Исследовательская работа "Сила трения"

Управление образования администрации города Троицка

Городская научно-исследовательская конференция

учащихся 5-8 классов муниципальных образовательных учреждений

«Первые шаги в науку»

Исследование коэффициента трения обуви

о различную поверхность

Работу выполнил:

ученик МБОУ «ООШ № 4»

Буторин Глеб,7 класс

Руководитель: учитель физики

Коваленко Инна Сергеевна

Троицк, 2015 год

\

Содержание

Аннотация

Цель научной работы:

Зная коэффициент трения материала подошвы о различную поверхность, можно подобрать оптимальный вариант приобретения обуви. Методы, использованные в работе: анкетирование, физический эксперимент, математический расчет, анализ результатов. Проведя опыт, я сделал вывод, что наибольший коэффициент трения у подошвы, сделанной из полиуретана, затем - резина, каучук, а наименьший коэффициент - у пластика. Из этого следует, что при покупке обуви следует учитывать особенности подошв и погодные условия, в которых вы будете носить обувь.

1. Введение

Актуальность

В зимнее время, когда на улице гололед, происходит очень много падений и травм.

Поэтому очень важно при покупке обуви учитывать особенности подошв и погодные условия, в которые вы будете носить данную обувь. В этом и заключается актуальность.

Проблема

При покупке обуви мало кто обращает внимание на материал, из которого изготовлена подошва и не учитывает коэффициент трения обуви о различные поверхности.

Цель работы

Исследование трения подошв обуви, изготовленных из разных материалов о различные поверхности и определение наиболее практичных материалов для их изготовления.

Задачи:

1.  Изучить теоретические основы сухого трения.

2.  Провести анкетирование среди учащихся для выявления наиболее популярных производителей обуви, уровня осведомленности о материале подошвы и влияния материала подошвы на трение при ходьбе.

3.  Измерить коэффициент трения скольжения материала обувной подошвы о различную поверхность.

4.  Провести анализ полученных результатов измерений и выявить наиболее приемлемые варианты эксплуатации обуви.

Методы исследования

1.  Анкетирование.

2.  Физический эксперимент.

3.  Математический расчет.

4.  Анализ результатов.

Объект исследования

Зимняя обувь на резиновой, полиуретановой, каучуковой и пластиковой подошве.

Предмет исследования

Зависимость силы трения подошвы обуви о различную поверхность, от силы давления и материалов поверхностей, определение коэффициентов трения.

Гипотеза

Коэффициент трения обуви о различную поверхность зависит от свойств материала.

II. Научная статья

1.Теоретическая часть

Сопротивление движению возникает при скольжении одного тела по поверхности другого. Если соприкасаются твёрдые поверхности или твёрдые прослойки между телами (плёнки окислов, полимерные покрытия), трение называют сухим.

Природа силы трения - электромагнитная. Это означает, что причиной её возникновения являются силы взаимодействия между частицами, из которых состоит вещество. Второй причиной возникновения силы трения является шероховатость поверхности. Из-за неровностей поверхности касаются друг друга только в отдельных точках, находящихся на вершинах выступов. Здесь молекулы соприкасающихся тел подходят на расстояния, соизмеримые с расстояниями между молекулами, и сцепляются. Образуется прочная связь, которая разрывается при нажиме на тело. При движении тела связи возникают постоянно и рвутся. Выступающие части поверхностей задевают друг за друга и препятствуют движению тела. Именно поэтому для движения по гладким (полированным) поверхностям требуется прикладывать меньшую силу, чем для движения по шероховатым.

Сила трения, действующая вдоль поверхности соприкосновения твёрдых тел, направлена против скольжения тела.

Трение принимает участие (и притом весьма существенное) там, где мы о нём даже не подозреваем. Но не надо думать, что трение всегда препятствует движению – часто оно ему способствует.

Трение способствует устойчивости. Плотники выравнивают пол так, что столы и стулья остаются там, куда их поставили. Блюда, стаканы, поставленные на стол, остаются неподвижными без особых забот с нашей стороны, если только дело не происходит на пароходе во время качки.

Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь они величиной с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержится одно на другом. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкой капли.

Особенности сил трения:

-возникают при соприкосновении;

-действуют вдоль поверхности;

-всегда направлены против направления движения тела.

Что определяет величину силы сухого трения? Повседневный опыт свидетельствует: чем сильнее прижать поверхности тел друг к другу, тем труднее вызвать их взаимное скольжение и поддерживать его (например, лист бумаги, вложенный между страницами лежащей на столе толстой книги, проще вытащить из верхней части, чем из нижней). Прижимающая сила, действующая со стороны соседнего тела на трущуюся поверхность, перпендикулярна ей и называется силой нормального давления.

В 1781 году Шарль Кулон, изучая трение деталей и веревок, которые в то время были существенными частями механизмов, экспериментально становил, что сила трения F _ТР прямо пропорционально прижимающей силе N:

F _тр = µN; N = F тяж

Коэффициент пропорциональности µ - коэффициент трения – определяется шероховатостью соприкасающихся поверхностей; для более гладких поверхностей он меньше. Например, после удара хоккейной клюшкой скользящая шайба быстрее останавливается на деревянном полу, чем на льду.

µ =

2. Практическая часть

С целью выявления наиболее популярных производителей обуви и уровня осведомленности о свойствах материала подошвы и влияния материала подошвы на трение при ходьбе было проведено анкетирование среди преподавателей и учащихся нашей школы.

В анкетировании приняли участие 54 учащихся и преподавателей. При обработке данных анкетирования выяснилось, что наиболее популярными производителями обуви являются «Монро» (14,8%), «Карри» (13%), «Обувь для всех» (11%), «Юничел» (9,3%). Многие (40,7 % анкетируемых) не знают производителей обуви, т. к. приобретают обувь на рынках, зачастую, кустарного производства. Все анкетируемые (100 %) знают о том, что материал подошвы существенно влияет на трение при ходьбе, но при покупке обуви мало кто интересуется, из какого материала изготовлена подошва (78 %). На вопрос об осведомленности о физических свойствах материала подошвы 90,7% ответили отрицательно.

Анкета

1.  Обувь каких производителей вы носите?

2.  Знаете ли вы, что материал подошвы существенно влияет на трение при ходьбе?

3.  При покупке обуви интересуетесь ли вы, из какого материала изготовлена подошва обуви?

4.  Знаете ли вы о физических свойствах и характеристиках различных материалов для изготовления подошв?

Следующим этапом работы было измерение коэффициента трения скольжения обувных подошв при взаимодействии с различными поверхностями.

3. Опыт 1

Цель проводимого опыта состоит в исследовании зависимости силы трения подошвы обуви о различную поверхность от силы давления и материалов поверхностей, определение коэффициентов трения.

Опыт проводился в магазинах и в домашних условиях условиях. Опыт заключался в следующем: прикрепленную к динамометру обувь я тянул равномерно вдоль различных поверхностей, снимал показания динамометра в таком положении, а также измерял силу тяжести данной обуви; с помощью полученных результатов подсчитал коэффициенты трения различной обуви о разную поверхность.

Приборы и материалы, используемые в опыте:

1.Обувь с резиновой подошвой, полиуретановой, пластиковой и каучуковой подошвой.

2.Ковровая, цементная поверхности и ламинат.

3.Динамометр.

Следует учитывать, что если подошва называется каучуковой, то она не состоит на 100% из каучука, она содержит множество других элементов в своем составе, но содержание каучука в ней преобладает. Также и с резиновой, пластиковой и полиуретановой подошвами.

Порядок проведения опыта:

1. Измерил силу тяжести, действующую на сапог с резиновой подошвой. Для этого подвесил его к динамометру.

2. Положил этот сапог с резиновой подошвой на ковровую поверхность и протянул его с равномерной скоростью по ковру приблизительно около метра, сняв показания динамометра в этом положении.

