкие ледяные рельсы, две лошади тащат сани, нагруженные 70 тоннами бревен.

Та же мысль возникает у нас, когда мы едем на велосипеде по скользкой дороге или когда нога скользит по льду. Изучая подобные явления, мы приходим к открытию тех следствий, к которым приводит трение. Инженеры стремятся по возможности устранить его в машинах – и хорошо делают. В прикладной механике о трении говорится как о крайне нежелательном явлении, и это правильно, - однако лишь в узкой специальной области. Во всех прочих случаях мы должны быть благодарны трению: оно даёт нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и чернильница упадут на пол, что стул будет скользить, пока не упрется в угол, а ручка выскользнет из пальцев».

Цель:

Изучить влияние силы трения на безопасность движения в школе и за ёё пределами.

Задачи:

1.Выявить наиболее опасные участки в школе, а также за ее пределами, на которых учащиеся могут поскользнуться, получить травму. Например, в коридорах школы – линолеум, в столовой и вестибюле – бетон, в спортивном зале – деревянный пол. За пределами школы – это лёд, асфальт.

2.Рассчитать коэффициент трения в разных участках школы.

3.Дать практические рекомендации о том, какие типы покрытий можно использовать в школах. так как изучив такие документы, как «Санитарные правила и нормы в организации деятельности образовательных учреждений» этой информации нет.

План работы:

1. Сбор теоретического материала по выбранной теме

2. Вывод расчетных формул

3. Проведение экспериментов

4. Получение и обработка экспериментальных данных

5. Сравнительный анализ различных типов покрытий

6. Рекомендации по типам покрытий в школьных помещениях

Методы исследования:

  1. Изучение научной литературы

  2. Проведение экспериментов

  3. Сравнительный анализ полученных результатов

2. Теоретическая часть

1.Немного истории

Леонардо да Винчи как ученый обогнал свою эпоху на века. Среди бесчисленных научных достижений и первая формулировка законов трения. Он утверждал, что сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна нагрузке (силе прижатия), направлена против направления движения и не зависит от площади контакта. Модель Леонардо была переоткрыта через 180 лет Г. Амонтоном и получила окончательную формулировку в работах Ш.О. Кулона (1781). Амонтон и Кулон ввели понятие коэффициента трения как отношения силы трения к нагрузке, придав ему значение физической константы, полностью определяющей силу трения для любой пары контактирующих материалов. До сих пор именно эта формула:

Fтр = µN,

где N – реакция опоры, а Fтр - сила трения, является единственной формулой, фигурирующей в учебниках по физике, а значения коэффициента трения µ для различных материалов (сталь по стали, сталь по бронзе, чугун по коже и т.д.) входят в стандартные инженерные справочники и служат базой для традиционных технических расчетов. Однако уже в XIX веке стало ясно, что закон Амонтона-Кулона не дает правильного описания силы трения, а коэффициенты трения отнюдь не являются универсальными характеристиками. Прежде всего было отмечено, что коэффициенты трения зависят не только от того, какие материалы контактируют, но и от того, насколько гладко обработаны контактирующие поверхности. Выяснилось также, что сила статического трения отличается от силы трения при движении.

Быстро развивавшаяся техника XX века требовала все большего внимания к исследованию трения. В 30-е годы исследования в области трения стали настолько интенсивными, что потребовалось выделить их как специальную науку - трибологию, лежащую на стыке механики, физики поверхностных явлений и химии (создание новых смазочных материалов - дело химиков). Только в США в этой области работают в настоящее время более 1000 исследователей, и в мировой науке ежегодно публикуется более 700 статей. Рассказать обо всем и упомянуть всех невозможно и дальше будет сделана попытка описать только общую картину и упомянуть только некоторые интересные результаты.

2.Что такое сила трения?

С трением мы сталкиваемся на каждом шагу. Вернее было бы сказать, что без трения мы и шагу ступить не можем. Но несмотря на ту большую роль, которую играет трение в нашей жизни, до сих пор не создана достаточно полная картина возникновения трения. Это связано даже не с тем, что трение имеет сложную природу, а скорее с тем, что опыты с трением очень чувствительны к обработке поверхности и поэтому трудно воспроизводимы.


