роль жизни трения в жизни человека
Сила трения в жизни человека
Главная > Документ
| Информация о документе | |
| Дата добавления: | |
| Размер: | |
| Доступные форматы для скачивания: |
Сила трения в жизни человека
В земных условиях трение всегда сопутствуют любому движению тел. При всех видах механического движения одни тела соприкасаются либо с другими телами, либо с окружающей их сплошной жидкой или газообразной средой. Такое соприкосновение всегда оказывает большое влияние на движение. Возникает сила трения, направленная противоположно движению.
Существует несколько видов трения:
Сила трения помогает начать движение и закончить его. Рассмотрим человеческий организм: сердце покрыто специальной слизью, между суставами есть жидкость, лёгкие находятся в специальной пленке.
Человек производит аналогичную операцию: смазывает части двигателя.
Жидкое трение – это сила сопротивления, возникающая при движении тела в жидкости или газе.
Вывод : сила жидкого трения меньше силы сухого трения. Особенность жидкого трения состоит в том, что сила жидкого трения покоя равна нулю.
Особенности движения тел в воде. Одно тело имеет форму шайбы, а другое форму капли, такая форма тела называется обтекаемой.
Сила жидкого трения зависит от формы тела. Чтобы жидкое трение было меньше, тело должно иметь обтекаемую форму.
Сила жидкого трения зависит от скорости движения тела: при небольшой скорости сила трения прямо пропорциональна скорости тела, при больших скоростях прямо пропорциональна квадрату скорости.
Во всех прочих случаях мы должны быть благодарны трению: оно даёт нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и чернильница упадут на пол, что стол будет скользить, пока не упрётся в угол, а перо выскальзывать из пальцев. Трение представляет настолько распространенное явление, что нам, за редкими исключениями, не приходится призывать его на помощь: оно является к нам само. Трение способствует устойчивости. Плотники выравнивают пол так, что столы и стулья остаются там, куда их поставили. Блюдца, тарелки, стаканы, поставленные на стол, остаются неподвижными без особых забот с нашей стороны, если только дело не происходит на пароходе во время качки.
Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь они величиною с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержатся одно на другом: всё будет скользить и катиться, пока не окажется на одном уровне. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкому». К этому можно прибавить, что при отсутствии трения гвозди и винты выскальзывали бы из стен, ни одной вещи нельзя было бы удержать в руках, никакой вихрь никогда бы не прекращался, никакой звук не умолкал бы, а звучал бы бесконечным эхом, неослабно отражаясь, например, от стен комнаты. Наглядный урок, убеждающий нас в огромной важности трения, даёт нам всякий раз гололедица.
Застигнутые ею на улице, мы оказываемся беспомощными, и всё время рискуем упасть. Вот поучительная выдержка из газеты (декабрь 1927 г.): «Лондон, 21. Вследствие сильной гололедицы уличное и трамвайное движение в Лондоне сильно затруднено. Около 1400 человек поступило в больницы с переломами рук, ног и т. д.
«При столкновении вблизи Гайд-Парка трёх автомобилей и двух трамвайных вагонов машины были уничтожены из-за взрыва бензина…» «Париж, 21. Гололедица в Париже и его пригородах вызвала многочисленные несчастные случаи…» Однако Ничтожное трение на льду может быть успешно использовано технически. Уже обыкновенные сани служат тому примером. Ещё лучше свидетельствуют об этом так называемые ледяные дороги, которые устраивали для вывозки леса с места рубки к железной дороге или к пунктам сплава. На такой дороге, имеющей гладкие ледяные рельсы, две лошади тащат сани, нагруженные 70 тоннами брёвен.
«Трение в жизни человека»
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
г. Каменск – Уральский Свердловская область
Тема: «Трение в жизни человека»
Русаков Иван Вячеславович
Дорогина Вера Юрьевна
г. Каменск – Уральский
Глава 1. Теоретические основы трения
1.1 Интерес к изучению природы трения
1.2 Понятие силы трения
1.3 Трение в быту, природе и технике
Глава 2. Экспериментальное определение факторов, влияющих на величину силу трения скольжения
2.1 Методика проведения исследования
2.2 Результаты исследования
2.3 Определение коэффициента трения скольжения подошв школьной обуви о различные поверхности и определении ширины
шага человека, идущего по скользкому льду.