3. Повторил опыт, подсчитал среднее значение силы трения для получения более точных результатов, вычислил коэффициент трения.

4. Протянул сапог по цементной, деревянной поверхностям и ламинату и снял показания динамометра.

5. Повторил опыты и подсчитал среднее значение силы трения для получения более точных результатов, вычислил коэффициент трения.

6. Полученные данные занес в таблицы.

Трение о ламинат

Подсчёт среднего значения силы трения о ламинат

Юничел ( пластик)

Обувь для всех (полиуретан)

Карри (каучук)

Монро(резина)

Подсчет коэффициента трения при трении обуви о ламинат : µ=

Пластик µ=1,03 Н: 2,6Н=0,39

Полиуретан µ=1,46 Н:2,4Н=0,6

Каучук µ=1,1Н:2,2 Н=0,5

Резина µ=1,4 Н:3,3 Н=0,42

Трение о цемент

Юничел (пластик)

Обувь для всех (полиуретан)

Карри (каучук)

Монро (резина)

Подсчет коэффициента трения при трении обуви о цемент : µ=

Пластик µ=0,46 Н: 2,6Н=0,18

Полиуретан µ=0,7 Н:2,4Н=0,3

Каучук µ=0,6Н:2,2 Н=0,27

Резина µ=0,83Н:3,3 Н=0,25

Трение о ковёр

Юничел ( пластик)

Обувь для всех (полиуретан)

Карри (каучук)

Монро(резина)

Подсчет коэффициента трения при трении обуви о ковер : µ=

Пластик µ=1,6 Н: 2,6Н=0,62

Полиуретан µ=2,4 Н:2,4Н=1

Каучук µ=1,76Н:2,2 Н=0,8

Резина µ=2,6Н:3,3 Н=0,78

Диаграмма зависимости коэффициента трения скольжения материала подошвы от вида поверхности

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1.  Все опрошенные респонденты знают о влиянии материала подошвы на трение при ходьбе, но большинство из них не интересуется при покупке обув материалом подошвы.

2.  Значение коэффициента трения материала подошв популярных фирм — производителей соответствует допустимым значениям.

4. Выводы и рекомендации

1.  Все опрошенные респонденты знают о влиянии материала подошвы на трение при ходьбе, но большинство из них не интересуется при покупке обуви материалом подошвы.

2.  Материал подошвы существенно влияет на значение коэффициента трения. Наибольшим значением коэффициента трения скольжения обладает подошва, изготовленная из полиуретана, каучука и резины, а наименьшим - из пластика.

3.  Зная коэффициент трения материала подошвы о различную поверхность, можно подобрать оптимальный вариант приобретения обуви. В качестве идеального варианта можно предложить обувь на каучуковой и полиуретановой подошве.

III. Заключение

Таким образом, проведя опыт, я сделал вывод, что наибольший коэффициент трения у подошвы, сделанной из полиуретана, затем каучука и резины, а наименьший коэффициент у пластика. Из этого следует, что при покупке обуви следует учитывать особенности подошв и погодных условий, в которых вы будете носить обувь. В зимнее время лучше покупать обувь с полиуретановой подошвой, так как она имеет наибольший коэффициент трения по различным поверхностям (видно из диаграммы), это поможет избежать падений и травм в зимнее время, когда на улице гололед. Также полиуретан обладает хорошей устойчивостью к различным температурам и прочностью. Не желательно покупать обувь с пластиковой подошвой в зимнее время.

IV. Список литературы:

1. Аксёнова М., Володин В. Энциклопедия «Физика»: «Аванта», 2005.

2. С.В.Громов, Н.А.Родина «Физика»: Москва «Просвещение», 2000.

3. Н.М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев, Д.Ш. Шодиев «Физика»: Москва «Просвещение», 1995.

4. А.В. Пёрышкин, Е.М. Гутник «Физика»: Москва «Дрофа», 2003.

5. О.Ф.Кабардин «Физика. Справочник для старшеклассников»; АСТ- ПРЕЕС, Москва, 2005.