Определение: Сила трения – сила, возникающая при соприкосновении поверхностей тел, препятствующая их относительному перемещению, направленная вдоль поверхности соприкосновения.

Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения, то такая же по модулю, но направленная в противоположную сторону сила действует и на второе тело. Силы трения, как и упругие силы, имеют электромагнитную природу. Они возникают вследствие взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел.

Первые исследования трения, о которых мы знаем, были проведены Леонардо да Винчи примерно 500 лет назад. Он измерял силу трения, действующую на деревянные параллепипеды, скользящие по доске, причём, ставя бруски на разные грани, определял зависимость силы трения от площади опоры. Но работы Леонардо да Винчи стали известны уже после того, как классические законы трения были вновь открыты французскими учёными Амонтоном и Кулоном в XVII – XVIII веках. Вот эти законы:

1. Величина силы трения F прямо пропорциональна величине силы нормального давления N тела на поверхность, по которой движется тело, т.е. F = µN;

2. Сила трения не зависит от площади контакта между поверхностями;

3. Коэффициент трения зависит от свойств трущихся поверхностей;

4. Сила трения не зависит от скорости движения тела.

Рассмотрим на молекулярном уровне возникновение силы трения. Из-за неровностей поверхностей они касаются друг друга только в отдельных точках на вершинах выступов. Здесь молекулы соприкасающихся тел подходят на расстояния, соизмеримые с расстоянием между молекулами в самих телах, и сцепляются. Образуется прочная связь, которая рвётся при нажиме на тело. При движении тела связи постоянно возникают и рвутся. При возникают колебания молекул. На эти колебания и тратится энергия.

Площадь действительного контакта обычно порядка тысяч квадратных микронов. Она практически не зависит от размеров тела и определяется природой поверхностей, их обработкой, температурой и силой нормального давления. Если на тело надавить, то выступы сминаются, и площадь действительного контакта увеличивается. Увеличивается и сила трения.

При значительной шероховатости поверхностей большую роль в увеличении силы трения начинает играть механическое зацепление между “холмами”. Они при движении сминаются, и при этом тоже возникают колебания молекул.

Вот пример. Когда хотят вытащить гвоздь из стенки без помощи клещей, его сгибают и тащат, поворачивая одновременно вокруг оси. По той же причине при резком торможении автомобиль теряет управление и машину “заносит”: колёса скользят по дороге, за счёт неровностей дороги возникает боковая сила.

Обычно считают, что, для того чтобы сдвинуть тело с места, по нему нужно приложить большую силу, чем для того, чтобы тащить тело. В большинстве случаев это связано с загрязнениями поверхностей трущихся тел. Так, для чистых металлов такого скачка силы трения не наблюдается.

При равномерном движении смычка скрипки струна увлекается им и натягивается. Вместе с натяжением струны увеличивается сила трения между смычком и струной. Когда величина силы трения становится максимально возможной, струна начинает проскальзывать относительно смычка. Если бы сила трения не зависела от относительной скорости смычка и струны, то, очевидно, отклонение струны от положения равновесия не изменялось бы. Но при проскальзывании трение уменьшается, поэтому струна начинает двигаться к положению равновесия. При этом относительная скорость струны увеличивается, а это ещё уменьшает силу трения. Когда же струна, совершив колебания, движется в обратном направлении, её скорость относительно смычка уменьшается, смычёк опять захватывает струну, и всё повторяется сначала. Так возбуждаются колебания струны. Эти колебания незатухающие, поскольку энергия, потерянная струной при её движении, каждый раз восполняется работой силы трения, подтягивающей струну до положения, при котором струна срывается.


3.Виды трения


Внешнее


Внешним называют такой вид трения, при котором в местах соприкосновения твердых тел возникают силы, затрудняющие взаимное перемещение тел и направленные по касательной к их поверхностям.

Внешнее трение подразделяют на трение покоя (статическое трение) и кинематическое трение. Трение покоя возникает между неподвижными твердыми телами, когда какое-либо из них пытаются сдвинуть с места. Кинематическое трение существует между взаимно соприкасающимися движущимися твердыми телами. Кинематическое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения.

