Польза и вред трения способы увеличения и способы уменьшения трения
Тема урока: «Сила трения.Вред и польза силы трения.Способы увеличения и уменьшения силы трения»
Цели урока:
Обучающая:
1.ввести понятие силы трения и познакомить учащихся с её особенностями;
2.изучить причины и виды трения, выяснить природу силы трения, ее направление, способы увеличения и уменьшения;
3.дать качественную формулировку этого понятия.
Развивающая:
1.создать условия для развития мыслительных и коммуникативных качеств учащихся;
2.развивать у учащихся творческие способности (написание докладов и сказок).
Воспитательная:
1.воспитывать наблюдательность, культуру речи, умение четко выражать свою мысль;
2.воспитывать умение видеть физику вокруг себя.
Тип урока: урок изучения нового материала, проблемно-поисковый.
Приборы и материалы: учебник «Физика и астрономия 7»; дидактические пособия (карточки-задания); наклонная плоскость; легкоподвижная тележка; демонстрационный динамометр; набор грузов.
План урока (45 минут):
1. Орг. момент (3 минуты)
2. Актуализация знаний(7 минут).
3. Объяснение нового материала(20 минут)
4. Рефлексия(10 минут)
5. Домашнее задание, подведение итогов(5 минут).
Ход урока:
1. Орг. момент(3минуты).
– Здравствуйте. Садитесь.
– Сегодня мы с вами приступаем к изучению новой темы «Сила трения». На уроке мы введем понятие силы трения и познакомимся с её особенностями, изучить причины и виды трения, выяснить природу силы трения, ее направление, способы увеличения и уменьшения.
Для этого повторим те силы, которые мы уже с вами прошли.
(опорный конспект №1 «Сила»)
СИЛА,F
Сила тяжести, Fтяж Сила упругости,Fупр
2. Актуализация знаний(7минут).
– Мы уже изучили силу тяжести и силу упругости. Теперь для того, чтоб еще раз закрепить изученные силы вы напишите тест.
(Тест 3 варианта, раздать)
Вариант I
1. Выберите верное высказывание
I. Весом тела называют силу, с которой…
II. Силой тяжести называют силу, с которой…
III. Силой упругости называют силу, с которой…
1. тело притягивается к Земле.
2. тело действует на другое тело, вызывающее деформацию.
3.тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.
2. Какая сила удерживает спутник на орбите?
- Сила тяжести.
- Вес тела.
- Сила упругости.
3. По международному соглашению за единицу силы принят..
- ньютон. Сокращенное обозначение – Н.
- килограмм. Сокращенное обозначение – кг.
- метр в секунду. Сокращенное обозначение – м/с.
4. Чему равна сила тяжести, действующая на тело массой 50 кг?
- 490 Н
- 4,9 Н
- 0,49 Н
- 49 Н
- 4900 Н
Вариант II
1. Выберите верное высказывание
I. Камень падает на землю вследствие того, что на него действует…
II. На книгу, лежащую на столе, со стороны стола действует…
III. На стол, со стороны лежащей на нем книги, действует…
1.вес тела.
2. сила упругости.
3. сила тяжести.
2. Пружина под действием подвешенной к ней гири растянулась. Какая сила вызвала растяжение пружины?
- Сила тяжести.
- Вес тела.
- Сила упругости.
3. 1 Ньютон – это сила, которая…
- за 1 с сообщает телу массой 1 кг скорость 1 м/с.
- за 1 с изменяет скорость тела на 1 м/с.
- за 1 с изменяет скорость тела массой 1 кг на 1 м/с.
4. Чему равна сила тяжести, действующая на тело массой 5 кг?
- 490 Н
- 4,9 Н
- 0,49 Н
- 49 Н
- 4900 Н
Вариант III
1. Выберите верное высказывание
I. Тело, выпущенное из рук, падает на землю. Какая сила вызывает падение тел?
II. На книгу, лежащую на столе, со стороны стола действует…
III. На стол, со стороны лежащей на нем книги, действует…
1. сила тяжести.
2. сила упругости.
3. вес тела.
2. Зависит ли сила тяжести от массы тела?
