В данной статье рассмотрена проблема о влияния силы трения на повседневную жизнь. Рассмотрены виды сил трения, дано определение силы трения. Примеры полезного и вредного воздействия силы трения в природе, технике и повседневной жизни. Сформулированы принципы быстрого анализа и эффективные способы уменьшения трения. На основе рассмотренных примеров сил трения в природе, технике и в повседневной жизни, сделаны выводы об эффективном упрощении работы по преодолению силы трения.
Вложение | Размер |
---|---|
sila_treniya_i_eyo_rol_v_prirode_tehnike_i_v_povsednevnoy_zhizni_litvinov_d.docx | 517.83 КБ |
СИЛА ТРЕНИЯ И ЕЁ РОЛЬ В ПРИРОДЕ, ТЕХНИКЕ И В ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ
Литвинов Д.Е.
ГБОУ СОШ №2
с углубленным изучением отдельных предметов
Во все времена человечеству нужно было перемещать различные объекты: начиная со строительства египетских пирамид, афинских храмов и заканчивая статуей Свободы в Америке и Дубайской башней (Бурдж-Хали́фа) – самым высоким зданием в мире. В современном мире изобретено достаточно много инструментов, упрощающих труд человека (подъемный кран, кронштейн, рычаг и т.д.), тем не менее, необходимо уметь выбирать выгодное решение для каждой из ситуаций, то есть нужно уметь анализировать, какую из сил природы выгоднее преодолеть, затратив меньше энергии. Правильный выбор позволит сэкономить время, силу и деньги для достижения результата.
Чтобы понять, для чего нужна сила трения, рассмотрим такой пример. Если мы хотим переместить объект, мы можем переставить или перетащить его. Что выгоднее?
Поставим простой эксперимент. У меня есть объект - банка с водой, который я буду поднимать или тащить. Есть веревка и весы. Весы показывают массу (рис. 1).
Рис.1 – Сравнения затрачиваемых усилий по преодолению
силы трения и силы тяжести объекта.
Сейчас объясню, почему я имею право использовать их для определения силы, которую нужно приложить к объекту, чтобы переместить его. Принцип действия весов такой: они измеряют вес объекта и пересчитывают его в кг, что и будет конечным ответом на дисплее в виде числа. Так как этот опыт мы приводим для наглядности, то не будем делать расчетов и обусловимся, что результат измерений в килограммах будет соответствовать силе, которую нужно приложить, чтобы сдвинуть объект.
Мы видим, чтобы поднять объект, нужно приложить больше усилий, чем чтобы передвинуть его. Как это объяснить? Та сила, с которой нужно воздействовать на объект, определяется как противодействующая известной природной силе. То есть мы должны знать, какую по природе силу мы преодолеваем, когда тянем или поднимаем объект.
В первом случае, чтобы поднять тело необходимо преодолеть силу тяжести, в данном случаем mg, а противодействующей будет сила F, с которой я буду поднимать объект. Во втором же случае чтобы передвинуть объект мне нужно противодействовать силе трения Fтр, также на рисунке присутствуют сила реакции опоры N и сила тяжести mg.
Актуальность выбранной темы: правильный анализ и оценка действующих сил позволят выполнить работу по перемещению объекта наиболее эффективно.
Проблема: в повседневности часто не удается быстро оценить, какой вид силы трения носит наибольший вклад и как следствие – как упростить работу по перемещению объекта.
Цель: вывести основные принципы быстрого анализа и эффективные способы уменьшения каждого из видов силы трения.
Задачи:
1) дать определение силы трения;
2) выделить основные виды силы трения;
3) рассмотреть примеры полезного и вредного воздействия силы трения в природе, технике и повседневной жизни;
4) на основе классификации и примеров сформулировать принципы быстрого анализа и эффективные способы уменьшения трения.
Сила трения - это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Она всегда противоположно направлена с направлением движения.
, (1)
где μ - это коэффициент трения, а N - сила реакции опоры
Сила трения не зависит от площади соприкосновения и это можно доказать. Возьмём три одинаковых бруска и сначала положим их друг на друга (рис. 2).
Рис.2 - Пример для поиска зависимости силы трения от площади соприкосновения объекта с поверхностью.
Далее попробуем потянуть их и найти силу трения:
(2)
(3)
Для нахождения нам нужна сила тяжести, а для её нахождения не требуется площадь. Подставив формулу (3) в формулу (2), получим в общем виде выражение для :
. (4)
Далее попробуем положить их на поверхность в ряд, соединим крючочками. Попробуем потянуть и опять же найти силу трения. Сначала мы найдём по очереди силу трения каждого бруска, а после сложим, так как нам нужна общая сила.
, (5)
, (6)
Сравнив результаты (формулы 4 и 6), мы видим, что они одинаковы. Это и доказывает, что сила трения не зависит от площади соприкосновения.
Трение делится на вязкое и сухое, а сухое в свою очередь на трение покоя, скольжения и качения.
Трение покоя действует, когда тело стоит на прямой или наклонной поверхности, но не катится, а трение скольжения когда к объекту прикладывают достаточную силу для того чтобы сдвинуть его. На первом рисунке показан переход из трения покоя в трения скольжения. Сначала к объекту прикладывают силу, но её недостаточно, чтобы сдвинуть объект, это и будет трение покоя. Далее прикладывают большую силу, и объект начинает скользить по поверхности, что и будет трением скольжения.
Трение качения — сопротивление движению, возникающее при перекатывании тел друг по другу. Оно появляется, когда одно тело катится по поверхности другого.
Вязкое трение действует тогда, когда твёрдое тело движется в жидкости, или же жидкость движется меду твёрдыми телами. Его преодолевает самолет, когда летит или дельфин когда плывёт.
Машина ездит и останавливается благодаря трению. В разных механизмах трутся друг о друга и ломаются детали. Потому их смазывают или заменяют скольжение качением как в подшипниках.
В природе тоже используется сила трения. Например, у морских котиков есть сальные железы и из-за них с животных просто скатывается вся вода. Так они быстро высыхают. У других животных и растений шероховатые конечности чтобы им было легче хвататься за разные опоры. Похожий принцип и у корнеплодов. Они держатся в земле за счёт корней именно поэтому их так трудно вытащить. Так же с помощью трения передвигается червь. Щетинки, направленные назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное движение.
Трение покоя – трение действующие при неподвижности тела. Трение скольжения – трение возникающие, когда к телу прикладывают силу, и оно начинает проскальзывать – если нужно уменьшить, то можно смазать тела. Трение качения – трение появляющиеся при качении одного тела по другому – чтобы уменьшить его нужно взять более твёрдую поверхность, по которой катится первое тело. Вязкое трение – трение в жидкостях или газах – чем меньше вязкость жидкости или газа, тем меньше сама сила.
Примеров силы трения в повседневной жизни очень много. Например, наши вещи лежат на столе, а не соскальзывают с него. Ходим мы тоже благодаря трению. Когда мы режем фрукты, то там действует сила трения. Мы катаемся на коньках из-за того, что между льдом и коньками очень маленькое трение.
Вспомним о знаменитых крученых подачах в теннисе. Все эти приемы основаны на сложных аэродинамических эффектах и были бы невозможны в пустоте. Или же когда мы играем на скрипке, звуки воспроизводятся как раз благодаря трению. Дверные петли смазывают, чтобы уменьшить трение, и они перестали скрипеть. Лыжи смазывают парафином, чтобы они лучше скользили.
Чтобы быстро определить, какой из видов трения присутствует в конкретной ситуации, нужно ответить на следующие вопросы:
1) Какие тела взаимодействуют: твердые, жидкие или газообразные?
2) Есть ли движение?
3) Есть ли дополнительное третье вещество-смазка между основными объектами?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Открытый коллед. Физика. 1.13 Сила Трения [Электронный ресурс] : 2017. URL: https://physics.ru/courses (дата обращения: 21.02.2018).
2. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики: Учеб. для вузов. — 10-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1986.— 416 с. – с.71-72
3. Вязкое трение [Электронный ресурс] : 24 июля, 2017. URL: http://teb-consulting.ru/post-448 (дата обращения: 25.02.2018).
4. Сила трения: виды, причины, свойства и вред [Электронный ресурс] : 2017. URL: http://www.nado5.ru/e-book/fizika (дата обращения: 26.02.2018).
Самый богатый воробей на свете
В Китае испытали "автобус будущего"
Лягушка-путешественница
3 загадки Солнечной системы
Почему люди кричат, когда ссорятся?