Глава 3. Исследование общественного мнения по явлению трения
3.1. Анализ пословиц, поговорок и сказок про трение
3.1. Анализ общественного мнения
3.2. Анализ травмирования в зимнее время года по данным городской больницы № 2 травматологического отделения.
3.3. Анализ ДТП в городе в зимние месяцы года.
с. 18
Список используемых источников и литературы
Трение – удивительное чудо природы! Оно подарило человечеству огонь и тепло, возможность в короткое время остановить скоростной поезд и автомобиль, ускорить химическую реакцию, записать человеческий голос на пластинку, услышать звуки скрипки и многое другое.
Наша жизнь связана с движением в сопротивляющихся средах: по суше, воздуху и воде. Трение присутствует во множестве окружающих нас явлений, играя при этом как полезную, так и вредную роль.
Поэтому возникает проблема: от чего зависит величина силы трения и в чем польза этой силы и вред для человека.
Недостаточность знаний по этому вопросу и желание определить особенности силы трения обусловили выбор темы исследования «Определение факторов, влияющих на величину силы трения в жизни человека».
Объектом исследования является сила трения.
В качестве предмета исследования выступают факторы, влияющие на величину силы трения.
Целью исследования является изучение влияния силы давления, рода соприкасающихся поверхностей, площади соприкасающихся поверхностей на величину силы трения и сопоставить пользу и вред силы трения.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
· Подбор, изучение, анализ и обобщение литературы по проблеме;
· изучение влияния силы давления, рода и площади соприкасающихся поверхностей на величину силы трения;
· анализ полученных результатов;
· анализ социологического опроса;
· анализ ДТП и травматизма в городе за декабрь, январь и февраль 2019-2020 г. г;
Актуальность темы заключается в том, что полученные знания и умения можно применять для решения практических задач повседневной жизни, для обеспечения безопасности жизнедеятельности.
Гипотеза исследования: сила трения зависит от силы давления, рода соприкасающихся поверхностей и площади соприкасающихся поверхностей.
В ходе работы использовались следующие методы исследования:
· Теоретические (изучение, анализ, обобщение литературы).
· Эмпирические (наблюдения, беседы, опрос и измерения).
· Интерпретационные (количественная и качественная обработка результатов).
При изучении данной темы я прочитал и проанализировал тему ТРЕНИЕ из различных источников информации: это и учебники по физике, энциклопедические справочники и словари, а также пользовался всемирной сетью интернет.
Новизной работы является постановка простейших опытов, позволяющих изучить влияние силы давления, рода и площади соприкасающихся поверхностей на величину силы трения.
Практическая значимость работы состоит в том, что использование поставленных опытов, позволяет рассмотреть вопрос о величине силы трения более наглядно и учесть в жизни и быту влияние силы давления, качество обработки поверхностей и материала на величину силы трения.
Знания, полученные при изучении силы трения, я применил для расчета коэффициента трения скольжения подошв школьной обуви о различные поверхности, как на полу в школьных кабинетах, так и на других поверхностях в быту. Теперь я могу посоветовать своим одноклассникам и родителям как правильно подбирать обувь (ее подошву) для помещения с различными покрытиями пола, так и для улицы.
Глава 1. Теоретические основы трения
1.1 Интерес к изучению природы трения
Изучением причин и природы трения занимались выдающиеся естествоиспытатели в разные времена и эпохи. Люди отчетливо ощущали трение, перетаскивая волоком гигантские каменные глыбы, необходимые для сооружения древних святилищ. Первые катки с успехом использовали для перетаскивания тяжелейших статуй богов в Месопотамии почти четыре тысячи лет тому назад [1].