- Сила тяжести прямо пропорциональна массе тела.
- Не зависит.
- Чем больше масса тела, тем меньше сила, с которой оно притягивается к Земле.
3. 1 Ньютон приблизительно равен силе тяжести, действующей на тело массой…
- 9,8 кг
- 0,1 кг
- 1/9,8 кг
4. Тело имеет массу 0,5 кг. Каков вес этого тела, если оно неподвижно и находится на горизонтальной опоре?
- 490 Н
- 4,9 Н
- 0,49 Н
- 49 Н
- 4900 Н
3. Объяснение нового материала(25минут).
Эпиграф (на доске):
«Вездесущее, необходимое, мешающее –
– вот оно какое – трение!»
Изучение темы начинаю с выдвижения проблемы, демонстрирую опыт.
Опыт: Привожу в движение игрушечный автомобиль. С течением времени его движение прекращается.
– Почему же останавливается автомобиль? (Слушаю ответы учащихся)
После этого опыта учащиеся предполагают, что существует какая-то сила.
После этого объявляю тему урока и ставлю следующую проблему
-В чем причина существования сил трения?
(опорный конспект №2 «Характеристика силы трения»)
Опыт: сооружаю наклонную плоскость из фанерной доски и бруска. Кладу на наклонную плоскость цилиндр боковой поверхностью и отпустите. На ту же наклонную плоскость положите цилиндр торцом и отпустите.
Дети отвечают на вопросы:
– Что явилось причиной движения цилиндра в первом опыте?
(Ответ: сила тяжести)
– Что явилось причиной покоя цилиндра во втором опыте?
(Ответ: возникновение силы, компенсирующей силу тяжести)
Определение
Даю определение новой силы:
сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и направленная в строну, противоположную движению называется силой трения.
Обозначение и единица измерения
Показываю как обозначается сила трения.
Fтр
[F]=1Н(Ньютон)
Прибор для измерения силы трения
динамометр
– Как же можно измерить силу трения?
Опыт: На фанерную плоскость кладем деревянный брусок с грузами, цепляем динамометром и равномерно перемещаем по плоскости. Динамометр показывает некоторую силу.
Дети отвечают на вопросы:
– Какую силу показывает динамометр?
(Ответ: динамометр показывает силу 1,5 Н)
– На тело действует сила, но скорость движения не изменяется. Значит, существует компенсирующая сила, равная силе динамометра.
-Куда направлена сила, равная движущей силе?
(Ответ: сила направлена против движения бруска);
– Где находится точка приложения этой силы?
(Ответ: точка приложения находится в месте контакта двух поверхностей).
– Сделайте вывод.
измеряя силу, с которой динамометр действует на тело при его равномерном движении, мы находим силу трения.
Величина и направление
– Мы уже выяснили из опыта, что сила трения имеет направление, а сила имеет направление, то эта величина векторная.
Сила трения
F- это величина векторная.
Сила направлена против движения тела.
Формула F=µN
,
где – µкоэффициент трения, N- сила нормального давления.
Коэффициент трения µ- это уже рассчитанная величина, приведенная таблице №4 на странице 216.
Силой нормального давления, называется сила, с которой тело действует на опору, направленной перпендикулярно к опоре.
N=Fтяж => N=mg
Причины
Опыт: Для этого сравниваем движение металлического шарика по линолеуму, столу, наждачной бумаге и ковру. На подобных примерах устанавливаем, что причиной трения является шероховатость поверхности соприкасающихся тел.
– Даже самые гладкие на вид поверхности имеют неровности, которые препятствуют движению одного тела по поверхности другого. Но оказывается уменьшение неровностей уменьшает силу трения только вначале. Дальнейшее уменьшение шероховатости приводит к увеличению силы трения (называю и вторую причину возникновения силы трения — молекулярное взаимодействие, которое приводит как бы к прилипанию соприкасающихся поверхностей).
– И так, причины возникновения силы трения две — неровности поверхности и силы притяжения между молекулами соприкасающихся поверхностей.
