Урок № 39 Тертя. Сила тертя

Тема уроку: Тертя. Сила тертя

Мета уроку: дати учням знання про явище тертя та його молекулярну будову, навчити розпізнавати види тертя; дослідити залежність сили тертя від площі поверхонь дотикання, навантаження, роду поверхонь стичних тіл, ступеня шорсткості поверхонь, що труться, швидкості руху поверхонь; удосконалювати навички вимірювання й зображення сил;

виховувати активність, самостійність, наполегливість учнів;

розвивати логічне мислення, експериментальні навички.

Базові фізичні поняття: сила, сила тертя, коефіцієнт тертя.

Демонстрації: Тертя спокою й тертя ковзання. Тертя кочення. Способи зменшення й збільшення сили тертя

Обладнання: аркуш паперу, листок шліфувального паперу, брусок, тягарці – на кожний робочий стіл, кулька, лист скла, пісок, динамометри кулькові та роликові підшипники

Тип уроку: урок засвоєння нових знань

Теорія і практика —

Науки два крила.

Бажаємо, щоб фізика

Вам успіх принесла.

      I.      Організаційний момент

Привітання, перевірка присутніх

   II.      Актуалізація опорних знань

І корисне, і шкідливе,

Непотрібне, і важливе.

Нам завжди псує взуття.

Здогадались, це ...

На дошці двоє учнів розв'язують задачі, тексти яких записані на картках.

Задача 1. Вагонетку тягнуть два робітники, прикладаючи до неї в одному напрямку сили 30 Н і 45 Н. Сила опору рухові 15 Н. Яке числове зна­чення рівнодійної всіх сил, що діють на вагонетку? Зобразити ці сили графічно, вважаючи, що вони напрямлені горизонтально.

Задача 2. Скільки важить бензин об'ємом 25 л? Зобразити вагу графічно

Решта учнів розв'язують задачі усно, їх тек­сти проектуються за допомогою комп'ютерного проектора.

1. Яка сила тяжіння діє на тіло масою 100 кг?

2. Яка вага нерухомої людини масою 70 кг?

3. Яка маса каменя, якщо його вага 100 Н?

4. Рівнодійна двох сил 2 Н і 5 Н становить: 10 Н, 7 Н, 5 Н, 2 Н, 3 Н, 8 Н. Які з цих відповідей можуть бути правильними?

5.  Яка рівнодійна двох сил 15 Н і 25 Н, якщо вони напрямлені вздовж однієї прямої в один бік?

6.  Яка рівнодійна двох сил 45 Н і 30 Н, якщо вони напрямлені у протилежні боки?

Після розв'язування усних задач  учитель оцінює робо­ту учнів, що розв'язували задачі на дошці.

III.      Мотивація навчальної діяльності

Демонстрації: рух кульки, яка скочується з гірки.

1.     Що ви спостерігаєте?

2.     Що є причиною зміни швидкості кульки, яка рухається по горизонтальній поверхні після того, як скотилася з гірки? (Зміна швидкості виникає в результаті дотикання тіла з поверхнею, по якій воно рухається.)

3.     Чому кулька зупинилася? (Причина зміни швидкості тіла — сила. Ця сила називається силою тертя?)

4.    Потріть монету об наждачний папір. Що ви відчули? (Опір) Це й є тертя. Потріть швидше— монета нагрівається, виділяється тепло. Цей факт відомий людині кам'яного віку. Люди навчились добувати вогонь на зорі нашої цивілізації— це був один з їх найбільших винаходів. Це добре. З іншого боку, нагрівання під час руху в повітрі зараз перетворилось у справжній «кошмар», зокрема для інженерів та конструкторів, які зайняті створенням надшвидкісних літаків і космічних кораблів.

Упевнений, що наш урок допоможе кожному розкрити свої таланти. Вже заради цього варто вчити тему, а ще для того, щоб дізнатися щось нове про це надзвичайно цікаве явище природи, частинкою якої є ми самі. Отже, тема нашого уроку — « Сила тертя».

IV.      Вивчення нового матеріалу

З тертям ми зіштовхуємося на кожному кроці. Вірніше було б сказати, що без тертя ми й кроку ступити не можемо.

Тертя може бути корисним і шкідливим, цю аксіому людина опанувала ще на зорі цивілізації. Адже два найголовніших винаходи — колесо й добування вогню — пов’язані саме із прагненням зменшити й збільшити ефекти тертя.

