У повсякденному житті ми кожен день стикаємося з тим, про справжню природу чого практично нічого не знаємо. Сила тертя - одне з найпоширеніших явищ на Землі, без неї не обходиться жодне рух. І, звичайно, сила тертя грає важливу роль в нашому житті.
Навколишній нас світ перебуває в безперервному русі. Найпростішим видом цього руху є механічний рух. У річці тече вода, по якій пливе човен, по небу бігають хмари, а серед них літають птахи і літаки, по дорогах мчать машини, а по рейках поїзда. Але у всіх цих проявах руху є спільна риса - при всіх таких рухах тіла стикаються або з іншими тілами, або з навколишнім середовищем. Таке зіткнення не може не впливати на рух.
Наприклад, коли санки котяться по снігу, то вони зупиняються під дією сили тертя, навіть якщо на дорозі немає ніяких нерівностей і перешкод. Точно так же зупиняються і м'яч, і більярдна куля, і бочка, і дитяча кулька. Завдяки тертю фігуристи танцюють на льоду, виконуючи складні піруети, завдяки йому ж люди ходять по землі і не падають, стоять в квартирах шафи і серванти, наповнені домашнім начинням, течуть річки, їздять машини, не випадають зі стін забиті цвяхи.
Однак через існування тертя для підтримки руху необхідна сила тяги. А при її дії витрачається робота, яка даром не дається, щоб її отримати необхідно витратити енергію будь-якого виду, яка до того буде витрачатися даремно.
Викликає тертя і інше неприємне явище - знос. Винуватцем швидкого зношування взуття є саме воно. При ходьбі підошви труться об поверхню землі, каміння, тротуар, підлогу, бетон. Тертя викликає знос поверхонь тертя. Але стираються не тільки підошви, але і камені. Приклад тому ступені старого будинку - посередині, де ступають найчастіше, вони зносилися і втратили свою первісну форму. Через зношеність стираються і підшипники, і кільця в циліндрах двигунів, і навіть деталі годин. Не будь тертя, предмети були б набагато довговічніше.
Тертя - процес взаємодії твердих тіл при їх відносному русі (зміщення) або при русі твердого тіла в рідкому або газоподібному середовищі.
При наявності відносного руху двох контактуючих тіл сили тертя, що виникають при їх взаємодії, можна поділити на:
* Тертя ковзання - сила, що виникає при поступальному переміщенні одного з взаємодіючих тіл відносно іншого і діюча на це тіло в напрямку, протилежному напрямку ковзання;
* Тертя кочення - момент сил. що виникає при коченні одного з двох взаємодіючих тіл відносно іншого і протидіє обертанню тіла, що рухається;
При відсутності відносного руху двох контактуючих тіл і наявності сил, що прагнуть здійснити такий рух, в ряді ситуацій виникає
* Тертя спокою - сила, що виникає між двома контактуючими тілами і перешкоджає виникненню відносного руху. Цю силу необхідно подолати для того, щоб привести два контактують тіла в рух один щодо одного. Вона діє в напрямку, протилежному напрямку можливого руху.
У фізиці тертя прийнято розділяти на:
* Сухе, коли взаємодіючі тверді тіла не розділені ніякими додатковими шарами / мастилами - дуже рідко зустрічається на практиці випадок. Характерна відмінна риса сухого тертя - наявність значної сили тертя спокою.
* Рідинне (в'язке). при взаємодії тіл, розділених шаром рідини або газу (мастила) різної товщини - як правило, зустрічається при терті кочення, коли тверді тіла занурені в рідину.
* Змішане, коли область контакту містить ділянки сухого і рідинного тертя;
* Граничне, коли в області контакту можуть містяться шари і ділянки різної природи (окисні плівки, рідина і т. Д.) - найбільш поширений випадок при терті ковзання.
Найбільшою є сила тертя спокою, сила тертя ковзання менше неї, а найменша - сила тертя кочення.
Використання тертя людиною
З глибини століть
Вперше людина свідомо застосував тертя при отриманні вогню.
Для добування вогню люди брали гостру дерев'яну паличку, наголошували її в дерев'яний брусок і швидко-швидко обертали. При цьому завдяки тертю виділялося тепло, і сухий мох, покладений в лунку спалахував. Багато сучасніше способи отримання вогню також пов'язані з тертям.
Колесо визнано в усьому світі найстарішим і найважливішим винаходом людства. Його поява відносять до епохи стародавнього Шумеру в Месопотамії в п'ятому столітті до нашої ери. Спочатку це були гончарні колеса. Через два століття, в третьому столітті до н. е. колесо дісталося до Індії і Пакистану і поширилося по всій індійської долині.
Деякі вчені намагаються довести, що колесо було винайдено в Європі. Свою теорію вони пояснюють труднощами шляхів в долинах, а також постійною здобиччю лісу - саме це, вважають вони, могло б послужити прекрасною підгрунтям винаходу колеса як частини транспорту. Хронологічні замітки про колісний транспорт в Європі говорять про те, що тут він з'явився не пізніше четвертого тисячоліття до нашої ери. Завдяки кочівникам і міграцій колесо дізналися в районі Каспійського і Чорного моря, а вже звідти вона потрапила в Месопотамію в кінці четвертого тисячоліття. Це є поясненням того факту, що на Близькому Сході не було знайдено жодного сліду розвитку колісного транспорту, хоча присутні кілька абсолютно несхожих видів.
Ранні колеса представляли собою простий дерев'яний диск з діркою для осі. Через особливої структури дерева горизонтальний зріз стовбура для справи не підходив, тому що він не витримав би велике навантаження, тому у виробництві використовувалися бруски, вирізані в довжину.
Але з чим пов'язана поява колеса?
Спочатку важкі вантажі просто волочили по землі, але потім люди помітили, що гладкі предмети пересувати легше, ніж шорсткі, тому вантажі стали класти на пару гладких колод. З'явилися сани. Незабаром люди помітили, що сани везти легше, якщо під них підкласти круглі колоди-катки. Але перевозити за допомогою котків було дуже незручно, адже їх потрібно було постійно перекладати вперед. Щоб катки НЕ викочувалися їх стали прикріплювати до самих саней, роблячи в полозах поглиблення. Так катки почали перетворюватися в колеса, а сани - в вози: вози, тачанки, карети, т. Е. В колісні екіпажі.
Чому лід слизький?
Як красиво ковзають пари на льоду, виконуючи різні складні рухи, як цікаво спостерігати за ними, а як приємно самому котитися, потрапляючи в обійми вітру.
Але чому ж все це стало можливо? І чому катаються саме на льоду, а не на склі і не на паркеті?
Вся справа в тому, що сковзаємо ми, можна сказати, не по льоду, а по воді. При русі лід під ковзанами тане і утворюється тонкий прошарок води.
Причиною цього явища вчені знову-таки вважають тертя.
Між льодом і ковзанами розвивається сильне тертя і, як завжди, при терті виділяється тепло, під впливом якого тане лід. Виходить, що він сам себе змащує.
Але не тільки лід може сам себе змащувати. При катанні на лижах з'являється те ж саме явище. Сніг під лижами в деяких місцях тане, і лижі спритно ковзають по з'явилася прошарку води. По сухому> водою снігу ковзати зовсім не так легко. Особливо це помітно в сильний мороз. Полярники, яким доводилося працювати в 30-40 градусні морози розповідали, що в таких умовах лижі>. Відбувається це тому, що в такий мороз сніг не тане під лижами і доводиться ковзати по сухому снігу.
Тертя поршнів, що ковзають по стінках циліндрів двигунів, зменшується з часом. Причина цього в тому, що при нагріванні чавунних стінок циліндра, вуглець, що міститься в усякому чавуні, виділяється на їх поверхні у вигляді тонкої плівки графіту - чорного блискучого речовини, з якого роблять олівцем грифелі. Цей графіт і грає роль мастила. Його частинки легко ковзають один по одному, знижуючи тертя ковзання.
Але використовується людиною і штучна мастило, наприклад, для ще більшого зменшення тертя лиж про сніг їх поверхню змащують особливої маззю. Тертя сухого снігу про шар мастила менше, ніж про дерев'яні лижі.
Але не завжди те, що лід слизький служить на користь людині, часто через це він може отримати каліцтва різного ступеня тяжкості. Як часто подають на наших очах люди. Чому ж так відбувається? Справа в тому, що коли людина йде по льоду, то сила тертя між підошвами його взуття і льодом дуже мала, і утриматися на ногах стає досить складно.
Залежність сили тертя від поверхні.
Мета: встановлення залежності сили тертя від поверхні.
Устаткування: динамометр, дерев'яний брусок, три види поверхні: наждачка, дерево, пластик.
1) Дерев'яний брусок по наждачкою
2) Дерев'яний брусок по дерев'яній поверхні. F = 0,2H
4) Дерев'яний брусок по пластику.
Для візуалізації отриманих результатів була складена діаграма.
Сила тертя залежить від поверхні, по якій рухається тіло: чим більше шорстка поверхня, тим більше сила тертя.
Визначення коефіцієнта тертя (μ).
μ = FN; μ = FP бруска m = 80г = 0,08кг; P = mg; P = 0,08кг * 10Н \ кг = 0,8Н
1) μ1 = 0,5Н0. 8Н = 0,6
2) μ2 = 0,2Н0,8Н = 0,25
3) μ3 = 0,1Н0,8Н = 0,125
Проаналізувавши отримані значення коефіцієнта тертя (μ), можна зробити висновок, що μ характеризує поверхню. Таким чином, чим більше значення μ, тим більше сила тертя.
Залежність сили тертя від навантаження
Мета: встановлення залежності сили тертя від навантаження.
Устаткування: динамометр, дерев'яний брусок, три вантажу масою 100г.
1) Брусок без навантаження.
2) Брусок з навантаженням, що дорівнює 100г
F = (0, 7 Н + 0,4 Н): 2 = 0,55Н
3) Брусок з навантаженням, що дорівнює 200г
4) Брусок з навантаженням, що дорівнює 300г F = (0,9Н + 0,7Н): 2 = 0,8Н
З метою візуалізації отриманих результатів була складена діаграма.
Сила тертя залежить від навантаження, що надається на тіло: чим більше навантаження, тим більше сила тертя.
1) Не бігати по помитий полам і інших слизьких поверхнях, тому що, чим більше гладкість поверхні, тим менше сила тертя, значить, можна посковзнутися і впасти, при цьому завдавши себе різні каліцтва.
2) При пересуванні по слизьких поверхнях краще збільшувати силу тертя, збільшуючи навантаження, адже ці величини прямо пропорційні.
3) При пересуванні будь-якого важкого предмета бажано на шляху руху розташовувати округлі предмети, наприклад, колоди, т. К. Сила тертя кочення менше сили тертя ковзання.
4) При> ж машини силу тертя, навпаки, треба збільшувати, тому варто підсипати каміння і гравій.
5) Для збільшення довговічності різних речей можна використовувати мастило, тому що вона зменшує силу тертя.
6) Для збільшення сили тертя, наприклад, на дорогах в зимовий час потрібно використовувати пісок і сіль які зроблять поверхню більш шорсткою і, відповідно, збільшать силу тертя.
7) Не намагатися відкривати або брати що-небудь мокрими і намиленими руками, т. К. Через малої потужності тертя здійснити дії не вдасться.
Проаналізувавши літературу і провівши досліди, ми не можемо точно сказати, друг сила тертя або ворог.
З одного боку, сила тертя - друг. Адже без наявності сили тертя люди просто не змогли б пересуватися, вони б постійно падали і не могли піднятися. Такий стан безпорадності описує приказка>.
Чи не змогли б пересуватися без тертя і різні машини. Мотор призводить задні провідні колеса автомобіля в рух і змушує обертатися, але без тертя вони буде не відштовхуватися від дороги, приводячи в рух машину, а>, як це буває в зимові час на слизькому льоду. Але навіть якщо б людина знайшла спосіб привести свій автомобіль в рух, то просто не зміг би їм управляти, адже ні повертати, ні гальмувати він не зможе.
Крім неможливості пересування виникає й інша - неможливість виготовити або побудувати щось, тому що всі болти, шурупи, гвинти, цвяхи тримаються тільки завдяки наявності тертя. Ніщо б не могло утриматися на Землі, постійно падаючи і сповзаючи, ні шафа, ні стіл, ні книга.
Зникнення рідкого тертя життя на нашій планеті стала б ще більш складною. Земля нерівномірно нагрівається сонцем, тому щільність повітря над різними ділянками її поверхні різна. Більш щільний, холодний, повітря витісняє тепле, і утворюється рух повітря - вітер. При наявності внутрішнього тертя рух повітря гальмується, і вітер поступово вщухає. У світі, в якому не було б тертя, вітру дулі б, не стихаючи і з неймовірною швидкістю і силою.
Гірські ріки не гальмувалися б про річки і дно, тому вода в них текла б все швидше і швидше, розмиваючи і руйнуючи скелі, при цьому в неї б падали брили, що викликають хвилі, які, в свою чергу, не вщухали б знову-таки з -за відсутності тертя, внутрішнього і про берега і дно. А що вже говорити про величезні хвилях, що виникають в морях і океанах, що не стихаючи, вони наносили б величезної шкоди і руйнування.
Але, з іншого боку, адже саме через сили тертя зношується підошва на взутті, стираються ступені, камені і навіть механізми годин. Не будь тертя всі наші речі стали б набагато довговічніше.
До того ж, тертя гальмує рух і навіть припиняє його, без тертя машини могли б їздити з вимкненим мотором, просто котячись по дорозі. Для подолання тертя потрібна велика кількість енергії, але робота, витрачена на це подолання, розсіюється в воді і повітрі і використовувати її знову людина не може.
Таким чином, тертя є невід'ємною частиною нашого життя, і існування без нього неможливо, але так як тертя може приносити людині і шкода, його можна збільшувати і зменшувати в залежності від ситуації.
Висунута гіпотеза №1 не підтвердилася, тому що тертя - одночасно і друг, і ворог людини. Гіпотези №2 і №3 підтвердилися в поставлених дослідах.