Урок "Сила тертя"(7 клас)

Методична розробка уроку з фізики для 7класу

Підготувала вчитель фізики та астрономії

Білоцерківської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів №11

Кревська Валентина Олексіївна

 

Урок «Сила тертя»

Мета уроку. Формувати знання про силу тертя (її природу, напрям дії, способи визначення) та її види, навчити вимірювати силу тертя; розкрити корисну та шкідливу роль тертя в техніці та побуті. Встановити залежність сили тертя від тиску і роду поверхонь стичних тіл. Розвивати в учнів уміння виділяти

головне, експериментальні навички, виховувати працелюбність, самостійність, розширити кругозір учнів.

Обладнання: бруски, тягарці, динамометри, візки, фольга, наждачний папір, олівці.

Методичні поради. Клас розбивається на групи:

1. теоретики( розкривають знання про силу тертя, її природу, напрям дії, її види)
2. експериментатори( досліджують залежність сили тертя від тиску і роду поверхонь стичних тіл).
3. інженери( розкривають значення тертя в техніці)
4. історики( історичні відомості)
5. екологи( розкривають екологічні проблеми тертя)
6. біологи (значення тертя в живій природі)
7. спортсмени(значення тертя в спорті)
8. літератори( розповідь про те, щоб відбулося, як щоб зникло тертя)

Хід уроку

Вступне слово вчителя. Вітаю вас усіх на нашому уроці. Сьогодні ми розглянемо силу тертя (її природу, напрям дії, способи визначення) та її види, навчимось вимірювати силу тертя; розкриємо корисну та шкідливу роль тертя в техніці та побуті. Встановимо залежність сили тертя від тиску і роду поверхонь стичних тіл. А допоможуть нам в цьому учні 8 класу.

Виступи груп:

1. Теоретики

У реальних умовах жодне рухоме тіло не рухається нескінченно довго. скотившись з гори, м’яч навіть на рівній поверхні з часом зупиняється. Хокейна шайба рухається по льоду також протягом певного часу, а потім зупиняється. Розглянемо досліди. Поставимо на столі нахилену дошку, покладемо на неї кульку і відпустимо її. Кулька скочується на поверхню стола, котиться і зупиняється, пройшовши певну відстань. Якщо на стіл покласти скло, то кулька прокотиться значно далі. Зупинка кульки свідчить про те, що на неї діє сила, і ця сила спричинена дією поверхні стола на кульку. Покладемо дерев’яний брусок на дошку, приєднаємо до нього динамометр і потягнемо його до себе. Динамометр покаже поступове збільшення сили. Це збільшення припиниться, коли брусок почне рухатися. Отже, між бруском і дошкою виникає сила, яка діє на межі між бруском і дошкою. Ця сила дістала назву сили тертя. Сила тертя виникає тому, що поверхня будь-якого тіла має різні нерівності у вигляді виступів і западин. Коли одне тіло рухається по поверхні другого, то нерівності заважають цьому рухові. Проте природа тертя набагато складніша. Старанно поліруючи поверхні тіл, які перебувають у взаємному переміщенні, можна значно зменшити тертя, оскільки розміри нерівностей стануть значно меншими. Але завжди настає момент, коли подальше полірування тертьових поверхонь не зменшує силу тертя. Навпаки, сила тертя починає збільшуватися. Причиною такого ефекту є те, що під час полірування поверхонь зменшується відстань між молекулами. І коли ця відстань зменшується настільки, що молекули на обох поверхнях починають притягуватися, сила тертя збільшується. Розрізняють два види тертя. Візьмемо дерев’яний брусок і покладемо його на дошку. Приєднаємо до бруска динамометр і потягнемо до себе. Покази динамометра спочатку зростатимуть, а коли брусок почне рухатися, його покази трохи зменшаться і далі майже не змінюватимуться впродовж усього руху. Ми спостерігаємо тертя ковзання. Тепер візьмемо дерев’ яний коток такої самої маси і покладемо на поверхню дошки. Прикріпимо до котка динамометр і почнемо тягти. Покази динамометра будуть значно меншими, ніж у попередньому випадку. В цьому разі ми спостерігаємо тертя кочення. Отже, при коченні сила тертя також існує, але вона значно менша, ніж при ковзанні. Значить, за однакових умов сила тертя ковзання завжди більша за силу тертя кочення .

2. Експериментатори

1. Ми порівняли силу тертя спокою, ковзання і кочення.

а) Виміряли вагу бруска з тягарцями.

б) Виміряли максимальну силу тертя спокою. Для цього поклали брусок на стіл, плавно потягнули  динамометр і записали його покази перед початком руху.

в) Виміряли силу тертя ковзання бруска з тягарцями при його рівномірному русі по столі. Для цього потрібно рівномірно переміщувати брусок за допомогою динамометра.

г) Виміряли силу тертя кочення. Для цього потрібно покласти брусок з тягарцями на круглі олівці і переміщати його рівномірно за допомогою динамометра. Записати результат.

2. Ми вивчили залежність сили тертя ковзання від роду поверхонь, що дотикаються.

 Виміряли силу тертя ковзання при рівномірному переміщенні бруска з тягарцями по:

-лінійці

-листку паперу

-шліфувальному паперу.

3. Вивчили залежність сили тертя ковзання від сили тиску і від площі поверхонь, що труться.

Висновок:

1. Сила тертя спокою> сили тертя ковзання. Сила тертя ковзання >сили тертя кочення.
2. Сила тертя ковзання залежить від поверхні стичних тіл.
3. Сила тертя ковзання залежить від сили тиску і не залежить від поверхні стичних тіл.                                                                                                                                     

3. Інженери

З багатьох напрямів використання сил тертя в техніці нагадаємо ще про такі три: передавання рухів за допомогою тертя, обробка матеріалів за допомогою тертя і використання тертя в механічних конструкціях та знаряддях праці.

Відомі такі види передач, як зубчаста і фрикційна. До останнього виду передач належить і пасова, бо вона, як і фрикційна, працює за допомогою тертя. Тертя широко використовується для обробки різних матеріалів у таких технологічних процесах, як прокат металів, вальцювання, волочіння. У зв'язку з тим, що тертя завжди супроводиться затратами енергії на його подолання, в тертьових деталях виділяється багато теплоти. На цьому грунтується зварювання тертям різних металів. Тертьові поверхні спрацьовуються. Це явище широко використовується в процесах заточування інструментів, шліфування й полірування поверхонь металів, скла, алмазів, дерева та інших матеріалів. Тертя відіграє дуже важливу, хоч і малопомітну роль у побуті й техніці. Завдяки тертю між нитками не розповзаються тканини, утримуються на рукоятках молотки, сокири, лопати та інші інструменти; міцно скріплюються різні матеріали, деталі інструментів, різноманітних пристроїв і споруд. Болтами з гайками, гвіздками, шурупами, клинами скріплюють частини конструкцій, використовуючи сили тертя.

Тертя - ворог техніки. Досі ми розглядали те корисне, що дає нам тертя. Тепер розглянемо, чим тертя шкідливе, як у сучасній техніці зменшують вплив сил тертя. Як уже зазначалося, внаслідок тертя:

А) спрацьовуються тертьові поверхні різних деталей машин і споруд;

Б) затрачається енергія на подолання сил тертя, внаслідок чого зменшується ККД машин, верстатів та іншого технічного устаткування.

Наведемо приклади. Вага вантажного автомобіля Камаз-5320, який щойно вийшов з воріт заводу, 6.8 кН. Цей автомобіль має багато тертьових деталей, в тому числі 70 підшипників кочення, 35 шестерень, десятки різних втулок тощо. Якщо через деякий час внаслідок спрацювання від тертя робочих деталей автомобіль втратив у масі лише 1 кг, то навіть після ремонту він буде непридатним для експлуатації. Щороку тертя автомобільних шин об дорогу знищує половину світового виробництва каучуку.

У сучасній техніці шкідливу дію тертя у виробничих процесах зменшують так:

А) вкривають тертьові поверхні металів з низьким коефіцієнтом тертя ковзання;

Б) відшліфовують тертьові поверхні до дзеркального блиску;

В) тертя ковзання в усіх можливих випадках замінюють тертям кочення;

Г) змащують тертьові деталі.

4. Історики

Подробиці створення першого колеса нам невідомі, але археологи встановили, що перше дерев'яне колесо було створене більше 5 000 років тому. Через деякий час наші предки додумалися замінити цілісне дерев'яне колесо на колесо із спицями, що зробило можливим перевезення на дальню відстань. Тому, якщо винахід колеса був першим кроком людини, то поява колеса із спицями можна назвати другим. Можливості до пересування виросли, хоча, звичайно, були все ще привілеєм багачів. Якийсь час опісля, приблизно 3 200 років тому, колесо поліпшили ще раз - до нього пристосували протектори, зроблені із заліза. Але після цього кроку вперед розвиток колеса зупинився приблизно на три тисячі років - якщо не рахувати таких малозначних подій, як поява сталевих підшипників. У цей період колесо стало використовуватися як лопатеве робоче колесо на млинах і у виробництві, як прядка або шестерінки годинника. 19 і 20 століть стали періодом множинних поліпшень і змін колеса. Гриміла технічна революція, була створена перша шина. Це було грандіозне  технічне досягнення, і імена людей, причетних до нього, відомі у всьому світі. Навіть сьогодні люди все ще пам'ятають цих піонерів створення шин - наприклад, першу пневматичну шину створили Роберт Уїльям Томпсон  і Джон Бойд Данлоп. Зараз розвиток колеса в основному зосереджений на застосуванні до його створення нових технологій - обробки матеріалу витискуванням, створенню порожнистих елементів конструкції з тонших листових металів. Але ніхто не здійснював більше такого могутнього технологічного прориву, як жителів стародавньої Месопотамії і давнього Єгипту. Хоча зараз колесо відстає від шини в гонці новітніх технологій, прикро, що 5 000 років технологічного розвитку колеса може сприйматися тільки як якийсь історичний курйоз.

5. Екологи

Космічне сміття, хаотично переміщається в просторі, вже не раз ставало загрозою для діючих супутників. Пролітають поряд з МКС скопища сміття загрожують не тільки дорогій техніці, а й працюючим на ній людям, які інколи вимушені буквально ухилятися або ховатися від небезпеки зіткнення. Особливо великі фрагменти загрожують і самій планеті, якщо зійдуть з орбіти і не згорять повністю у верхніх шарах атмосфери.  За 50 років космонавтики проблема утилізації несправних, покинутих і розбитих об'єктів вже піднімалася не один раз. З'явилося безліч цікавих ідей та рішень. «Навколо Світу» раніше розповідав про рішення, запропонованому компанією Astrium, підрядником Європейського космічного агентства (Європейське космічне агентство). Суть винаходу полягає в тому, що до деталі, призначеної для знищення, прикріплюється своєрідний «парус», який збільшує площу поверхні і за рахунок цього втягує об'єкт в атмосферу Землі. Там, під дією сили тертя, апарат розжарюється і згоряє.

6. Біологи

В житті багатьох рослин тертя відіграє позитивну роль. Наприклад, ліани, хміль, горох та інші рослини завдяки тертю можуть чіплятися за опори і втримуватись на них, тягнутися до світла. Рослини, які мають коренеплід, такі, як морква, буряк, втримуються в грунті внаслідок тертя. З ростом рослини тиск оточуючої землі збільшується, а це означає, що сила тертя теж збільшується. Ось чому так важко витягнути з землі велику редьку чи морквину.

Таким рослинам, як реп´ях, тертя допомагає розповсюджувати насіння з колючками. Ці колючки зачіплюються за хутро тварин і разом з ними переміщується. Насіння гороху, горіхів, завдяки кулястій формі і малому тертю, переміщуються легко самі.

Організми багатьох живих істот пристосувались до тертя, навчились його збільшувати чи зменшувати. Тіло риб має обтічну форму, що дає можливість розвивати при плаванні велику швидкість. Щетина моржів, тюленів, морських левів допомагає їм пересуватися по льоду.

При русі у тварин і людини тертя проявляється як корисна сила. Щоб збільшити зчеплення з грунтом, стовбуром дерева, на кінцівках тварин є багато пристосувань: кігті, гострі краї копит, підковні шипи. Дія органів хватання(хвіст мавп, хобот слона, клешні рака) також тісно пов’язані з тертям.

Кістки людини і тварин в місцях їх рухомого з’єднання мають дуже гладку поверхню, а внутрішня оболонка суглоба виділяє спеціальну рідину, яка є мастилом.

7. Спортсмени

Тертя в спорті відіграє дуже велику роль.

При швидкісному спуску на санях та гірських лижах костюми і спорядження спортсменів повинні бути обтічними, щоб зменшити зустрічний опір повітря. Це досягається шляхом використання спеціальних тканин і матеріалів.

А що можливо розповісти про метання спортивних знарядь? Атлет, перенесений на Місяць, здатний метнути ядро в 6 разів далі, чим на Землі. А спортивний спис занісся при киданні спортсмена за 100м! На Місяці не має атмосфери, а сила тяжіння слабша в 6,5 раз.

Тепер про стрибки в довжину. Для стрибка потрібен потужний розбіг і поштовх, які залежать від сили тертя між підошвою спортсмена і біговою доріжкою.

Лижі і ковзани заняття сезонне, лише в країнах з холодним кліматом. Але катки з штучним льодом дозволяють проводити зараз змагання при будь-якій погоді. Поява пластиків з різними властивостями дозволило в одних випадках створювати бігові доріжки, футбольні поля і корти з штучним покриттям, а з іншого боку розв’язати більш складну задачу: замінити слизький сніг на гірськолижних трасах і трамплінах. Для цього використовують матеріали з низьким коефіцієнтом тертя і з рифленою поверхнею.

А хокей з шайбою! Цей вид спорту зобов’язаний своєю появою тертю, точніше досить малому тертю при ковзанні пласкої гумової шайби по льоду. Саме ця можливість дозволяє хокеїстам підтримувати шаленний темп гри, створюючи блискавичні комбінації.

8. Літератори

Ми хочемо познайомити вас з оповіданням Тетяни Суворової, в якому розповідається про те, щоб відбулося, якби зникла сила тертя.

Цього ранку Cила Тертя прокинулася в піднесеному настрої. „Як приємно знати, що я всім потрібна, і люди не можуть без мене жити!”, – думала вона. Натхнення до роботи не покидало її весь день: вона відчищала сковорідки залізною щіточкою, притрушувала пісочком слизькі доріжки, малювала кольоровими олівцями, плела огорожі, ткала. Ввечері, змазуючи завіси на вхідних дверях, Сила Тертя ненароком підслухала розмову двох рум’яних хлопчаків, що поверталися додому з ковзанки.

– От якби не було тертя, – замріяно мовив один, – я міг би, не зупиняючись, проїхати всю нашу вулицю!

– А я, – підхопив другий, – розігнався б і проїхав до самісінької школи, не докладаючи зусиль!

– От нерозумна дітвора, – усміхнулася Сила Тертя, – не здогадується про мою важливість. Не звертатиму уваги на несправедливі дитячі докори. Вивчать фізику – все зрозуміють. – Аж раптом почула розмову дорослих, які виходили з гаража:

– Бісове тертя! Тільки-но поміняв гуму на колесах, а вже треба купувати нову! – обурювався поважний чоловік із сивою бородою.

– Нічого не вдієш, – помірковано відповів другий. – Тертя не шкодує ні коліс, ні доріг. Подивись, як черевики швидко зношуються, а ти хочеш, щоб колеса не стиралися!

У цей злощасний вечір, прислухавшись до розмов людей, Сила Тертя ще тричі почула звинувачення, що саме вона зіпсувала плівку відеокасет, п’ять скарг пролунали з приводу протертих шкарпеток, а дванадцять нарікань були пов’язані з дірками, що утворюються на сторінках щоденників при спробі стерти „двійку”. Це було вже занадто! Піднесений настрій щезнув, як сніг на сонечку.

– Мабуть, якщо я зовсім зникну, всі тільки зрадіють, – засмутилася Сила

Тертя, зібрала свої речі та вночі тихенько пішла з міста.

Уранці почали коїтися дивні речі. Мешканці не могли піднятися з ліжок, які ковзали по неймовірно слизькій підлозі, наче човники по воді. Одягнутися було надзвичайно важко: речі вислизали з рук і сповзали з тіла, нитки, якими були пришиті ґудзики, вирівнювались і ґудзики розсипалися по кімнаті, а всі вузлики миттєво розв’язувалися! На кухню вдалося дістатися щасливчикам, які здогадалися рухатися, відштовхуючись від важких предметів. При цьому предмети покидали свої місця і кружляли по кімнаті, зіштовхуючись і розлітаючись у різні боки. Але поснідати того ранку мало кому вдалося. Утримати сірник у руках і запалити його без тертя було неможливо! Ложки, виделки й тарілки вислизали з рук і дзвінко падали на підлогу.

Лише найспритніші зуміли вхопити їжу, засунувши голову в каструлю, наче фокусники в цирку.На вулиці панувала дивна тиша: ніхто не вийшов з дому, а автобуси, тролейбуси й трамваї не виїхали в той день зі своїх стоянок,бо їхні колеса прокручувалися на місці, розбризкуючи багнюку.

Але нещастя городян на цьому не закінчилися. Над містом розпочався метеоритний дощ, і все космічне сміття, яке раніше згорало, розігріваючись від тертя в атмосфері, тепер безперервно падало на Землю. Вулиці збезлюдніли, життя в місті завмерло.

Двоє друзів-школярів, які ще вчора мріяли про світ без тертя, докладаючи неймовірних зусиль, гортали сторінки підручника з фізики, намагаючись згадати усе про Її Величність Силу Тертя.

– Ось, знайшов! – вигукнув один. Сила тертя виникає під час взаємного руху тіл, що дотикаються. Будь-які поверхні мають нерівності, це й зумовлює виникнення тертя.– Читай скоріше далі, – квапив його товариш. – Може, ми зуміємо розібратися, чому вона щезла і знайдемо спосіб врятувати наше місто!

– Читаю, читаю! „Сила тертя ковзання виникає під час руху одного тіла по поверхні іншого і спрямована проти руху”. Так от чому предмети не зупиняються після того, як їх вивести зі стану спокою! Ось... читаю далі... „Сила тертя руках, а зрушити з місця найважчу шафу можна, не докладаючи жодних зусиль. Що ж нам робити?

– Давай переконаємо всіх, що користі від тертя більше, ніж шкоди. Наздоженемо Силу Тертя і вмовимо її повернутися...

Хлопці взяли аркуш паперу, розділили його навпіл, одну половинку назвали „Корисне тертя”, другу – „Шкідливе тертя”, і почали заповнювати табличку. Кількість записів у колонці „Корисне тертя” невпинно збільшувалась, і незабаром хлопці зрозуміли, як вони помилялися. Але наздоганяти втікачку хлопці навіть не намагалися. Без Сили Тертя не те що бігти, жодного кроку ступити не можна було. Вони взяли гучномовець і щосили прокричали в нього: „Шановна пані Сило Тертя, пробачте нас, ми дуже помилялися! Благаємо, поверніться назад, бо життя без вас неможливе!”.

Як ви гадаєте, чи почула вона хлопців? Ну, звісно ж, почула, і, правду

кажучи, з радістю повернулася, бо дуже вже звикла до свого міста, його

мешканців, їхньої любові та поваги.

 

Підсумок уроку:

Оцінюється робота учнів, виставляються оцінки в журнал, щоденники учнів.

Домашнє завдання:

§ 25, вправа 1.

ТТФТІЗИЧНІ