Transcript Трением
Команда «Атланты9» Игровой номер 14f249 Советы спортсменам и тренерам Citius, altius, fortius! (Быстрее, выше, сильнее!) Играет Гимн Олимпиады Ход исследования План исследования: Цель исследования: 1. Найти перечень видов спорта Зимней выяснить, в каких Олимпиады 2014 года. видах зимнего спорта 2. Установить закономерности силы и какими способами трения. 3. Проанализировать связь зимних необходимо видов спорта и силы трения. уменьшать силу 4. Сформулировать советы. трения. 5. Составить тест по содержанию 6. 7. 8. 9. презентации. Представить работу одноклассникам. Тестирование одноклассников. Оценка работы учителями физики и физкультуры. Сделать выводы о результатах исследования. • Зимние Олимпийские игры — крупнейшие международные соревнования по зимним видам спорта, проводящиеся один раз в 4 года. • Зимние Олимпийские игры начали проводиться с 1924 года как дополнения к Летним играм. • С 1924 по 1992 Зимние Олимпийские игры проводились в те же годы что и летние. • С 1994 Зимние Олимпийские игры проводятся со сдвигом в 2 года от Летних Олимпийских игр. • Другие названия: Зимняя Олимпиада, Белая Олимпиада. Зимняя Олимпиада • XXII Олимпийские зимние игры пройдут в Сочи с 7 по 23 февраля 2014 года. • Вслед за ними – с 7 по 16 марта – состоятся XI Паралимпийские зимние игры. • Игры в Сочи пройдут в уникальной климатической зоне: здесь теплое море соседствует со снежными вершинами, склоны которых давно стали популярным местом отдыха для любителей зимних видов спорта. • Зимние Игры в Сочи войдут в историю как самые инновационные. При их подготовке многое делается впервые и впоследствии станет частью колоссального наследия Игр. Зимние виды спорта и сила трения На пути к спортивным достижениям и к олимпийскому золоту стоят преграды, определяемые прежде всего проявлением тех или иных физических явлений и закономерностей. С другой стороны, правильное использование соответствующих физических законов может помочь спортсмену в достижении успеха, знание законов физики необходимо спортсменам, тренерам, спортивным врачам. Сила трения снижает спортивные результаты в конькобежном, лыжном спорте и других видах спорта, поэтому ведутся непрерывные исследования по её уменьшению. Лыжный спорт Биатлон Конькобежный спорт Хоккей с шайбой Бобслей Санный спорт Кёрлинг СОВЕТ 1 • Знать закономерности силы трения: причины возникновения, свойства различных видов сил трения, способы уменьшения и увеличения силы трения. Фиксики – Сила трения http://videoscope.cc/147082-fiksiki-sila-trenija.html Сила трения • Сила трения является одним из важных проявлений силы реакции связи. • Трением называют взаимодействие между различными соприкасающимися телами, препятствующее их относительному перемещению по касательной к поверхности соприкосновения тел. • Трение между поверхностями двух соприкасающихся твердых тел при отсутствии между ними жидкости или газообразной прослойки называется сухим трением. • Трение между поверхностью твердого тела и окружающей его жидкостью или газообразной прослойкой, в котором тело движется, называется жидким, или вязким, трением. • При движении твердого тела в жидкости или газе на тело сила трения действует по-особому, и ее называют сопротивлением среды. Она не проявляет себя как сила трения покоя и полностью отсутствует в этом качестве. • При малых скоростях движения силу сопротивления можно считать прямо пропорциональной скорости: Fтр = kv, где k – коэффициент сопротивления, зависящий от формы и размеров тела, а также вязкости среды. История изучения силы трения Ленардо да Винчи. С помощью простых и остроумных устройств установил, что сила трения: 1) от площади трущихся поверхностей не зависит; 2) от материала не зависит; 3) от величины нагрузки зависит (пропорциональна