[0:00]Вітаю на 46-му уроці. Тема: тертя. Сила тертя. Сьогодні я ознайомлю вас з поняттям тертя, сили тертя та її видами. Поясню природу виникнення тертя та продемонструю практичне застосування знань про тертя в різних галузях. Розпочинаємо. Подивіться уважно на малюнки та уявіть подібні ситуації. Автомобіль, вимкнувши двигун, через певний час зупиняється. Шайба, рухаючись по льоду, згодом також зупиниться. Санчата, які з'їхали з льодяної гірки і далі продовжують рух по горизонтальній ділянці, через певний час теж зупиняться. Що є причиною зменшення швидкості руху усіх цих тіл? Причиною зміни швидкості руху тіл є взаємодія між тілами або дія одного тіла на інше. Отже, у випадку, який розглядає, відбувається взаємодія між колесами автомобіля та дорогою, між шайбою та льодом, між санчатами та снігом. Величина, яка характеризує цю взаємодію за значенням та напрямком, є силою. Отже, тіла зупинились, тому що на них діяла сила, яка перешкоджала їх руху, так звана сила тертя. За означенням, сила тертя - це сила, яка виникає при русі одного тіла по поверхні іншого і перешкоджає їх відносному переміщенню. Які причини виникнення сили тертя? Якщо ми говоримо про так зване сухе тертя, то причин тут дві. Перша - це нерівність дотичних поверхонь. Навіть гладенькі на вигляд поверхні тіл мають нерівності, горбики і подряпини. Коли одне тіло ковзає або намагається ковзати по поверхні іншого, нерівності чіпляються одна за одну і деформуються. Виникають сили пружності, направлені в бік, протилежний деформації. А друга причина - це взаємне притягання частинок, атомів, молекул, іонів, дотичних поверхонь. Якщо поверхні тіл дуже добре відполіровані, то їх частинки, атоми, молекули, іони, розміщуються так близько одна до одної, що помітно починає проявлятися притягання між ними. Розрізняють декілька видів тертя: тертя спокою, тертя ковзання та тертя кочення. Тертя спокою виникає у разі спроби зрушити одне тіло відносно іншого. Тертя ковзання виникає, коли одне тіло ковзає по поверхні іншого. А тертя кочення виникає тоді, коли одне тіло котиться по поверхні іншого. Зараз ми по черзі усіх їх розглянемо. Сила тертя спокою позначається великою літерою F з індексом тертя сп. Це сила, яка виникає між двома дотичними тілами в разі спроби зрушити одне тіло відносно іншого і напрямлена в бік, протилежний тому, в який би рухалось тіло, якби тертя не було. Наприклад, коли хлопчик буде штовхати холодильник і до тих пір, поки він залишатиметься нерухомим, незважаючи на дію сили, в нас і виникатиме дана сила тертя спокою. Ми бачимо її позначення, тобто сила тертя спокою прикладена вздовж поверхні, якою тіло дотикається до іншого тіла. І за значенням дорівнює зовнішній силі, що намагається зрушити тіло. Ми записали, що F тертя спокою дорівнює F зовнішній силі. Адже дійсно, холодильник нерухомий, а значить ці сили скомпенсовані. А у разі збільшення зовнішньої сили, що намагається зрушити тіло, збільшуватиметься і сила тертя спокою. Ми це бачимо і за графіком справа. І ось, коли зовнішня сила набуде певного значення, і тіло ось-ось почне рух, сила тертя спокою стане максимальною. А коли сила тертя спокою сягає максимального значення, то тіло зрушує з місця, тобто починається ковзання. А чи корисна сила тертя спокою? Найчастіше дія сили тертя спокою є дуже корисною. Завдяки їй ручки і олівці залишають слід на папері, речі не вислизають із рук, не розв'язуються вузли. Ця сила утримує піщини в купі піску, а коріння рослин у ґрунті. Завдяки силі тертя спокою пересуваються люди, тварини, ступні людини, лапи тварин, у момент дотику з поверхнею дороги, намагається, по суті, здійснити рух назад. У результаті виникає сила тертя спокою, направлена вперед, рушійна