Урок "Тертя. Сила тертя. Коефіцієнт тертя"

ЗЗСО І-ІІІ ступенів №4 Подільської міської ради

Відкритий урок

фізика 7 клас

Тертя. Сили тертя. Коефіцієнт тертя. Сила тертя ковзання

Розробила вчитель фізики І категорії

Кушніренко Ольга Федосіївна

Тема. Тертя. Сили тертя. Коефіцієнт тертя. Сила тертя ковзання

Мета уроку:

Навчальна. Пояснити учням природу виникнення сили тертя, надати уявлення про види сил тертя, ввести поняття коефіцієнта тертя, ввести розрахункові формули, показати практичне використання набутих знань (інформація про «шкідливе» та «корисне» тертя, про способи зменшення тертя); з'ясувати способи зменшення і збільшення сили тертя.

Розвивальна. Розвивати творчі здібності та логічне мислення учнів; показати учням практичну значущість набутих знань.

Виховна. Виховувати культуру оформлення задач.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: бруски, тягарці, динамометри,  наждачний папір, олівці, скло (довжина 40см), склянка з тонкими стінками, свічка.

План уроку

І. Організаційний момент

Вступне слово вчителя.

Епіграф: …Розум полягає не тільки в знаннях, але й в умінні застосувати знання на практиці…

Аристотель

1.Організаційний момент

Вправа «Бартер»

       Я на свої долоні (показую їх) кладу свою любов до вас, розуміння, терпіння. Ви ж на свої долоні покладіть свої знання, уважність. А тепер давайте з вами зробимо обмін: я легенько здуваю до вас те, що лежить на моїх долонях, а ви здуваєте те, що на ваших долонях. Ось ми з вами здійснили бартер, а наскільки він успішний, побачимо в кінці уроку.

ІІ. Актуалізація знань

Розгадати анаграми (ґава, ласи, фордеціяма, ціянері, надиметрмо, говамістьне)

Решта учнів розв’язують задачі усно.

1. Яка сила тяжіння діє на тіло масою 100 кг? (1000 Н)

2. Яка вага нерухомої людини масою 70 кг? (700 Н)

3. Яка маса каменя, якщо його вага 100 Н? (10 кг)

6. Яка рівнодійна двох сил 45 Η і 30 Н, якщо вони напрямлені у протилежні боки? (15 Н)

ІІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Розминка

Прослухайте вірш.  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,

Зимою 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 що й казати,

Дорогу треба посипати!

Усе робити до пуття,

Щоб відбувалося... (тертя.)

2. Мотивація навчальної діяльності

           На попередніх уроках ви отримували теоретичні знання про головні сили природи, дізналися про їх широке застосування в житті та на виробництві, виявили корисні та шкідливі властивості сил. Але справжній фізик вміє користуватися приладами, проводити вимірювання та самостійно проводити досліди, які підтверджують ці явища.

            Ми з вами розглянули вже дві механічні сили: силу пружності і силу тяжіння, дали їм характеристику. Залишилася ще одна – це  сила тертя.

Сила тертя – сила, що виникає при русі чи спробі викликати рух одного тіла по поверхні іншого і напрямлена вздовж поверхонь дотику тіл проти руху тіла.

3. Сприйняття навчального матеріалу

А). Коли виникає сила 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 опанувала ще на зорі цивілізації. Адже два найголовніших винаходи – колесо й добування вогню – пов’язані саме із прагненням зменшити й збільшити ефекти тертя.

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.

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

Б).   Сила тертя ковзання

Сила тертя ковзання завжди спрямована проти напрямку руху тіла, до якого вона прикладена. Необхідно відзначити, що при ковзанні одного тіла по поверхні іншого завжди виникає пара сил: одна сила прикладена до ковз­ного тіла й спрямована проти його швидкості, інша – прикладена до поверхні, по якій тіло ковзає, і спрямована проти першої сили ковзання.

Від чого ж залежить сила тертя ковзання?

Будемо за допомогою динамометра тягти брусок уздовж поверх­ні стола так, щоб брусок рухався з постійною швидкістю.

Сили, що діють при цьому на брусок, врівноважують одна одну – вони зображені на рисунку. Сила пружності з боку пружи­ни  врівноважує силу тертя ковзання , тому за показниками динамометра можна визначити модуль сили тертя.

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 пропорційний  модулю сили  нормального тиску .    

Сила тертя визначається формулою:

F =μ·N,

де N – сила реакції опори (сила нормального тиску),

μ – коефіцієнт пропорційності (коефіцієнт тертя ковзання).

Коефіцієнт пропорційності μ називається коефіцієнтом тер­тя ковзання. Він визначається матеріалом дотичних поверхонь та якістю їх обробки.

Коефіцієнт тертя визначається експериментально.

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.

В).    Природа сили тертя

Сила тертя спокою виникає з двох причин.

1. На шорсткуватих поверхнях існують нерівності. При спробі зрушити одне тіло відносно іншого ці нерівності зачіпаються одна за одну, у результаті чого виникають сили, подібні до сил пружності.
2. Якщо обидві поверхні ретельно відшліфовані, при зіткненні поверхонь виникають сили міжмолекулярного притягання. Це може призвести навіть до прилипання поверхонь.

Г).    Сила тертя спокою

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 (див. ри­сунок). 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 .

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.

Д).    Сила тертя кочення

Візьмімо яку-небудь кулю або просто круглий олі­вець. Ці предмети рухаються від поштовху, звичайно, набагато легше, тому що вони вже не ковзають по поверхні стола, а котять­ся по ньому. І в цьому випадку, звичайно, теж виникає тертя. Але це вже інше тертя, і має воно іншу назву: тертя кочення.

           Імовірно, тут і доводити не треба, що за тих самих умов тертя кочення завжди буде менше тертя ковзання.

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

Е).    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?

Тепер ми з вами можемо дати відповідь на питання: що ж було б, коли б зникла сила тертя?

       Відтак, 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!

ІV. Рефлексія.  Вивчення особливостей сили тертя за допо­могою експериментів, які учні виконують групами за робочими столами.

Експеримент 1.

    Французький  фізик та військовий інженер Кулон Шарль Огюстен у 1781 р. дослідив тертя кочення і ковзання. Сьогодні ми проведемо досліди для ви­вчення сили тертя і зробимо відповідні висновки.

Порівняння сил тертя спокою, ковзання і ко­чення.

• Покласти брусок на стіл, плавно потягнути динамометр і записати його покази перед початком руху бруска. Ви визна­чите силу тертя спокою.

• Переміщувати брусок по столі рівномірно за допомогою динамометра. Записати покази динамо­метра. Ви визначите силу тертя ковзання.
• Покласти брусок із тягарцями на два круглі олівці і переміщати його рівномірно за допомогою динамометра. Записати покази динамометра. Ви виміряєте силу тертя кочення.

? Запитання для обговорення після виконання завдання: Яка сила максимальна?

(За однакових умов сила тертя кочення буде у десятки разів меншою за силу тертя ковзання, а сила тертя спокою є найбільшою з сил тертя).

? Запитання для обговорення після виконання за­вдання: Чи залежить сила тертя від сили тиску?  Чи залежить сила тертя від площі поверхонь тіл, що труться, при незмінній силі тиску?

V. ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

   Навчаємося розв’язувати задачі

Брусок рівномірно тягнуть по поверхні з горизонтальною силою 8 Н. Чому дорівнює коефіцієнт тертя ковзання між бруском та столом, якщо маса бруска становить 4 кг?

VІ. УЗАГАЛЬНЕННЯ ЗНАНЬ

Фізичний футбол ( з фізичної точки зору пояснити народні прислів’я)

Тертя і фольклор

Не підмажеш — не поїдеш.

Пішло діло як по маслу.

Вугра в руках не втримаєш.

Що кругле — легко котиться.

З навощеної нитки мереживо не сплетеш.

Кринична мотузка зруб перетре.

Іржавий плуг тільки на оранці чиститься.

Спритна людина й на динячій кірці не посковзнеться.

Лижі сковзають по погоді.

Скрипить як незмащений віз.

У дорогу йти — п’ять личаків сплести.

Кататися як сир у маслі.

Як корова на льоду.

VIІ. Підсумки уроку

   Природа – єдина книга, кожна сторінка якої сповнена глибокого змісту. Ми перегорнули ще одну її сторінку, сторінку цікавого та загадкового. А хто не знає сили,  той не знає природи.

VIIІ. Домашнє завдання

1.   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?       

2. Заповнити таблицю