Тема уроку: Тертя. Сили тертя. Коефіцієнт тертя ковзання. Тертя в природі й техніці.

Тема уроку: Тертя. Сили тертя. Коефіцієнт тертя ковзання. Тертя в природі й техніці.

Мета: сформувати в учнів знання про виникнення тертя, силу тертя. Дізнаємося причини виникнення сили тертя; вимірювання сил тертя за допомогою динамометра; способи збільшення і зменшення сили тертя ковзання. “Кефіцієнт тертя”. Сприяти розвитку вміння аналізувати результати експериментів, робити висновки з отриманих експериментальних даних. Сприяти вихованню в учнів бажання вміння працювати в колективі та вміння висловлювати і відстоювати свою думку та прислухатися до думок інших. Розвинути логічне мислення.

Тип уроку: комбінований урок

Демонстрації: тертя спокою та тертя ковзання, тертя кочення, залежність тертя від шороховатості поверхонь, способи збільшення та зменшення тертя.

Очікувані результати:

Сьогодні ми визначимо:

• Чому виникає тертя
• коли виникає сила тертя;
• природу і напрямок сили тертя;
• з’ясувати, від чого залежить сила тертя;
• які існують способи її збільшення і зменшення;
• корисні та шкідливі властивості сил тертя.

Обладнання: візок, дерев’яна поверхня, набір скляних пластинок, лінійка, динамометр, роздатковий матеріал, підручник.

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Перевірка домашнього завдання

ІІI. Актуалізація опорних знань

1. учнів розв’язують задачі усно.

1. Якою є вага тіла масою 200грам? (2 Н)

2. Якою є маса тіла вагою 100Н? (10кг)

3.  Рівнодійна двох сил 3 Η і 5 Η становить: 10 Н, 7 Н, 5 Н, 2 Н, 3 Н, 8 Н. Які з цих відповідей можуть бути правильними? (2Н і 8 Н)

4. Рівнодійна трьох сил 2 Η , 5Н і 3Н становить…?(4Н, 0, 6Н)

5. Що таке сила пружності? (Сила пружності — це сила, яка виникає під час деформації тіла і напрямлена протилежно напрямку зміщення частин цього тіла в ході деформації.)

6. Чому виникає сила пружності? (Ми добре знаємо, що всі тіла складаються з частинок (атомів, молекул, йонів). У твердих тілах частинки коливаються біля положень рівноваги і взаємодіють міжмолекулярними силами притягання та відштовхування. У положеннях рівноваги ці сили зрівноважені.
У разі деформації тіла у взаємному розташуванні його частинок виникають певні зміни. Якщо відстань між частинками зростає, то міжмолекулярні сили притягання стають сильнішими за сили відштовхування. Якщо ж частинки зближуються, то сильнішими стають міжмолекулярні сили відштовхування. Іншими словами: у разі деформації частинки «прагнуть» відновити положення рівноваги. Сили, що виникають у разі зміни положення однієї частинки, дуже малі. Однак коли ми деформуємо тіло, то змінюється взаємне розташування величезної кількості частинок. У результаті додавання сил стає суттєвою їх  рівнодійна, яка протидіє деформації тіла. Це і є сила пружності.
Отже, сила пружності — прояв дії міжмолекулярних сил.)

7. Кросворд

https://learningapps.org/display?v=pfbugvot323

IV. Вивчення нового матеріалу

Подумайте і дайте відповіді на такі запитання:

• Чому ми можемо писати на папері;
• Чому речі, які стоять на вашому столі, не відлітають від найменшого протягу;
• Чому одяг, який висить на вашому стільці або плічках в шафі;
• Чому загоряється сірник?
• Чому виникає звук на музичних інструментах?
• Чому появляється вогонь з кресала, чи коли ми тремо сухі гілочки одна об одну?
• Чому ви можете водити комп’ютерною мишкою по килимку;
• Чому ви насилу рухаєте шафу, оскільки є сила тертя;
• Чому ваш одяг, шафа, деталі механічних машин не розпадаються?
• Чому цвях не вилазить із стіни?

Напевно тому що є якась сила, що тримає всі ці тіла. Не дає їм розпастися, тримає їх разом. І ця сила називається силою тертя.

 Давайте подивимось на природу виникнення сили тертя:

Природа сили тертя є подвійною. Першою причиною тертя може бути нерівність контактуючих поверхонь (шераховатість поверхні). Справа в тому, що навіть поверхні, які нам здаються на дотик гладенькими, при збільшеному розгляді (рис 1 а) є нерівними. Під час руху одного тіла по поверхні іншого ці нерівності зчіплюються між собою, вдаряються одна об одну, що чинить опір рухові. Другою причиною тертя  є міжмолекулярні електричні сили притягання які діють між деякими частинками (атомами чи молекулами) поверхонь обох тіл (рис 1 б). Про ці сили вже згадувалось, коли ми розглядали природу сили пружності. Тому природа тертя двояка: шераховатість поверхонь та електрична взаємодія атомів контактуючих поверхонь.

Рис.2

Ісчнують такі види тертя?

1. Сила тертя спокою - це сила тертя, яка діє на тіло, що знаходиться у стані спокою, та протидіє можливому руху тіла.
2. Сила тертя кочення - при коченні одного тіла по поверхні іншого 
3.  Сила тертя ковзання - це сила тертя, яка виникає при ковзанні одного тіла по поверхні іншого.