Рух тіла в реальних умовах не може тривати нескінченно довго. Якщо штовхнути брусок, що лежить на столі, він набуде певної швидкості, але під час руху бруска його швидкість буде зменшуватися. Яка ж «невидима» сила гальмує брусок? Це — сила тертя ковзання. Вона діє з боку стола й спрямована протилежно до руху бруска. Така сама за модулем, але протилежно спрямована сила — теж сила тертя ковзання — діє на стіл з боку бруска.

·              Сила тертя ковзання — це сила, що виникає при ковзанні одного тіла по поверхні іншого тіла.

Сила тертя ковзання завжди спрямована проти напрямку руху тіла, до якого вона прикладена.

Необхідно відзначити, що при ковзанні одного тіла по поверхні іншого завжди виникає пара сил: одна сила прикладена до ковзного тіла й спрямована проти його швидкості, інша — прикладена до поверхні, по якій тіло ковзає, і спрямована проти першої сили ковзання.

Від чого ж залежить сила тертя ковзання?

Будемо за допомогою динамометра тягти брусок уздовж поверхні стола так, щоб брусок рухався з постійною швидкістю.

Сили, що діють при цьому на брусок, врівноважують одна одну — вони зображені на рисунку. Сила пружності з боку пружини врівноважує силу тертя ковзання , тому за показниками динамометра можна визначити модуль сили тертя.

Поклавши на брусок другий такий самий брусок, ми подвоїмо силу ваги (і силу нормального тиску). При цьому ми помітимо, що й сила тертя ковзання збільшилася також у два рази.

Це наводить на думку, що

·              модуль сили тертя ковзання F_тер пропорційний модулю сили нормального тиску N.

Коефіцієнт пропорційності μ називається коефіцієнтом тертя ковзання. Він визначається матеріалом дотичних поверхонь та якістю їх обробки.

Коефіцієнт тертя визначається експериментально. Наприклад,

Матеріали	Коефіцієнт тертя
Сталь по льоду	0,02
Сталь по сталі	0,20
Дерево по дереву	0,25
Шкіра по чавуну	0,56
Гума по бетону	0,75

Відносно великий коефіцієнт тертя між гумою й бетоном сприяє безпечному руху автомобілів. Восени, коли мокре листя покриває дорогу і коефіціент тертя між колесами та дорогою значно зменшується, рух стає досить небезпечним.

2. Природа сили тертя

Сила тертя спокою виникає з двох причин.

а) На шорсткуватих поверхнях існують нерівності. При спробі зрушити одне тіло відносно іншого ці нерівності зачіпаються одна за одну, у результаті чого виникають сили, подібні до сил пружності.

б) Якщо обидві поверхні ретельно відшліфовані, при зіткненні поверхонь виникають сили міжмолекулярного притягання. Це може призвести навіть до прилипання поверхонь.

3. Сила тертя спокою

Кожний знає, як важко зрушити з місця важку шафу. Яка ж сила врівноважує силу, що прикладається до шафи?

Це — сила тертя спокою. Вона виникає при спробі зрушити одне з дотичних тіл щодо іншого й тому перешкоджає руху тіл одне щодо одного.

Якщо збільшувати прикладену до шафи силу, ми все-таки зрушимо шафу. Виходить, сила тертя спокою не може перевищувати деяку «граничну» величину, що називається максимальною силою тертя спокою. Досвід показує, що максимальна сила тертя спокою трохи більше сили тертя ковзання, однак у багатьох задачах для спрощення ці сили вважають рівними.

Сила тертя спокою може набувати значень від нуля до F_{тер.спок. max} . Незважаючи на свою назву, сила тертя спокою часто приводить тіла в рух.

Наприклад, без цієї сили ми буквально й кроку не могли б ступити: роблячи крок, ми відштовхуємося від дороги саме за допомогою сили тертя спокою. Сила тертя спокою розганяє й автомобілі: з її допомогою колеса, що обертаються, відштовхуються від дороги. Якщо по натягнутій струні скрипки провести смичком, то за рахунок сили тертя спокою струна буде смикатися ривками, почне коливатися й зазвучить.

