Физика полезное трение и вредное трение

Вредное и полезное трение

Трение может быть как вредным так и полезным.

Иногда трение — «вред»!

Трение тормозит движение; на преодоление трения всех видов расходуется громадное количество ценного топлива. Трение вызывает износ трущихся поверхностей: стираются подошвы, шины автомобилей, детали машин. Вредное трение стараются уменьшить.

Но иногда в трении — польза!

В каких-то случаях отсутствие трения грозит большими неприятностями (например, торможение автомобилей происходит только за счет сил трения, возникающих между колодками и барабаном), его стараются увеличить, например, при ходьбе в гололед.

В повседневной жизни силы трения так же играют как положительную, так и отрицательную роль, причем их проявления разнообразны. На использовании статического трения основаны скрепление деталей при помощи гвоздей, движение человека и автомобиля по земной поверхности. Можно представить, какие возникли бы трудности при ходьбе, если бы не существовало сил статического трения (например, при гололеде). Вообще говоря, если бы не было сил трения, невозможно было бы удержать любой предмет в руке. Во многих случаях роль сил трения наоборот отрицательна. Трение со временем разрушает движущиеся детали, поэтому чем больше их в механизме, тем он менее долговечен.

Но бывают исключения, когда даже если сила трения вредно, но не повреждает предмет или как то ему мешает. Такое исключение песочные часы (рис. 18).

Рис. 18. Песочные часы.

Таким образом, трение бывает в каких-то случаях полезным, а в каких-то вредным!

Жюль-верновский силач и формула Эйлера

А как увеличить трение в 5, 10… 100 раз? Можно, оказывается, и это. Нужно только обмотать один трущийся предмет о другой, например, веревку о вал или опору. Так делают, когда закрепляют корабли на пристанях, обматывая канат вокруг кнехтов — столбиков на причале. Влияние навивки на силу трения просто поразительное!

Вы помните у Жюля Верна силача-атлета Матифу? «Великолепная голова, пропорциональная исполинскому росту; грудь, похожая на кузнечный мех; ноги — как хорошие брёвна, руки — настоящие подъёмные краны. С кулаками, похожими на молоты…» Вероятно из подвигов этого силача, описанных в романе «Матиас Стандорф», вам памятен поразительный случай с судном «Трабоколо», когда наш гигант силой могучих рук задержал спуск целого корабля.

Вот как рассказывает романист об этом подвиге:

«Судно, освобождённое уже от подпорок, которые поддерживали его по бокам, было готово к спуску. Достаточно было отнять швартов, чтобы судно начало спускаться вниз. Уже с полдюжины плотников возились под килем судна. Зрители с живым любопытством следили за операцией. В этот момент, обогнув береговой выступ, появилась увеселительная яхта. Чтобы войти в порт, яхта должна была пройти перед верфью, где подготовляли спуск «Трабоколо», и, как только она подала сигнал, пришлось, во избежание всяких случайностей, задержать спуск, чтобы снова приняться за дело после прохода яхты в канал. Если бы суда, — одно, стоявшее поперёк, другое, подвигающееся с большой быстротой, — столкнулись, яхта погибла бы.

Рабочие перестали стучать молотками. Все взоры были устремлены на грациозное судно, белые паруса которого казались позолоченными в косых лучах Солнца. Скоро яхта очутилась как раз против верфи, где замерла тысячная толпа любопытных. Вдруг раздался крик ужаса: «Трабоколо» закачалось и пришло в движение в тот самый момент. Когда яхта повернулась к нему штирбортом! Оба судна готовы были столкнуться, не было ни времени, ни возможности помешать этому столкновению. «Трабоколо» быстро скользило вниз по наклону… Белый дымок, появившийся вследствие трения, закрутился перед его носом, тогда как корма погрузилась уже в воду бухты.

