Конспект уроку 24 "Сила тертя."

Про матеріал

Сформувати поняття сили тертя та її види, вивчити природу і напрямок сили тертя, з’ясувати від чого залежить і не залежить ця сила, ввести розрахункові формули;, дізнатися, які існують способи збільшення і зменшення цієї сили, а також його корисні і шкідливі сторони та показати як на практиці застосовуються знання про силу тертя.

Перегляд файлу

10 клас

Урок 24

Сила тертя.

Мета уроку:

навчальна:

формувати поняття сили тертя та її видів;
вивчити природу і напрямок сили тертя;
з’ясувати від чого залежить і не залежить ця сила;
ввести розрахункові формули;
які існують способи збільшення і зменшення цієї сили, а також його корисні і шкідливі сторони;
показати як на практиці застосовується знання про силу тертя;

розвивальна:

розвивати вміння спостерігати фізичні явища, відпрацьовувати навички роботи з фізичними приладами;
розвивати логічне мислення, інтелектуальні та творчі здібності, мислення, пам’ять, робити висновки, виділяти головне;
розвивати вміння перевірки теоретичних припущень експериментально;
розвивати інтерес до вивчення фізики;

виховна:

виховувати активність та самостійність, наполегливість, уважність, вміння вислухати товаришів, поважати думку інших;
виховувати мовлення,товариськість,культуру,працьовитість,взаємоповагу;
виховувати інтерес до виробничих професій.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Демонстрації: сила тертя спокою, сила тертя ковзання, сила тертя кочення, залежність сили тертя від площі поверхні та дотичних поверхонь.

Обладнання: мультимедійна презентація, підручник, кулька, жолоб, досліджуване тіло, дерев’яні бруски, набір тягарців,лінійки, лабораторні динамометри, різні поверхні, скло, шліфувальний папір, портрети Шарля Огюстена Кулона та Леонардо да Вінчі, таблиця, картки із завданнями.

Очікувані результати:

вміння пояснювати природу сили тертя;
обраховувати значення сили тертя під час руху тіла;
пояснювати прояви сили тертя в природі та техніці.

Хід уроку

І. Організаційний етап

Вітання з учнями, налаштування на роботу (знайомство, правила роботи на уроці)

Психологічне налаштування

Що візьмемо із собою на урок ?
Лінь-матінку? (Ні!)
Наполегливість? (Так!)
Увагу? (Так!)
Працьовитість? (Так!)
Гарний настрій? (Так!)
Усміхніться одне одному та побажайте успіхів.

Девіз уроку: Чого б ти не навчався ,ти навчаєшся для себе.

Епіграф

Три шляхи ведуть до знань:

Шлях наслідування – найлегший,

Шлях роздумів – найскладніший

І шлях дослідження – найцікавіший!

/Конфуцій/

І наш шлях пізнання буде складатися з таких складових:

Від спостереження і фактів ми повинні перейти до підтверджувального експерименту, а побудовою гіпотез ми повинні перейти до теорії (новим законам)
Спостереження
Факти
Експеримент
Теорія

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Наступає зима і не раз ми уже спостерігали, коли виходимо на вулиця в ожеледицю скільки зусиль потрібно, щоб утриматись, скільки смішних рухів доводиться робити, щоб устояти на ногах.

Пояснення цьому ми сьогодні відшукаємо на уроці.

Але насамперед хочу звернутися до історії

Закони, що описують цю силу вперше сформулював Леонардо да Вінчі у 1519 році, а для її вивчення використав мотузку
Модель цієї сили наново відкрив через 180 років Амонтон (1699)
Формулу цієї сили, яку використовує сучасна фізика, увів Шарль Кулон у 1781 р.
Дослідження цієї сили дозволило накопичити скільки інформації, що для її систематизації був створений новий розділ фізики – трибологія.
Ця сила може бути шкідливою, а може – корисною, тому її намагаються або зменшити або збільшити.
Якби ця сила зникла, то на Землі:

Змінився б рельєф
Вітри ніколи б не вщухали
Не міг би працювати жоден механізм.

Що там говорити, ми б не могли рухатись, втримувати будь-які речі в руках, одяг розходився б по швах.