Увлекаемые ветром и течением реки бревна, не тонущие даже под большим грузом, навели на мысль о плотах, которые породили первые примитивные суда, приводимые в движение веслами и парусом. Стало ясно, что изнуряющего трения на суше можно избежать, заменяя сухопутные перевозки речными, а затем и морскими. Так, шаг за шагом, человек научился успешно бороться с трением доступными и привычными способами, передаваемыми из поколения в поколение [2].
Но трение не только тормоз для движения. Это еще и главная причина изнашивания технических устройств. Разобравшись в секретах трения, значительно легче понять, как и за счет чего происходит постепенное стирание поверхностей.
1.2 Понятие силы трения
Сила трения – это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, приложенная к движущемуся телу и направленная в сторону, противоположную движению [3]. Сила трения имеет электромагнитную природу.
Действие силы трения всегда сопровождается превращением механической энергии во внутреннюю энергию и вызывает нагревание тел и окружающей их среды.
Существует внешнее и внутреннее трение. Внешнее трение – вид трения, при котором в местах соприкосновения твёрдых тел возникают силы, затрудняющие взаимное перемещение тел и направленное по касательной к их поверхностям. Внутреннее трение (вязкость) – вид трения, состоящий в том, что при взаимном перемещении слоёв жидкости или газа между ними возникают касательные силы, препятствующие такому перемещению [5]
Внешнее трение подразделяют на трение покоя (статическое трение) и кинематическое трение.
Трение покоя возникает между неподвижными твёрдыми телами, когда какое-либо из них пытаются сдвинуть с места (рис 1).
Кинематическое трение существует между соприкасающимися движущимися твёрдыми телами. Кинематическое трение подразделяется на трение скольжения и трение качения.
Трение скольжения (рис. 2) возникает при скольжении одного твёрдого тела по поверхности другого. Закон для трения скольжения имеет вид: F тр. скольж. = μскольж.∙ N , μскольж. – коэффициент трения скольжения. Значение μскольж. зависит от того, из каких веществ изготовлены трущиеся поверхности и от качества их обработки [4]. Если сделать поверхности белее гладкими, значение μскольж. уменьшится. Но уменьшать шероховатость поверхностей можно лишь до определённого предела, так как при очень гладких поверхностях значение μскольж. вновь увеличивается. Это связано с тем, что молекулы тел с гладкими поверхностями близко подходят друг к другу и силы молекулярного притяжения между ними вызывают «прилипание» тел, препятствующее их скольжению. Поэтому причинами возникновения силы трения являются: шероховатости поверхностей соприкасающихся тел и притяжение молекул взаимодействующих тел (рис. 3).
 |
1) взаимное притяжение молекул 2) шероховатость поверхностей
Трение качения (рис. 4) возникает при качении твёрдых тел круглой формы по поверхности других твёрдых тел. Модуль силы трения качения F тр. кач. определяется по закону F тр. кач. = (ккач.∙ N ): R , где ккач. – коэффициент трения качения, N – модуль силы реакции опоры, R – радиус катящегося тела [6].
При прочих равных условиях μпокоя > μскольж. > ккач., то есть наибольшим является трение покоя, а наименьшим – трение качения. Значение коэффициента трения для различных материалов можно найти в справочниках.
1.3 Трение в быту, природе и технике
В жизни человека, природе и технике трение имеет большое значение. В одних случаях трение может быть полезным и его стараются увеличить, в других случаях трение может быть вредным и тогда его стремятся уменьшить.
Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле, так как при ходьбе происходит отталкивание ногами от земли. Во время гололедицы трение между подошвой обуви и землёй мало, отталкиваться от земли очень трудно и ноги скользят. Для увеличения силы трения между подошвой обуви и льдом, тротуары посыпают песком (рис. 5).
Увеличение силы трения при помощи песка
Сила трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения покоя он не смог бы и начать движение. Колёса, вращаясь, проскальзывали бы, а автомобиль продолжал бы стоять на месте, буксовал. Чтобы увеличить трение, поверхность шин у автомобиля делают с ребристыми выступами (рис. 6). Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, её посыпают песком, очищают ото льда.