ей); 4) от скорости скольжения не зависит; 5) зависит от шероховатости поверхностей. Амонтон Гийом в 1699 году подтвердил столь неожиданный вывод Леонардо да Винчи о независимости силы трения от площади соприкасающихся тел. Но в то же время он не согласился с Леонардо да Винчи в том, что сила трения не зависит от скорости скольжения; он считал, что сила трения скольжения зависит от скорости, а с тем, что сила трения зависит от шероховатостей поверхностей, не соглашался. Кулон Шарль Огюстен в 1779 году на все вопросы ответил да. Общая сила трения в какой-то малой степени все же зависит от размеров поверхности трущихся тел, прямо пропорциональна силе нормального давления, зависит от материала соприкасающихся тел, зависит и от скорости скольжения, и от степени гладкости трущихся поверхностей. В дальнейшем ученых стал интересовать вопрос влияния смазки и были выделены виды трения: жидкостное, чистое, сухое и граничное. Fтр.=µN Виды трения • Трение покоя • Трение скольжения • Трение качения Причина возникновения сил трения • Межмолекулярное притяжение • Шероховатость поверхностей соприкасающихся тел. Коэффициент трения скольжения (ориентировочные значение) Трущиеся материалы Трение покоя Трение скольжения Лёд по льду 0,028 Полозья деревянные по льду 0,035 Сталь по льду Шины по гладкому льду 0,02 – 0,03 0,015 0,15-0,20 Как уменьшить трение? • Шлифование поверхностей; – Однако если поверхности будут очень гладкими, начнут играть существенную роль силы межмолекулярного притяжения между соприкасающимися поверхностями, в результате чего сила трения скольжения может увеличиться. • уменьшение нагрузки, • смазка трущихся поверхностей • трение между слоями жидкости слабее, чем между твердыми поверхностями; • замена силы трения скольжения на силу трения качения; • использование шариковых и роликовых подшипников; • применение воздушной подушки. Лыжный спорт и биатлон горнолыжный спорт, лыжное двоеборье, лыжные гонки, прыжки на лыжах с трамплина, сноубординг, фристайл. СОВЕТ 2 • Во всех видах лыжного спорта пользуйтесь скользящими лыжами. • Используйте специальные мази. • Используйте материалы, имеющие низкий коэффициент трения. Горные лыжи Скользящая поверхность («база», «скользяк», «base» — англ.) — единая полоска пластика, идущая от носка лыжи до пятки. Отвечает за скольжение лыжи по снегу. Следовательно, она обязана уменьшать трение о снег. Коэффициент трения гораздо меньше чем у дерева. При этом эта поверхность должна не трескаться на морозе и, по возможности, не царапаться. Изготавливается скользящая поверхность чаще всего из высокомолекулярного полиэтилена. Иногда с графитовыми добавками для уменьшения коэффициента трения. Лыжный спорт Вследствие механического взаимодействия тела лыжника с его окружением (снег, воздух, лыжи и др.) возникают внешние силы: инерции внешних тел и их веса, реакции опоры, трения, сопротивления воздуха. Сила трения лыжи по снегу возникает как противодействие снега, приложенное к лыже. При действии лыжи на снег по касательной к его поверхности сила трения направлена на равнине вдоль лыжи, на гладком склоне — вдоль нее и поперек ее продольной оси. Поэтому для уменьшения силы трения лыжи смазывают специальным кремом. Техника скольжения Толчок к скольжению дается мощным отталкиванием соответствующей ноги от снежного основания и толчком палки. Эффективным оно бывает, когда в этот момент лыжа имеет достаточное трение со снежным основанием благодаря правильной смазке. Смазка для лыж Смазка наносится на сухие и чистые лыжи при комнатной температуре. Снаряжение При скоростном спуске на санях и горных лыжах костюмы и снаряжение спортсменов должны быть обтекаемыми, чтобы уменьшить встречное сопротивление воздуха. Это достигается путем использования специальных тканей и