Название работы: Исследование коэффициента трения обуви о различную поверхность

Фамилия, имя автора: Буторин Глеб

Общеобразовательное учреждение: МБОУ «ООШ №4»

Город: г.Троицк

Здравствуйте, уважаемые члены жюри и участники конференции. Разрешите представить работу на тему: «Исследование коэффициента трения о различную поверхность» Актуальность данной темы:В зимнее время, когда на улице гололед, происходит очень много падений и травм. Поэтому очень важно при покупке обуви учитывать особенности подошв и погодные условия, в которые вы будете носить данную обувь. В этом и заключается актуальность.

Проблемой исследования было, то что при покупке обуви мало кто обращает внимание на материал, из которого изготовлена подошва и не учитывает коэффициент трения обуви о различные поверхности.

Цель моей работы: Исследование трения подошв обуви, изготовленных из разных материалов о различные поверхности и определение наиболее практичных материалов для их изготовления.

Задачи:

1.  Изучить теоретические основы сухого трения.

2.  Провести анкетирование среди учащихся для выявления наиболее популярных производителей обуви, уровня осведомленности о материале подошвы и влияния материала подошвы на трение при ходьбе.

3.  Измерить коэффициент трения скольжения материала обувной подошвы о различную поверхность.

4.  Провести анализ полученных результатов измерений и выявить наиболее приемлемые варианты эксплуатации обуви.

Методы исследования: Анкетирование, физический эксперимент, математический расчет, анализ результатов.

Объект исследования: Зимняя обувь на резиновой, полиуретановой, каучуковой и пластиковой подошве, которая продается в магазинах нашего города.

Предмет исследования: Зависимость силы трения подошвы обуви о различную поверхность, от силы давления и материалов поверхностей, определение коэффициентов трения.

Гипотеза, которая была выдвинут: Коэффициент трения обуви о различную поверхность зависит от свойств материала.

Природа силы трения - электромагнитная. Это означает, что причиной её возникновения являются силы взаимодействия между частицами, из которых состоит вещество. Второй причиной возникновения силы трения является шероховатость поверхности. Из-за неровностей поверхности касаются друг друга только в отдельных точках, находящихся на вершинах выступов. Здесь молекулы соприкасающихся тел подходят на расстояния, соизмеримые с расстояниями между молекулами, и сцепляются. Образуется прочная связь, которая разрывается при нажиме на тело. При движении тела связи возникают постоянно и рвутся. Выступающие части поверхностей задевают друг за друга и препятствуют движению тела. Именно поэтому для движения по гладким (полированным) поверхностям требуется прикладывать меньшую силу, чем для движения по шероховатым.

Сила трения, действующая вдоль поверхности соприкосновения твёрдых тел, направлена против скольжения тела.

Трение способствует устойчивости. Плотники выравнивают пол так, что столы и стулья остаются там, куда их поставили. Блюда, стаканы, поставленные на стол, остаются неподвижными без особых забот с нашей стороны, если только дело не происходит на пароходе во время качки.

Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь они величиной с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержится одно на другом. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкой капли.

Что определяет величину силы сухого трения?

Повседневный опыт свидетельствует: чем сильнее прижать поверхности тел друг к другу, тем труднее вызвать их взаимное скольжение и поддерживать его.Прижимающая сила, действующая со стороны соседнего тела на трущуюся поверхность, перпендикулярна ей и называется силой нормального давления.

В 1781 году Шарль Кулон, изучая трение деталей и веревок, которые в то время были существенными частями механизмов, экспериментально становил, что сила трения F _ТР прямо пропорционально прижимающей силе N:

F _тр = µN; N = F тяж

Коэффициент пропорциональности µ - коэффициент трения – определяется шероховатостью соприкасающихся поверхностей; для более гладких поверхностей он меньше.

С целью выявления наиболее популярных производителей обуви и уровня осведомленности о свойствах материала подошвы и влияния материала подошвы на трение при ходьбе было проведено анкетирование среди преподавателей и учащихся нашей школы.