Трение покоя, скольжения

Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя

Силами сухого трения называют силы, возникающие при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Они всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям. Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения (Fтр)max.

hello_html_m10a13350.png

1

hello_html_387f79d4.png

Сила трения покоя (υ = 0).

Наблюдения показывают, что сила трения покоя всегда направлена противоположно действующей на тело внешней силе, стремящейся привести это тело в движение. До определенного момента сила трения покоя у hello_html_531121c2.pngвеличивается с возрастанием внешней силы, уравновешивая последнюю. Максимальное значение силы трения покоя пропорционально модулю силы Fд давления, производимого телом на опору.

По третьему закону Ньютона сила Fд давления тела на опору равна по модулю силе N реакции опоры. Поэтому максимальная сила трения покоя пропорциональна силе реакции опоры. Для модулей этих сил справедливо следующее соотношение:

Fп=µN

где µ - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения покоя. Значение этого коэффициента зависит от материала и состояния трущихся поверхностей.


Если внешняя сила больше (Fтр)max, возникает относительное проскальзывание. Силу трения в этом случае называют силой трения скольжения. Она всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения и, вообще говоря, зависит от относительной скорости тел. Однако, во многих случаях приближенно силу трения скольжения можно считать независящей от величины относительной скорости тел и равной максимальной силе трения покоя. Эта модель силы сухого трения применяется при решении многих простых физических задач.

hello_html_53681c8f.png

2

Опыт показывает, что сила трения скольжения пропорциональна силе нормального давления тела на опору, а следовательно, и силе реакции опоры

Fтр = (Fтр)max = μN.


 поверхности и от качества их обработки.

Если сделать поверхности более гладкими, значение µ уменьшится. Однако уменьшать шероховатость поверхностей можно лишь до определенного предела, так как при очень гладких (например, полированных) поверхностях значение µс вновь увеличивается. Происходит это потому, что молекулы тел с гладкими поверхностями близко подходят друг к другу и силы молекулярного притяжения между ними вызывают "прилипание" тел, препятствующее их скольжению.


Коэффициент пропорциональности µ называют коэффициентом трения скольжения.

Коэффициент трения µс – величина безразмерная. Обычно коэффициент трения меньше единицы. Он зависит от материалов соприкасающихся тел и от качества обработки поверхностей. При скольжении сила трения направлена по касательной к соприкасающимся поверхностям в сторону, противоположную относительной скорости.

hello_html_m41106950.png

3

Силы трения при скольжении (υ ≠ 0). hello_html_md545874.pngсила реакции опоры,– вес тела,. hello_html_m7e7c3815.pnghello_html_f8c7aa4.png