Причины:
1.Неровности поверхности
2.Силы притяжения между молекулами соприкасающихся поверхностей
При шероховатых поверхностях трение обусловлено главным образом первой причиной, а при очень гладких поверхностях сказывается молекулярная природа трения.
Виды:
Сила трения
трение скольжения
трение качения
трение покоя
– Если тело скользит по поверхности, его движению препятствует сила трения скольжения. Например, когда мы скатываемся на санках, нас тормозит сила трения скольжения
– Телу катящемуся по поверхности препятствует сила трения качения. Например, когда вы едите на велосипеде, вас тормозит сила трения качения.
– Когда мы пытаемся сдвинуть шкаф с места, действуя на него с какой-либо силой, то в случае, если шкаф останется в покое, можно сделать вывод – тело не изменило своей скорости. Это говорит о том, что есть еще сила, направленная противоположно этому действию и равная ему по величине. Эта сила называется силой трения покоя. Именно сила трения покоя мешает сдвигать с места тяжелые предметы.
– От чего же зависит сила трения?
– Как вы думаете сила трения будет зависеть от материала трущихся поверхностей?
– От нагрузки?
– От обработки трущихся поверхностей?
– А от площади контактных тел?
Итак, делаем выводы:
Сила трения зависит от материала соприкасающихся тел, от нагрузки, от шероховатости и не зависит от площади контакта тел.
– Трение, как и любое физическое явление, может быть и вредным, и полезным.
– Когда оно полезно, его стараются увеличить. Например, в гололед перед школой дорогу посыпают песком.
– Но когда сила трения мешает ее уменьшают. Как же можно уменьшить силу трения?
(Даю учащимся высказать свои предположения. Обращаю внимание на то, что уменьшить силу трения можно изменив причины, от которых зависит сила трения (шероховатость, материал, нагрузка))
– Но в жизни часто бывает так, что эти причины не устранимы. Единственный способ — изменить один вид трения на другой.
Опыт: На перевёрнутую вверх колёсами машинку помещаю груз. Тележку равномерно перемещаю по поверхности. Отмечаю силу динамометра. Затем тележку ставлю на колёса и помещаю тот же груз. При равномерном перемещении динамометр отмечает меньшую силу.
При равных нагрузках сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения.
– Еще для уменьшения силы трения некоторые тела тщательно шлифуют и применяют смазку. Например, все детали механизмов в автомобилях тщательно шлифуют и покрывают тонким слоем смазки.
4. Рефлексия(10минут).
Подвожу итог урока совместно с учениками: достигли ли целей, поставленных вначале свой работы; понравилась ли нам работа. Для закрепления изученного материала и контроля знаний учащихся
1) А теперь, я предлагаю вам найти ответы на народные приметы и пословицы (дидактические пособия – карточки с пословицами). Определите, значение силы трения для каждой пословицы, и какую роль эта сила играет положительную или отрицательную (3минуты).
Коси, коса, пока роса,
Роса долой – и ты домой.
(русская)
Пошло дело, как по маслу.
(русская)
От безделья и лопата ржавеет.
(русская)
Без мыла в душу влезет.
(русская)
От того телега запела,
Что давно дегтя не ела.
(русская)
Не, такого человека, который хоть раз не поскользнулся по льду.
(осетинская)
Каков но, так и режет.
(русская)
Не смазанное колесо ось перетрет.
(узбекская)
Три, три, три – дырка будет.
(русская)
Задумал муравей
Фудзияму-гору сдвинуть.
(японская)
На льду не строятся.
(русская)
Лопату не покрывают позолотой.
(корейская)
Не подмазанная арба не поедет.
(таджикская)
Сухая ложка рот дерет.
(русская)
Из навощенной нити
трудно плести сети.
(корейская)
Баба с возу – кобыле легче.
(русская)
Часы могут остановиться,
Время – никогда.
(сербская)
Плуг от работы блестит.
(русская)
Ключ, который часто в работе, блестит.
(турецкая)
От работы пила,
раскалилась до бела.
(русская)
Ржавый плуг только на пахоте очищается.
(марийская)
Что кругло – легко катится.
(японская)
Жнущий серп всегда блестит.
(мокша)
Кататься, как сыр в масле.