Вдруг появился человек, схватывает швартов, висящий у передней части «Трабоколо», и старается удержать его, пригнувшись к земле. В одну минуту он наматывает швартов на вбитую в землю железную трубу и, рискуя быть раздавленным, держит с нечеловеческой силой в руках канат в продолжение 10 секунд. Наконец швартов обрывается. Но этих 10 секунд было достаточно: «Трабоколо», погрузившись в воду, только слегка задело яхту и пронеслось вперёд.

Яхта была спасена. Что касается человека, которому никто не успел даже прийти на помощь, — так быстро и неожиданно всё произошло, — то это был Матифу!»

Как бы изумился автор романа, если бы ему сказали, что для совершения подобного подвига не нужно вовсе быть великаном и обладать, как Матифу, «силою тигра». Каждый находчивый человек мог бы сделать то же самое!

Механика учит, что при скольжении каната, навитого на тумбу, сила трения достигает большой величины. Чем больше число оборотов каната, тем трение больше; правило возрастания трения таково, что, с увеличением числа оборотов в прогрессии арифметической, трение растёт в прогрессии геометрической. Поэтому даже слабый ребёнок, держа за свободный конец каната, 3-4 раза навитого на неподвижный вал, может уравновесить огромную силу.

На речных пароходных пристанях подростки останавливают этим приёмом подходящие к пристаням пароходы с сотней пассажиров. Помогает им не феноменальная сила их рук, а трение верёвки о сваю.

Знаменитый математик XVIII века Эйлер установил зависимость силы трения от числа оборотов верёвки вокруг сваи. Для тех, кого не пугает сжатый язык алгебраических выражений, приводим эту поучительную формулу Эйлера:

Здесь F1 — та сила, против которой направлено наше усилие F0.Буквой e обозначено число 2,718… (основание натуральных логарифмов), µ — коэффициент трения между канатом и тумбой. Буквой б обозначен «угол навивания». Например, если верёвка обвита вокруг трубы один раз, то «угол навивания» б=2р= =2Ч3,14=6,28 радиан.

Эта формула выведена великим Эйлером. По этой формуле легко рассчитать, зная коэффициент трения, что если бы Матифу обмотал канат вокруг трубы всего 3 раза, то уменьшил бы натяжение каната в 500 раз! Тут и ребенок мог бы удержать его: даже если судно, съезжая со стапелей, натягивало канат с силой F1 = 50 кН, то на Матифу пришлось бы всего 100 Н(10кг).

Слайд 1

Трение — полезное или вредное явление?

Слайд 2

Методическая разработка презентации, рассчитанная для детей с ограниченными возможностями. Она позволяет повысить интерес у учащихся к изучению предмета. Курс физики средней школы включает в себя разделы, изучение и понимание которых требует развитого образного мышления, умения анализировать, сравнивать, сопоставлять, дискутировать. Поэтому выбрал именно такую презентацию после изучения темы «сила трения», которая позволяет научить высказывать своё мнение и обосновать его. Кроме того ученику даю возможность самостоятельно найти доводы из ресурсов Интернета, что повышает эффективность образования. Основной целью этой презентации должно явиться удовлетворение личностно-значимых образовательных потребностей. Технология основана на реализации индивидуальных маршрутов обучаемых, создаваемых с учетом их образовательных потребностей и индивидуальных особенностей.

Слайд 3

Методическая разработка дистанционного урока , рассчитанная для детей с ограниченными возможностями. Этот урок позволяет повысить интерес у учащихся к изучению предмета. Курс физики средней школы включает в себя разделы, изучение и понимание которых требует развитого образного мышления, умения анализировать, сравнивать, сопоставлять, дискутировать. Поэтому выбрал именно такой урок после изучения темы «сила трения», который позволяет научить высказывать своё мнение и обосновать его. Кроме того ученику даю возможность самостоятельно найти доводы из ресурсов Интернета, что повышает эффективность образования. Основной целью дистанционного урока должно явиться удовлетворение личностно-значимых образовательных потребностей. Технология дистанционного урока основана на реализации индивидуальных маршрутов обучаемых, создаваемых с учетом их образовательных потребностей и индивидуальных особенностей.

