Název: Studium tření a jeho vliv na běžné aktivity Autor: Mgr. Petr Majer Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy Předmět (mezipředmětové vztahy) : Fyzika (Člověk a svět práce) Tematický celek: Mechanika Ročník: 3. (1. ročník vyššího gymnázia) Popis - stručná anotace: Žák určí klidovou třecí sílu, smykovou třecí sílu, tlakovou sílu a součinitel smykového tření.
Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu Přírodní vědy prakticky a v souvislostech ‒ inovace výuky přírodovědných předmětů na Gymnáziu Jana Nerudy (číslo projektu CZ.2.17/3.1.00/36047) financovaného z Operačního programu Praha - Adaptabilita.
Výukové materiály
Úkol Změřit klidovou a smykovou třecí sílu a příslušné součinitele tření. Pomůcky Datalogger, modul siloměr, tři stejná tělesa, podložka Teorie Pojmem tření obvykle rozumíme vzájemné působení stýkajících se těles, které brání jejich pohybu. Tření někdy pohyb umožňuje, např.: chůze, pohyb aut, lokomotiv, jindy je pohybu na závadu, např.: tření v ložiskách strojů. Podle způsobu, jak se tělesa po sobě pohybují, dělíme tření na smykové, klidové a valivé. Klidové tření Klidová třecí síla je síla, která brání vzniku pohybu jednoho tělesa po povrchu druhého. Síly klidového tření vznikají tak, že do sebe zapadají drobné nerovnosti povrchů těles. Tyto síly také vznikají pružnými deformacemi těchto nerovností. Smykové tření Tělesa se pohybují po sobě rovnými stěnami. Třecí síla brání pohybu těles. Velikost třecí síly závisí na jakosti třecích ploch, tj. jejich látce a drsnosti. Nezávisí v jistých mezích na rychlosti vzájemného pohybu obou těles. Při velkých rychlostech se pak zmenšuje, proto při velkých rychlostech může snadněji nastat smyk. Nezávisí na velikosti třecích ploch, ale závisí na velikosti kolmé (normálové) síly působící na těleso (přítlačná síla). Třecí sílu určíme dle vztahu F t =f . F N , kde Ft je třecí síla, FN smykového tření je tedy f=
(1) normálová síla a f je součinitel smykového tření. Součinitel
Ft , FN
(2)
protože je to poměr dvou veličin se stejným rozměrem, je to číslo bezrozměrné. Jeho hodnota závisí na látkách, ze kterých jsou tělesa zhotovena, a na hladkosti jejich povrchu. Velikost součinitele smyk. tření najdeme v MF tabulkách. Valivé tření Valivé tření je síla, která působí proti směru pohybu při pohybu valivém. Tento typ tření určujeme hlavně u ložisek nebo kol. Čím větší poloměr těleso má, tím menší valivé tření vzniká.
Postup práce 1. Siloměr „zahákneme“ za těleso (kvádr) a plynulým pohybem uvedeme těleso po vodorovné podložce do pohybu. Odečteme hodnoty síly potřebné pro uvedení tělesa do pohybu (klidová třecí síla Ft0 ) a sílu, kterou poté těleso za siloměr táhneme (třecí síla Ft ). 2. Normálovou (přítlačnou) sílu FN určíme tak, že těleso zavěsíme za siloměr. 3. Dle vztahu (2) dopočítáme součinitel smykového tření. Výsledek porovnáme s údaji v tabulkách. 4. Měření opakujeme pro dva a tři kvádry umístěné na sobě. 5. Určíme, na čem závisí velikost třecí síly. 6. Kde při běžných aktivitách je tření žádoucí? Kdy naopak nežádoucí a jak jsou tyto aktivity ovlivněny třením? Výsledky Ft0
Ft
FN
[N]
[N]
[N]
1
1,5
1,7
10
0,17
2
3,7
3,44
20
0,17
3
4,5
4,9
30
0,16
Počet kvádrů
f
Další aplikace, možnosti, rozšíření, zajímavosti Práci je možné rozšířit o měření s jinými povrchy a tělesy. Měření provést pro různé rychlosti tělesa a pro nerovnoměrný pohyb. Literatura D. Halliday, R. Resnick, J. Walker – Fyzika, Vysoké učení technické v Brně – Nakladatelství PROMETHEUS Praha, 2000 Z. Horák, F. Krupka – Fyzika, SNTL/ALFA Praha,1976.
Pracovní list žáka
Studium tření a jeho vliv na běžné aktivity Laboratorní práce č.:
Vypracoval:
Třída, školní rok:
Spolupracovali:
Úkol Změřit klidovou a smykovou třecí sílu a příslušné součinitele tření. Pomůcky Datalogger, modul siloměr, tři stejná tělesa, podložka Teorie Pojmem tření obvykle rozumíme vzájemné působení stýkajících se těles, které brání jejich pohybu. Tření někdy pohyb umožňuje, např.: chůze, pohyb aut, lokomotiv, jindy je pohybu na závadu, např.: tření v ložiskách strojů. Podle způsobu, jak se tělesa po sobě pohybují, dělíme tření na smykové, klidové a valivé. Klidové tření Klidová třecí síla je síla, která brání vzniku pohybu jednoho tělesa po povrchu druhého. Síly klidového tření vznikají tak, že do sebe zapadají drobné nerovnosti povrchů těles. Tyto síly také vznikají pružnými deformacemi těchto nerovností. Smykové tření Tělesa se pohybují po sobě rovnými stěnami. Třecí síla brání pohybu těles. Velikost třecí síly závisí na jakosti třecích ploch, tj. jejich látce a drsnosti. Nezávisí v jistých mezích na rychlosti vzájemného pohybu obou těles. Při velkých rychlostech se pak zmenšuje, proto při velkých rychlostech může snadněji nastat smyk. Nezávisí na velikosti třecích ploch, ale závisí na velikosti kolmé (normálové) síly působící na těleso (přítlačná síla). Třecí sílu určíme dle vztahu F t =f . F N , kde Ft je třecí síla, FN smykového tření je tedy f=
Ft , FN
(1) normálová síla a f je součinitel smykového tření. Součinitel
(2)
protože je to poměr dvou veličin se stejným rozměrem, je to číslo bezrozměrné. Jeho hodnota závisí na látkách, ze kterých jsou tělesa zhotovena, a na hladkosti jejich povrchu. Velikost součinitele smyk. tření najdeme v MF tabulkách.
Valivé tření Valivé tření je síla, která působí proti směru pohybu při pohybu valivém. Tento typ tření určujeme hlavně u ložisek nebo kol. Čím větší poloměr těleso má, tím menší valivé tření vzniká. Postup práce 1. Siloměr „zahákneme“ za těleso (kvádr) a plynulým pohybem uvedeme těleso po vodorovné podložce do pohybu. Odečteme hodnoty síly potřebné pro uvedení tělesa do pohybu (klidová třecí síla Ft0 ) a sílu, kterou poté těleso za siloměr táhneme (třecí síla Ft ). 2. Normálovou (přítlačnou) sílu FN určíme tak, že těleso zavěsíme za siloměr. 3. Dle vztahu (2) dopočítáme součinitel smykového tření. Výsledek porovnáme s údaji v tabulkách. 4. Měření opakujeme pro dva a tři kvádry umístěné na sobě. 5. Určíme, na čem závisí velikost třecí síly. 6. Kde při běžných aktivitách je tření žádoucí? Kdy naopak nežádoucí a jak jsou tyto aktivity ovlivněny třením? Výsledky
Počet kvádrů 1 2 3
Závěr
Ft0
Ft
FN
[N]
[N]
[N]
f