Прежде думали, что механизм трения не сложен: поверхность покрыта неровностями и трение есть результат подъёма скользящих частей на эти неровности; но это неправильно, ведь тогда не было бы потерь энергии, а на самом деле энергия на трение тратится. Механизм потерь иной. И здесь крайне неожиданным оказывается, что эмпирически это трение можно приближенно описать простым законом. Сила нужная для того, чтобы преодолевать трение и тащить один предмет по поверхности другого, зависит от силы, направленной по нормали к поверхностям соприкосновения. Поверхность твёрдого тела обычно обладает неровностями. Например, даже у очень хорошо отшлифованных металлов в электронный микроскоп видны «горы» и «впадины» размером в 100-1000Å. При сжатии тел соприкосновение происходит только в самых высоких местах и площадь реального контакта значительно меньше общей площади соприкасающихся поверхностей. Давление в местах соприкосновения может быть очень большим, и там возникает пластическая деформация. При этом площадь контакта увеличивается, а давление падает. Так продолжается до тех пор, пока давление не достигнет определённого значения, при котором деформация прекращается. Поэтому площадь фактического контакта оказывается пропорциональной  сжимающей силе. В месте контакта действуют силы молекулярного сцепления (известно, например, что очень чистые и гладкие металлические поверхности прилипают друг к другу). Эта модель сил сухого трения (так называют трение между твёрдыми телами), по-видимому, близка к реальной ситуации в металлах. Если тело, например, просто лежит на горизонтальной поверхности, то сила трения на него не действует. Трение возникает, если попытаться сдвинуть тело, приложить к нему силу. Пока величина этой силы не превышает определённого значения, тело остаётся в покое и сила трения равна по величине и  обратна по направлению приложенной силе. Затем начинается движение. Может показаться удивительным, но именно сила трения покоя разгоняет автомобиль. Ведь при движении автомобиля колеса не проскальзывают относительно дороги, и между шинами и поверхностью дороги возникает сила трения покоя. Как легко видеть, она направлена в сторону движения автомобиля. Величина этой силы не может превосходить максимального значения трения покоя. Поэтому если на скользкой дороге резко нажать на газ, то автомобиль начнет буксовать. А вот если нажать на тормоза, то вращение колёс прекратится, и автомобиль будет скользить по дороге. Сила трения изменит своё направление и начнёт тормозить автомобиль. Сила трения при скольжении твёрдых тел зависит не только от свойств поверхностей и силы давления (это зависимость качественно такая же, как для трения покоя), но и от скорости движения. Часто с увеличением скорости сила трения сначала резко падает, а затем снова начинает возрастать.


Эта важная особенность силы трения скольжения как раз и объясняет, почему звучит скрипичная струна. Вначале между смычком и струной нет проскальзывания, и струна захватывается смычком. Когда сила трения покоя достигнет максимального значения, струна сорвется, и дальше она колеблется почти как свободная, затем снова захватывается смычком и т.д. Подобные, но уже вредные колебания могут возникнуть при обработке металла на токарном станке вследствие трения между снимаемой стружкой и резцом. И если смычок натирают канифолью, чтобы сделать зависимость силы трения от скорости более резкой, то при обработке металла приходится действовать наоборот (выбирать специальную форму резца, смазку и т.п.). Так что важно знать законы трения и уметь ими пользоваться. Кроме сухого трения существует ещё так называемое жидкое трение, возникающее при движении твёрдых тел в жидкостях и газах и связанное с их вязкостью. Силы жидкого трения пропорциональны скорости движения и обращаются в нуль, когда тело останавливается. Поэтому в жидкости можно заставить тело двигаться, прикладывая даже очень маленькую силу. Например, тяжелую баржу на воде человек может привести в движение, отталкиваясь то дна шестом, а на земле такой груз ему, конечно, не сдвинуть. Эта важная особенность сил жидкого трения объясняет, например, тот факт, почему автомобиль «заносит» на мокрой дороге. Трение становится жидким, и даже небольшие неровности дороги, создающие боковые силы, приводят к «заносу» автомобиля.


hello_html_64ef22d5.png

Трение качения



Трение качения возникает при качении (без скольжения) твердых тел круглой формы по поверхности других твердых тел.

Причина появления трения качения заключается в следующем. Под действием силы тяжести круглое твердое тело (например, шар или колесо), находящееся на плоской поверхности, деформируется, вследствие чего оно опирается не на одну точку, а на площадку больших или меньших размеров. Это приводит к тому, что, когда тело начинает катиться, точка А приложения реакции опоры смещается немного вперед от вертикали, проходящей через центр тяжести тела, а линия действия силы реакции опоры R отклоняется немного назад от этой вертикали (рис. 24). При этом нормальная составляющая Rн = N реакции опоры компенсирует силу тяжести F (т.е. Rн =-F), а не скомпенсированная тангенциальная составляющая Rт реакции опоры направлена против движения тела и играет роль силы трения качения Fк. Модуль силы трения качения Fк определяют по закону

Fк = Kк·N/r    

где Kк-безразмерный коэффициент трения качения; N=Rн - модуль нормальной составляющей силы реакции опоры; r - радиус катящегося тела.

Если мы сравним между собой коэффициенты всех видов внешнего трения для каких-либо двух материалов, из которых изготовлены соприкасающиеся тела, то увидим, что fп>fc>Kk, т. е. при прочих равных условиях наибольшим является трение покоя, а наименьшим - трение качения.