Слайд 4

Цель урока: — вовлечь в непринуждённый, живой разговор учеников и этим помочь избежать формализма в знаниях. -научить высказывать своё мнение и обосновать его. -приучить к диалогу, т.е. обучить вникать в доводы оппонента, обнаруживать в них слабые места, задавать вопросы, помогающие вскрывать неверные утверждения искать и приводить контр доводы.

Слайд 5

Вопросы для повторения : Какую силу называют силой трения? В чём заключается причины трения? Какие виды трения вы знаете? Как можно измерить силу трения? Как обозначают силу трения и в каких единицах измеряют? Причины возникновения силы трения. Способы уменьшения силы трения.

Слайд 6

В природе и технике трение имеет большое значение. Трение может быть полезным и вредным . Когда оно полезно , его стараются увеличить, вредно — уменьшить. Например, без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по Земле. Когда трение между подошвой обуви и землёй мало, например, в гололедицу, то отталкиваться от земли очень трудно, ноги при этом скользят. Чтобы ноги не скользили, тротуары посыпают песком. Это увеличивает силу трения между подошвой обуви и льдом. Нельзя было бы сделать ботинки, так как нитки в швах не держались бы, гвоздики выскакивали бы из кожи. Новые ботинки были бы как старые. Да и узел бы не держался бы. Он ведь удерживается только трением одной части веревки не было бы -она растепалась бы на отдельные волоконца. Трение полезно! Так как если бы трения не было, то не смогли бы не только зашить одежду, но даже удержать бы в руке иглу.

Слайд 7

Трение вредное явление. Из -за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними вводят смазку. Также из-за трения протерается одежда на локтях. Трение вредно! Так как ,почти вся механическая энергия, вырабатываемая двигателями всех видов транспорта-автомашинами,мотоциклами, тепловозами, расходуется на преодоление разных видов трения. Если педставить,сколько в мире машин и сколько они потребляют топлива! И все это, оказывается, расходуется зря!

Слайд 8

Осенью у трамвайных путей, идущих под уклон вблизи деревьев, вывешивается табличка «Листопад. Берегись юза!». Что же такое юз? Юзом называется скольжение уже заторможенного, невращающегося колеса. Попавшие под колеса свежие листья при раздавливании дают влагу, уменьшающую трение. Уже при yгле наклона в 6 градусов паровоз способен тянуть вместо трех всего два вагона. Вот почему минимально возможный уклон полотна железной дороги стал с caмoгo начала необходимым требованием при прокладке железных дорог.

Слайд 9

Среди живых организмов распространены приспособления (шерсть, щетина, чешуйки, шипы, расположенные наклонно к поверхности ), благодаря которым трение получается малым при движении в одном направлении и большим – при движении в противоположном направлении. На этом принципе основано движение дождевого червя. Щетинки, направленные назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное движение. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте, при сокращении головная часть задерживается, а хвостовая подтягивается к ней. Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле, так как при ходьбе мы отталкиваемся ногами от земли. Не будь трения, предметы выскальзывали бы из рук. У многих растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания (усики растений, хобот слона, цепкие хвосты лазающих животных). Все они имеют шероховатую поверхность для увеличения силы трения. Трение в жизни растений и животных.