Історична довідка

18 серпня 1851 року імператор Микола І здійснив першу поїздку з Петербурга в Москву по залізниці. Імператорський поїзд був готовий до відправлення о 4 години ранку. Керівник будівництва дороги, генерал Клейнміхель, щоб підкреслити особливу урочистість події, наказав першу версту залізничного полотна пофарбувати білою масляною фарбою.

Це було красиво і підкреслювало ту обставину, що імператорський поїзд першим проїде по нетронутій білизні колії, яка губилася в далині. Але Клейнміхель не врахував однієї обставини. Він забув про мастильну дію масляної фарби, яка зменшує тертя, паровоз буксував. А що ж було далі?

Жандарми, підібрав поли шинелей, бігли цю версту перед поїздом и посипали піском пофарбовані колії. Для чого?

Я думаю ви вже здогадались, що мова йде про прояви сили тертя.

Оголошення теми й мети уроку.

ІІІ. Актуалізація опорних знань

Назвіть основні характеристики фізичної величини сили? (числове значення, напрям, точка прикладання)
Які сили ви уже вивчили? ( пружності, тяжіння)
Яка природа цих сил?
Тепер давайте звернемось до того, що ми знаємо про силу тертя?

Сила тертя виникає при русі або спробі руху одного тіла по поверхні іншого
Сила тертя виникає через нерівності дотичних поверхонь
Взаємне притягування молекул дотичних поверхонь. Якщо поверхні тіл дуже добре відполіровані, то їх молекули розміщуються так близько одна до одної, що помітно починає проявлятися притягання між ними.

ІV. Вивчення нового матеріалу

Прослухайте вірш-загадку. Він допоможе нам ознайомитись із матеріалом, який ми сьогодні розглянемо.

Зима – це радість, лижі, сміх,

Це ковзанка, це гірка, сніг.

Фортеці, сніжки – це розваги!

В зими свої є переваги.

Але дорога, безперечно,

Узимку дуже небезпечна.

А те, що слизько, - всім на втіху!

Та водієві не до сміху!

Дорога, як каток, блищить –

Машину враз не зупинить!

В зимовий час, та й що казати,

Дорогу треба посипати!

Усе робити до пуття,

Щоб відбувалося… (тертя)

З тертям ми зіштовхуємося на кожному кроці. Вірніше було б сказати,що без тертя ми й кроку ступити не можемо. Тертя може бути корисним і шкідливим,цю аксіому людина вивела ще на зорі цивілізації. Адже два найголовніші винаходи-колесо й добування вогню. Як ви цей вислів розумієте?Так,це пов’язане з прагненням зменшити й збільшити ефекти тертя.

З давніх-давен сила тертя цікавила людство . Досліджував його і видатний художник епохи Леонардо да Вінчі.

Леонардо да Вінчі.

Рух тіла в реальних умовах не може тривати нескінченно довго. Якщо

штовхнути брусок, що лежить на столі, він набуде певної швидкості, але під час

руху бруска його швидкість буде зменшуватися. Яка ж «невидима» сила гальмує

брусок? Це – сила тертя ковзання. Вона діє з боку стола й спрямована протилежно до руху бруска. Така сама за модулем, але протилежно спрямована сила – теж сила тертя ковзання – діє на стіл з боку бруска.

У всіх механічних явищах наявні сили тертя. Наш рух по землі, рух транспортних засобів та їх гальмування — результат дії сил тертя. Сили тертя виникають унаслідок безпосереднього зіткнення тіл і завжди спрямовані вздовж поверхонь цих тіл, на відміну від сил пружності, спрямованих перпендикулярно цим поверхням.

Коли тіло ковзає по поверхні іншого тіла, на нього діє сила тертя ковзання.

Сила тертя ковзання – це сила, що виникає при русі одного тіла по поверхні іншого тіла.

Французький фізик та військовий інженер Кулон у 1781 році дослідив тертя кочення та ковзання.

Шарль Огюстен Кулон

Кожен знає, що шафу зрушити з місця непросто. Яка ж сила заважає це зробити? Це сила тертя спокою, яка виникає під час спроби зрушити одне з тіл, що дотикаються відносно іншого, і спрямована вздовж поверхонь дотикання тіл так, що перешкоджає відносному рухові тіла.

Дослід 1. Кулька котиться по похилому жолобу.

Що буде з рухом кульки, якщо вона скотиться на поверхню стола?
Як довго буде тривати такий рух?
Як посипати пісок на шляху кульки?

