Проектная работа по физике "Сила трения в зимних видах спорта"

Министерство образования и науки Челябинской области

МОУ СОШ д. Сарафаново имени Героя России Ю.П. Яковлева

V школьная межпредметная проектно-исследовательская конференция

«На перекрёстке наук»

Направление «физико-математическое»

Проектная работа

Сила трения в зимних видах спорта

Выполнила: Исмангулова Полина

ученица 8 класса

Руководитель:

учитель физики и математики

Кузьмина Мария Олеговна

 

Чебаркульский муниципальный район д. Сарафаново

2017

Оглавление

Введение. 3

§1. Трение в спорте. 4

§2. Конькобежный спорт. 6

§3. Лыжный спорт. 7

§4. Керлинг. 8

§5. Бобслей. 9

§6. Результаты анкетирования. 10

Заключение. 12

Список литературы.. 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Введение

Проведенные в России Олимпийские, Параолимпийские игры и 28-я Всемирная зимняя Универсиада 2017 года в г. Алматы привлекли внимание жителей и руководителей страны к спорту. Спортом интересуются не только те, кто непосредственно связаны с каким-либо его видом, но и обычные, далекие от него люди. В работе показана связь спорта с одной из интереснейших наук — физикой. Рассмотрение «физических основ» различных видов спорта на занятиях повысит интерес школьников к предмету. В этом и заключается актуальность данного проекта.

Предметом является изучение зимних видов спорта, в которых участвует сила трения.

Цель работы: разработка материала о зимних видах спорта.

Задачи проекта заключаются в следующем:

1. Отобрать материал, отражающий использования силы трения в зимних видах спорта;

2.Провести опрос учащихся о знаниях зимних видов спорта, в которых присутствует сила трения.

В данной работе изложен материал, показывающий применение силы трения  ко многим конкретным видам спорта.

 

 

 

§1. Трение в спорте

Трением называется сопротивление соприкасающихся тел движению друг относительно друга. Трением сопровождается каждое механическое движение, и это обстоятельство имеет существенное следствие в современном техническом прогрессе.

Сила трения есть сила сопротивления движению соприкасающихся тел друг относительно друга. Трение объясняется двумя причинами: неровностями трущихся поверхностей тел и молекулярным взаимодействием между ними. Например, если соприкасающиеся поверхности твердых трущихся тел имеют значительные неровности, то основная слагаемая в возникающей здесь силе трения будет обусловлена именно неровностью, шероховатостью поверхностей трущихся тел.

Тела, перемещающиеся с трением друг относительно друга, должны соприкасаться поверхностями или двигаться одно в среде другого. Движения тел друг относительно друга может и не возникнуть из-за наличия трения, если движущая сила меньше максимальной силы трения покоя.

Если соприкасающиеся поверхности твердых трущихся тел отлично отшлифованы и гладки, то основная слагаемая возникающей при этом силы трения будет определяться молекулярным сцеплением между трущимися поверхностями тел.

Рассмотрим более детально процесс возникновения сил трения скольжения и покоя на стыке двух соприкасающихся тел. Если посмотреть на поверхности тел под микроскопом, то будут видны микронеровности, которые мы изобразим в увеличенном виде.

В случае, когда сила, пытающаяся вызвать движение, отсутствует, характер взаимодействия на обоих склонах микронеровностей аналогичный. При таком характере взаимодействия все горизонтальные составляющие силы взаимодействия уравновешивают друг друга.

Когда говорят о трении, различают несколько отличных физических явления: сопротивление при движении тела в жидкости или газе – его называют жидким трением; сопротивление, возникающее, когда тело скользит по какой-нибудь поверхности, – трение скольжения, или сухое трение; сопротивление, возникающее при качении тела, – трение качения.

Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости соприкасающихся тел.

Когда одно тело начинает скользить по поверхности другого тела, связи между атомами (молекулами) первоначально неподвижных тел разрываются, трение уменьшается. При дальнейшем относительном движении тел постоянно образуются новые связи между атомами. При этом сила трения скольжения остаётся постоянной, несколько меньшей силы трения покоя.