Слайд 10

Как выглядел бы мир без трения? А представьте себе… что пол в вашей комнате стал ещё более скользким, чем каток; вот в этом случае вы и получите отдалённое представление о ходьбе в мире без трения – она в таком мире почти невозможна. Люди поминутно падали бы и не могли подняться. Ведь толькотрение(точнее: трение покоя) позволяет нам отталкиваться ногами, шагая вдоль по ровной дороге. На столе ничего не лежало бы: при малейшем -наклоне всё съезжало бы на пол, скользило и катилось по нему, стараясь добраться до самого низкого места. В самом деле, ведь только сила трения покоя удерживает предметы на слегка наклонном гладком столе и полу и не даёт им съезжать под действием силы тяжести. Все узлы немедленно развязывались бы; ведь узлы держатся только благодаря трению одних частей верёвки, шнурка или бечёвки о другие. Все ткани расползались бы по ниткам, а нитки – в мельчайшие волокна. Но не только ходить в мире без трения было бы невозможно. Каким образом, например, мог бы шофёр остановить свою машину? Ведь автомобиль тормозят тем, что прижимают к специальным барабанам, вращающимся вместе с колёсами, тормозные колодки (или ленты).Повернуть машину в мире без трения тоже не удалось бы. Вспомните, что в гололедицу автомобиль не только «идёт юзом», но и не слушается руля. Без трения автомобиль не только нельзя остановить или повернуть, его вообще нельзя заставить катиться. Мотор приводит во вращение задние ведущие колёса автомобиля. Но в мире без трения вращающиеся ведущие колёса автомобиля будут «буксовать», как это часто бывает в зимнее время на обледеневшей дороге. Чтобы колёса катились, необходимо трение их о дорогу.

Слайд 11

Вопросы для закрепления. 1. Лошадь везет телегу. Где здесь сила трения полезна, а где вредна? СКАЗКА «РЕПКА» Кошка за Жучку Жучка за внучку Внучка за бабку Бабка за дедку Дедка за репку Тянут – потянут, вытянуть не могут. 2.Маленькую или большую репку вытягивать легче? 3.Из какого грунта – глинистого, песчаного или чернозема – труднее вытягивать репку? 4.Может быть, стоило тянуть репку вверх вертикально? 5.Если бы прошел сильный дождь или дед хорошо бы полил участок, смог бы он один вытащить репку? 6.Не легче ли было вытягивать репку иного сорта – с очень гладкой поверхностью? 7.Одинаково ли трудно вытягивать равные по массе репку и морковь?

Слайд 12

Пословицы и поговорки связанные с трением. 1.Не подмажешь- не поедешь; 2.Пошло дело как по маслу; 3.Угря в руках не удержишь; 4.Что кругло легко катиться; 5.Лыжи скользять по погоде; 6.Коси коса пока роса; роса долой и мы домой; 7.Колодезная веревка сруб перетирает; 8. Ржавый плуг только на пахоте очищается.

Слайд 13

Заполни таблицу. Трение полезно. Трение вредно.

Слайд 14

Пройди тест

Слайд 16

Итог урока. Трение – нам друг или враг? Что такое трение? Трение — явление. Враг оно нам или друг? Это знают все вокруг. Если б трение пропало, Что со всеми нами стало? Мы ходить бы не смогли, Оттолкнувшись от Земли. Если б взяли что — то вдруг. Оно выпало б из рук. Помогает трение Начинать движение Всем машинам, тракторам, Мотоциклам, поездам. Ну а так же тормозить И их всех остановить ! Очень нужно трение нам. Всем растениям и зверям! . . . Но притом приносит вред и не мало разных бед. В станках, приборах трутся части, И это — главное несчастье. Ну и все автомашины Быстро снашивают шины! И поэтому вопрос Не настолько уж и прост: Трение — друг нам или враг? Ответ двоякий: так и так!

Слайд 17

Продолжи фразу: Сегодня на уроке открыл для себя… Мне понравилось на уроке то, что… . На уроке меня порадовало…. Я удовлетворен своей работой, потому что… . Мне хотелось бы порекомендовать… . Если бы я был учителем, то ….

Слайд 18

Список литературы Перышкин А.В. Физика. 7 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2001. Физика и астрономия: Проб. учеб. для 7 кл. сред.шк./ А.А. Пинский, В.Г. Разумовский, Ю.И. Дик и др. – М.: Просвещение, 1993. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учеб. для 9 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1990. Перельман Я.И. Занимательная физика. В двух книгах. Книга 2 – М.: Наука, 1979. Урок физики в современной школе. Творческий поиск учителей. Сост. Э.М. Браверман; Под ред. В.Г. Разумовского – М.: Просвещение, 1993, стр. 123. Перышкин А.В. и др. Преподавание физики в 6 – 7 классах средней школы. Пособие для учителя. – М.: Просвещение, 1985.