В анкетировании приняли участие 54 учащихся и преподавателей. При обработке данных анкетирования выяснилось, что наиболее популярными производителями обуви являются «Монро» (14,8%), «Карри» (13%), «Обувь для всех» (11%), «Юничел» (9,3%). Многие (40,7 % анкетируемых) не знают производителей обуви, т. к. приобретают обувь на рынках, зачастую, кустарного производства. Все анкетируемые (100 %) знают о том, что материал подошвы существенно влияет на трение при ходьбе, но при покупке обуви мало кто интересуется, из какого материала изготовлена подошва (78 %). На вопрос об осведомленности о физических свойствах материала подошвы 90,7% ответили отрицательно.

Цель проводимого опыта состоит в исследовании зависимости силы трения подошвы обуви о различную поверхность от силы давления и материалов поверхностей, определение коэффициентов трения.

Опыт проводился в магазинах и в домашних условиях условиях. Опыт заключался в следующем: прикрепленную к динамометру обувь я тянул равномерно вдоль различных поверхностей, снимал показания динамометра в таком положении, а также измерял силу тяжести данной обуви; с помощью полученных результатов подсчитал коэффициенты трения различной обуви о разную поверхность.

Для проведения данного опыта использовал следующие приборы и материалы:

1.Обувь с резиновой подошвой, полиуретановой, пластиковой и каучуковой подошвой.

2.Ковровая, цементная поверхности и ламинат.

3.Динамометр.

Следует учитывать, что если подошва называется каучуковой, то она не состоит на 100% из каучука, она содержит множество других элементов в своем составе, но содержание каучука в ней преобладает. Также и с резиновой, пластиковой и полиуретановой подошвами.

Опыт проводил в следующем порядке:

1. Измерил силу тяжести, действующую на сапог с резиновой подошвой. Для этого подвесил его к динамометру.

2. Положил этот сапог с резиновой подошвой на ковровую поверхность и протянул его с равномерной скоростью по ковру приблизительно около метра, сняв показания динамометра в этом положении.

3. Повторил опыт, подсчитал среднее значение силы трения для получения более точных результатов, вычислил коэффициент трения.

4. Протянул сапог по цементной, деревянной поверхностям и ламинату и снял показания динамометра.

5. Повторил опыты и подсчитал среднее значение силы трения для получения более точных результатов, вычислил коэффициент трения.

6. Полученные данные занес в таблицы.

Таким образом, проведя опыт, я сделал вывод, что наибольший коэффициент трения у подошвы, сделанной из полиуретана, затем каучука и резины, а наименьший коэффициент у пластика. Из этого следует, что при покупке обуви следует учитывать особенности подошв и погодных условий, в которых вы будете носить обувь. В зимнее время лучше покупать обувь с полиуретановой подошвой, так как она имеет наибольший коэффициент трения по различным поверхностям (видно из диаграммы), это поможет избежать падений и травм в зимнее время, когда на улице гололед. Также полиуретан обладает хорошей устойчивостью к различным температурам и прочностью. Не желательно покупать обувь с пластиковой подошвой в зимнее время.

Спасибо за внимание!

Работу выполнил:

Ученик МБОУ «ООШ №4»

Буторин Глеб , 7 класс

Руководитель: учитель физики

Коваленко Инна Сергеевна

В зимнее время происходят очень много падений и травм, когда на улице гололёд.

Поэтому очень важно при покупке обуви учитывать особенности подошв и погодные условия, в которых вы будете носить данную обувь.

При покупке обуви мало кто обращает внимание на материал, из которого изготовлена подошва и не учитывает коэффициент трения обуви о различные поверхности.

Коэффициент трения обуви о различную поверхность зависит от свойств материала.

Цель работы:

Исследование трения подошв обуви, изготовленных из разных материалов о различные поверхности и определение наиболее практичных материалов для их изготовления.

1 .  Изучить теоретические основы сухого трения.

2. Провести анкетирование среди учащихся для выявления наиболее популярных производителей обуви и уровня осведомлённости о материале подошвы и влияния материала подошвы на трение при ходьбе.

3. Измерить коэффициент трения скольжения материала обувной подошвы о различную поверхность.

4.Провести анализ полученных результатов измерений и выявить наиболее приемлемые варианты эксплуатации обуви.

Зимняя обувь на резиновой, полиуретановой, каучуковой и пластиковой подошве.

Зависимость силы трения подошвы обуви о различную поверхность, от силы давления и материалов поверхностей, определение коэффициентов трения.

1.  Анкетирование.

2.  Физический эксперимент.

3.  Математический расчёт.

4.  Анализ результатов.

Трение  — процесс взаимодействия твёрдых тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде.

Сила трения возникает при движении тела, соприкасающегося с поверхностью другого тела, и направлена против движения.

Шарль Кулон  провёл цикл опытов, в которых изучил важнейшие особенности явления трения. 

Учёный на базе своих экспериментов уточнил законы трения, впервые сформулированные Амонтоном, установил и рассмотрел наличие межмолекулярной составляющей силы трения (хотя главным фактором считал зацепление неровностей). Также Кулоном была установлена зависимость силы трения покоя от продолжительности предварительного контакта тел.

За лучшее решение задач о трении в 1781 году ученый получил премию в 2 000 ливров от Французской академии наук.

День рождения :  14.06 . 1736 года

Дата смерти:  28.08 . 1806   года

F = µN,

где N = mg

µ- коэффициент пропорциональности

или коэффициент трения

Результаты анкетирования (54 опрошенных)

Номер вопроса

Количество

1.

%, процент от общего числа

«Юничел»— 5

«Монро» — 8

«Обувь для всех» — 7

«Карри» — 6

Российские производители — 6

Производитель неизвестен — 22

2.

3.

9,3

14,8

13

11

11

40,7

54

100

12 — «да»

42 — «нет»

4.

22

78

5 — «да»

49 — «нет»

9,3

90,7

1.  Обувь каких производителей вы носите?

2.  Знаете ли вы, что материал подошвы существенно влияет на трение при ходьбе?

3.  При покупке обуви интересуетесь ли вы, из какого материала изготовлена подошва обуви?

4.  Знаете ли вы о физических свойствах и характеристиках различных материалов для изготовления подошв?

МОИ ИССЛЕДОВАНИЯ

А также измерял силу тяжести данной обуви. подвесив её к динамометру.

С помощью полученных результатов подсчитал коэффициенты трения различной обуви о разную поверхность.

F = µN,

где N = mg

µ- коэффициент пропорциональности

или коэффициент трения

Трение о ламинат

Фирма обуви

материал подошвы

Юничел

Обувь для всех

материал поверхности

пластик

F тяж., Н

(средн.значение)

Карри

ламинат

полиуретан

каучук

ламинат

2,6

F тр., Н (средн.значение)

Монро

1.03

2,4

коэффициент трения μ

ламинат

резина

0,39

2,2

1,46

ламинат

1,1

0,6

3,3

0, 5

1,4

0,42

Подсчёт среднего значения силы трения о ламинат

Юничел (пластик)

Обувь для всех (полиуретан)

Карри

(каучук)

Монро(резина)

Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о ламинат

μ =

Юничел ( пластик ) μ

Обувь для всех (полиуретан)

μ

μ

Карри ( каучук )

Монро (резина) μ

Трение о цемент

Фирма обуви

материал подошвы

Юничел

материал поверхности

пластик

Обувь для всех

F тяж., Н

(средн.значение)

цемент

полиуретан

Карри

F тр., Н (средн.значение )

каучук

2,6

цемент

Монро

0,46

коэффициент трения μ

2,4

цемент

резина

0,76

0,18

2,2

цемент

0,6

0,3

3,3

0,27

0,83

0,25

Подсчёт среднего значения силы трения о цемент

Юничел (пластик)

Обувь для всех

(полиуретан)

Карри (каучук)

Монро (резина)

Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о цемент

μ =

μ

Юничел ( пластик )

Обувь для всех ( полиуретан )

μ

Карри ( каучук )

μ

μ

Монро ( резина )

Трение о ковёр

Фирма обуви

Юничел

материал подошвы

Обувь для всех

материал поверхности

пластик

Карри

полиуретан

F тяж., Н

ковёр

2,6

ковёр

F тр., Н (средн.значение)

каучук

Монро

1,6

2,4

коэффициент трения μ

ковёр

резина

2,4

2,2

0,62

ковёр

1,76

1

3,3

0,8

2,6

0,78

1 . Все опрошенные знают о влиянии материала подошвы на трение при ходьбе, но большинство из них не интересуются при покупке обуви материалом подошвы.

2. Материал подошвы существенно влияет на значение коэффициента трения. Наибольшим значением коэффициента трения скольжения обладает подошва, изготовленная из полиуретана , каучука и резины , а наименьшим - из пластика.

3. Зная коэффициент трения материала подошвы о различную поверхность, можно подобрать оптимальный вариант приобретения обуви. В качестве идеального варианта можно предложить обувь на каучуковой и полиуретановой подошве.

Цель достигнута.

Спасибо за внимание !

И не падайте!

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ «ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ОБУВИ О РАЗЛИЧНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ»

Работу выполнил:

Ученик МБОУ «ООШ №4»

Буторин Глеб , 7 класс

Руководитель: учитель физики

Коваленко Инна Сергеевна

Актуальность

В зимнее время происходят очень много падений и травм, когда на улице гололёд.

Поэтому очень важно при покупке обуви учитывать особенности подошв и погодные условия, в которых вы будете носить данную обувь.

Проблема

При покупке обуви мало кто обращает внимание на материал, из которого изготовлена подошва и не учитывает коэффициент трения обуви о различные поверхности.

Гипотеза

Коэффициент трения обуви о различную поверхность зависит от свойств материала.

Цель работы:

Исследование трения подошв обуви, изготовленных из разных материалов о различные поверхности и определение наиболее практичных материалов для их изготовления.

Задачи:

1 .  Изучить теоретические основы сухого трения.

2. Провести анкетирование среди учащихся для выявления наиболее популярных производителей обуви и уровня осведомлённости о материале подошвы и влияния материала подошвы на трение при ходьбе.

3. Измерить коэффициент трения скольжения материала обувной подошвы о различную поверхность.

4.Провести анализ полученных результатов измерений и выявить наиболее приемлемые варианты эксплуатации обуви.

Объект исследования

Зимняя обувь на резиновой, полиуретановой, каучуковой и пластиковой подошве.

Предмет исследования

Зависимость силы трения подошвы обуви о различную поверхность, от силы давления и материалов поверхностей, определение коэффициентов трения.

Методы исследования

1.  Анкетирование.

2.  Физический эксперимент.

3.  Математический расчёт.

4.  Анализ результатов.

ПО СТРАНИЦАМ ИСТОРИИ

Шарль Кулон  провёл цикл опытов, в которых изучил важнейшие особенности явления трения. 

Учёный на базе своих экспериментов уточнил законы трения, впервые сформулированные Амонтоном, установил и рассмотрел наличие межмолекулярной составляющей силы трения (хотя главным фактором считал зацепление неровностей). Также Кулоном была установлена зависимость силы трения покоя от продолжительности предварительного контакта тел.

За лучшее решение задач о трении в 1781 году ученый получил премию в 2 000 ливров от Французской академии наук.

День рождения :  14.06 . 1736 года

Дата смерти:  28.08 . 1806   года

Теоретическая часть

Трение  — процесс взаимодействия твёрдых тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде.

Возникновение силы трения

Сила трения возникает при движении тела, соприкасающегося с поверхностью другого тела, и направлена против движения.

Результаты анкетирования (54 опрошенных)

Номер вопроса

Количество

«Юничел»— 5

9,3

2.