Виды поверхностей шин
Трение служит искусству. Так, без трения смычка о струны была бы невозможна игра на скрипке или виолончели.
В результате трения истираются трущиеся поверхности, поэтому трение широко используется в процессах заточки инструментов, шлифовки и полировки поверхностей металлов, стекла, алмазов, дерева и других материалов.
Трение обеспечивает скрепление различных материалов, деталей инструментов, различных устройств, сооружений. За счет трения между нитями не расползаются ткани, удерживаются на рукоятках молотки, топоры, лопаты и другие инструменты. Болты с гайками, гвозди, шурупы, клинья, скрепляют части конструкций силой трения. Трение помогает человеку удерживать предметы в руках.
В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Между опорой и стеблем возникают достаточно большое трение, так как стебли многократно обвивают опоры и очень плотно прилегают к ним.
У растений, имеющих корнеплоды, такие, как морковь, свекла, брюква, сила трения о грунт способствует удержанию их в почве. С ростом корнеплода давление окружающей земли на него увеличивается, что приводит к увеличению силы трения. Поэтому трудно вытащить из земли большую свеклу, редьку или репу.
Таким растениям, как репейник, трение помогает распространять семена, имеющие колючки с небольшими крючками на концах. Эти колючки зацепляются за шерсть животных и вместе с ними перемещаются. Семена гороха, орехи благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения перемещаются легко сами.
Организмы многих живых существ приспособились к трению, научились его уменьшать или увеличивать. Тело рыб имеет обтекаемую форму и покрыто слизью, что позволяет им развивать при плавании большую скорость. Щетинистый покров моржей, тюленей, морских львов помогает им передвигаться по суше и льдинам.
Кости животных и человека в местах их подвижного сочленения имеют очень гладкую поверхность, а внутренняя оболочка полости сустава выделяет специальную жидкость, которая служит суставной «смазкой». При действии же органов движения у животных и человека трение проявляется как полезная сила.
Во многих случаях трение вредно, например, во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними делают смазку. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов машин и станков, их опирают на подшипники. Деталь подшипника, непосредственно соприкасающуюся с валом, называют вкладышем. Вкладыши делают из твёрдых материалов бронзы, чугуна или стали. Внутреннюю поверхность их покрывают особыми материалами, чаще всего баббитом (сплавом свинца или олова с другими металлами), и смазывают. Подшипники, в которых вал при вращении скользит по поверхности вкладыша, называют подшипниками скольжения (рис. 8).
Рис. 8
Применение шариковых и роликовых подшипников основано на том, что сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения при одинаковой нагрузке. В таких подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкладышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роликах. Замена в машинах подшипников скольжения шариковыми или роликовыми подшипниками позволяет уменьшать силу трения в 20-30 раз [3]. Шариковые и роликовые подшипники используют в разнообразных машинах: автомобилях, токарных станках, электродвигателях, велосипедах (рис. 9).
Шариковые и роликовые подшипники качения
 |
Сила сопротивлению движению в жидкостях или газах в значительной степени зависит от формы движущегося тела, поэтому для уменьшения силы сопротивления со стороны среды, движущимся телам придают обтекаемую форму [4].
Таким образом, для увеличения силы трения: используются специальные материалы, увеличение нагрузки; для уменьшения силы трения используется шлифовка трущихся поверхностей, применение смазки, замена трения скольжения трением качения, уменьшение нагрузки, придание обтекаемой формы движущемуся телу [5].
Нами проведено экспериментальное определение факторов, влияющих на величину силы трения скольжения. Методика и результаты исследования представлены в главе 2.
Глава 2. Экспериментальное определение факторов, влияющих на величину силы трения скольжения
2.1 Методика проведения исследования
Работа по определению факторов, влияющих на величину силы трения скольжения, состояла из трёх этапов:
1 Этап. Подготовительный.