(русская)
Мел оставляет белый след,
а уголь – черный.
(индонезийская)
Против шерсти не гладят.
(русская)
Остер шип на подкове,
Да скоро сбивается.
(русская)
Угря в руках не удержишь.
(французская)
Не подмажешь, не поедешь.
(французская)
Колодезная веревка,
сруб перетирает.(японская)
2) провожу тест(7 минут):
Тестовое задание
1. Сила — причина …
А. … только изменения скорости тела.
Б. … только деформации тела.
В. … изменения скорости и деформации тела.
Г. … движения тела.
2. Если тело покоится или движется равномерно, значит …
А. … все силы направлены в одну сторону.
Б. … на него не действуют силы .
В. … силы, действующие на тело, скомпенсированы.
Г. … на него не действуют силы или их равнодействующая равна нулю.
3. Силой трения называют силу …
А. … с которой Земля притягивает к себе тела.
Б. … действующую на тело со стороны деформированной опоры и направленную против деформирующей силы.
В. … с которой тело вследствие земного притяжения действует на опору или подвес.
Г. … возникающую при движении одного тела по поверхности другого и направленную в сторону, противоположную движению.
4. Точка приложения силы трения расположена …
А. … в центре тела.
Б. … в точке контакта двух тел.
В. … в точке действия внешней силы.
Г. … в любом месте тела.
5. Сила трения всегда направлена …
А. … противоположно движению тела.
Б. … противоположно деформирующей силы.
В. … вертикально вниз.
Г. … влево или вправо.
6. Сила трения зависит от …
А. … нагрузки.
Б. … шероховатости поверхностей.
В. … вида материала контактирующих поверхностей.
Г. … всех вышеперечисленных фактов.
7. Силу трения можно уменьшить …
А. … заменяя один вид трения другим.
Б. … заменяя скольжение качением.
В. … смазывая трущиеся поверхности.
Г. … увеличивая скорость тела.
8. Парашютист, масса которого 70 кг, равномерно опускается. Чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на парашютиста?
А. 350 Н.
Б. 700 Н.
В. 70 Н.
Г. Среди ответов А — В нет правильного.
Ответы к тесту:
1
Содержание:
- § 1 От чего возникает сила трения и что это такое?
- § 2 Виды трения
- § 3 Значение трения в жизни человека
§ 1 От чего возникает сила трения и что это такое?
Каждый из нас катался на санках или на лыжах, а кто задавал себе вопрос: «Почему я как бы сильно не оттолкнулся, все равно рано или поздно остановлюсь»?
Представьте такую картинку – учебник, лежит на парте. Если его толкнуть, то есть приложить к нему силу, то он изменит скорость с нулевого значения до какого-то определенного. Однако через некоторое время учебник остановится.
Мы уже знаем, что изменение скорости тела есть результат приложения силы. Какая же сила подействовала в этом случае?
Остановиться учебнику помогла сила трения. Сила трения возникает при движении одних тел по поверхности других, и когда тело пытаются сдвинуть с места.
От чего возникает сила трения?
Для ответа на этот вопрос можно проделать простейший эксперимент. Попробуем провести линию простым карандашом сначала на бумаге, а затем на стекле. На бумаге у нас это сделать получится, а на стекле нет. Это происходит потому, что поверхность бумаги и грифеля карандаша имеет неровности, если посмотреть на них под микроскопом. Частицы грифеля как бы зацепляются за шероховатости бумаги и остаются там. Поверхность же стекла гладкая и мы такого не наблюдаем.
Отсюда можно сделать вывод о том, что величина силы трения зависит от наличия шероховатостей соприкасающихся поверхностей.
А исчезнет ли сила трения в том случае, когда обе поверхности будут гладко отшлифованы? Для ответа на этот вопрос можно провести следующий эксперимент: с поверхности воды попытаемся оторвать стекло или зеркало. Это сделать достаточно сложно. В этом случае сила трения возникать тоже будет, но причина ее существования другая – взаимное притяжение молекул соприкасающихся поверхностей. И в последнем примере величина силы трения будет в разы больше.
Помимо величины сила должна иметь направление. Сила трения всегда направлена в противоположную движению тела сторону.
