Сили тертя

1-й семестр

МЕХАНІЧНІ ЯВИЩА

2. Взаємодія тіл

Урок 7/20

Тема. Сили тертя

Мета уроку: з’ясувати природу сили тертя; розглянути способи зменшення й збільшення сили тертя.

Тип уроку: урок викладу нового матеріалу.

План уроку

Демонстрації	5 хв.	1. Тертя спокою й тертя ковзання. 2. Тертя кочення. 3. Способи зменшення й збільшення сили тертя
Вивчення нового матеріалу	30 хв.	1. Сила тертя ковзання. 2. Природа сили тертя. 3. Сила тертя спокою. 4. Сила тертя кочення. 5. Способи зменшення й збільшення сили тертя
Закріплення вивченого матеріалу	10 хв.	1. Контрольні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. 3. Поміркуй і відповідай

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Сила тертя ковзання

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 Tep, 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 FTep пропорційний модулю сили нормального тиску N.

Коефіцієнт пропорційності? 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 коефіцієнт 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 (див. рисунок). 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 Fтер. 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 шосе 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.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

Коли виникає сила тертя ковзання? Як вона спрямована?

У чому полягають причини виникнення сили тертя ковзання? ? Коли виникає сила тертя спокою? Як вона спрямована?

Яка головна особливість сили тертя кочення? Де і як використовують цю особливість?

Які ви знаєте способи збільшення й зменшення сили тертя? Наведіть приклади використання цих способів.

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Навчаємося розв’язувати задачі

1. Брусок масою 2 кг тягнуть по горизонтальному столу, прикладаючи горизонтальну силу 6 Н. При цьому брусок рухається з постійною швидкістю. Який коефіцієнт тертя між бруском і столом?

Розв’язок. Позначимо масу бруска m, а силу, з якою тягнуть брусок, . З формули Fтep = ?N випливає, що? = Fтер/N. Оскільки брусок рухається з постійною швидкістю, сила тертя врівноважує силу, з якою тягнуть брусок, тобто дорівнює їй за модулем: Fтер = F. Сила нормального тиску для бруска, що перебуває на горизонтальному столі, урівноважує силу ваги й тому теж дорівнює їй за модулем: N = mg. Отже, ? = F/mg. Перевіривши одиниці величин, підставляємо числові дані й одержуємо: ? = 6/(2-10) = 0,3.

2. Брусок тягнуть по столу, прикладаючи горизонтальну силу 1 Н. Яка маса бруска, якщо він рухається рівномірно й коефіцієнт тертя між бруском і столом дорівнює 0,2?

3. Для того щоб рівномірно рухати книгу по столу, необхідно прикласти горизонтальну силу 2 Н. Визначте коефіцієнт тертя ковзання між книгою й столом, якщо маса книги 1 кг.

2). Поміркуй і відповідай

1. Чому не розв’язуються шнурки на черевиках?

2. Що змінюється зі збільшенням ваги автомобіля: сила тертя чи коефіцієнт тертя?

3. Чому головку сиру легше розрізати на шматки міцною ниткою, ніж ножем?

4. З якою метою гімнасти перед виступом натирають долоні рук спеціальною речовиною, що збільшує коефіцієнт тертя між долонями та перекладиною – тальком?

Домашнє завдання-1

1. У-1: § 10.

2. Сб-1:

Рів1 – № 12.5, 12.6, 12.7, 12.8, 12.10.

Рів2 – № 12.16, 12.18, 12.20, 12.26, 12.27.

Рів3 – № 12.32, 12.34, 12.35, 12.38, 12.40.

Домашнє завдання-2

1. У-2: § 14.

2. Сб-2:

Рів1 – № 12.1, 12.2, 12.5, 12.7, 12.8.

Рів2 – № 12.10, 12.11, 12.13, 12.16, 12.18.

Рів3 – № 12.20, 12.23, 12.25, 12.27, 12.38.