4. Сила тертя кочення

Візьмімо яку-небудь кулю, кругляш або просто круглий олівець. Ці предмети рухаються від поштовху, звичайно, набагато легше, тому що вони вже не ковзають по поверхні стола, а котяться по ньому. І в цьому випадку, звичайно, теж виникає тертя. Але це вже інше тертя, і має воно іншу назву: тертя кочення.

Імовірно, тут і доводити не треба, що за тих самих умов тертя кочення завжди буде менше тертя ковзання.

Звичайне тертя кочення тим менше, чим твердіші поверхні дотичних тіл: тому, наприклад, сталева кулька довго котиться по склу. Ось чому рейки й колеса вагонів роблять зі сталі, а шоссе роблять із твердим покриттям.

5. Способи зменшення й збільшення сили тертя

Що ж таке тертя? Чи не правда, це слово викликає уявлення чогось неприємного, несимпатичного; чогось такого, що невідомо звідки береться й для того тільки й існує, щоб ми його усували, долали?.. Коротше кажучи, викликає уявлення чогось надзвичайно зайвого. В інтересах істини нам необхідно якомога скоріше позбутися цих помилкових уявлень. Оскільки тертя насправді існує не тільки для того, щоб додавати нам турбот і роботи; воно так само рятує нас від чималих турбот і часто полегшує нашу працю. Давайте уявімо собі, що тертя більше немає. Що тоді б відбулося? Та ми б не змогли з вами і кроку ступити, наші ноги всюди б так і роз’їжджалися, причому куди більше, ніж на гладкому льоді; а поїзд стояв би на колії — машина працювала б, а він не рухався б з місця; книга не змогла б утриматися на столі, та й стіл теж їздив би по підлозі — дивишся, а він вже десь у куті. Ручка вислизала б у нас із рук, чашка із чаєм — теж, цвяхи повилізали б зі стін, а гвинти — з гайок. Ми б не зуміли спорудити жодної будівлі, і вітер так і гуляв би повсюди, як у чистому полі.

Порівняння сил тертя спокою, ковзання і ко­чення.

•    Покласти брусок на стіл, а на нього два тягарці; плавно потягнути динамометр і записати його покази перед початком руху бруска. Ви визна­чите силу тертя спокою.

•    Переміщувати брусок по столі рівномірно за допомогою динамометра. Записати покази динамо­метра. Ви визначите силу тертя ковзання.

•    Покласти брусок із тягарцями на два круглі олівці і переміщати його рівномірно за допомогою динамометра. Записати покази динамометра, Ви виміряєте силу тертя кочення.

Запитання для обговорення після виконання завдання: '

Яка сила максимальна?

Експеримент 2.

Вивчення залежності сили тертя ковзання від роду поверхонь, що стикаються

•    Рівномірно переміщувати брусок з тягарця­ми по:

— лінійці;

— аркушу паперу;

— шліфувальному паперу.

Записати покази динамометрів.

Запитання для обговорення після виконання завдання:

Як сила тертя залежить від роду поверхонь стичних тіл?

Експеримент 3.

Вивчення залежності сили тертя ковзання від сили тиску і від площі поверхонь тіл, що контактують.

– Покласти на лінійку брусок більшою гранню, на нього – один тягарець і виміряти силу тертя ковзання.

– Покласти на брусок два тягарці і виміряти силу тертя ковзання.

– Покласти брусок із двома тягарцями меншою гранню на лінійку і виміряти силу тертя ковзання.

Запитання для обговорення після виконання за­вдання:

Чи залежить сила тертя від сили тиску?

Чи залежить сила тертя від площі поверхонь тіл, що труться, при незмінній силі тиску?

   V.      Встановлення внутрішньо предметних та між предметних зв’язків

VI.      Узагальнення знань

Доповнення таблиці «Фізичні величини».

№	Назва фізичної величини	Позна-чення	Основна одиниця	Формула	Вимірювальний прилад
15	Сила тертя	Fтер	Н	Fтер= μN	Динамометр

VII.      Підсумки уроку

VIII.      Домашнє завдання

Підготуватися до фізичного диктанту.

Підготувати приклади, в яких тертя «корис­не» і його збільшують, і приклади, в яких тертя «шкідливе» і його зменшують.

  Завантажити конспект Урок № 39 Тертя. Сила тертя

Буду радий бачити Ваші побажання та запитання в коментарях.