§ 2 Виды трения
Трение бывает трех видов:
1. Трение покоя. Все тела покоятся на месте только благодаря трению покоя. В противном случае все бы падало.
2. Трение скольжения. Примером данного вида трения может служить катание с горы на санках.
3. Трение качения. Примером может быть движение и остановка автомобиля.
Из всех трех видов наибольшей величиной обладает трение покоя, а наименьшей – трение качения. Катить легче, чем волочить. Именно поэтому во всех инженерных сооружениях и технике, где это возможно, скольжение заменяют на качение.
Так для постройки памятника Петру I в Санкт-Петербурге, громадную каменную глыбу весом около 1000 тонн доставили в город на катках, поскольку дотащить волоком постамент для памятника основателю города, было бы невозможно.
Величину силы трения можно измерить динамометром, а измеряется она в Ньютонах.
§ 3 Значение трения в жизни человека
С точки зрения пользы для человека трение может быть вредным и полезным. К примеру, когда начинает скрипеть и плохо открываться дверь трение считается вредным. Полезным можно назвать то трение, при котором велосипедист может остановиться на светофоре. Если бы его не было, то он продолжал бы неконтролируемое движение. В некоторых случаях для того, чтобы уменьшить трение применяют различные смазочные материалы. Ни один подшипник без технического масла работать не сможет.
Таким образом, трение имеет крайне важное значение в нашей жизни. Трение не только позволяет контролировать движение, оно способствует также и устойчивости тел.
Не будь его, все будет катиться, и скользить, пока не окажется на одном уровне. Гвозди и винты выскользнут из стен, ткани расползутся, ни одну пуговицу невозможно будет пришить, нитки просто не будут держаться ни в иглах, ни в тканях.
Без трения покоя мы бы не могли ни ходить, не ездить. Вспомните, как трудно передвигаться в гололед. Причиной возникновения силы трения может быть либо наличие шероховатостей на соприкасающихся поверхностях, либо взаимное притяжение молекул взаимодействующих тел. Сила трения измеряется в Ньютонах и направлена в противоположную движения тела сторону.
Список использованной литературы:
- Физика. Химия. 5-6 классы. Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С. – М.: Дрофа, 2011.
- Физика. 7 класс: Учебник для общеобразоват.учреждений/А.В. Перышкин. – М.: Дрофа, 2006.
- Физика. 8 класс: Учебник для общеобразоват.учреждений/А.В. Перышкин. – М.: Дрофа, 2010.
- Занимательная физика. Я. Перельман
- Физика. 7 класс. Учебник. Гуревич А. Е.
Ответ ДА! Но при условии, что это будет трение скольжения.
Уже вижу в ваших глазах недоумение: Как это шлифованием можно увеличить силу трения, да ещё трения скольжения? Ведь именно неровности являются причиной трения, а если их убрать – исчезнет причина. Раз нет причины, то отсутствует следствие! А смазку разве не для того мы применяем, чтобы сгладить неровности на поверхностях?
– Вынужден согласиться со всеми вашими аргументами, но …
– Какие ещё но? Всё и так ясно – выравнивание поверхности уменьшает трение, а не увеличивает его. Разве не так?
Не могу вам возразить, но остаюсь при своём мнении, и докажу что я прав.
Что такое трение?
Вы пробовали сдвинуть с места тяжёлый шкаф? Нужно приложить немало усилий для его перемещения даже по гладкому полу. Что же мешает движению шкафа?
Мешает сила, возникающая между поверхностями, которая всегда направлена против приложенной другой силы. Эта сила и есть трение. Для продвинутых физиков скажу: трение – это тангенциальное взаимодействие, возникающее между соприкасающимися поверхностями, при попытке осуществить их относительное перемещение.
В этом определении ключевое слово «взаимодействие». К нему мы ещё вернёмся. А пока выясним причину трения.
Даже гладкие поверхности имеют шероховатости, которые могут быть незаметными невооружённым глазом. Когда такие поверхности соприкасаются, то эти шероховатости входят в зацепление между собой и мешают движению.
Посмотрите на рисунок.