Возьмем деревянный цилиндр и положим его на стол так, чтобы он касался стола по образующей. В центры оснований цилиндра вставим концы проволочной вилки и прикрепим к ней снабженный очень чувствительный динамометр. Если тянуть за динамометр, то цилиндр покатится по столу. По показаниям динамометра увидим, что нужна весьма небольшая сила тяги, чтобы сдвинуть с места цилиндр и катить его равномерно дальше, гораздо меньшая, чем при скольжении того же цилиндра, если бы он не вращался и скользил бы по столу. При той же силе давления на стол сила трения качения много меньше силы трения скольжения. Например, при качении стальных колёс по стальным рельсам трение качения примерно в 100 раз меньше, чем трение скольжения. Поэтому в машинах стремятся заменить трение скольжения трением качения, применяя так называемые шариковые или роликовые подшипники. Происхождение трения качения можно наглядно представить себе так. Когда шар или цилиндр катится по поверхности другого тела, он немного вдавливается в поверхность этого тела, а сам немного сжимается. Таким образом, катящееся тело всё время как бы вкатывается на горку. Вместе с тем происходит отрыв участков одной поверхности от другой, а силы сцепления, действующие между этими поверхностями, препятствуют этому. Оба эти явления и вызывают силы трения качения. Чем твёрже поверхности, тем меньше вдавливание и тем меньше трение качения.


Силы трения качения обычно достаточно малы. При решении простых задач этими силами пренебрегают.

Внутреннее

Внутренним трением (вязкостью) называется вид трения, состоящий в том, что при взаимном перемещении слоев жидкости или газа между ними возникают касательные силы, препятствующие такому перемещению.

Сила вязкого трения значительно меньше силы сухого трения. Она также направлена в сторону, противоположную относительной скорости тела. При вязком трении нет трения покоя.

Сила вязкого трения сильно зависит от скорости тела. При достаточно малых скоростях Fтр ~ υ, при больших скоростях Fтр ~ υ2. При этом коэффициенты пропорциональности в этих соотношениях зависят от формы тела.

4.Сопротивление среды

Сила сопротивления движению возникает и при движении твердых тел в жидкостях и газах. В данном случае трение покоя вообще отсутствует, так как в жидкости или в газе сколь угодно малая сила может вывести тело из состояния покоя, сообщив ему ускорение.

При движении тела на него со стороны жидкости или газа действуют силы, направленные навстречу движению. Эти силы называют сопротивлением среды. Как силы трения, сопротивление среды всегда направленно против движения. Сопротивление среды можно рассматривать как один из видов трения. Особенностью сил трения в жидкости или газе является отсутствие трения покоя. Твёрдое тело лежащее на другом твёрдом теле, может быть сдвинуто с места, только если к нему приложена достаточно большая сила, превосходящая наибольшую силу трения покоя. При меньшей силе твёрдое тело с места не сдвинется, сколько бы времени эта сила ни действовала. Картина получается иной, если тело находится в жидкости. В этом случае, чтобы сдвинуть с места тело, достаточно сколь угодно малых сил: хотя и очень медленно, но всё же тело начнёт двигаться. Человек вообще никогда не сдвинет с места голыми руками камень весом в сто тонн. В то же время баржу весом в сто тонн, плавающую на воде, один человек, хотя и очень медленно, но всё же сможет двигать. Однако по мере увеличения скорости сопротивление среды сильно увеличивается, так что, сколько бы времени сила не действовала, она не сможет разогнать тело до большой скорости. Важной характеристикой жидких и газообразных сред является вязкость. Вязкость – свойство текучих тел (жидкостей и газов) сопротивляться перемещению одной их части относительно другой под действием внешних сил. Количественно вязкость определяется величиной касательной силы, которая должна быть приложена к единице площади сдвигаемого слоя, чтобы поддерживать в этом слое ламинарное течение с постоянной скоростью относительно сдвига, равной единице. Вязкость газов и жидкостей, согласно молекулярной кинетической теории, вызвана передачей импульса от молекул более быстро движущегося слоя к молекулам более медленного слоя, которая происходит при перемешивании молекул соседних слоёв вследствие теплового движения. Силы внутреннего трения гораздо меньше сил трения скольжения. Поэтому для уменьшения трения между движущимися частями машин и механизмов используется смазка – слой вязкой жидкости, заполняющий пространство между трущимися поверхностями и оттесняющий их друг от друга. Это приводит к существенному уменьшению нагрева и износа деталей. Вместе с тем следует избегать попадания жидкости между фрикционными муфтами, ремнём и шкивом в ременной передаче, ведущими колесами локомотива и рельсом и т.п., ибо во всех этих случаях именно сила трения служит для передачи движения. С увеличением температуры вязкость газов возрастает, а жидкостей (за некоторым исключением) резко падает. Это связано с различиями в характере движения молекул в жидкости и газе. При понижении температуры вязкость некоторых жидкостей настолько возрастает, что они теряют характерную для них способность течь, превращаясь в аморфные твёрдые тела.