сила. А що ж таке сила тертя ковзання? Позначається вона літерою F з індексом тертя ковз. За означенням це сила, яка виникає в разі ковзання одного тіла по поверхні іншого і направлена протилежно напрямку руху тіла. Ми на малюнку бачимо її позначення, який показує, де вона виникає. Сила тертя ковзання, як ми вже сказали, діє вздовж поверхні дотику тіл і трохи менша за максимально силу тертя спокою. Саме тому тіла починають рухатись з місця ривком і зрушити їх важче, ніж потім рухати. Це особливо помітно, коли тіла є масивними. А від чого ж залежить сила тертя ковзання? Давайте проведемо експерименти, точніше, поспостерігаємо за їх результатами. Якщо ми будемо рівномірно тягти динамометром брусок по горизонтальній поверхні, на брусок у напрямку його руху діятиме сила пружності з боку пружини динамометра. А в протилежному напрямку сила тертя ковзання. І так як брусок рухається рівномірно, то сила пружності зрівноважує силу тертя ковзання. Отже, динамометр показує значення сили тертя ковзання. І у ході ковзання того самого тіла по різних поверхнях, ми побачимо, що виникатиме різна сила тертя ковзання. Це видно з малюнків. У нас є дерев'яний брусок, який ковзає по дерев'яній дошці, по склу та наждачному паперу. Ми бачимо, що динамометр показує скрізь різні тертя ковзання.
[7:12]Отже, можемо зробити висновок, що сила тертя ковзання залежить від матеріалів, з яких виготовлені дотичні тіла та якістю обробки інших поверхонь.
[7:39]А тепер продовжимо експеримент. Якщо провести ті самі досліди, перевернувши брусок на меншу грань, то ми побачимо, що покази динамометра будуть тими самими. З цього можемо зробити висновок, що сила тертя ковзання не залежить від площі дотичних поверхонь.
[8:12]А тепер зробимо ще один дослід з тими ж самими брусками. Покладемо на брусок додатковий тягар, або ще один такий самий брусок, збільшивши в такий спосіб силу нормальної реакції опори. Адже сила тяжіння почне діяти більша. І ось, цей дослід покаже, що сила тертя ковзання зростатиме. І що більша сила притискає тіло до поверхні, то більша сила тертя ковзання виникатиме при цьому. Свій час це узагальнив закон Амонтона-Кулона, який формулюється так: Сила тертя ковзання не залежить від площі дотику тіл і прямо пропорційна силі нормальної реакції опори.
[9:16]Математично записується через формулу: F тертя ковз дорівнює мю на N. Де F тертя ковз - це сила тертя ковзання, мю - це коефіцієнт тертя ковзання, про який ми зараз поговоримо. І N, ми вже знаємо, це сила нормальної реакції опори. Невідоме в даній формулі поки лиш мю. Нова грецька літера та нова фізична величина. Що ж це таке? Це так званий коефіцієнт тертя ковзання, який залежить від матеріалів, з яких виготовлені дотичні тіла та якості обробки їхніх поверхонь і наявності між ними сторонніх речовин. Коефіцієнт тертя ковзання мю є величиною без одиниць. Адже дійсно, щоб знайти мю, нам треба F тертя ковзання поділити на N. Тобто силу поділити на силу. Ньютони поділити на ньютони. Отже, ньютони в нас скоротяться і буде безрозмірна фізична величина. Вас в підручнику на сторінці 184 є табличка, де можна побачити коефіцієнти тертя ковзання для деяких пар матеріалів. Зараз ви на екрані теж її бачите. Чим легше матеріали ковзають один по одному, тим цей коефіцієнт буде меншим. Тобто сталь по льоду має коефіцієнт тертя ковзання всього лиш 0,2. А ось гума по бетону - 0,75. А як зменшити силу тертя ковзання? Силу тертя ковзання можна зменшити, якщо змастити поверхні, що активно і використовується. Мастило, переважно рідке, потрапивши між дотичними поверхнями, віддалить їх одну від одної. Тобто ковзатимуть не поверхні тіл, а шари мастила. У фізації каже, що тертя ковзання, так зване сухе