Движению тела обычно препятствуют силы трения. Механизм трения очень сложен. Правильное использование соответствующих физических законов может помочь спортсмену в достижении успеха. Сила трения снижает спортивные результаты в конькобежном, лыжном и других видах спорта, поэтому ведутся непрерывные исследования по её уменьшению.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§2. Конькобежный спорт

Спортсменам конькобежного спорта, хоккея и фигурного катания необходимо знать законы физики, связанные с характером взаимодействия конька со льдом.

Результаты зависят от трех факторов: сила трения, сила тяжести, и движения толчков ноги. Между лезвием конька и льдом при скольжении образуется пленка воды. Она очень тонкая, однако, без нее этого скольжения не было бы. Коньки остро затачивают для увеличения давления на лед. Под давлением лед плавится, образуя смазку, что уменьшает трение скольжения. За счет движения конькобежца по льду возникает сила трения. Но в скольжении по гладкой поверхности участвует и сила трения покоя, позволяющая отталкиваться от гладкой поверхности или резко останавливаться, когда спортсмен ставит конек на ребро [1].

Каким образом в морозный день могла появиться под коньком вода? Много лет назад английский физик Рейнольдс, создавая свою теорию скольжения, объяснил это явление таким образом: конек давит на лед, от этого температура таяния льда понижается и появляется прослойка воды, вызывающая  скольжение.

Отечественная наука создала более обоснованную теорию скольжения. Вкратце она сводится к тому, что тепло, необходимое для возникновения на льду водяной пленки, порождается той самой силой, которую конькобежец стремится преодолеть, - силой трения.

Трение и лед! Казалось бы, это не совместимо: ведь лед обычно бывает гладким. Однако каким бы зеркальным и гладким лед ни был, на его поверхности всегда имеются небольшие бугорки и впадины. Если пластинку льда рассмотреть под микроскопом, она покажется гигантским айсбергом, с глубокими оврагами и котлованами. Шероховатость льда и служит причиной трения. В то самое мгновение, когда лезвие конька скользит по льду, механическая энергия трения преобразуется во внутреннюю энергию. При этом тепло возникает в точках соприкосновения конька со льдом мгновенно и в достаточном количестве для того, чтобы лед слегка подтаял, и образовалась водяная смазка, которая и помогает спортсмену достигнуть высоких скоростей.

§3. Лыжный спорт

Силы трения возникают при взаимодействии лыж со снегом. Сила трения при скольжении зависит от величины нормального давления лыж на снег (от силы тяжести); его увеличение приводит и к замедлению скольжения. Сила трения сцепления во многом определяет угол срыва лыжи при отталкивании (проскальзывание). Улучшение сцепления лыж со снегом во многом зависит от применения мази с более высоким коэффициентом сцепления [1].

            Биатлон является олимпийским видом спорта, сочетающим лыжную гонку со стрельбой из винтовки. C 1993 года и по настоящее время все официальные международные соревнования по биатлону проходят под эгидой Международного союза биатлонистов IBU.

Впервые в рамках крупных международных соревнованиях состязания, напоминавшие современный биатлон, были включены в 1924 году на первых зимних Олимпийских играх во французском городе Шамони. Их первоначальное название было «соревнования военных патрулей». В статусе демонстрационных состязаний соревнования военных патрулей позже были представлены на зимних Олимпиадах 1928, 1936 и 1948 годов.

§4. Керлинг

Керлинг — молодой олимпийский вид спорта. До последних зимних Олимпийских игр, наверное, мало кто знал о таком интересном виде спорта, как керлинг. Керлинг – это зимняя спортивная игра на льду, в которой две команды, состоящие из четырех игроков, соревнуются в точности остановки в указанном месте специальных спортивных снарядов (так называемых камней), изготовленных из гранита. Во время скольжения камня партнеры по команде, оценивая его движение, натирают лед специальными щетками, что позволяет частично корректировать дальность пуска и траекторию движения камня. Головка щетки сделана из синтетического материала (шотландская щетка из ворса) может вращаться во всех плоскостях. Натирание щеткой льда имеет сильное значение для игры [2].

Корректирование траектории происходит по простым физическим законам: при трении лед тает, образуя тончайшую пленку воды, которая служит смазкой уменьшающей трение, а при царапании льда наоборот — сила трения возрастает и камень скользит медленнее.

Тереть при этом нужно, изо всех сил налегая на щетку и удерживая равновесие на скользкой поверхности. В результате «свипования» образуется тонкий слой воды, усиливающий скольжение камня.

