Тертя. Сили тертя. Коефіцієнт тертя ковзання. Тертя в природі й техніці
Мета : формувати знання про силу тертя ковзання і кочення, причини її виникнення, фактори, що впливають на зміну сили тертя, про силу тертя спокою; удосконалити й систематизувати знання про силу як векторну величину; розвивати вміння спостерігати та аналізувати фізичні явища; показати, як на практиці застосовують знання про тертя.
Тип уроку : вивчення нового навчального матеріалу.
Унаочнення : демонстрування прикладів дії сил тертя спокою, ковзання та кочення, залежності числового значення цих сіл від різних чинників.
Обладнання
Очікувані результати
Після уроку учні:
– будуть знати характерні ознаки сил тертя спокою, ковзання та кочення;
– навчаться обчислювати числове значення сили тертя ковзання.
ХІД УРОКУ
I. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП
II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ
III. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ
– Санчата, спустившись з гори, рухаються по горизонтальному шляху нерівномірно, їх швидкість поступово зменшується, і через деякий час вони зупиняються. Хлопчик,
IV. СПРИЙНЯТТЯ ТА ЗАСВОЄННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Зміна швидкості руху тіла під час його руху по поверхні іншого тіла
– Ми знаємо, що причиною всякої зміни (у цьому випадку зменшення) швидкості руху є сила. Отже, і в розглянутих прикладах на кожне рухоме тіло діє сила. Сила, яка виникла під час руху одного тіла по поверхні іншого, прикладена до рухомого тіла і напрямлена проти руху, називається силою тертя.
Сила тертя – це ще один вид сили, який відрізняється від розглянутих раніше сили тяжіння і сили пружності. Протидіяти будь-якому руху – це головне завдання сили тертя. Заважати зрушити з місця, заважати ковзати, заважати котитися, заважати пливти – для сили тертя більшої радості немає.
2. Сила тертя спокою. Природа сили тертя
– Кожен знає, що шафу зрушити з місця непросто. Яка ж сила заважає її зрушити, з гідною подиву точністю зрівноважуючи силу, прикладену нами? Це – сила тертя спокою, яка виникає в разі спроби зрушити одне з дотичних тіл відносно іншого.
1) Однією з причин виникнення сили тертя є шорсткість поверхонь стичних тіл. Навіть гладенькі на вигляд поверхні тіл мають нерівності, горбики і подряпини. Коли одне тіло ковзає або котиться по поверхні іншого, ці нерівності зачіпляються одна за одну, що створює деяку силу, яка затримує рух.
2) Друга причина тертя – взаємне притягання молекул стичних тіл. Якщо обидві поверхні ретельно відшліфовані, то в разі їх дотикання виникають сили міжмолекулярного притягання, що може призвести навіть до прилипання поверхонь.
Чи завжди сила тертя перешкоджає руху?
Ні, сила тертя спокою часто “передає” механічний рух від одних тіл до інших. Роблячи крок, пішохід штовхає землю назад, діючи на неї силою тертя спокою, адже підошва під час поштовху перебуває в спокої відносно землі. При цьому земля штовхає його вперед, діючи теж силою тертя спокою. Сила тертя спокою “розганяє” також автомобілі, втримує цвях, забитий у дошку, не дає розв’язатися банту на стрічці, вплетеній у косу, утримує нитку, якою зшито два шматки тканини, і т. ін.
Виникнення сили тертя зумовлене переважно першою причиною, коли поверхні тіл шорсткі. А коли дотикаються добре відполіровані поверхні, частина їхніх молекул розміщується так близько одна до одної, що помітним стає притягання між молекулами дотичних тіл.
3. Сила тертя ковзання і сила тертя кочення
Під час Ковзання одного тіла по поверхні другого виникає сила тертя, яку називають Тертям ковзання. Таке тертя виникає, наприклад, під час руху саней і лиж по снігу. Коли одне тіло не ковзає, а Котиться по іншому, то тертя, що виникає при цьому, називається Тертям кочення. Так, під час руху коліс вагона, автомобіля, під час перекочування круглих колод або бочок по землі проявляється тертя кочення. Причому за однакових умов сила тертя ковзання завжди є більшою за силу тертя кочення. Отже, Розрізняють кілька видів тертя залежно від того, як взаємодіють тертьові тіла: тертя спокою, тертя ковзання, тертя кочення.
Силу тертя ковзання визначають за формулою:
Fтер = ?N,
Де Fтер – сила тертя ковзання, ? – коефіцієнт тертя, N – сила реакції опори, що за значенням дорівнює силі тиску тіла на поверхню ковзання. Якщо поверхня горизонтальна, то N = P = mg, аFтер = ?gm, де g = 9,8 H/кг, m – маса тіла.
Коефіцієнти тертя ковзання для деяких матеріалів є в підручнику в таблиці.
4. Особливості сили тертя
Робота в групах. Особливості сили тертя учні вивчають за допомогою експериментів
Дослід № 1 . Порівняння сил тертя спокою, ковзання і кочення.
Прилади і матеріали : динамометр, брусок дерев’яний, вантажі з двома гачками – 2 шт., олівці круглі.
Порядок виконання
1. Виміряти вагу бруска з двома вантажами за допомогою динамометра. Результати записати в зошит.
2. Виміряти максимальну силу тертя спокою бруска по столу. Для цього покласти брусок на стіл, а на брусок – два вантажі. До бруска причепити динамометр та почати рухати його. Записати показання динамометра, що відповідають початку руху.
3. Виміряти силу тертя ковзання бруска по столу. Для цього рівномірно переміщаємо брусок з вантажами по столу. Результати записати в зошит.
4. Виміряти силу тертя кочення бруска по столу. Для цього покладемо брусок з двома вантажами на два круглі олівці і рівномірно переміщаємо брусок з вантажами по столу. Результати записати в зошит.
5. Дати відповіді на запитання.
Яка із сил більша:
А) вага тіла чи максимальна сила тертя спокою?
Б) максимальна сила тертя спокою чи сила тертя ковзання?
В) сила тертя ковзання чи сила тертя кочення?
За однакових навантажень сила тертя кочення завжди менша за силу тертя ковзання.
Саме тому люди ще в давнину використовували котки для переміщення вантажів, а пізніше почали використовувати колесо.
Дослід № 2 . Залежність сили тертя ковзання від роду дотичних поверхонь.
Прилади і матеріали : брусок з тягарцями, дерев’яна лінійка, аркуш паперу, шліфувальний папір.
Рівномірно переміщати брусок з тягарцями по дерев’яній лінійці, аркушу паперу, шліфувальному паперу. Дати відповіді на запитання:
А) Чи залежить сила тертя ковзання від роду поверхонь стичних тіл?
Б) Як можна збільшити чи зменшити силу тертя?
Дослід № 3 . Вивчення залежності сили тертя ковзання від сили тиску і від площі поверхонь тіл, що контактують.
Прилади і матеріали : динамометр, трибометр, вантажі з двома гачками – 2 шт.
Покласти на лінійку брусок більшою гранню, на нього – один тягарець і виміряти силу тертя ковзання.
Покласти на брусок два тягарці і виміряти силу тертя ковзання.
Покласти брусок із двома тягарцями меншою гранню на лінійку і виміряти силу тертя ковзання.
Дати відповіді на запитання:
– Чи залежить сила тертя від сили тиску?
– Чи залежить сила тертя від площі тертьових поверхонь тіл за незмінної сили тиску?
Чим більша сила, яка притискає тіло до поверхні, тим більша сила тертя, що виникає при цьому.
5. Способи зменшення і збільшення сили тертя. Значення тертя
Методика “Фізичний слалом”
Учням пропонують текст для самостійного читання. Після ознайомлення з текстом клас поділяється на групи, кожна з яких за текстом складає запитання для суперника.
Не слід думати, що тертя – ворог людини. Тертя буває не тільки шкідливим, а й корисним. І невідомо, якого тертя більше. Коли воно корисне, його намагаються збільшити, коли шкідливе – зменшити.
Без тертя спокою ні люди, ні тварини не могли б ходити по землі.
Якби не було тертя, предмети вислизали б з рук. Сила тертя зупиняє автомобіль під час гальмування, але без тертя спокою він не зміг би й почати рух. Колеса, обертаючись, проковзували б, а автомобіль стояв би на місці. Щоб збільшити тертя, поверхню автомобільних шин роблять з ребристими виступами. Узимку, коли дорога буває особливо слизька, на колеса автомобіля надівають спеціальні ланцюги.
У багатьох рослин і тварин є різні органи, призначені для хапання (вусики рослин, хобот слона, чіпкі хвости лазячих тварин). Усі вони мають шорстку поверхню для збільшення тертя. У багатьох випадках тертя шкідливе, і з ним доводиться боротися. Наприклад, в усіх машинах внаслідок тертя нагріваються і виходять з ладу рухомі частини. Щоб зменшити тертя, дотичні поверхні роблять гладенькими, між них вводять мастило. Щоб зменшити тертя обертових валів машин і верстатів, їх установлюють на підшипниках. Кулькові й роликові підшипники використовують у різних машинах: автомобілях, токарних верстатах, електричних двигунах, велосипедах тощо. Без підшипників не можна уявити сучасну промисловість і транспорт.
Силу тертя можна зменшити в багато разів, якщо ввести між тертьовими поверхнями мастило. Шар мастила роз’єднує поверхні тертьових тіл. Тепер ковзають одна по одній не поверхні тіл, а шари мастила. Мастило здебільшого рідке, а тертя шарів рідини менше за тертя твердих поверхонь. Наприклад, низьке тертя під час ковзання по льоду на ковзанах пояснюється дією мастила: між ковзанами й льодом утворюється тонкий шар води. У техніці як мастило широко використовують різні масла.
V. ОСМИСЛЕННЯ ОБ’ЄКТИВНИХ ЗВ’ЯЗКІВ
Розв’язання задач
1) Парашутист, маса якого 80 кг, рівномірно рухається вниз. Чому дорівнює сила опору повітря, що діє на парашут?
2) Вагонетка з вантажем важить 3 кН. Яка сила необхідна для рівномірного руху вагонетки, якщо сила тертя становить 0,005 ваги вагонетки з вантажем?
Тертя у прислів’ях та приказках
А) Коса любить брусок і сала кусок.
Б) Не кінь везе, а дорога.
В) Тоді в колесі тичка, як з гори їде бричка.
Г) Не підмажеш – не поїдеш.
Д) Пішло діло як по маслу.
Е) Вугра в руках не втримаєш. є) Що кругле – легко котиться.
Ж) Іржавий плуг тільки на оранці чиститься.
VI. ПІДСУМКИ УРОКУ
Інтерактивна вправа “Мікрофон”
Закінчи речення:
На уроці ми вивчили…
– Сила тертя – це…
– Причини тертя такі…
– Я ознайомився з такими видами тертя…
– Мені найбільше сподобалось…
VІІ. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ
Опрацювати відповідний параграф підручника.
Розв’язати задачі
1. На стрічці транспортера лежить вантаж. Зобразіть сили, що діють на вантаж з боку стрічки, коли він рухається похило вгору. Назвіть ці сили.
2. Для рівномірного переміщення саней по снігу прикладають силу 25 Н. Визначити вагу саней, якщо сила тертя становить 0,05 ваги саней.
3. На горизонтальній дошці лежить залізний брусок масою 4 кг. При його рівномірному горизонтальному переміщенні динамометр показував 16 Н. Чому дорівнює відношення сили тертя до ваги тіла?