тертя, заміниться на в'язке, рідке тертя, за якого сила тертя є істотно меншою. Другий спосіб зменшити тертя ковзання - перетворити його в силу тертя кочення. Сила тертя кочення позначається великою літерою F з індексом тертя коч. Це сила, яка виникає під час кочення одного тіла по поверхні іншого. І всі, мабуть, зрозуміло, що сила тертя кочення набагато менша, ніж сила тертя ковзання. Переконатися в цьому дозволить дуже простенький експеримент, який кожен може повторити. Якщо ви візьмете підручник і почнете його рухати по столі, ви можете оцінити спочатку тертя ковзання. А далі під підручник помістіть круглі ручки чи олівці та знову ж повторіть дослід. Ви одразу ж зрозумієте, що підручник стало набагато легше рухати, а отже, сила тертя кочення набагато менша за сила тертя ковзання. Також заміна ковзання холодильника на кочення приводить до значного зменшення сили тертя. Це відомо, мабуть, всім. Для зменшення сили тертя людство здавно використовує колесо, а в різноманітних машинах і механізмах підшипники. Це все приклади заміни тертя ковзання на тертя кочення. А тепер розв'язуємо задачі, щоб закріпити дану тему. Мені здається, доволі цікава. Завдання перше. Навіщо футбольні воротарі користуються під час гри спеціальними рукавичками?
[14:14]Рукавички виготовлені із спеціального матеріалу, який збільшує тертя між руками і м'ячем. Сучасні рукавиці обробляють, наприклад, латексною піною, що робить їх більш липкими. Також додають шар латексу всередині рукавиці воротаря, створюючи поверхню латексу між руками і рукавицями. Це допомагає запобігти ковзанню рукавиць на руках воротарів під час гри. Завдання два. Як направлена сила тертя, що діє на коробку при русі стрічки транспортера? Ну, звісно, сила тертя спокою направлена у напрямку руху транспортерної стрічки. Чому? Тому що за означенням сила тертя спокою - це сила, яка виникає між двома дотичними тілами в разі спроби зрушити одне тіло відносно іншого і направлена в бік, протилежний тому, в який би рухалось тіло, якби тертя не було. Завдання три. Поверхні всіх суглобів покриті синовіальною рідиною, яку виробляє організм. Яке це має значення для роботи суглобів? Суглобова рідина по структурі нагадує мастило, за допомогою якої кістки суглобів рухаються безшумно і легко, захищаючи суглобову кісткову тканину від передчасного зношування. Завдання чотири. Поясніть, чому спортивні майданчики для бігу та стрибків роблять з матеріалів з високим коефіцієнтом тертя. Як це впливає на спортсменів? Для покриття дійсно використовують гуму або синтетичні матеріали, які забезпечує спортсменам кращу чіпку з поверхнею. Тобто збільшує дію сили тертя. Завдяки цьому тренування стають більш безпечними та ефективними. Спортсмени можуть швидше бігти і виконувати стрибки з більшою точністю. Завдання п'ять. Чому олівцем писати на папері легко, а на гладкій скляній поверхні неможливо? Під час письма грифель олівця стикається з поверхнею паперу і сила тертя між ними дозволяє залишити слід. Папір має шорстку поверхню і створюється достатньо тертя, щоб залишити його. На гладкій скляній поверхні тертя значно менша, тому грифель не може залишити слід, оскільки немає достатнього щеплення. Там, де мало тертя, графіт просто ковзає по поверхні. На цьому все. Залишилось відповісти на подані запитання, щоб провести самоперевірку та переконатися, що ви повністю засвоїли дану тему. Домашнє завдання: опрацювати параграф 26-й та виконати вправи 26 номери 1, 3 та 4. На наступних уроках ми будемо виконувати лабораторну роботу по даній темі, а також вчитися розв'язувати задачі. На основі закону Амонтона-Кулона, то його обов'язково вивчити, як і формулу. На цьому все. Дякую за увагу. До зустрічі на наступному уроці.