5.Отрицательные и положительные признаки силы трения

Трение может быть полезным и вредным - эту аксиому человек освоил еще на заре цивилизации. Ведь два самых главных изобретения - колесо и добывание огня - связаны именно со стремлением уменьшить и увеличить эффекты трения. Однако понимание природы трения и законов, которым подчиняется это явление, возникло не так уж давно и, к сожалению или к счастью, еще далеко от совершенства.

Физическая причина катастрофы ледокола «Челюскин» кроется в силе трения. Трение о лёд не так уж ничтожно. Даже при температуре близкой к нулю, трение о лёд бывает нередко довольно значительным.

Инженеры по возможности стремятся устранить трение в механизмах машин. Из-за трения изнашиваются покрышки, тормозные колодки, сцепление, даже щетки для стёкол приходится со временем менять.

Износ одежды, обуви и многих любимых нами вещей происходит из-за трения. Дырки на коленях, локтях протираются очень часто.

Трение заставляет нас точить вновь и вновь ножи, топоры, пилы, коньки и многое другое.

Из-за трения или его отсутствия мы нередко себя травмируем.

6.Почему лед скользкий?

Вроде бы ответ на вопрос напрашивается сам собой: да потому, что он идеально ровный. Ведь гладкий, хорошо натёртый паркет тоже скользкий... Но не спешите, давайте подумаем, припомним кое-что...
     Не случалось ли вам везти санки с младшим братишкой или сестрёнкой по неровной, бугристой поверхности льда, сковавшего реку? Повсюду ухабы, рытвины, образовавшиеся из-за того, что снег, то и дело выпадавший на лёд, таял неравномерно. Казалось бы, тащить тут санки - тяжкий труд. Ан нет, скользят они по такой поверхности ничуть не хуже, чем по гладкому льду. Значит, лёд скользкий не потому, что гладкий, а по какой-то другой причине.
     Оказывается, дело в том, что температура плавления льда понижается при увеличении давления. Иными словами, чем оно больше, тем быстрее лёд тает. А производимое давление тем выше, чем меньше площадь опоры...
     Вот и весь секрет. Полозья у санок узкие, и они давят на лёд достаточно сильно, чтобы под ними лёд тут же расплавился, превратившись в своеобразную "водяную смазку". Именно она и делает лёд скользким.
     По той же причине с ещё большей легкостью скользит по льду конькобежец. Площадь его опоры - всего лишь несколько квадратных сантиметров, давление, оказываемое на лёд, очень большое. И между полозьями коньков и поверхностью льда постоянно находится тонкий слой воды. Образуется он мгновенно, с каждым новым шагом конькобежца. Так что, как видите, и на катке, как, впрочем, везде в мире, действуют законы физики...


4.Практическая часть

Описание опыта: ученики 3-х возрастных групп разбегались и около определенной черты начинали торможение. С помощью рулетки и секундомера измерялись тормозной путь до полной остановки и время торможения. Эксперимент проводился на различных видах покрытия. Результаты измерений и расчетов представлены в таблицах.