%, процент от общего числа

«Монро» — 8

12 — «да»

14,8

«Обувь для всех» — 7

54

1.

3.

42 — «нет»

5 — «да»

4.

22

100

«Карри» — 6

13

Российские производители — 6

9,3

78

11

49 — «нет»

90,7

Производитель неизвестен — 22

11

40,7

1.  Обувь каких производителей вы носите?

2.  Знаете ли вы, что материал подошвы существенно влияет на трение при ходьбе?

3.  При покупке обуви интересуетесь ли вы, из какого материала изготовлена подошва обуви?

4.  Знаете ли вы о физических свойствах и характеристиках различных материалов для изготовления подошв?

Мои исследования

Опыт заключался в следующем: прикреплённую к динамометру обувь я тянул равномерно вдоль различных поверхностей, снимал показания динамометра в таком положении.

Мои исследования

А также измерял силу тяжести данной обуви. подвесив её к динамометру.

С помощью полученных результатов подсчитал коэффициенты трения различной обуви о разную поверхность.

ФОРМУЛА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИ Я

F = µN,

где N = mg

µ- коэффициент пропорциональности

или коэффициент трения

Трение о ламинат

Фирма обуви

материал подошвы

Юничел

Обувь для всех

материал поверхности

пластик

Fтяж., Н

Карри

ламинат

полиуретан

каучук

ламинат

2,6

Fтр., Н (средн.значение)

(средн.значение)

Монро

ламинат

1.03

коэффициент трения μ

2,4

резина

0,39

2,2

1,46

ламинат

1,1

0,6

3,3

0,5

1,4

0,42

Подсчёт среднего значения силы трения о ламинат

Юничел (пластик)

Обувь для всех (полиуретан)

Карри

(каучук)

Монро(резина)

Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о ламинат

μ =

Юничел (пластик) μ

Обувь для всех (полиуретан)

μ

μ

Карри (каучук)

Монро (резина) μ

Диаграмма «Коэффициент трения о ламинат»

Трение о цемент

Фирма обуви

материал подошвы

Юничел

пластик

материал поверхности

Обувь для всех

полиуретан

цемент

Карри

Fтяж., Н

2,6

Fтр., Н (средн.значение )

(средн.значение)

цемент

каучук

Монро

цемент

2,4

коэффициент трения μ

0,46

резина

0,76

0,18

2,2

цемент

0,3

0,6

3,3

0,27

0,83

0,25

Подсчёт среднего значения силы трения о цемент

Юничел(пластик)

Обувь для всех

(полиуретан)

Карри (каучук)

Монро (резина)

Подсчёт коэффициента трения при трении обуви о цемент

μ =

μ

Юничел (пластик )

Обувь для всех (полиуретан)

μ

Карри (каучук)

μ

μ

Монро (резина)

Диаграмма «Коэффициент трения о цемент»

Трение о ковёр

Фирма обуви

Юничел

материал подошвы

Обувь для всех

материал поверхности

пластик

Карри

полиуретан

Fтяж., Н

ковёр

2,6

ковёр

Fтр., Н (средн.значение)

каучук

Монро

1,6

2,4

коэффициент трения μ

ковёр

резина

2,4

2,2

0,62

ковёр

1,76

1

3,3

0,8

2,6

0,78

Диаграмма «Коэффициент трения о ковёр»

Диаграмма зависимости коэффициента трения скольжения материала подошвы от вида поверхности

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 . Все опрошенные знают о влиянии материала подошвы на трение при ходьбе, но большинство из них не интересуются при покупке обуви материалом подошвы.

2. Материал подошвы существенно влияет на значение коэффициента трения. Наибольшим значением коэффициента трения скольжения обладает подошва, изготовленная из полиуретана , каучука и резины , а наименьшим - из пластика.

3. Зная коэффициент трения материала подошвы о различную поверхность, можно подобрать оптимальный вариант приобретения обуви. В качестве идеального варианта можно предложить обувь на каучуковой и полиуретановой подошве.

Цель достигнута.

Спасибо за внимание !

И не падайте!