Розраховуємо силу тертя ковзання:

 
де N — сила нормальної реакції опори
µ— коефіцієнт пропорційності, який називають коефіцієнт тертя ковзання.

Коефіцієнт тертя може приймати різні додатні значення: бути меншим за одиницю, рівним одиниці та більшим за одиницю, оскільки цей коефіцієнт залежить від:

Зверніть увагу, що коефіцієнт тертя не залежить від площі взаємодіючих поверхонь

Сила тертя в техніці

Ще одним способом зменшити тертя є застосування кулькових і роликових підшипників. Внутрішнє кільце підшипника одягається на вал будь-якого механізму, а зовнішнє кільце закріплюють у корпусі машини або верстата. І коли вал починає обертатися, то він не ковзає, а котиться на кульках або роликах між кільцями підшипника.

А ми знаємо, що сила тертя кочення значно менша тертя ковзання.

Тому обертові частини зношуються набагато повільніше. Застосовують також повітряну подушку, зменшення площі дотичних тіл, а також шліфовку.

Наприклад, щоб зменшити силу тертя між льодом і ковзанами, ковзани гострять, роблячи поверхню зіткнення менше, а лід шліфують, роблячи його максимально гладким. Так само зменшують тертя при різанні чого-небудь в побуті та на виробництві, заточуючи ножі якомога гостріше.

Роль сили тертя в техніці не завжди негативна, як могло здатися.

Адже, наприклад, коли ми замінюємо силу тертя ковзання тертям кочення, щоб зменшити взаємодію тертьових поверхонь, то слід пам’ятати, що якби тертя було відсутнє зовсім, то колеса або кульки в підшипниках просто-напросто прокручувалися б, не приводячи тіло в рух.

Ще приклади сили тертя у техніці:

• автомобіль може гальмувати;
• на півночі люди пересуваються на санках і лижах – так швидше, тому що менше сила тертя;
• їзда на велосипеді;
• будь-які змащені деталі працюють краще
  в кулькопідшипниках виникає сила тертя кочення;
• колеса з шипами або навіть з ланцюгами;
• механізми для передачі або перетворення руху за допомогою тертя, так звані фрикційні механізми.

Щоб зменшити силу тертя: 

• покращують якість обробки стичних поверхонь;

• спеціально підбирають матеріали;

• використовують підшипники;

Для більшості поверхонь сила тертя кочення значно менша за силу тертя ковзання. Тому широко практикується заміна тертя ковзання тертям кочення (кулькові та роликові підшипники).

• змащують стичні поверхні мастилом;

У техніці для зменшення впливу сил сухого тертя між поверхнями вводять мастило - в'язку рідину, яка створює тонкий шар між твердими поверхнями. Вплив мастила полягає у тому, що між тертьові поверхні вводиться шар в'язкої рідини, яка заповнює всі нерівності поверхонь і, прилипаючи до них, утворює два тертьових шари рідини. В результаті тертя ковзання замінюється рідким тертям, яке набагато менше за тертя ковзання. Застосування мастил зменшує тертя в 8-10 разів.

Хоча мастило між тертьовими поверхнями використовували з самого початку зародження техніки, лише в 1886 році завдяки О. Рейнольдсу з'явилася струнка теорія, присвячена мастилам.

• у випадку рідкого тертя - надають тілу обтічної форми.

При дуже великих швидкостях сухе тертя (тертя ковзання, тертя кочення)  переходить у в’язке, оскільки між поверхнями утворюється прошарок повітря.  В даний час широко застосовується такий спосіб зменшення тертя при русі транспортних засобів.

Повітряна подушка - це шар стиснутого повітря під транспортним засобом, який піднімає його над поверхнею води або землі. Шар стисненого повітря створюється вентиляторами. Відсутність тертя об поверхню дозволяє знизити опір руху. Від висоти підйому залежить здатність такого судна рухатися над різними перешкодами на суші або над хвилями на воді. Першим ідею подібної машини на повітряній подушці висловив К.Е. Ціолковський в 1927 році, в роботі «Опір повітря і швидкий поїзд».

Щоб збільшити силу тертя:

• На стичних поверхнях створюють рельєфні малюнки.

•  
• Збільшують вагу тіла.

• підбирають середовище з більшим коефіцієнтом тертя...

Використати віртуальну лабораторію

https://phet.colorado.edu/uk/

https://phet.colorado.edu/sims/html/friction/latest/friction_uk.html

https://phet.colorado.edu/sims/html/forces-and-motion-basics/latest/forces-and-motion-basics_uk.html

V. Закріплення виченого матеріалу

Розв’язування задач

1. Намагаючись зрушити з місця шафу, до неї прикладають горизонтальну силу, що поступово збільшується. Шафа почала рухатися,
   коли сила досягла 175 Н.
   а) Як змінювалася сила тертя між шафою та підлогою?
   б) Що відбуватиметься, якщо силу збільшувати ще?
   в) Яким є коефіцієнт тертя ковзання між шафою та підлогою, якщо
   маса шафи становить 70 кг?
2. За допомогою пружини жорсткістю 96 Н/м брусок масою 2,4 кг
   рівномірно тягнуть по столу. Яким є видовження пружини, якщо
   коефіцієнт тертя між бруском і столом дорівнює 0,2?
3. Заповніть таблицю.

VI. Домашнє завдання:  параграф 21, вправи: 15.13, 15.25.