Вhello_html_7b2dcded.gifhello_html_7b2dcded.gifhello_html_6fb1955b.gifhello_html_m375e7634.gifыведем формулу для расчета коэффициента трения (µ) и силы трения (Fтр)

у

hello_html_70c9c36b.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_3b8a6ff7.gifhello_html_m48312614.gifhello_html_3b8a6ff7.gifhello_html_3b8a6ff7.gifhello_html_m53a5d0eb.gifFтр N а Ự0

hello_html_438e1b6b.gifhello_html_438e1b6b.gifhello_html_57ae547.gifhello_html_m61f75856.gif

hello_html_m36cbf4b2.gifhello_html_98608df.gif0 х

mhello_html_3b8a6ff7.gifg

Сhello_html_3b8a6ff7.gifhello_html_3b8a6ff7.gifhello_html_3b8a6ff7.gifhello_html_3b8a6ff7.gifоставим уравнение:

Fтр + mg + N = ma

Запишем это уравнение в проекциях на оси:

оx: -Fтр = -ma

оу: Nmg = 0 =>

Fтр = ma; N = mg; Fтр = µN

Fтр = µN = µ mg (1)

µ mg = ma => µ = a/g (2)

Выведем формулу ускорения (а)

S = Ự0at2/2 (3) 0 = Ự0 – at => Ự0 = at (4)

Подставим (4) в (3) S = at2 - at2/2 = at2/2 =>

a = 2S/t2 (5)

Подставим (5) в (1) и (2)

Получаем: Fтр = 2S m /t2; µск = 2S/t2 g

Таблица №1

Вычисление коэффициента и силы трения при скольжении на льду учеников разных звеньев школы.

Ученики

Масса (кг)

Вес (Н)

Время (с)

Тормозной путь (м)

Ускорение (м/с2)

Коэффициент трения

Сила трения (Н)

Ученик начального звена

30

294

3,46

3

0,5

0,05

14,7

Ученик среднего звена

50

490

4,89

6

0,5

0,05

24,5

Ученик старшего звена

70

686

6

9

0,49

0,049

33,61


hello_html_4450521b.gifhello_html_m58f8f77c.gif










Таблица №2

Ученики

Масса (кг)

Вес (Н)

Время (с)

Тормозной путь (м)

Ускорение (м/с2)

Коэффициент трения

Сила трения (Н)

Ученик начального звена

30

294

2,8

2

2,5

0,25

73,5

Ученик среднего звена

50

490

4,47

5

2,5

0,25

122

Ученик старшего звена

70

686

5,65

8

2,4

0,24

164

Вычисление коэффициента и силы трения при скольжении на школьном линолеуме учеников разных звеньев школы.


hello_html_9882b0b.gifhello_html_m702272c9.gif












Таблица №3

Вычисление коэффициента и силы трения при скольжении на бетоне учеников разных звеньев школы.

Ученики

Масса (кг)

Вес (Н)

Время (с)

Тормозной путь (м)

Ускорение (м/с2)

Коэффициент трения

Сила трения (Н)

Ученик начального звена

30

294

1,4

0,5

5

0,5

147

Ученик среднего звена

50

490

2

1

5

0,5

245

Ученик старшего звена

70

686

2,8

2

4,9

0,49

336

hello_html_3d9cd1e4.gifhello_html_108723f1.gif













Таблица №4

Ученики

Масса (кг)

Вес (Н)

Время (с)

Тормозной путь (м)

Ускорение (м/с2)

Коэффициент трения

Сила трения (Н)

Ученик начального звена

30

294

2,5

2,5

5

0,3

88,2

Ученик среднего звена

50

490

4

5,5

5

0,3

147

Ученик старшего звена

70

686

7,3

8,5

4,9

0,29

198

Вычисление коэффициента и силы трения при скольжении на деревянном покрытии учеников разных звеньев школы


hello_html_m2775f489.gifhello_html_435af10d.gif











Таблица №5

Тип машины

Тормозной путь (м)

Скорость (м/с)

Масса (т)

Ускорение (м/с2)

Коэффициентатрения

Сила трения (кН)