Подбор и изучение литературы по проблеме.
2 Этап. Практический.
Проведение эксперимента по определению факторов, влияющих на величину силы трения скольжения.
Обобщение и анализ полученных результатов.
При проведении эксперимента нами использовалось оборудование, указанное в таблице 1.
Оборудование, используемое в ходе исследования
Исследовательский проект «Трение в жизни человека»»
Муниципальное Автономное Общеобразовательное учреждение
«Трение в жизни человека»
Автор: Никифоров Владислав
Руководитель: Дорогина Вера Юрьевна
г. Каменск – Уральский
2.1 Методика проведения исследования
2.2 Результаты исследования
Глава 3. Исследование общественного мнения по явлению трения
3.1. Анализ пословиц, поговорок и сказок про трение
3.1. Анализ общественного мнения
3.2. Анализ травмирования в зимнее время года по данным городской больницы № 2 травматологического отделения.
3.3. Анализ ДТП в городе в зимние месяцы года.
с
. 20
Трение – удивительное чудо природы! Оно подарило человечеству огонь и тепло, возможность в короткое время остановить скоростной поезд и автомобиль, ускорить химическую реакцию, записать человеческий голос на пластинку, услышать звуки скрипки и многое другое.
В 1883 году знаменитый русский инженер и учёный Николай Павлович Петров писал: «Силу трения можно замечать всегда и повсюду, и её надо поставить в ряду могущественнейших способов, при посредстве которых природа превращает один вид энергии в другой, мало-помалу заменяя их тепловыми. Эта сила обнаруживает своё влияние в самых разнообразных явлениях природы, возбуждая живой интерес учёных самых разнообразных направлений. Знание законов трения необходимо и астроному, и физику, и физиологу, и технику».
Наша жизнь связана с движением в сопротивляющихся средах: по суше, воздуху и воде. Трение присутствует во множестве окружающих нас явлений, играя при этом как полезную, так и вредную роль.
Поэтому возникает проблема: от чего зависит величина силы трения?
Недостаточность знаний по этому вопросу и желание определить особенности силы трения обусловили выбор темы исследования «Определение факторов, влияющих на величину силы трения в жизни человека».
Объектом исследования является сила трения.
В качестве предмета исследования выступают факторы, влияющие на величину силы трения.
Целью исследования является изучение влияния силы давления, рода соприкасающихся поверхностей, площади соприкасающихся поверхностей на величину силы трения.
Для достижения этой цели решались следующие задачи :
Подбор, изучение, анализ и обобщение литературы по проблеме;
изучение влияния силы давления, рода и площади соприкасающихся поверхностей на величину силы трения;
анализ полученных результатов;
анализ социологического опроса;
анализ ДТП и травматизма в городе за декабрь, январь и февраль 2015-2016 гг;
Гипотеза исследования: сила трения зависит от силы давления, рода соприкасающихся поверхностей и площади соприкасающихся поверхностей.
В ходе работы использовались следующие методы исследования:
Теоретические (изучение, анализ, обобщение литературы).
Эмпирические (наблюдения, беседы, опрос и измерения).
Интерпретационные (количественная и качественная обработка результатов).
Новизной работы является постановка простейших опытов, позволяющих изучить влияние силы давления, рода и площади соприкасающихся поверхностей на величину силы трения.
Практическая значимость работы состоит в том, что использование поставленных опытов, позволяет рассмотреть вопрос о величине силы трения более наглядно и учесть в жизни и быту влияние силы давления и качество обработки поверхностей на величину силы трения.
Глава 1. Теоретические основы трения
1.1 Интерес к изучению природы трения
Изучением причин и природы трения занимались выдающиеся естествоиспытатели в разные времена и эпохи. Люди отчетливо ощущали трение, перетаскивая волоком гигантские каменные глыбы, необходимые для сооружения древних святилищ. Первые катки с успехом использовали для перетаскивания тяжелейших статуй богов в Месопотамии почти четыре тысячи лет тому назад [1].