В случае, если камень был запущен слишком сильно или с достаточной силой, щетки используются только для корректировки его направления движения.

§5. Бобслей

Скольжение саней происходит под действием скатывающей силы. А тормозит их сила трения полозьев по льду, которая зависит от коэффициента трения. Величина эта непостоянна: она уменьшается, когда лед под полозьями начинает подтаивать. Именно поэтому перед стартом спортсмен и раскачивает сани. Он нагревает полозья трением.

При движении саней возникает еще одна сила - сила аэродинамического сопротивления, которая очень быстро увеличивается с ростом скорости спуска. Чтобы уменьшить силу сопротивления, спортсмен во время движения лежит на санях, следя за трассой боковым зрением. Полозья саней изогнуты, что бы могли бы вписаться в вираж, не врезаясь в стенку трассы. На вогнутых участках трассы сила трения растет,  скорость падает. Это происходит из-за того, что полозья там опираются на лед по всей длине, увеличивается ширина царапин на льду.

В бобслее без сцепления со льдом экипаж не сможет привести боб в движение. Поэтому все члены экипажа, чтобы улучшить сцепление, носят на старте ботинки с шипами. Даже если присутствует немного трения, более тяжелый боб трудней толкать. Между гладким металлом и льдом возникает значительное трение, но для того, чтобы замедлить скорость боба, хватило бы и небольшого трения.

По этой причине на быстрые бобы надеваются хорошо отшлифованные коньки, которые должны быть как можно тоньше. Коньки каждого последующего боба царапают и прорезают лед, так что экипажам, которые выступают позже, приходится преодолевать больше силу трения [1].

Привести боб в движение сложнее, чем продолжить движение, т.к. статическое трение (трение между неподвижным предметом и поверхностью, на которой он находится) больше, чем трение скольжения. Во время управления бобом пилот использует каждую благоприятную возможность, поэтому часто он начинает толкать боб только после того, как тот приходит в движение, чтобы сэкономить силы.

§6. Результаты анкетирования

Анкетирование проводилось в 7-11 классах. В опросе приняли участие 49 учеников. Анкета состояла из 5 вопросов. Первый вопрос «Любишь ли ты физику?». Результат по первому вопросу представлен на диаграмме №1.

Диаграмма №1.

.

Из диаграммы видно, что 71% учеников любят физику и 29 % не любят физику.

Второй вопрос анкеты, «С какими школьными предметами связана физика?». Результат представлен на диаграмме №2.

Диаграмма №2.

Третий вопрос «Какая роль физики в спорте?».

Диаграмма №3.

 

            Целью четвертого и пятого вопроса было узнать какие виды спорта знают школьники и в каких зимних видах спорта большую роль играет сила трения.

Таблица №1.

Вид спорта	Количество человек	Вид спорта	Количество человек
Футбол	23	Прыжки	8
Хоккей	20	Плаванье, бобслей	7
Баскетбол	17	Кёрлинг	6
Волейбол	14	Конькобежный спорт	5
Лыжный спорт	13	Биатлон, бокс, регби, гимнастика, скелетон	4,3
Бег, теннис	10	Метание диска, фигурное катание, серфинг, сноуборд	2,1

Диаграмма №4.

Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что ученики знают достаточное количество видов спорта, знают, какую роль трение имеет в зимних видах спорта.

 

 

Заключение

В спорте можно увидеть все виды трения. Сила трения, действующая вдоль поверхности соприкосновения твердых тел, направлена против скольжения тела. Но не надо думать, что трение всегда препятствует движению – часто оно ему способствует. Это можно наблюдать в биатлоне, когда подбирают смазку, которая увеличивает силу трения лыж, чтобы не было отдачи во время выстрела. Благодаря знаниям о природе сил трения, механизмах их возникновения, спортсмены научились уменьшать их действие, когда это нужно. «Вредная» сила трения с помощью физических знаний побеждена спортсменами.

Список литературы

1.                  Все о спорте. [Электронный ресурс]: http://opace.ru/ (режим доступа свободный).

2.                  Кёрлинг — молодой вид спорта. [Электронный ресурс]: http://www.gorpom.ru/article/sport/winter/kerling-molodoiolimpiiskii-vid-sporta.html (режим доступа свободный).