Меню
Разработки
Разработки  /  Физика  /  Разное  /  7 класс  /  Статья для самообучения на тему "Трение" для школьников

Статья для самообучения на тему "Трение" для школьников

Статья для самообучения на тему "Трение" для школьников
27.12.2021

Содержимое разработки

Виды трения

Вступление

Все мы в повседневной жизни постоянно сталкиваемся с таким физическим явлением, как трение, даже не отдавая себе отчёт. Когда идём куда-либо, когда едем в транспорте, даже когда сидим в кресле.

Необходимые материалы:

Велосипед.

Проведение эксперимента

Р ассмотрим велосипедное колесо. Оно состоит из центральной втулки, обода и спиц. На него монтируется резиновая покрышка с установленной внутрь герметичной камерой. Колесо может быть предназначено как для ободного тормоза, так называемого, v-brake, так и для дискового тормоза, монтируемого на центральную втулку. Втулка может быть оснащена осью вращения либо с обычными гайками, либо гайками с эксцентриками, позволяющими быстро демонтировать колесо с вилки велосипеда.

На фотографии мы видим колесо для ободного тормоза v-brake, со втулкой, оснащённой осью с обычными гайками.

Давайте попробуем вращать колесо, приподняв переднюю часть велосипеда. Не правда ли, легко вращается? Это происходит из-за особого способа крепления оси внутри втулки. Ось смонтирована внутри втулки при помощи специальных устройств – подшипников. Пример подшипника изображён на фотографии. Они и обеспечивают лёгкость вращения колеса.

Шарики в этом подшипнике катятся по дорожке на поверхности оси и по дорожке внутри втулки, так как они изготовлены из стали, их необходимо защищать от коррозии специальной смазкой.

Давайте перевернём велосипед вверх колёсами, поставив его на сидение и руль, и толкнём колесо, чтобы оно начало вращаться. Как мы можем наблюдать, несмотря на лёгкость вращения колеса, оно всё-таки останавливается через какое-то время. Почему же так происходит?

На вращающиеся в подшипнике шарики и на втулку действуют силы трения. Так как шарики не проскальзывают внутри втулки, то мы назовём это явление трением качения. В случае шарико-подшипника, трение качения является вредным.

Теперь давайте прокатим наш велосипед по асфальту. Как вы думаете, какое трение испытывают колёса велосипеда, при качении по асфальту?

Проведите опыт: прокатитесь по ровному асфальту на велосипеде с полностью накачанными колёсами, и с приспущенными1 колёсами (не допускайте просадки до обода). На каком легче катиться?

Теперь давайте рассмотрим тормозную систему, на примере тормозов системы v-brake, как на данной фотографии.

Как можно видеть, торможение вращения колеса достигается за счёт прижимания тормозных колодок к ободу колеса. Чем сильнее прижимаются колодки к ободу, тем сильнее тормозится колесо. Это явление мы назовём трением скольжения. Как следует из нашего опыта, оно зависит от силы, прижимающей поверхности колодки и обода.

Давайте проведём следующий опыт: разгонитесь на велосипеде до небольшой скорости и затормозите только задним тормозом (не доводите до блокировки заднего колеса, чтобы не вызвать занос). А теперь смажьте обод заднего колеса машинным маслом с обеих сторон. Попробуйте повторить разгон и торможение. Если затормозить совсем не получается, воспользуйтесь передним тормозом. После окончания опыта, обезжирьте обод и обе колодки либо при помощи специального средства очистки тормозных механизмов, либо при помощи уайт-спирита.

Как мы можем заметить, сила торможения зависит не только от прижимающей силы, но и от взаимодействующих материалов.

Трение скольжения в данном опыте оказалась полезным.

Подумайте и ответьте, при катании на коньках, трение скольжения полезно или вредно?

Т еоретическое обоснование

Упрощённо, возникновение силы трения качения можно проиллюстрировать на следующей схеме. Горизонтальная составляющая Fт силы реакции опоры и составляет силу трения качения, направленную в сторону, противоположную направлению движения.

Силу трения качения можно вычислить по следующей формуле:

где

  • {\displaystyle F_{t}}  – сила трения качения;

  • f – коэффициент трения качения, имеющий размерность длины (в случае велосипеда, будет зависеть от многих параметров: типа шин (влияют рисунок протектора, сорт резины, ширина), давления в шинах, материала поверхности, по которой катится велосипед);

  • R – радиус катящегося тела (в случае велосипеда, радиус колеса);

  • N – прижимающая сила (например, вес велосипеда с наездником).

Возникновение трения скольжения можно объяснить следующими причинами: возникающими межмолекулярными связями (зависит от взаимодействующих материалов), шероховатостью взаимодействующих поверхностей.

Силу трения скольжения можно вычислить по следующей формуле:

где

  •  – сила трения скольжения;

  • µ – безразмерный коэффициент трения скольжения, зависящий от взаимодействующих материалов;

  • N – прижимающая сила (вес).

Как мы можем видеть, сила трения скольжения, вопреки распространённому заблуждению, никак не зависит от площади взаимодействия предметов.

Вопросы-ответы

Вопрос: почему у спортивных автомобилей шины широкие, а у гражданских узкие.

Ответ: на практике мы можем заметить, что площади взаимодействия колёс автомобиля и велосипеда, гражданского и спортивного автомобилей существенно отличаются. Это обусловлено лишь прочностью взаимодействующих материалов покрышки и несущей поверхности (например, грунтовой). Как видно на фото, покрышки спортивных автомобилей интенсивно изнашиваются в ходе соревнований вследствие высоких нагрузок в пятне контакта.

Вопрос: почему у шоссейных велосипедов колёса узкие и гладкие, а у MTB (горный велосипед) или cross-country (внедорожный велосипед) широкие и «зубастые».

Ответ: обусловлено областью применения этих типов велосипедов. Узкие и гладкие покрышки шоссейного велосипеда обеспечивают с одной стороны низкий коэффициент трения качения, а с другой стороны хорошие сцепные свойства при торможении на асфальте. Широкие и «зубастые» покрышки MTB или cross-country обеспечивают надёжное сцепление даже на относительно слабо-несущем грунте (грязи, песке), но имеют повышенный коэффициент трения качения.

Вопрос: как проявляется трение, когда мы сидим в кресле.

Ответ: представьте ситуацию, что поверхность кресла изготовлена из материала с очень низким коэффициентом трения (подобно льду), и вы решили облокотиться на спинку кресла. Что произойдёт далее? Вы скатитесь с него на пол.

1 Внимание! Нельзя ездить со приспущенными колёсами по пересечённой местности, так как многократно возрастает риск прокола покрышки и деформации обода колеса!

-75%
Курсы профессиональной переподготовке

Учитель, преподаватель физики и информатики

Продолжительность 600 или 1000 часов
Документ: Диплом о профессиональной переподготовке
17800 руб.
от 4450 руб.
Подробнее
Скачать разработку
Сохранить у себя:
Статья для самообучения на тему "Трение" для школьников (307.42 KB)

Комментарии 0

Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или на сайт