Увлекаемые ветром и течением реки бревна, не тонущие даже под большим грузом, навели на мысль о плотах, которые породили первые примитивные суда, приводимые в движение веслами и парусом. Стало ясно, что изнуряющего трения на суше можно избежать, заменяя сухопутные перевозки речными, а затем и морскими. Так, шаг за шагом, человек научился успешно бороться с трением доступными и привычными способами, передаваемыми из поколения в поколение [2].
Но трение не только тормоз для движения. Это еще и главная причина изнашивания технических устройств. Разобравшись в секретах трения, значительно легче понять, как и за счет чего происходит постепенное стирание поверхностей.
1.2 Понятие силы трения
Сила трения – это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, приложенная к движущемуся телу и направленная в сторону, противоположную движению [3]. Сила трения имеет электромагнитную природу.
Действие силы трения всегда сопровождается превращением механической энергии во внутреннюю энергию и вызывает нагревание тел и окружающей их среды.
Существует внешнее и внутреннее трение. Внешнее трение – вид трения, при котором в местах соприкосновения твёрдых тел возникают силы, затрудняющие взаимное перемещение тел и направленное по касательной к их поверхностям. Внутреннее трение (вязкость) – вид трения, состоящий в том, что при взаимном перемещении слоёв жидкости или газа между ними возникают касательные силы, препятствующие такому перемещению [5]
Внешнее трение подразделяют на трение покоя (статическое трение) и кинематическое трение.
Трение покоя возникает между неподвижными твёрдыми телами, когда какое-либо из них пытаются сдвинуть с места (рис 1).
Трение скольжения (рис. 2 ) возникает при скольжении одного твёрдого тела по поверхности другого. Закон для трения скольжения имеет вид: F тр. скольж. = μ скольж. ∙ N , μ скольж. – коэффициент трения скольжения. Значение μ скольж. зависит от того, из каких веществ изготовлены трущиеся поверхности и от качества их обработки [4]. Если сделать поверхности белее гладкими, значение μ скольж. уменьшится. Но уменьшать шероховатость поверхностей можно лишь до определённого предела, так как при очень гладких поверхностях значение μ скольж. вновь увеличивается. Это связано с тем, что молекулы тел с гладкими поверхностями близко подходят друг к другу и силы молекулярного притяжения между ними вызывают «прилипание» тел, препятствующее их скольжению. Поэтому причинами возникновения силы трения являются: шероховатости поверхностей соприкасающихся тел и притяжение молекул взаимодействующих тел (рис. 3).
1) взаимное притяжение молекул 2) шероховатость поверхностей
Трение качения (рис. 4) возникает при качении твёрдых тел круглой формы по поверхности других твёрдых тел. Модуль силы трения качения F тр. кач. определяется по закону F тр. кач. = (к кач. ∙ N ): R , где к кач. – коэффициент трения качения, N – модуль силы реакции опоры, R – радиус катящегося тела [6].
При движении тела внутри жидкости или газа на него со стороны жидкости или газа действуют силы, направленные навстречу движению. Эти силы называются сопротивлением среды и являются одним из видов трения [5]. Как силы трения, сопротивление среды всегда направленно против движения. Особенностью сил трения в жидкости или газе является отсутствие трения покоя. В этом случае, чтобы сдвинуть с места тело, достаточно сколь угодно малых сил: хотя и очень медленно, но всё же тело начнёт двигаться. Но по мере увеличения скорости сопротивление среды увеличивается, так что, сколько бы времени сила не действовала, она не сможет разогнать тело до большой скорости. Важной характеристикой жидких и газообразных сред является вязкость. С увеличением температуры вязкость газов возрастает, а жидкостей резко падает. Это связано с различиями в характере движения молекул в жидкости и газе. При понижении температуры вязкость некоторых жидкостей настолько возрастает, что они теряют характерную для них способность течь, превращаясь в аморфные твёрдые тела.
1.3 Трение в быту, природе и технике
В жизни человека, природе и технике трение имеет большое значение. В одних случаях трение может быть полезным и его стараются увеличить, в других случаях трение может быть вредным и тогда его стремятся уменьшить.
Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле, так как при ходьбе происходит отталкивание ногами от земли. Во время гололедицы трение между подошвой обуви и землёй мало, отталкиваться от земли очень трудно и ноги скользят. Для увеличения силы трения между подошвой обуви и льдом, тротуары посыпают песком (рис. 5).
Увеличение силы трения при помощи песка
Сила трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения покоя он не смог бы и начать движение. Колёса вращаясь, проскальзывали бы, а автомобиль продолжал бы стоять на месте, буксовал. Чтобы увеличить трение, поверхность шин у автомобиля делают с ребристыми выступами (рис. 6). Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, её посыпают песком, очищают ото льда.
Виды поверхностей шин
Трение служит искусству. Так, без трения смычка о струны была бы невозможна игра на скрипке или виолончели.
В результате трения истираются трущиеся поверхности, поэтому трение широко используется в процессах заточки инструментов, шлифовки и полировки поверхностей металлов, стекла, алмазов, дерева и других материалов.
Трение обеспечивает скрепление различных материалов, деталей инструментов, различных устройств, сооружений. За счет трения между нитями не расползаются ткани, удерживаются на рукоятках молотки, топоры, лопаты и другие инструменты. Болты с гайками, гвозди, шурупы, клинья, скрепляют части конструкций силой трения. Трение помогает человеку удерживать предметы в руках.
В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Между опорой и стеблем возникают достаточно большое трение, так как стебли многократно обвивают опоры и очень плотно прилегают к ним.
У растений, имеющих корнеплоды, такие, как морковь, свекла, брюква, сила трения о грунт способствует удержанию их в почве. С ростом корнеплода давление окружающей земли на него увеличивается, что приводит к увеличению силы трения. Поэтому трудно вытащить из земли большую свеклу, редьку или репу.
Таким растениям, как репейник, трение помогает распространять семена, имеющие колючки с небольшими крючками на концах. Эти колючки зацепляются за шерсть животных и вместе с ними перемещаются. Семена гороха, орехи благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения перемещаются легко сами.
Организмы многих живых существ приспособились к трению, научились его уменьшать или увеличивать. Тело рыб имеет обтекаемую форму и покрыто слизью, что позволяет им развивать при плавании большую скорость. Щетинистый покров моржей, тюленей, морских львов помогает им передвигаться по суше и льдинам.
Кости животных и человека в местах их подвижного сочленения имеют очень гладкую поверхность, а внутренняя оболочка полости сустава выделяет специальную жидкость, которая служит суставной «смазкой». Ежедневные нагрузки, например, в тазобедренном суставе человека превышают тысячу ньютонов при прыжках, а трение и изнашивание практически отсутствует. Это связано с тем, что суставная жидкость по своему составу сходна с плазмой крови, но обладает большей вязкостью, чем кровь. Внутреннее трение суставной жидкости падает в сотни раз при резком повышении скорости. Кроме того, тончайший слой этого вещества ведет себя при сжатии так же, как слой резины. При ходьбе, жидкость начинает выдавливаться из капилляров хряща, усиливая смазочное действие, и уменьшая трение. Суставная жидкость обладает необычной способностью резко увеличивать вязкость под давлением. В итоге процесс выдавливания смазки из хряща автоматически регулируется под действием нагрузки.
При действии же органов движения у животных и человека трение проявляется как полезная сила. Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях животных имеется целый ряд различных приспособлений: когти, острые края копыт, подковные шипы, тело пресмыкающихся покрыто бугорками и чешуйками.
Действие органов хватания: хватательные органы жуков, клешни рака; передние конечности и хвост некоторых пород обезьян; хобот слона тоже тесно связано с трением. Органы хватания имеют шероховатую поверхность для увеличения трения (рис. 7).
Предмет или живое существо будет тем прочнее схвачено, чем больше трение между ним и органом хватания. Величина же силы трения находится в прямой зависимости от прижимающей силы. Поэтому органы хватания устроены так, что могут либо охватывать добычу с двух сторон и зажимать ее, либо обвивать несколько раз и за счет этого стягивать с большой силой.
При глотании пищи и ее движении по пищеводу у живых существ, трение уменьшается за счет предварительного дробления и пережевывания пищи, а также смачивания ее слюной.
У многих живых организмов существуют приспособления, благодаря которым трение получается небольшим при движении в одном направлении и резко увеличивается при движении в обратном направлении. Это, например, шерсть и чешуйки, растущие наклонно к поверхности кожи. На этом принципе основано движение дождевого червя. Щетинки, направленные назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное движение. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте, при сокращении головная часть задерживается, а хвостовая подтягивается к ней.
Во многих случаях трение вредно, например, во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними делают смазку. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов машин и станков, их опирают на подшипники. Деталь подшипника, непосредственно соприкасающуюся с валом, называют вкладышем. Вкладыши делают из твёрдых материалов бронзы, чугуна или стали. Внутреннюю поверхность их покрывают особыми материалами, чаще всего баббитом (сплавом свинца или олова с другими металлами), и смазывают. Подшипники, в которых вал при вращении скользит по поверхности вкладыша, называют подшипниками скольжения (рис. 8).
Рис. 8
Применение шариковых и роликовых подшипников основано на том, что сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения при одинаковой нагрузке. В таких подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкладышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роликах. Замена в машинах подшипников скольжения шариковыми или роликовыми подшипниками позволяет уменьшать силу трения в 20-30 раз [3]. Шариковые и роликовые подшипники используют в разнообразных машинах: автомобилях, токарных станках, электродвигателях, велосипедах (рис. 9).
Шариковые и роликовые подшипники качения
Сила сопротивлению движению в жидкостях или газах в значительной степени зависит от формы движущегося тела, поэтому для уменьшения силы сопротивления со стороны среды, движущимся телам придают обтекаемую форму [4].
Таким образом, для увеличения силы трения: используются специальные материалы, увеличение нагрузки; для уменьшения силы трения используется шлифовка трущихся поверхностей, применение смазки, замена трения скольжения трением качения, уменьшение нагрузки, придание обтекаемой формы движущемуся телу [5].
Нами проведено экспериментальное определение факторов, влияющих на величину силы трения скольжения. Методика и результаты исследования представлены в главе 2.
Глава 2. Экспериментальное определение факторов, влияющих на величину силы трения скольжения
2.1 Методика проведения исследования
Работа по определению факторов, влияющих на величину силы трения скольжения, состояла из трёх этапов:
1 Этап. Подготовительный.
Подбор и изучение литературы по проблеме.
2 Этап. Практический.
Проведение эксперимента по определению факторов, влияющих на величину силы трения скольжения.
Обобщение и анализ полученных результатов.
При проведении эксперимента нами использовалось оборудование, указанное в таблице 1.
Оборудование, используемое в ходе исследования
В ходе исследования использовался такой метод как лабораторный эксперимент. Лабораторные исследования проводились на базе Лицея.
В эксперименте изучалось влияние силы давления, рода соприкасающихся поверхностей и площади соприкасающихся поверхностей на величину силы трения скольжения.
Использовалась следующая методика проведения эксперимента:
1. Изучение зависимости величины силы трения скольжения от силы давления.
1. Определялась цена деления шкалы лабораторного динамометра, и измерялся вес деревянного бруска с крючком.
2. С помощью динамометра измерялась сила трения скольжения бруска по деревянной поверхности трибометра.
3. На брусок помещались сначала один, затем два, затем три груза массой по 100 г (весом по 1 Н) и каждый раз определялась величина силы трения скольжения с помощью динамометра при равномерном перемещении бруска с грузами по деревянной поверхности трибометра (рис.10).
Изучение зависимости величины силы трения скольжения от силы давления