Отже, на кульку буде діяти сила, напрям якої протилежний до напрямку руху. Ця сила виникає в наслідок взаємодії тіл, які дотикаються одне до одного і здійснює взаємне переміщення (кулька - поверхня стола)

Робота з підручником Силу, яка виникає при відносному переміщенні тіл, що дотикаються, і яка спрямована в протилежному напрямку до напрямку руху, називають силою тертя.

Розглянемо дію сили тертя на прикладі руху автомобіля.

Після вмикання двигуна автомобіль повинен рухатись прямолінійно і рівномірно, так як на нього не діють інші тіла, але він через деякий час зупиняється під дією деякої сили. Це і є сила тертя.

Сила тертя напрямлена протилежно напрямку руху, прикладена в точці дотику тіл, що труться.

Чому виникає сила тертя?

Сила тертя ковзання виникає з двох причин.

По-перше, на шорсткуватих поверхнях існують нерівності, і в разі спроби зсунути одне тіло відносно іншого, ці нерівності чіпляються одна за одну, у результаті чого виникають сили, подібні до сил пружності.

По-друге, якщо обидві стичні поверхні ретельно відшліфовані, то в разі зіткнення цих поверхонь виникають сили міжмолекулярного притягання. Це може привести навіть до приставання поверхонь одна до одної.

Види сили тертя

тертя спокою

тертя ковзання тертя кочення

Як же виміряти силу тертя?

Дослід 2. Брусок тягнемо за допомогою динамометра по дерев’яній лінійці, прикладаючи до нього горизонтальну силу і поступово збільшуючи її.

Сили, що діють при цьому на брусок, врівноважують одна одну – вони

зображені на рисунку. Сила пружності з боку пружини Т врівноважує силу тертя ковзання F_тер, тому за показниками динамометра можна визначити модуль силитертя.

Поклавши на брусок другий такий самий брусок, ми, подвоїмо силу

ваги (і силу нормального тиску). При цьому ми помітимо, що й сила

тертя ковзання збільшилася також у два рази.

Це наводить на думку, що

модуль сили тертя ковзання F_терпропорційний модулю сили нормального тиску N

Сила тертя визначається за формулою:

F_тертя= µN,

µ- коефіцієнт тертя, який залежить від якості поверхні дотичних тіл і від

речовин, з яких вони виготовлені (коефіцієнт тертя ковзання)

Коефіцієнт тертя визначається експериментально.

Наприклад,

Матеріали	Коефіцієнт тертя
Сталь по льоду	0,02
Сталь по сталі	0,20
Дерево по дереву	0,25
Шкіра по чавуну	0,56
Гума по бетону	0,75

Відносно великий коефіцієнт тертя між гумою й бетоном сприяє безпечному руху автомобілів. Восени, коли мокре листя покриває дорогу і коефіцієнт тертя між колесами та дорогою значно зменшується, рух стає досить небезпечним.

Сила тертя ковзання:

Виникає при дотику двох рухомих поверхонь твердих тіл
Напрямлена паралельно стичним поверхням рухомих тіл
Не залежить від площі стичних поверхонь та швидкості руху тіл

Сила тертя спокою: Тертя спокою – це сила, яка виникає в разі спроби зрушити з місця нерухоме тіло і перешкоджає появі руху.

Сила тертя спокою прикладена вздовж поверхні, якою тіло стикається з іншим тілом, і завжди дорівнює силі, що намагається зрушити тіло з місця.

Якщо сила тяжіння не знає відпочинку, то сила тертя з’являється під час

руху одного тіла по поверхні іншого. Точніше, вона з’являється навіть трохи

раніше – вже при спробі змусити одне тіло почати рух по поверхні іншого тіла.

Кожний знає, як важко зрушити з місця піаніно.

Яка ж сила врівноважує силу, що прикладається до піаніно?

Це – сила тертя спокою. Вона виникає при спробі зрушити одне з дотичних тіл щодо іншого й тому перешкоджає руху тіл одне щодо одного.

Якщо збільшувати прикладену до піаніно силу, ми все-таки зрушимо його. Виходить, сила тертя спокою не може перевищувати деяку «граничну» величину, що називається максимальною силою тертя спокою. Досвід показує, що максимальна сила тертя спокою трохи більше сили тертя ковзання, однак у

багатьох задачах для спрощення ці сили вважають рівними.

Сила тертя спокою може набувати значень від нуля до F тер.спок.мах.

