Фізика 7___                      Урок______                                  Дата__________

Тертя. Сили тертя. Коефіцієнт тертя ковзання.

Тертя в природій техніці

Мета

Навчальна: вивчити нову силу — силу тертя, її властивості, види сил тертя; увести формулу сили тертя ковзання; з’ясувати причини виникнення сили тертя та її природу; розглянути способи зменшення й збільшення сили тертя, роль сили тертя в щоденному житті, виробничих процесах.

Розвивальна: сприяти розвитку експериментальних умінь учнів; продовжити розвиток умінь аналізувати результати експериментів і робити відповідні висновки.

Виховна: показати роль сили тертя у виробничих процесах, побуті, щоденному житті; довести повсюдність її прояву; показати значення наукових знань у житті будь-якої людини.

Учні мають:

уміти: зображувати силу тертя, точку її прикладення й напрямок;

пояснювати: причини появи сили тертя;

називати: види сил тертя;

записувати: формулу сили тертя;

знати нові поняття: сила тертя, коефіцієнт тертя; сила тертя ковзання, сила тертя спокою.

Технічні засоби навчання, наочні посібники

1. Комп’ютер, мультимедійний проектор, інтерактивна дошка (екран).

2. Набір важків, динамометр, 2–3 дерев’яні бруски різної маси, круглі стержні, пластмасовий трибометр, наждачний папір (пісок), візок.

Демонстрації

1. Прояв і вимірювання сил тертя ковзання, кочення, спокою.

2. Способи зменшення й збільшення сили тертя.

3. Кулькові й роликові підшипники.

План заняття

ХІД УРОКУ

Що ти скажеш фізико? Охолодження стосунків

Між людьми     — наслідок тертя між ними.

Станіслав Єжи Лец

I. Організаційний момент

II. Актуалізація опорних знань

Фронтальне опитування

1. Що називається силою?

2. Що прийнято за одиницю сили?

3. Що означає сила 1 ньютон?

4. Чим характеризується сила?

5. Яким приладом вимірюють силу?

6. Яку силу називають силою тяжіння, до чого вона прикладена і який має напрямок?

7. Від чого залежить притяжіння тіл до землі?

8. Що таке деформація? Які сили діють між молекулами речовини?

9. Що називається силою пружності, яка її природа, до чого вона прикладена й куди спрямована?

ІІІ. Оголошення теми уроку

Дидактична гра «Упізнай героя»

• Закони, що описують цю силу, уперше сформулював Леонардо да Вінчі в 1519 році, а для її вивчення використав мотузку.
• Модель цієї сили наново відкрив через 180 років Г. Амонтон (1699 р.).
• Формулу цієї сили, яку використовує сучасна фізика, увів Шарль Кулон у 1781 р.

• Дослідження цієї сили дозволило накопичити стільки інформації, що для її систематизації був створений новий розділ фізики — трибологія.
• «Крапля скелю підмиває» — у поданому прислів’ї описаний один із проявів цієї сили.
• 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; ƒƒ
• вітри ніколи б не вщухали;ƒƒ
• не зміг би працювати жоден механізм. ƒƒ

ІV. Вивчення нового матеріалу

1. Природа сил тертя

Сила тертя — якісно інша сила, на відміну від F_тяж, F_пруж, з дією якої ми часто зустрічаємося в нашому щоденному житті, а сьогодні ми познайомимося із законами тертя — такого необхідного явища.

Демонстрація дослідів

Дослід 1. Скачування іграшкового автомобіля з похилої площини і його подальший рух горизонтальною поверхнею (дерев’яною, гумовою, піщаною).

Обговорення результатів дослідів. Учні мають дійти висновку про те, що між тілами виникає сила, яку називають силою тертя. Вона й впливає на шлях, пройдений автомобілем по горизонтальній поверхні. Тобто для виникнення сили тертя потрібна взаємодія двох дотичних тіл. Оскільки поверхня, на яку насипаний пісок, шорсткіша, і шлях, пройдений автомобілем, найменший на цій поверхні, учні роблять висновок, що сила тертя залежить від міри шорсткості поверхні.

Після обговорення результатів поданого досліду вводять визначення сили тертя, її позначення й одиниці.

Силу, що характеризує розглянуту взаємодію, називають силою тертя. Позначення — F_тер.

• Сила, що виникає за зіткнення поверхонь тіл і перешкоджає їх переміщенню одне відносно одного, називається силою тертя.

Для з’ясування причини сили тертя необхідно повернутися до висновків, зроблених у ході обговорення першого досліду. Як можна зменшити силу тертя? Учні доходять висновку, що причина сили тертя — шорсткість поверхні. Учні висловлюють припущення, що обробка поверхні дозволить зменшити силу тертя.

Дослід 2. Переміщення двох шматків скла один відносно одного.

Проведення цього досліду ставить нову проблему перед учнями — виявляється, якщо поверхні дуже гладенькі, то сила тертя також збільшується.

Учні висловлюють різні припущення про існування якоїсь іншої причини виникнення сили тертя. Необхідно в результаті обговорення нагадати дітям про будову речовини. На відстанях, порівнянних із розмірами молекул, діють сили тяжіння, тому між двома гладенькими поверхнями під час руху одне відносно одного виникає сила, яку назвали силою тертя.

Висновок: причини виникнення сили тертя: 1) шорсткість поверхонь; 2) взаємне притяжіння молекул дотичних тіл.

2. Види сил сухого тертя

Дослід 3. Вимірювання сили тертя.

• Як можна виміряти силу тертя й визначити її напрямок?

Вимірюючи силу, з якою динамометр діє на тіло під час його спокою або рівномірного руху, ми вимірюємо силу тертя. Динамометр показує силу пружності (силу тяги), яка дорівнює за модулем силі тертя. Яку силу показує динамометр?

Відповідь учнів: динамометр показує силу тяги, яка дорівнює за модулем і протилежна за напрямком до сили тертя.

Висновок: сила тертя спрямована в бік, протилежний до ймовірного напрямку руху або реального руху, має точку прикладання, розташовану в точці дотикання тіла з поверхнею.

У фізиці розрізняють такі види сухого тертя:

1. Тертя спокою.

2. Тертя ковзання.

3. Тертя кочення.

Для порівняння цих видів сил тертя учням пропонують провести фронтальний експеримент: порівняння сил тертя спокою, ковзання, кочення.

Дослід 4

1. Покладіть дерев’яний брусок на гумовий килимок, на нього — два важки й в горизонтальному напрямку почніть тягнути брусок динамометром. Доки сила, яку показує динамометр мала, брусок буде перебувати в стані спокою. Силу пружності пружини динамометра компенсує сила тертя спокою. Вона напрямлена протилежно зовнішній сили й дорівнює їй за модулем.

2. Збільшуючи натяг пружини динамометра, виміряйте максимальну силу тертя спокою бруска на гумовому килимку. Її покаже динамометр на початку руху бруска.

Запишіть покази динамометра в таблицю.

3. Виміряйте силу тертя ковзання бруска з вантажами по килимку. Для цього пере­міщуйте брусок із вантажами рівномірно за допомогою динамометра. Результат вимірювання сили запишіть у таблицю.

4. Виміряйте силу тертя кочення бруска на гумовому килимку. Для цього покладіть брусок із двома вантажами на два круглі олівці й рівномірно переміщайте брусок по килимку за допомогою динамометра. Результат вимірювання сили запишіть в таблицю.

5. Зробіть висновок, порівнявши між собою результати сил тертя спокою й ковзання; ковзання й кочення.

Обговорення результатів досліду

Сила тертя кочення МЕНША від сили тертя ковзання, а сила тертя ковзання МЕНША від максимальної сили тертя спокою.

Для більш детального ознайомлення учнів із питанням про зменшення сили тертя можна запропонувати перегляд фрагмента, у якому йдеться про зменшення й використання підшипників, використання сили тертя в природі, побуті й техніці.

Первинне осмислення й закріплення вивченого матеріалу

• Чому важче зрушити санчата з місця, ніж везти їх?
• Чому медичні голки полірують до дзеркального блиску?
• Яку роль під час ковтання відіграє слина?
• Чому важко тримати в руках живу рибу?
• Чому після дощу ґрунтова дорога стає слизькою?
• Який вид тертя утримує ящик під час його переміщення на похилому транспортері?
• Чому шовковий шнурок розв’язується швидше за вовняний?
• Навіщо взимку задні колеса деяких автомобілів перев’язують ланцюгами?
• Чому мокрий папір легко рветься?
• Дайте фізичне обґрунтування прислів’я: «Пішла справа, як по маслу».
• Чому ковзани добре ковзають по льоду й погано по склу?

3. Як розрахувати силу тертя ковзання?

Дослід 4. Вивчення залежності сили тертя від ваги тіла.

1. Визначте силу тертя дерев’яного бруска по дерев’яному трибометру, змінюючи кількість вантажів від 1 до 3.

2. Порівняйте сили тертя в кожному випадку.

3. Зробіть висновки.

Дослід 5. Вивчення залежності сили тертя від матеріалів та ступеня шорсткості поверхонь.

Дослід 6. Вивчення залежності сили тертя від площі поверхонь, які ковзають ода по одній.

Після проведення дослідів та обговорення результатів необхідно ввести формулу для обчислення сили тертя ковзання

F_тер = μN,

де N — сила, з якою притискаються поверхні, що ковзають одна по одній, F_тер = μN — коефіцієнт тертя ковзання, який залежить від матеріалів та ступені шорсткості поверхонь, які ковзають одне по одній.

1500 р. Славетний італійський художник, скульптор, учений Леонардо да Вінчі проводив дивні досліди, чим дивував своїх учнів: він тягав по підлозі то щільно звитий мотузок, то той самий мотузок на всю довжину. Його цікавило запитання, чи залежить F_{тер.ковз.} від величини площі дотичних поверхонь? Механіки того часу були переконані, що чим більші площі дотикання, тим більша сили тертя. Вони міркували так: чим більше точок дотикання, тим більша F_тер.. Леонардо да Вінчі засумнівався й почав проводити досліди, у результаті яких дійшов приголомшливого висновку: F_{тер.ковз.} не залежить від площі дотичних тіл.

1699 р. Французький учений Амонтон у результаті своїх дослідів підтвердив несподіваний висновок Леонардо да Вінчі, але вважав, що F_{тер.ковз.} залежить від швидкості руху тіл.

Упродовж XVIII і XIX століть налічувалося до 300 досліджень на цю тему. Їхні автори погоджувалися в тому, що F_тер. пропорційна силі реакції опори, тобто силі нормального тиску, що діє на дотичні тіла, але викликало подив те, що F_тер. не залежить від площі тіл, що труться.

1748 р. Дійсний член Російської академії наук Е. Ейлер опублікував свої міркування, що F_тер. залежить від N, v, від шорсткості поверхонь, що труться.

1779 р. У зв’язку з впровадженням машин і механізмів у виробництво назріла гостра потреба в глибшому вивченні цього явища. Видатний французький учений Ш. Кулон зайнявся цим питанням і витратив на нього два роки. Учений ставив досліди на суднобудівельній верфі в одному з портів Франції. Там він знайшов практичні виробничі умови й отримав позитивні відповіді на свої запитання.

Але суперечка між науковцями триває досі.

Група науковців при Інституту хімічної фізики Академії наук відкрила явище аномального низького тертя, тобто різке зменшення F_тер. за зменшення тиску й опромінення поверхонь, що труться, гамма-променями. Очевидно, цей ефект знайде особливе застосу­вання в космосі, але нас цікавить, що це за явище, суперечка про яке триває досі.

Висунення гіпотез і наслідки

На дошці записано:

V. Закріплення знань

Завдання 1. Щоб пересунути шафу, треба прикласти до неї горизонтальну силу 300 Н. Чому дорівнює коефіцієнт тертя між шафою й підлогою, якщо маса шафи — 120 Н?

Завдання 2. На скільки видовжиться пружина жорсткістю 50 , якщо за її допомогою тягнуть рівномірно й прямолінійно дерев’яний брусок масою 500 г по горизонтальній поверхні столу? Коефіцієнт тертя між бруском і столом дорівнює 0,2. Під час руху пружина горизонтальна. (Відповідь: 2 см.)

VІ. Підбиття підсумків уроку

VІІ. Домашнє завдання

Вивчити відповідний параграф підручника, відповісти на запитання після параграфа, виконати вправу після параграфа та відповідні завдання за задачником.

Скласти таблицю з використанням властивостей сили тертя у тваринному й рослинному світі (розглянути як збільшення сили тертя, так і зменшення).