Легковая

15

11

1,8т

4

0,4

72

Грузовая

20

11

55т

4

0,4

165

Вычисление коэффициента и силы трения на тормозном пути машины


hello_html_m259bad30.gif















Таблица №6

Зависимость коэффициента трения при скольжении от типа линолеума

Тип линолеума

Коэффициент трения

Синтерос

0,15

Форбо

0,25

Таркет

0,3

hello_html_17fb8455.gif







hello_html_2fa7c50c.jpghello_html_58d76767.jpghello_html_260bb4db.jpg

















Таблица №7


Вид покрытия

Лед

Линолеум

Дерево

Асфальт

Бетон

Коэффициент трения

0,05

0,25

0,3

0,4

0,5


hello_html_m7e191450.gif



















Заключение:

1. В результате полученных данных, можно сделать вывод, что коэффициент трения у учеников старшего звена наименьший на всех видах покрытий. Из этого следует, что у них наибольший шанс получить травму. Это объясняется тем, что тормозной путь и время торможения у них больше, а ускорение меньше. Наши теоретические выводы подтверждаются данными, полученными у медсестры школы: четыре ребенка, получившие в этом году травму, являются учениками старшего звена и только один ученик младшего звена.

2. Проведя исследования, я пришел к выводу, что наиболее безопасным покрытием для школы является бетон, так как его коэффициент трения µ = 0,5. Далее идет дерево

µ = 0,3. Наименее безопасным является линолеум µ = 0,25. Поэтому, можно сделать вывод, что самый безопасный это первый этаж школы. Менее безопасно деревянное покрытие в спортивном зале. Наиболее опасные для бегающих школьников это 2,3 этажи школы.

3. За пределами школы наиболее опасен лед, так как коэффициент трения между кожаной обувью и льдом µ = 0,25. За ним следует асфальт µ = 0,4. Наиболее безопасным являются бетонные покрытия на тротуарах.

4. Рекомендации по использованию типов линолеумов для школ с учетом коэффициента трения: я рекомендую использовать линолеум Таркет, так как у него наибольший коэффициент трения.



















9.Литература


1. Р. «ФЕЙНМАНОВСКИЕ ЛЕКЦИИ ПО ФИЗИКЕ» Фейнман, Р. Лейтон, М. Сендс 1976г.

2. «ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ УЧЕБНИК ФИЗИКИ» - Наука под ред. Академика Г.С. Ландсберга 1971г.

3. Перельман Я.И. «ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА» 1999г.

4. Энциклопедии «ФИЗИКА» и «ТЕХНИКА» - Москва: Аванта+, 2001г.

5. «ПРАКТИКУМ ПО ИНФОРМАТИКЕ И ИНФОРМАЦИОННЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ» - Москва: Угринович Н., Михайлова Н., Богова Л.




Краткое описание документа:

 

В современном школьном образовании большое внимание уделяется проектно-исследовательской деятельности учащихся. Она является одним из видов внеклассной работы по предмету. Растет число учеников, которые принимают участие в методе проектов.

Цель данной работы: Изучить влияние силы трения на безопасность движения в школе и за ёё пределами. Задачи: 1.Выявить наиболее опасные участки в школе, а также за ее пределами, на которых учащиеся могут поскользнуться, получить травму. Например, в коридорах школы – линолеум, в столовой и вестибюле – бетон, в спортивном зале – деревянный пол. За пределами школы – это лёд, асфальт. 2.Рассчитать коэффициент трения в разных участках школы. 3.Дать практические рекомендации о том, какие типы покрытий можно использовать в школах. так как изучив такие документы, как «Санитарные правила и нормы в организации деятельности образовательных учреждений» этой информации нет. План работы: 1. Сбор теоретического материала по выбранной теме 2. Вывод расчетных формул 3. Проведение экспериментов 4. Получение и обработка экспериментальных данных 5. Сравнительный анализ различных типов покрытий 6. Рекомендации по типам покрытий в школьных помещениях

 

 
Автор
Дата добавления 20.02.2015
Раздел Физика
Подраздел Конспекты
Просмотров461
Номер материала 401021
Получить свидетельство о публикации

Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх