Тертя. Сила тертя. Тертя ковзання, кочення, спокою. Підшипники.

Тема:  Тертя. Сила тертя. Тертя ковзання, кочення, спокою. Підшипники.
Мета:  Сформувати знання про силу тертя (ковзання, кочення, спокою), причини  їх виникнення, фактори, що впливають на зміну сили тертя. Удосконалити і систематизувати знання про силу як векторну фізичну величину. Формувати вміння визначати силу тертя. Розкрити роль і практичне використання людиною тертя.
Обладнання: динамометр, набір дерев’ яних брусків по 100 г кожний, металева кулька, кулькові та роликові підшипники, кольорові таблиці, похила площина, дерев’ яний коток.

Демонстрації: 1)  демонстрація тертя ковзання і тертя кочення;

                         2)  вимірювання сили тертя динамометром;

                         3)  з’ ясування залежності сили тертя від стану стичних поверхонь, навантаження;

                         4)  види тертя.

Тип уроку:  Вивчення нового матеріалу.

                                                                                   Хід  уроку

1. Організаційний момент.

2. Перевірка домашнього завдання і розв’ язування задач.

3. Вивчення нового матеріалу.
       У реальних умовах жодне рухоме тіло не рухається нескінченно довго. скотившись з гори м’ яч навіть на рівній поверхні з часом зупиняється. Хокейна  шайба  рухається по льоду також протягом певного часу, а потім зупиняється.
       Розглянемо досліди. Поставимо на столі нахилену дошку, покладемо на неї кульку і відпустимо її. Кулька скочується на поверхню стола, котиться і зупиняється, пройшовши певну відстань. Якщо на стіл покласти скло, то кулька прокотиться значно далі.
      Зупинка кульки свідчить про те, що на неї діє сила, і ця сила спричинена дією поверхні стола на кульку.
      Покладемо дерев’ яний брусок на дошку, приєднаємо до нього динамометр і потягнемо його до себе. Динамометр покаже поступове збільшення сили. Це збільшення припиниться, коли брусок почне рухатися. Отже, між бруском і дошкою виникає сила, яка діє на межі між бруском і дошкою. Ця сила дістала назву сили тертя.
       Сила тертя виникає тому, що поверхня будь-якого тіла  має різні нерівності у вигляді виступів і западин. Коли одне тіло рухається по поверхні другого, то нерівності заважають цьому рухові. Проте природа тертя набагато складніша. Старанно поліруючи поверхні тіл, які  перебувають у взаємному переміщенні, можна значно зменшити тертя, оскільки розміри нерівностей стануть значно меншими. Але завжди настає момент, коли подальше полірування тертьових поверхонь не зменшує силу тертя. Навпаки, сила тертя починає збільшуватися. Причиною такого ефекту є те, що  під час полірування поверхонь зменшується відстань між молакулами. І коли ця відстань зменшується настільки, що молекули на обох поверхнях починають притягуватися, сила тертя збільшується.
                Розрізняють  два види тертя.
                Візьмемо дерев’ яний брусок і покладемо його на дошку. Приєднаємо до бруска динамометр і потягнемо до себе. Покази динамометра спочатку зростатимуть, а коли брусок почне рухатися, його покази трохи зменшаться і далі майже не змінюватимуться впродовж усього руху. Ми спостерігаємо тертя ковзання.
                Тепер візьмемо дерев’ яний коток такої самої маси і покладемо на поверхню дошки. Прикріпимо до котка динамометр і почнемо тягти. Покази динамометра будуть значно меншими, ніж у попередньому випадку. В цьому разі ми спостерігаємо тертя кочення.
                Отже, при коченні сила тертя також існує, але вона значно менша, ніж  при ковзанні. Значить, за однакових умов сила тертя ковзання завжди більша за силу тертя кочення.
                Сили тертя відіграють важливу роль у житті людини. Завдяки цій силі люди можуть переміщуватися по землі, автомобілі та інші транспортні засоби рухаються лише внаслідок існування  тертя між колесами і поверхнею дороги. В описаних прикладах (і подібних до них)  люди прагнуть збільшити силу тертя. Для цього поверхні роблять не тільки шорсткими, як у випадку з автомобільними шинами, на яких на заводі наноситься протектор певної форми, а й добирають спеціальні матеріали. В усіх транспортних засобах є гальма, завдання яких - швидко зупинити їх. На гальмівні колодки автомобілів наклеюють накладки з матеріалів, до складу яких входять гума,  азбест та інші речовини.  Поверхня дороги (асфальт)  теж має велику шорсткість. Коли взимку на дорозі ожеледиця, її посипають піском.
               Але разом з тим у багатьох випадках необхідно тертя суттєво зменшити. Для цього тертьові поверхні розділяють рідиною: спеціальним мастилом (у двигуні автомобіля), чи навіть водою ( у пральних машинах, де вал активатора відділяють від втулки тонкою плівкою води). Рідина розділяє тертьові поверхні і вони не взаємодіють через зчеплення нерівностями. Одночасно рідина охолоджує деталі і виносить часточки взаємодіючих тіл, які з’ являються внаслідок тертя. Навіть в усіх живих істот існує рідинне змащування тертьових поверхонь. Поверхні всіх суглобів розділені синовіальною рідиною.
                 Жоден сучасний механізм не можна уявити собі без кулькових та роликових підшипників. В них використано з користю те, що сила тертя кочення завжди менша від сили тертя ковзання. У такому підшипнику дві обойми розділені або кульками, або роликами.
                Доповнені мастилом кулькові та роликові підшипники забезпечують швидке, безшумне й економне обертання різних валів у механізмах, коліс у транспортних засобах тощо.
               Спробуйте дати відповідь на запитання:
1) Чому найбільші вантажі перевозять водним транспортом, а не іншим ?
2) Наведіть приклади “корисного” і “шкідливого” тертя у повсякденному житті, і скажіть якими методами “корисне” тертя можна збільшити, а “шкідливе”  -  зменшити ?
Завдання додому: вивчити  §  25,  підготувати невелику доповідь про роль тертя у життєдіяльності людей.