Зависимость силы трения от различных факторов: качества поверхности, массы движущегося тела.

Городская научно-практическая конференция

«Юность и наука – третье тысячелетие»

ТЕМА: Зависимость силы трения от различных факторов: качества поверхности, массы движущегося тела.

СЕКЦИЯ: Физика и познание мира (физика, космофизика и астрономия)

ТИП РАБОТЫ: Научно-исследовательская работа

АВТОР РАБОТ:

***********************

МБОУ «Средняя школа № 39» 7 «А» класс.

МЕСТО ВЫПОНЕНИЯ РАБОТЫ: образовательное учреждение МБОУ «СШ№ 39»

РУКОВОДИТЕЛЬ ОУ: Кабакова Виктория Викторовна, директор МБОУ «СШ№ 39».

Пахарькова Лариса Николаевна, МБОУ «СШ№ 39», учитель физики, информатики и ИКТ, учитель высшей категории

Аннотация

************************,

МБОУ «Средняя школа № 39» 7 «А» класс.

«Зависимость силы трения от различных факторов: качества поверхности, массы движущегося тела».

Пахарькова Лариса Николаевна, МБОУ «СШ№ 39», учитель физики, информатики и ИКТ, учитель высшей категории

Цель научной работы: определить, как зависит коэффициент силы трения от различно обработанной поверхности, различных масс движущихся тел, сравнить полученные результаты с табличными значениями, расширить знания по физике.

Гипотеза: определить коэффициенты трения покоя и скольжения вдоль горизонтальной поверхности для различных тел и проверить совпадут ли их значения с имеющимися табличными данными.

Задачи:

• рассчитать коэффициент силы трения покоя и скольжения для различных материалов;

• определить зависимость коэффициента силы трения покоя и скольжения от массы движущегося тела;

• проведение экспериментов;

• вычисление коэффициента силы трения.

Методы исследования: аналитический, практический, исследовательский. Объект исследования: сила трения.

Предмет исследования: коэффициент силы трения покоя и скольжения.

Работа носит практический характер. В данной работе определяются коэффициенты силы трения с помощью установления многочисленных причинно-следственных связей, проведение большого количества разнообразных экспериментов. В заключении работы приведена сравнительная таблица полученных результатов с данными, приведенными в справочных материалах. Имеющиеся и полученные данные совпадают, что подтверждает гипотезу.

Оглавление

Ведение

«Все проще, чем вы думаете, и одновременно сложнее, чем вы можете вообразить».

Иоганн Вольфганг Гёте.

В жизни мы постоянно сталкиваемся с действием силы трения: передвижение предметов, скольжение по льду, шлифовка поверхности, изнашивание поверхности тел. Какую же роль играет сила трения? От чего зависит коэффициент силы трения? Вот, пожалуй, основные вопросы, которые меня заинтересовали.

При знакомстве со справочной литературой я выяснил, что эта величина является постоянной для различных материалов. Для научных исследований, как правило, используется два метода: теоретический анализ и эксперимент. Как известно физический эксперимент лежит в основе появления и развития всех физических идей и теорий, а, следовательно, и всего физического мировоззрения, всей современной картины мира.

В основе моей работы лежит эксперимент: я опытным путём определил коэффициенты силы трения покоя и силы трения скольжения для тел с различной поверхностью (дерево по дереву, металл по дереву, пластмасса по дереву).

В результате моей работы получены числовые значения и сравнены со значениями указанными в справочных материалах, которые совпали с учётом минимальных погрешностей, я убедился в возможности определения коэффициентов трения экспериментальным путем и правильности выбора методов исследования.

Считаю, что моя работа будет полезна учащимся при подготовке к экзаменам, олимпиадам и другим конкурсам по физике, а учителям физики при организации факультативных, элективных курсов, направленных на решение задач повышенного уровня сложности по механике (кинематике).

Основное содержание

Трением называется взаимодействие между различными соприкасающимися поверхностями, препятствующее их относительному перемещению. Сила трения направлена вдоль поверхностей соприкасающихся тел противоположно скорости их относительного перемещения. Различают: трение покоя - при отсутствии относительного перемещения соприкасающихся тел и трение скольжения - при их движении.^[1]

Величина силы трения скольжения вычисляется по формуле : F=μ mg, где μ- коэффициент трения скольжения.

Трение покоя - возникает при действии на предмет, находящийся на какой-либо поверхности, значение силы трения равно силе тяги, действующей на данный предмет, не может быть больше чем произведение веса тела на коэффициент трения скольжения, который определяется опытным путем для пары различных материалов. Направление силы трения покоя - против силы тяги.

Трение скольжения - возникает при движении тела по поверхности другого тела, значение равно произведению веса тела на коэффициент трения скольжения. Сила трения направлена против скорости тела (направления движения).^[3]

Максимальное значение силы трения покоя определяется формулой Fmax=μ N

где μ - коэффициент трения, зависящий от свойств соприкасающихся поверхностей; N - сила нормального давления.^[4]

1. Определение коэффициента силы трения скольжения от поверхности движущегося тела.

Эксперимент 1.

Оборудование: деревянная доска, деревянный бру­сок, линейка, динамометр.

Деревянный брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.

При равномерном скольжении бруска можно за­писать формулу для расчета силы трения:

F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра. При помощи динамометра определили mg=1 Н, , (Приложение 1, рисунок 1).

Эксперимент 2.

Оборудование: деревянная доска, деревянный бру­сок, линейка, динамометр.

Брусок с поверхностью покрытой мелкой наждачной бумагой кладут на доску и перемещают равномерно при помощи динамометра.

При равномерном скольжении бруска можно за­писать:

F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра При помощи динамометра определили mg=1,3 Н, , (Приложение 1, рисунок 2).

Эксперимент 3.

Оборудование: деревянная доска, деревянный бру­сок, линейка, динамометр.

Брусок с поверхностью покрытой крупной наждачной бумагой кладут на доску и перемещают равномерно при помощи динамометра.

При равномерном скольжении бруска можно за­писать:

F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра. При помощи динамометра определили mg=1,2 Н, , (Приложение 1, рисунок 3).

Вывод: сила трения зависит от качества гладкости поверхности.

1. Определение зависимости коэффициента силы трения от массы тела.

Эксперимент 4.

Оборудование: деревянная доска, деревянный бру­сок, линейка, динамометр.

Деревянный брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.

При равномерном скольжении бруска можно за­писать формулу для расчета силы трения:

F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра mg=1 Н, , (Приложение 1, рисунок 4)

Эксперимент 5.

Оборудование: деревянная доска, деревянный бру­сок, линейка, динамометр.

Деревянный брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.

При равномерном скольжении бруска можно за­писать формулу для расчета силы трения:

F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра mg=2,3 Н, , (Приложение 1, рисунок 5).

Эксперимент 6.

Оборудование: деревянная доска, деревянный бру­сок, линейка, динамометр.

Деревянный брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.

При равномерном скольжении бруска можно за­писать формулу для расчета силы трения:

F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра mg=3,5 Н, , (Приложение 1, рисунок 6).

Вывод: сила трения зависит от массы груза.

1. Определение коэффициента силы трения скольжения пластмассового тела по деревянной доске.

Эксперимент 7.

Оборудование: деревянная доска, пластмассовый брусок, линейка, динамометр.

Пластмассовый брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.

При равномерном скольжении бруска можно за­писать формулу для расчета силы трения:

F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра (Приложение 1, рисунок 7).

1. Определение коэффициента силы трения скольжения металлического тела по деревянной доске.

Эксперимент 8.

Оборудование: деревянная доска, металлический брусок, линейка, динамометр.

Металлический брусок кладут на доску и перемещают равномерно по деревянной поверхности при помощи динамометра.

При равномерном скольжении бруска можно за­писать формулу для расчета силы трения:

F=μ mg,, откуда , где mg – это сила тяжести движущегося тела (бруска), а значит её можно определить при помощи динамометра (Приложение 1, рисунок 8).

Заключение

В данной работе я определяли коэффициенты силы трения для различных материалов. Опытным путем подтвердил, что сила трения зависит от качества соприкасающихся поверхностей и массы тела, убедился, что сила трения покоя больше силы трения скольжения.

С целью получения наиболее точных результатов, эксперименты проводились неоднократно и вычислялись средние значения коэффициентов силы трения для каждого случая, используя выведенные мной формулы (Приложение 2, таблица 1).

В ходе выполнения работы я убедился, что, используя простейшие физические приборы, можно экспериментально определить коэффициенты силы трения скольжения и покоя при движении тела по горизонтальной поверхности. Проведя сравнительный анализ результатов, пришёл к выводу: табличные данные совпадают с экспериментальными. Данный факт свидетельствует о подтверждении табличных данных, качественном проведении экспериментов и подтверждении гипотезы.

В справочной литературе не для всех материалов указаны коэффициенты силы трения, некоторые из них я определил: для хорошо обработанной деревянной поверхности и для шероховатой поверхности, которая была получена в результате покрытия поверхности наждачной бумагой. В будущем планирую продолжить работу в выбранном направлении и дополнить приведенную выше таблицу данными, полученными в ходе новых экспериментов, а так же рассмотреть зависимость коэффициента силы трения от угла наклона поверхности.

1. Буховцев Б. Б., Мякишев Г. Я., Сотский Н. Н.. / Физика: учеб. Для 10 кл. общеобразоват. учреждений, М.: Просвещение, – 2006 – 15-е изд. – 366 с.

2. Енохович А. С. / Справочник по физике и технике. Пособие для учащихся. М., «Просвещение», – 1976 – 175 с. с ил.

3. Кабардин О. Ф. и др. Факультативный курс физики. 9 кл. Пособия для учащихся. М., «Просвещение», – Изд. 2-е, перераб. – 1978 – 208 с.

4. Кикоин И. К., Кикоин А. К. / Физика: Учеб. для 9 кл. сред. шк. М.: Просвещение, – 1994 – 3-е изд. – 192 с.

5. Малафеев Р.И. Творческие экспериментальные задания по физике. 9 – 11 классы. М.: Школьная пресса, – 2003 – 48 с.

Приложение 1

Приложение 2