Если к неподвижному телу приложить какую-то силу, то сразу же возникнет сила трения, направленная в противоположную сторону. С увеличением приложенной силы увеличивается и сила трения. Но так продолжаться вечно не может. В какой-то момент тело, под действием силы начнёт движение, а сила трения сравняется по величине с приложенной силой.
Пока тело оставалось в покое, то сила трения изменялась пропорционально изменению внешней силы. Такое трение называют трением покоя.
Когда под действием внешней силы тело скользит по поверхности, то сила трения равна силе, обеспечивающей это скольжение. Такое трение называется трением скольжения.
На силу трения влияет несколько факторов:
· твёрдость поверхностей;
· уровень обработки поверхностей;
· сила давления (притяжения);
· тип соприкасающихся материалов.
Трение не зависит от площади соприкасающихся поверхностей.
F = kN, где k (иногда μ) – коэффициент трения, который зависит от природы вещества и качества обработки поверхностей, а N – сила реакции опоры.
Самый низкий коэффициент трения при скольжении стали по льду, а самый высокий при скольжении резины по бетону. Именно поэтому конькобежцы так легко скользят на ледовой дорожке, а бетонные дороги делают движение автомобиля уверенным.
Существует ещё один вид трения – трение качения. Это случай, когда круглое тело не скользит, а катится по поверхности. Например, если мяч катится по футбольному полю, он рано или поздно остановится. Именно трение качения заставляет мяч остановиться. Вряд ли вам надо доказывать тот факт, что трение качения всегда меньше трения скольжения (при прочих равных условиях). Тяжёлый камень легче перекатить, чем протащить его, скольжением по поверхности земли.
Трение полезно или вредно?
На первый взгляд от трения никакой пользы нет. Оно только мешает нам. Лучше бы его не было?
Действительно, с трением ведут борьбу, особенно в технике. Везде, где можно трение скольжения заменяют меньшим злом – трением качения. Почти в каждом механизме можно встретить подшипники. Они в разы уменьшают трение. Там, где невозможно применить подшипники используют смазку, которая тоже уменьшает силу трения. Чтобы уменьшить силу трения транспортные средства ставят на колёса.
Стоп! А для чего шины делают с протектором? Ведь колесо для того и придумано, чтобы уменьшить силу трения, а тут вдруг протектор, который трение увеличивает! Парадокс?
Нет никакого парадокса. Без трения движение транспорта, как впрочем, и пешим способом, было бы невозможно! Чтобы начать движение необходимо оттолкнуться от земли. Чтобы остановиться также необходимо трение. А как бы вы это делали без трения? Вспомните, как сложно передвигаться в гололёд. Это притом, что на подошвах обуви также есть протектор.
Выходит что трение в одних случаях полезно, а в других – вредно.
Способы борьбы с трением
С одним из способов мы уже познакомились – это замена трения скольжения трением качения. Другой способ – введение смазки между поверхностями. Смазочный материал заполняет неровности и таким образом уменьшает силу трения. В качестве смазки можно даже использовать воду, но у неё есть существенный недостаток – вода быстро испаряется. Поэтому различные масла для этого подходят лучше.
Третий способ – выравнивание поверхностей. Чем меньше шероховатостей, тем слабее сила трения. Но в этом случае главное не переусердствовать – идеальное шлифование не уменьшит, а увеличит силу трения!
Почему между идеально отшлифованными поверхностями сила трения увеличивается?
Вы когда-нибудь разбирали картридж крана для воды? При случае изучит его. В нём есть две керамические пластины, перекрывающие поток воды. Эта керамика настолько отшлифована, что между пластинами не проникают молекулы воды. Они притягиваются как магниты. Но ведь мы знаем, что у керамики нет магнитных свойств. Почему же действует притяжение?
Дело в том, что на близких расстояниях проявляются силы притяжения атомов вещества. Самое время вспомнить ключевое слово «взаимодействие», которое присутствует в определении силы трения. Это взаимодействие как раз и увеличивает трение скольжения идеально гладких поверхностей. То есть, путём шлифования, на каком-то этапе можно увеличить силу трения, о чём я утверждал в начале статьи.