Незважаючи на свою назву, сила тертя спокою часто приводить тіла в рух. Наприклад, без цієї сили ми буквально й кроку не могли б ступити: роблячи

крок, ми відштовхуємося від дороги саме за допомогою сили тертя спокою. Сила

тертя спокою розганяє й автомобілі: з її допомогою колеса, що обертаються,

відштовхуються від дороги.

Якщо по натягнутій струні скрипки провести смичком, то за рахунок сили

тертя спокою струна буде смикатися ривками, почне коливатися й зазвучить.

Сила тертя кочення: При однакових навантаженнях сила тертя кочення завжди менша за силу тертя ковзання.

Сила тертя залежить від матеріалу контактуючих поверхонь, від сили нормальної реакції опори.

Сила тертя кочення тим менше,чим твердіші поверхні дотичних тіл:тому,сталева кулька довго котиться по склу. Ось чому рейки й колеса вагонів роблять зі сталі,а шосе-із твердим покриттям.

Способи зменшення й збільшення сили тертя

Що ж таке тертя? Чи не правда, це слово викликає уявлення чогось неприємного, несимпатичного; чогось такого, що невідомо звідки береться й для того тільки й існує, щоб ми його усували, долали?.. Коротше кажучи, викликає уявлення чогось надзвичайно зайвого.

В інтересах істини нам необхідно якомога скоріше позбутися цих помилкових уявлень. Оскільки тертя насправді існує не тільки для того, щоб додавати нам турбот і роботи; воно так само рятує нас від чималих турбот і часто полегшує нашу працю. Давайте уявімо собі, що тертя більше немає. Що тоді б відбулося? Та ми б не змогли з вами і кроку ступити, наші ноги всюди б так і роз’їжджалися, причому куди більше, ніж на гладкому льоді; а поїзд стояв би на колії – машина працювала б, а він не рухався б з місця; книга не змогла б утриматися на столі, та й стіл теж їздив би по підлозі – дивишся, а він вже десь у куті. Ручка вислизала б у нас із рук, чашка із чаєм – теж, цвяхи повилізали б зі стін, а гвинти – з гайок. Ми б не зуміли спорудити жодної будівлі, і вітер так і гуляв би повсюди, як у чистому полі. Навіть одяг тримається купи теж за допомогою тертя! І носити ми його можемо теж дякуючи силі тертя!

корисні прояви сили тертя		шкідливі прояви сили тертя
А) між нитками не розповзаються тканини;		А) спрацьовуються тертьові поверхні різних деталей машин і споруд;
Б)утримуються на рукоятках молотки, сокири, лопати та інші інструменти; В) міцно скріплюються різні матеріали, деталі інструментів, різноманітних пристроїв і споруд.		Б) затрачається енергія на подолання сил тертя,внаслідок чого зменшується ККД машин,верстатів та іншого технічного устаткування. В) щороку тертя автомобільних шин об дорогу знищує половину світового виробництва каучуку.

Яку роль відіграє сила тертя у житті людини?

Завдяки цій силі ми можемо переміщатися по землі. Наземний транспорт рухається лише внаслідок існування тертя між колесами і поверхнею дороги. На виробництві широко застосовують транспортери з гумовою стрічкою,яка весь час рухається . Якщо на неї покласти вантаж ,то внаслідок існування сили тертя він буде переміщуватися на деяку відстань і навіть підійматися на певну висоту.

У цих прикладах інженери прагнуть збільшити силу тертя. Для цього не тільки роблять поверхні шорсткими,але й добирають спеціальні матеріали. Разом із цим ,у багатьох випадках ,тертя треба суттєво зменшити. Для цього тертьові поверхні розділяють спеціальним мастилом,як у двигуні автомобіля,чи навіть водою,як у пральних машинах,де вал активатора відділяється від втулки тонкою плівкою води.

Учені встановили ,що ще стародавні єгиптяни,будували піраміди,поливали дорогу нільським мулом,що зменшувало тертя саней,на яких перевозили камінні брили.

Жоден сучасний механізм не можна уявити собі без кулькових та роликових підшипників. У підшипниках сила тертя кочення завжди менша від сили тертя ковзання.

Доповнені мастилом кулькові та роликові підшипники забезпечують швидке,безшумне й економне обертання різних валів у механізмах,коліс у транспортних засобах.