материалов, а также «продувкой» спортсменов или их манекенов в аэродинамических трубах. Конькобежный спорт конькобежный спорт, фигурное катание, шорт-трек. Трение между льдом и коньками Чтобы уменьшить силу трения между льдом и коньками, коньки точат, делая поверхность соприкосновения меньше, а лед шлифуют, делая его максимально гладким. Значительно снижает трение смазка между поверхностями, в катании на льду – вода. Советский ученный В. Б. Вейнберг разъяснил: всякое движение в земных условиях всегда сопровождается трением, а всякое трение ведет к выделению теплоты. Трение между льдом и сталью конька порождает тепло. От этого тепла и плавится лед, а образовавшаяся при этом водяная пленка создает смазку и облегчает движение конькобежца. Во время очень сильных морозов теплоты, развивающейся от трения, оказывается уже недостаточно, чтобы расплавить лед под коньком. Тогда кататься на катке неприятно – спортсмены говорят, что лед «сухой». Видеоклип «Катание на коньках» http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/2cddd8f9-0a06-448e-921682ac83b3046b/7_100.avi Секрет скольжения заключается в коньке Коньки делают из стали, а не из специальной пластмассы. Хотя давно известны синтетические материалы, успешно заменяющие сталь. Они не только достаточно тверды, но им свойственна и меньшая сила трения при скольжении по льду нежели у металла, имеющего такую же площадь контакта со льдом и тот же вес. Но скользить на пластмассовых коньках было бы намного труднее, потребовалось бы больше усилий от конькобежца. Сталь же, из которой сделан конек, как хороший проводник тепла, увеличивает возможность образования пленки под коньком. Поэтому на стальных коньках легче кататься, чем на пластмассовых. СОВЕТ 3 • Правильно затачивайте коньки, чтобы осуществлять значительный прогресс в своем мастерстве катания на льду. Заточка коньков • Во время движения человек на коньках хочет скользить как можно дольше. Поэтому сила трения между лезвием и льдом должна быть минимизирована при помощи правильного контура лезвия. • Заточка коньков обеспечивает снижение силы трения и более эффективное катание. Для того, чтобы добиться более высокой скорости, рекомендуется комбинация различных радиусов профиля и желобка. Разные стили катания требуют своей определенной заточки. Контур лезвия определяет пространство контакта лезвия со льдом. Заточка конька включает баланс между поверхностью схватывания и силой трения. Контур (профиль) лезвия • • • Контур лезвия следует выбирать основываясь на вашем весе и стиле катания. Больший радиус контура лезвия (где большая часть лезвия соприкасается со льдом) помогает катающемуся обеспечивать лучшую стабильность и баланс, меньшее трение и более высокую скорость. С другой стороны, это снижает способность делать быстрые повороты. Маленький радиус контура лезвия приводит к большему трению, потому что это уменьшает величину контакта между лезвием и льдом. Это вызывает большее давление на лезвие, заставляя его больше погружаться в лед. Деформация льда вызывает большую силу трения. Катание на коньках с более коротким радиусом увеличивает маневренность при коротких и быстрых поворотах. Желобок (выемка) Желобок – это вогнутая заточка нижней поверхности лезвия. Назначение желобка заключается в увеличении скольжения на льду. Большой радиус желобка делает конек менее маневренным, в тоже самое время как обеспечивает меньшую силу трения между льдом и лезвием и как следствие большую скорость. Меньшая сила трения позволяет обеспечивать лучшее скольжение (более быстрое). Правильное скольжение является необходимым для ускорения, рывков и остановок. Доводка коньков После заточки, лезвия необходимо довести для того, чтобы достигнуть остроты заточки и желаемого угла. Это можно делать тремя способами: А. Убрать заусенцы на лезвии при помощи алмазного абразивного бруска. В. Убрать микрочастицы от шлифовки при помощи специального полировочного камня. C. Довести лезвие при помощи грубого доводочного камня под определенным углом к граням лезвия. Это дает лезвию очень хорошее сцепление и более желательную режущую кромку. После доводки лезвия по варианту С рекомендовано применять специальное масло, которое снижает силу трения между лезвием и льдом. Это также снижает количество снега и льда, застревающих на стали и держателе лезвия. Как уменьшить силу трения в фигурном катании? • • • • • Качество шагов характеризуется реберностью их исполнения. При скольжении на плоскости конька увеличивается площадь опоры, уменьшается удельное давление, что приводит к ухудшению скольжения конька по льду, так как увеличивается сила трения. После того как фигуристы закончили кататься специальное оборудование промывает лед что бы уменьшить силу трения. Коньки остро затачивают для лучшего сцепления со льдом, а так же для увеличения давления на него. Под давлением лед(при небольших температурах) плавится под коньком, образуя смазку(жидкое трение), что, в свою очередь, еще уменьшает трение скольжения. Также при скольжении по гладкой поверхности участвует сила трения покоя, позволяющая фигуристу отталкиваться от гладкой поверхности, когда он ставит конек на ребро, или резко останавливается при постановке конька на носок. При скольжении конька по гладкой поверхности, силы, действующие на тело - сила тяжести и сила реакции опоры скомпенсированы, следовательно, не мешают телу двигаться равномерно. Хоккей с шайбой на льду командная спортивная игра на льду Хоккей обязан своим происхождением малому трению при скольжении плоской резиновой шайбы по льду. Это позволяет хоккеистам поддерживать невиданный темп игры, осуществляя молниеносные комбинации. Перед матчем шайбу сильно охлаждают чтобы уменьшить трение о лед. Но трение и очень мешает, шайба из-за трения может не доскользить до напарника, и её быстро перехватит соперник. Основу хоккейной техники составляет катание на коньках. Передвижение игрока по площадке отличается не только быстротой, но и маневренностью. • Бобслей бобслей, скелетон • Санный спорт СОВЕТ 4 • Используйте определенный сплав на коньках боба. • Надевайте хорошо отшлифованные коньки. • Лед должен быть подготовленным. Бобслей • Бобслей - скоростной спуск по специально оборудованной трассе на бобах (управляемые сани). Сила трения в бобслее Хороший боб использует для ускорения физические силы и уменьшает действие сил, замедляющих движение (в том числе силы трения). Между гладким металлом и льдом возникает значительное трение, но для того, чтобы замедлить скорость боба, хватило бы и небольшого трения. По этой причине на быстрые бобы надеваются хорошо отшлифованные коньки, которые должны быть как можно тоньше и в то же время соответствовать требованиям. Коньки каждого последующего боба царапают и прорезают лед, так что экипажам, которые выступают позже, приходится преодолевать большее трение. Керлинг • Керлинг – разновидность командной игры в кегли на льду Curr – этот шотландский глагол описывает низкое рычание или рокот. • • • Многое здесь зависит от качества льда. Специальная кёрлинговая обувь обеспечивает скольжение и передвижение по площадке (подошва одного ботинка может быть покрыта скользящим материалом, а другого – антискользящим материалом). Используется кёрлинговая щётка или метёлка установленного образца. Лед в керлинге натирают для того, чтобы на поверхности льда создать тонкий слой воды, по которому будет скользить камень, существенно увеличивая путь камня, но и меняя его траекторию движения. СОВЕТ 5 • В керлинге используйте специальную обувь. • Используйте кёрлинговую щётку или метёлку установленного образца. • Неотъемлемой частью керлинга является свиппинг. Сила трения в керлинге Метла используется для расчистки льда перед камнем, что, в свою очередь, служит для: уменьшения трения и продления пути пройденного камнем помогает сохранить, делает прямой траекторию камня Нынешний вес камня, зафиксированный в международных правилах, — 19 килограммов 960 граммов. Теперь делают камни для керлинга из канадского и немецкого гранита. Неотъемлемой частью керлинга является свиппинг. После того, как лед на игровой площадке замерзнет, на его поверхность специальными лейками наносится тоненький слой из капелек воды. Стирая их силой трения перед катящимся камнем, керлер старается хоть немного растопить эти капельки и увеличить дистанцию камня на считанные сантиметры. Отбросив все дела и, на погоду не глядя, Хором миллионов скажем «Да» Олимпиаде! Красным, белым и синим светят небеса, С нами вместе Россия – голосуем за! Тест 1. От каких величин зависит дальность скольжения камня в керлинге? От силы толчка; От массы камня; От силы трения скольжения. 2. Когда и почему лучше скольжение коньков и саней: в обычный зимний день в большой мороз 3. Какой лед более скользкий Гладкий шероховатый? 4. Как можно уменьшить силу трения в лыжном спорте? Смазка лыж Минимизировать вес Шлифовка поверхностей 5. В каком виде спорта специально используют жидкое трение? Хоккей Керлинг Биатлон Тест 1. От каких величин зависит дальность скольжения камня в керлинге? От силы толчка; От массы камня; От силы трения скольжения. 4. Как можно уменьшить силу трения в лыжном спорте? Смазка лыж Минимизировать вес Шлифовка поверхностей 5. В каком виде спорта 2. Когда и почему лучше скольжение коньков и саней: специально используют в обычный зимний день жидкое трение? в большой мороз (Ответ. В обычный день, т.к. лед в этот день под лезвиями коньков тает быстрее.) 3. Какой лед более скользкий гладкий шероховатый Хоккей Керлинг Биатлон Результаты тестирования Оценка работы • Учитель физики • В работе изложены вопросы, связанные с теорией силы трения, историей изучения закономерностей силы трения, выявлены причины возникновения трения, рассмотрены виды трения, даны конкретные советы по уменьшению силы трения в зимних видах спорта для каждого вида. Презентация работы сопровождается фотографиями и видеосюжетами, что делает ее особенно интересной и доступной каждому ученику. Результаты тестирования подтверждают это. • Учитель физкультуры Видео-отчет Использованные источники Школьные учебники, книги • • • • • • • А.А.Леонович детская энциклопедия «Я познаю мир», Москва, Аст, 1999 Я.И. Перельман «Занимательная физика», Москва, Наука, 1976 Ф.Д.Бублейников «Физика и опыт», Москва, Просвещение, 1970 А.С.Енохович «Справочник по физике», Москва, Просвещение, 1978 О.Ф.Кабардин Справочные материалы.Физика», Москва, Просвещение, 1988 М.Ивановский «Законы движения», Москва, Детгиз, 1957 Энциклопедический словарь юного физика, Москва, Педагогика, 1984 Физические сайты • http://videoscope.cc/147082-fiksiki-silatrenija.html • http://files.schoolcollection.edu.ru/dlrstore/2cddd8f9-0a06448e-9216-82ac83b3046b/7_100.avi • ГИМН Олимпиады http://muzofon.com/search/Гимн%20Олимп иады%202014%20в%20Сочи • • • • • http://opace.ru/a/klassifikatsiya_vidov_sport a http://ppt4web.ru/obshhestvoznanija/zimnie -olimpijjskie-vidy-sporta.h http://www.fizsport.ru/osnovy-tekhnikilyzhnogo-sporta/ispolzovanie-sil-vperedvizhenii-lyzhnika http://uchifiziku.ru/2012/07/03/sekretyfiziki-fizik-na-konkax/ http://class-fizika.narod.ru/tren7.htm Результаты исследования • В ходе исследования мы установили, что в зимних видах спорта необходимо знать способы уменьшения силы трения: шлифовать поверхности, уменьшать при возможности нагрузки, смазывать трущиеся поверхности.