V. Мотивація навчальної діяльності.
Хто знає подробиці утворення пам’ятника царю Петру І в Петербурзі?
Для п’єдесталу пам’ятника підготували монолітну гранітну брилу масою більш за тисячу тонн! ЇЇ доставили із Фінської затоки до Петербургу. Як же у ХVІІІ столітті, не маючи ні потужних тягачів, ні підйомних кранів, люди звершили таке диво? Яка фізична сила дозволила їм це зробити?
Vі. Вивчення нового матеріалу.
Сьогодні на уроці ми – дослідники.
Отже, тема уроку – Сила тертя. Питанням виникнення сили тертя люди цікавилися дуже давно. Перші досліди тертя були проведені великим італійським ученим Леонардо да Вінчі більше 400 років тому, але його роботи не були опубліковані. Тому вважають, що закони сили тертя відкрив французький учений Шарль Огюстен Кулон, відомий вже нам за питаннями в області електростатики.
Сьогодні на уроці ми проведемо невеликі експерименти і знайдемо відповіді на деякі питання, які стояли перед ученими багато років тому.
Сили тертя – віковічні супутники будь – якого механічного руху (іноді шкідливі, а іноді просто незамінні). З тертям ми стикаємося на кожному кроці. Точніше було б сказати, що без тертя ми і кроку не могли б ступити. Два найголовніших винаходи людини – колесо і добування вогню – пов’язані саме із прагненням збільшити або зменшити тертя.
М’яч, який котиться все одно зупиниться. Маятник, який коливається якийсь час, зупиниться. Автомобіль, вимкнувши двигун, зупиняється.
Що ж є причиною зменшення швидкості руху тіл?
Отже, між твердими тілами під час взаємодії в місцях їх дотику виникає сила, яка напрямлена протилежно їх руху, виникає сила – сила тертя. (стор.73 – читаємо визначення за підручником).
Позначається: Fтер.
Одиниці вимірювання: Н (Ньютони)
Які причини виникнення сили тертя?
Одна з причин – шорсткість стичних поверхонь. Будь – які поверхні мають різні нерівності, горбинки, подряпини тощо. І коли одне тіло ковзає по поверхні іншого ці нерівності зачіплюються одна за одну. Це і створює силу тертя.
Ви скажете, що можна відполірувати поверхні. – Так. На якийсь час ви зменшите тертя.
Демонстрація 1: Два скла щільно притиснути. Їх неможна роз’єднати. Чому? - Стали маленькі відстані між молекулами двох поверхонь. Тому збільшилися сили притягання між ними.
Друга причина тертя – взаємне притягання молекул стичних поверхонь.
Отже, є дві причини виникнення сили тертя. Запишіть їх у робочу картку.
Яка природа сили тертя? (Електромагнітна)
Розрізняють кілька видів тертя: тертя спокою, тертя ковзання, тертя кочення.
Демонстрація 2: Брусок на похилій площині у стані спокою. Що утримує брусок на похилій площині, щоб він не зісковзував?
Ви не зможете пересунути велику шафу на інше місце. Що вам заважатиме? – Сила тертя спокою, яка виникла між дотичними поверхнями.
Притисніть свою руку до листка зошита або книги. Пересуньте їх. Буде рух відносно стола, але стан спокою відносно вашої долоні. Листочок, книга рухаються за допомогою тертя спокою їх об руку.
Вчитель: Сила тертя спокою — це сила, що виникає при спробі викликати рух тіла.
Запишіть необхідні визначення, висловлювання в робочу карту.
Вчитель: Сила тертя ковзання — виникає при ковзанні одного тіла по поверхні іншого. Таке тертя виникає під час ковзання лиж, саней, ковзанів по снігу або льоду.
Запишіть необхідні визначення, висловлювання в робочу карту.
Вчитель: Сила тертя кочення — виникає, коли одне тіло котиться по поверхні іншого. Таке тертя виникає під час кочення коліс автомобіля, велосипеда, вагона поїзда, м’яча по дорозі тощо.
Запишіть необхідні визначення, висловлювання в робочу карту.
Запрошуємо І учня-дослідника. Вони розкажуть нам про свої експерименти.
Група 1. Вивчення залежності сили тертя ковзання від навантаження.
Прилади і матеріали: динамометр, лінійка, дерев'яний брусок, набір вантажів.
Порядок виконання роботи:
1. Покладіть брусок широкої межею на лінійку, а на нього - вантаж. Виміряйте силу тертя ковзання бруску.
Для цього переміщайте брусок з вантажем рівномірно за допомогою динамометра. Результат вимірювання сили тертя ковзання внесіть в таблицю.
2. Покладіть на брусок другий вантаж і знову виміряйте силу тертя ковзання бруску. Результат вимірювання сили внесіть в таблицю. Порівняйте отримані дані.
3. Покладіть на брусок третій вантаж і знову виміряйте силу тертя ковзання бруску. Результат вимірювання сили внесіть в таблицю.
Порівняйте отримані дані.
|
Сила тертя ковзання |
1 вантаж |
|
2 вантажу |
|
3 вантажу |
|
Висновок: Сила тертя ковзання ___________________ від сили, що притискає тіло до поверхні (навантаження)
Вчитель: Згадаємо, що сила реакції опори – N. За значенням вона дорівнює силі тиску на поверхню ковзання.
Запрошуємо ІІ учня-дослідника.
Група 2. Вивчення залежності сили тертя ковзання від роду тертьових поверхонь.
Прилади і матеріали: динамометр, лінійка, дерев'яний брусок, набір вантажів з двома гачками, аркуш паперу, лист наждакового паперу.
Порядок виконання роботи:
1. Виміряйте силу тертя ковзання бруску з двома вантажами:
а) по поверхні лінійки;
б) по гладкому паперу;
в) по наждаковому паперу.
Для цього переміщайте брусок з вантажами рівномірно за допомогою динамометра. Результат вимірювань сили тертя ковзання запишіть в таблицю.
Вид тертьових поверхонь |
Сила тертя ковзання, Н |
Дерево по дереву Дерево по гладкому паперу Дерево по наждаковому паперу |
|
Висновок: сила тертя ковзання _____________від роду тертьових поверхонь.
Вчитель: сила тертя визначається за формулою:
Fтер. = μN
Якщо поверхня горизонтальна, то сила тиску на неї дорівнює вазі тіла:
N = Р = mg Fтер. = μ mg
μ – коефіцієнт тертя ковзання (таблиця №5 стор.74)
Запрошуємо ІІІ учня-дослідника.
Група 3. Дослідження залежності (не залежності) сили тертя від площі контакту тіл.
Прилади і матеріали: дерев'яний брусок з різними бічними гранями, динамометр, фанерна дошка.
Порядок виконання роботи:
1. Покладіть дерев'яний брусок на велику грань і, зачепивши його динамометром, рівномірно переміщайте брусок по дерев'яній поверхні.
2. Потім покладіть брусок на меншу грань і виконайте те ж саме.
При цьому кожен раз відзначайте показання динамометра.
Отримані результати занесіть в таблицю:
Площа що треться поверхні бруску |
Сила тертя, Н |
Велика грань бруска Середня грань бруска |
|
Висновок: сила тертя ____________________ від площі контакту тіл.
Запрошуємо ІV учня-дослідника.
Група 4. Порівняння сил тертя спокою, ковзання і кочення.
Прилади і матеріали: динамометр, дерев'яний брусок, набір вантажів з двома гачками, олівці круглі - 2 шт.
Порядок виконання роботи:
1. Виміряйте максимальну силу тертя спокою бруску по столу. Для цього покладіть брусок на стіл, а на брусок - два вантажу. До бруску пічепіть динамометр і приведіть брусок з вантажами в рух.
Запишіть показання динамометра, відповідне початку руху бруска, в 1 стовпчик.
2 . Виміряйте силу тертя ковзання бруску з вантажами по столу. Для цього переміщайте брусок з вантажами рівномірно по столу за допомогою динамометра. Результат вимірювання сили тертя ковзання запишіть у 2 стовпчик.
3. Виміряйте силу тертя кочення бруску по столу. Для цього покладіть брусок з двома вантажами на два круглих олівця і перетягніть рівномірно брусок по столу за допомогою динамометра.
Результат вимірювання сили тертя кочення запишіть у 3 стовпчик.
Сила тертя спокою, Н |
Сила тертя ковзання, Н |
Сила тертя кочення, Н |
|
|
|
Висновок: тертя кочення____________ тертя ковзання, тертя ковзання ______________ тертя спокою.
Вчитель: Буває така ситуація. Через якийсь час ви не можете повернути ключ у замку. Чому? Різні причини збільшили силу тертя. Що ми робимо в таких ситуаціях? Змащуємо замок, тобто зменшуємо силу тертя.
Доповідь учня: «Учіння світ, а не учіння …»
Отже, сьогодні ви отримали перші знання про силу тертя. Повернемось до питання встановлення пам’ятника Петру І. Як у XVIII столітті люди змогли перевести тисячотонну брилу з Фінської затоки до Петербургу?
(Учні) Треба зменшити тертя.
Правильно. Виготовили майстри поміст, помістили його на спеціально відлиті бронзові кулі, укладені в санчата. Так вони замінили один вид тертя на інший. При цьому кулі періодично змащувалися яловичим салом, щоб зменшити тертя. Так грім-камінь був доставлений, через 120 днів, в Петербург і став прекрасним п'єдесталом пам'ятника Петру І.
Запрошуємо V учня-дослідника – фізика-теоретика. Він розкаже нам про негативні і позитивні прояви тертя в техніці.
Тертя продовжує служити техніці
З багатьох напрямів використання сил тертя в техніці нагадаємо ще про такі три: передавання рухів за допомогою тертя, обробка матеріалів за допомогою тертя і використання тертя в механічних конструкціях та знаряддя праці.
Із шкільного курсу фізики відомі такі види передач, як зубчаста і фрикційна. До останнього виду передач належить і пасова, бо вона, як і фрикційна, працює за допомогою тертя.
Тертя широко використовується для обробки різних матеріалів у таких технологічних процесах, як прокат металів, вальцювання, волочіння. У зв’язку з тим, що тертя завжди супроводжується витратами енергії на його подолання, в тертьових деталях виділяється багато теплоти. На цьому ґрунтується зварювання тертям різних металів.
Тертьові поверхні спрацьовуються. Це явище широко використовується в процесах заточування інструментів, шліфування й полірування поверхонь металів, скла, алмазів, дерева та інших матеріалів.
Висновок: тертя відіграє дуже важливу, хоч і малопомітну роль у побуті й техніці. Завдяки тертю між нитками не розповзаються тканини, утримуються на рукоятках молотки, сокири, лопати та інші інструменти; міцно скріплюються різні матеріали, деталі інструментів, різноманітних пристроїв і споруд. Болтами з гайками, гвіздками, шурупами, клинами скріплюють частини конструкцій, використовуючи сили тертя.
Тертя - ворог техніки
Досі ми розглядали те корисне, що дає нам тертя. Тепер розглянемо, чим тертя шкідливе, як у сучасній техніці зменшують вплив сил тертя.
Як уже зазначалося, внаслідок тертя:
А) спрацьовуються тертьові поверхні різних деталей машин і споруд;
Б) затрачається енергія на подолання сил тертя, внаслідок чого зменшується ККД машин, верстатів та іншого технічного устаткування.
Наведемо приклади. Вага вантажного автомобіля КамАЗ-5320, який щойно вийшов з воріт заводу, 6,8 кН. Цей автомобіль має багато тертьових деталей, в тому числі 70 підшипників кочення, 35 шестерень, десятки різних втулок тощо. Якщо через деякий час внаслідок спрацювання від тертя робочих деталей автомобіль втратив у масі лише 1 кг, то навіть після ремонту він буде непридатним для експлуатації.
Щороку тертя автомобільних шин об дорогу знищує половину світового виробництва каучуку.
У сучасній техніці шкідливу дію тертя у виробничих процесах зменшують так:
А) вкривають тертьові поверхні металів з низьким коефіцієнтом тертя ковзання;
Б) відшліфовують тертьові поверхні до дзеркального блиску;
В) тертя ковзання в усіх можливих випадках замінюють тертям кочення;
Г) змащують тертьові деталі.
Сукупність перелічених заходів дає істотний результат.
Висновок: корисне тертя допомагає нам жити. Ми поліруємо, шліфуємо, ходимо, машини їздять по дорогам. Одяг тримається своєї форми, завдяки тертю між нитками. З іншої сторони тертя є шкідливим. На подолання сил тертя затрачається значна кількість енергії, а також спрацьовуються тертьові поверхні. Основне завдання для вчених всього світу є розробка нових матеріалів, які зменшують дію шкідливих сил тертя.
Повідомлення учнів.
Тертя у живій природі.
Дельфіняча шкіра.
Тертя і музика.
Тертя і література.