Це цікаво знати. Сила в живій природі.

Насіння череди для переміщення на великі відстані використовує силу тертя(слайд).

Плоди цієї рослини мають щетинки,якими чіпляються до одягу людей та хутра тварин,поширюючись на значні відстані. Сила тертя між щетинами плоду і хутром тварин протидіє відриванню насінин.

Можна навести багато прикладів використання рослинами і тваринами сили тертя. Так,виноград,горох та деякі інші рослини чіпляються вусиками(видозміни листка) за опору і так знаходять можливість перебувати у вертикальному стані при слабкому стовбурі. Різноманітні гачечки і щетинки на кінцівках комах допомагають їм вправно пересуватися,використовуючи силу тертя.

У всіх живих істот існує рідинне змащення тертьових поверхонь. Поверхні всіх суглобів розділені синовіальною рідиною.

V. Закріплення вивченого матеріалу

Поясни народні приказки:

1.Коса любить брусок і сала кусок.

Відповідь. Щоб коса була гострою,її точать бруском. Тоді за рахунок тертя з коси знімається частина металу,роблячи його тоншим,тобто гострішою. Сало-косареві.

2. Не кінь везе,а дорога.

Відповідь. Якщо дорога нерівна,має багато виступів,ямок,піску,пилу,то зростає сила опору коліс об дорогу.

3.Баба з воза-кобилі легше.

Відповідь. Зменшиться сила нормального тиску-відповідно ,зменшиться сила тертя.

4.Тоді в колесі тичка,як з гори їде бричка.

Відповідь. Сила тертя ковзання в десятки ,а то й сотні раз більше сили тертя кочення. Тички в колеса ставлять,щоб колесо не оберталось,таким чином тертя кочення замінюється на тертя ковзання.

5.І легеньке пір’ячко,та на дах не закинеш.

Відповідь. Причиною є тертя пір’їни об повітря.

6.Лежачий плуг іржавіє.

Відповідь. За рахунок постійного тертя плуга об ґрунт стирається верхній шар окисленого металу-плуг шліфується.

Вікторина.

1. Для чого тіло покрите слиззю?

Відповідь. Щоб зменшити силу в’язкого тертя в рідині.

2.Чому підошви лап білого ведмедя покриті довгим жорстким волоссям?

Відповідь. Це збільшує силу тертя при ходінні по льоду.

3.Як стає у пригоді диким свиням міцна шкіра із жорстокою гладенькою щетиною?

Відповідь. Це дає їм можливість із малим тертям продиратися крізь лісові хащі.

Фізика та автомобіль

1.Чому правила дорожнього руху вимагають від водіїв у разі використання ними взимку коліс із шипами розміщати на задньому склі автомобіля знак у вигляді великої літери «Ш»?

Відповідь. Щоб водії,які їдуть позаду,вибираючи безпечну дистанцію-автомобіль із шипами на шинах може різко загальмувати навіть на слизькій дорозі.

2.Для чого зовнішню поверхню шин автомобіля роблять рельєфної форми?

Відповідь. Для збільшення сили тертя між колесами і поверхнею дороги.

3.Автомобіль їде по дорозі. Допомагає чи заважає йому рухатися сила тертя?

Відповідь. Сила тертя спокою між поверхнею шин і дороги допомагає,а між деталями-сила опору повітря заважає.

Навчаємося розв’язувати задачі

Задача1.

На скільки видовжується пружина жорсткістю 50Н/м,якщо за її допомогою тягнуть рівномірно та прямолінійно дерев’яний брусок масою 500 г по поверхні стола? Коефіцієнт тертя між бруском і столом дорівнює 0,2.Під час руху пружина горизонтальна.

Дано: Розв’язання:

m=0,5кг Рівномірний рух свідчить,що сила пружності компенсується

k=50 Н/м силою тертя ковзання між бруском і столом F_пр=F_тр; F_пр= kx;

µ= 0,2 F_тр= µmg. Отже, kx = µmg.

х- ? Звідси .

Перевіряємо одиниці виміру: = = м

Визначимо числове значення шуканої величини:

х= = 0,02 (м)= 2 см

Відповідь: 2 см.

Задача2.

З якою найбільшою швидкістю автомобіль може рухатися на повороті радіусом 40 м,щоб його не занесло,якщо коефіцієнт тертя коліс об дорогу становить 025?

Дано: Розв’язання: