Тертя. Сила тертя. Коефіцієнт ковзання. Тертя в природі і техніці.

 

 

 

Відкритий урок з фізики:

 

" Тертя. Сила тертя. Коефіцієнт ковзання. Тертя в природі і техніці".

 

 

 

Вчитель фізики Івасів В.В.

 

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

Мета уроку: сформувати поняття сили тертя,з’ясувати природу сили тертя, розглянути способи збільшення і зменшення тертя, показати як на практиці застосовується знання про силу тертя; розвивати вміння спостерігати фізичні явища на основі взаємодії тіл, формувати вміння аналізувати факти, отримані в ході спостереження явища: виховувати активність, наполегливість, уважність та самостійність в учнів.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

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

Обладнання: тіло з паперовою поверхнею, візок, дерев’яна, паперова  поверхні, набір тягарців ,  динамометр, роздатковий матеріал, підручник.

 

Хід уроку

Організаційний етап

 

 

      Актуалізація знань:

 

•   Запитання.

1. Яку силу ми називаємо силою пружності?
2. Чому виникає сила пружності?
3. Що таке деформація?
4. Які деформації називають пружними, пластичними.
5. Сформулюйте закон Гука.
6. Дайте означення сили тяжіння.
7. До чого прикладена і куди направлена сила тяжіння?
8. За якою формулою обчислюють силу тяжіння?

 

 Ну що ж сьогодні ми познайомимося  з останньою із трьох сил, які розглядуються в механіці. Ми вже познайомились з силою тяжіння та силою пружності, і сьогодні мова піде про силу тертя. І так тема нашого уроку «Сила тертя».

Перед вами тіло. Якщо його підняти і відпустити, то під дією сили тяжіння воно почне падати і рухатися з прискоренням вільного падіння. По дорозі  тілу зустрілась якась поверхня і тіло зупинилося, тому що крім сили тяжіння діє ще одна сила – сила пружності. Давайте покажемо їх на рисунку (рисунок).

 

                  

 

                 

                    mg

Ось опора, ось тіло, на нього діє сила тяжіння mg, і на нього ще діє сила пружності, опора у нас горизонтальна, значить сила пружності направлена вертикально вгору, так як сила пружності перпендикулярна, завжди перпендикулярна тій поверхні, з якою тіло контактує і яку ми часто називаємо силою реакції опори.   Так  як у нас тіло нерухоме, то сила реакції опори по модулю дорівнює силі тяжіння і направлена в протилежний бік. Позначимо цю силу літерою N. Тіло знаходиться в рівновазі. А тепер подіємо на це тіло ще однією силою.

Дослід 1.Прикріпимо до тіла динамометр, який покаже силу, з якою ми діємо на це тіло. Стрілка доволі велика і ви побачите значення сили. І так прикріпимо динамометр до тіла і почнемо діяти на тіло з силою направленою вздовж поверхні. Зараз сила дорівнює нулю, а тепер 1, 2, 3, 4, 5 Ньютона. На тіло діє горизонтальна зовнішня сила, а тіло продовжує знаходиться в стані спокою. Чому?

                  

                      

                                

                 

                   

Який висновок ми можемо зробити з цього: Є ще якась сила, яка компенсує, врівноважує силу яку ми прикладаємо паралельно поверхні, і виникає на межі дотику  тіла та опори. Позначимо ці сили на нашому рисунку. Силу яку ми прикладаємо позначимо літерою F, і по скільки тіло нерухоме, то на нього діє ще одна сила, рівна по модулю, але протилежна направлена. І ця сила називається – силою тертя.  До чого вона прикладена – до тіла. З боку чого вона прикладена – з боку опори. Показуємо її і позначимо літерою F_тертя . Ця сила компенсує силу з якою я дію. Я збільшую силу F, і автоматично збільшується сила тертя F_тертя, таким чином, щоб компенсувати силу F. Так як тіло знаходиться в стані спокою, то ця сила називається – силою тертя спокою.

                

                   N

                  

   F_{тертя сп}                             F     

                 

                    mg

 

Давайте запишемо висновок, до якого ми приходимо: Сила тертя спокою рівна по модулю і протилежно направлена по відношенню до сили прикладеної  до нерухомого тіла паралельно поверхні його контакту з другим тілом.

В яких межах може мінятися модуль сили тертя спокою?

 

 Дослід 2  Поступово збільшую силу, яка діє на тіло, до того моменту поки тіло не почне рухатись. Від нуля до якогось максимального значення

Давайте побудуємо графік залежності сили тертя від тієї сили, яку ми прикладаємо , по осі ОУ – силу тертя, а по осі ОХ   - силу, яку прикладаємо до тіла.

   F_тертя

 

           

 

            45^о

                                              F

 

 

Як буде направлена ця пряма лінія – під кутом 45^о . Як ви думаєте, від чого залежить це максимальне значення сили тертя спокою:

-         від маси тіла

-         від площі поверхні

-         від матеріалу поверхні.

Давайте перевіримо.

 

Дослід 3. Збільшую масу тіла.  Прикладаю силу F. Робимо висновок. (Сила тертя залежить від сили реакції опори ( маси тіла))

 

Дослід 4. Прикріпляю до тіла динамометр та рівномірно буду рухати брусок, відмітивши значення сили. Перевертаю брусок на меншу грань, відмічаю значення сил. Робимо висновок. (Сила тертя не залежить від площі дотичних поверхонь)

 

Дослід 5. Ковзання одного і того ж тіла по різним поверхням. Робимо висновок. (Сила тертя залежить від матеріалу поверхні по якій рухається тіло)

 Максимальне значення сили тертя спокою: залежить від маси тіла та матеріалу  дотичної поверхні, і не залежить від площі опори.  І ось двоє французьких вчених, прізвища  яких Амонтон і Кулон вивчили залежність сили тертя від різних факторів і встановили наступний закон: Максимальне значення сили тертя спокою прямо пропорційне силі нормального тиску.

А коефіцієнт пропорційності як ви думаєте від чого залежить?  Так, від матеріалу  дотичних поверхонь. Давайте запишемо формулу

 

        -        закон Амонтона - Кулона.

 

Коефіцієнт називається коефіцієнтом тертя, який не має одиниць вимірювань. Що цей коефіцієнт показує? Він показує яку частину від нормального тиску складає значення сили тертя спокою.

  

 

Коефіцієнт тертя залежить від того,які поверхні контактують між собою. Давайте подивимося на 143 сторінці підручника таблицю (приклад: резина по асфальту, дерево по дереву т.д.)

 

Дослід 6. Що буде відбуватися коли ми і далі будемо збільшувати силу  F?  Бачимо, що при деякому значенні  тіло зрушило з місця і звернемо увагу, що сила з якою ми тягнемо це тіло не залежить від швидкості, а це означає, що ми перешли в режим ковзання, тобто сила тертя ковзання не залежить від швидкості. Більш того ми бачимо, що сила тертя ковзання дорівнює максимальній силі тертя спокою, тобто наш графік піде далі горизонтально:

   F_тертя

 

           

 

            45^о                                                   

  

                                 F           

           ^{тертя спокою      тертя ковзання}                          

Давайте на цьому графіку виділимо дві області: перша – тертя спокою, друга – тертя ковзання.

А раз так, то ми можемо і далі користуватися Законом Амонтона - Кулона для знаходження сили тертя ковзання. Тобто сила тертя ковзання прямо пропорційна силі нормального тиску і залежить від матеріалу та якості обробки поверхні.

Ми всі добре знаємо, то тіло може не тільки ковзатись по поверхні, а і котитись.   Зараз на досліді ми з вами вияснимо яка із сил більша:  сила тертя ковзання, чи сила тертя кочення.

 

Дослід 7.  Спочатку заміряємо силу ковзання, а потім силу кочення одного і того ж тіла. Висновок:  сила тертя кочення менша ніж сила тертя ковзання.                                                                                                                                                  

 

Природа сили тертя

Сила тертя спокою виникає з двох причин:

1.      Поверхні твердих тіл є завжди шорсткими, нерівними. При спробі зрушити одне тіло відносно іншого ці нерівності зачіпають одна за одну, в результаті чого виникають сили, подібні до сил пружності.

 Способи зменшення й збільшення сили тертя

      а) Використання мастил (так зване сухе тертя значно більше за в’язке (рідке))

      б) Більш якісна обробка деталей машин

      в) Використання підшипників    

 

 

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1.   Навчаємося розв’язувати задачі

1. Брусок масою 2 кг тягнуть по горизонтальному столу, прикла­даючи горизонтальну силу 6 Н. При цьому брусок рухається з постійною швидкістю. Який коефіцієнт тертя між бруском і столом?                                              

2.   Поміркуй і відповідай

1. Чому не розв’язуються шнурки на черевиках?
2. Що змінюється зі збільшенням ваги автомобіля: сила тертя чи коефіцієнт тертя?
3. Чому головку сиру легше розрізати на шматки міцною ниткою,  ніж ножем?
4. З якою метою гімнасти перед виступом натирають долоні рук спеціальною речовиною – тальком?                                    

 

Опорний конспект

Підсумки уроку

Отож, давайте дамо характеристику силі тертя: числове значення (модуль); напрямок; точка при­кладання.

Домашнє завдання

Параграф 21, вправа 21 №1,2,4