Тертя з Cobra SMARTsense

Чому ми не можемо після кількох обертів педалей їхати рівною ділянкою нескінченно довго?

Хіба не чудово було б сісти на велосипед, кілька разів крутнути педалі й котитися далі нескінченно? (Звісно, за умови, що ти на рівній ділянці.) Але ні: без постійного крутіння педалей навіть на рівній ділянці ти доволі швидко зупинишся, та й узагалі спершу треба докласти силу, щоб зрушити з місця. Причина всього цього - тертя між шиною і землею. Загалом будь-який рух на Землі пов'язаний із тертям, а отже, і з втратою енергії. З іншого боку, тертя має й свої переваги. Саме воно під час гальмування відповідає за те, що велосипед чи автомобіль зупиняється, - гарна річ на 130 км/год на автобані.

Попередні знання

Тертя залежить від поверхні й ваги, але не залежить від площі дотику. Крім того, можна показати різницю між (тертя спокою) і (тертя ковзання).

Навчальна мета

Тут учні мають ознайомитися з основними властивостями тертя. Показати їх на невеликих дослідах допомагає датчик «Cobra SMARTsense-Force».

Принцип

Коли тіла прилягають одне до одного, ковзають або котяться, виникає тертя. При цьому між тілами діють сили, які називають силами тертя. Сили тертя завжди напрямлені так, щоб протидіяти рухові й гальмувати або унеможливлювати його.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Чому ми не можемо після кількох обертів педалей їхати рівною ділянкою нескінченно довго?

Хіба не чудово було б сісти на велосипед, кілька разів крутнути педалі й котитися далі нескінченно? Але ні: без постійного крутіння педалей навіть на рівній ділянці ти доволі швидко зупинишся, та й узагалі спершу треба докласти силу, щоб зрушити з місця.

Причина всього цього - тертя між шиною і землею. Якби не було тертя спокою, людина не могла б рухатися по поверхні.

Виміряй силу, потрібну для того, щоб протягти дерев'яний брусок по столу. Визнач тертя спокою і тертя ковзання для різних матеріалів, ваги і площі дотику.

Обладнання

iOS

Android

Windows

• Відріж від волосіні нитку завдовжки приблизно 15 см і зроби на обох кінцях петлі. При цьому справді важливо не робити нитку задовгою.
• Тепер начепи один кінець нитки на гачок датчика сили, як ти бачиш на рисунку праворуч.
• Поклади брусок тертя дерев'яним боком на стіл і закріпи другу петлю волосіні на гачку бруска тертя. Стеж, щоб волосінь між бруском тертя і датчиком сили до початку вимірювання не була натягнута.

Схема досліду

• Для цього досліду ти використовуєш датчик Cobra SMARTsense-Force.
• Увімкни свій датчик Cobra SMARTsense-Force. Відкрий застосунок «measure». І вибери як датчик динамометр.

Cobra SMARTsense-Force

measureAPP

• Переконайся, що в застосунку вибрано датчик сили, і перемкнися вгорі на цифровий показ.
• Нитка між датчиком і бруском тертя не має бути натягнута.
• Вибери в застосунку «Обнулити». Тепер цифровий показ має показувати силу близько 0,00 Н.
• Запусти вимірювання, натиснувши внизу на червоний кружок.

Обнулення датчика сили

• Тепер тягни дуже повільно за динамометр, щоб нитка натягнулася і брусок тертя зрушив з місця. Намагайся вести брусок по столу рівномірно (з якомога сталішою швидкістю). Стеж при цьому, щоб стола торкався лише брусок, тобто ні шнур, ні динамометр, ні рука, що його тримає.
• Завершуючи дослід, не забудь знову послабити нитку: після протягування трохи посунь динамометр до бруска, перш ніж покласти його на стіл.
• Зупини вимірювання і збережи його.

Виконання, частина 1

• Записуй собі, яке вимірювання до якого досліду належить, щоб потім розрізняти графіки. Крім того, створи відповідний проєкт, у якому зможеш зберігати всі вимірювання цього досліду.
• Повтори вимірювання так само з гумовим боком бруска тертя і збережи своє вимірювання теж у своєму проєкті.

Виконання, частина 2

• Піджени аркуш паперу, обрізавши його під розмір бруска тертя, і постав брусок дерев'яним боком на нього. Повтори вимірювання.

• Далі виконай дослід із гумовим боком бруска тертя і прорізним тягарцем 50 г. Для цього встав утримувальний болт товщим кінцем в отвір у бруску тертя. Тепер прорізний тягарець легко насаджується.
• Зніми тягарець разом з утримувальним болтом і виконай останній дослід: постав брусок тертя на один із його дерев'яних вужчих поздовжніх боків, тобто зменш площу дотику зі столом.

Виконання, частина 4

• Виклич у застосунку одне за одним перші вимірювання з дерев'яним і з гумовим боком бруска тертя.
• Щоразу вибирай інструмент «Вимірювання», щоб визначити F1 і F2.
• Внеси значення до таблиці 1.

Матеріал [Н] [Н]

Дерево

Гума

Таблиця 1: і (з дерев'яним і з гумовим боком бруска тертя)

Тепер виміряй тертя ковзання для досліду:

• з папером,
• з тягарцем
• і з поздовжнім боком.
  

Внеси ці значення до таблиці 2.

Матеріал [Н]

Папір

Тягарець
50 г

Дерев'яний
поздовжній бік

Таблиця 2: при терті з папером, із прорізним тягарцем і з поздовжнім боком бруска тертя

Завдання:

- дерев'яний бік бруска тертя
- гумовий бік бруска тертя

Відповідь:

Розв'язок:
Ліворуч: дерев'яний бік бруска тертя
Праворуч: гумовий бік бруска тертя

Завдання:

- поздовжній бік бруска тертя
- дослід із папером

Відповідь:

Розв'язок:
Ліворуч: дослід із папером
Праворуч: поздовжній бік бруска тертя

Порівняй свої вимірювання з графіками ліворуч і подивися, які варіанти вимірювання збігаються. Відповідь - перевернути

Порада: Графік показує силу, яку довелося прикласти, щоб тягти брусок тертя. Коли брусок лежить нерухомо, сила теж дорівнює 0 Н. Коли починаєш його тягти, сила стрибком зростає, а потім, поки тягнеш зі сталою швидкістю, вона приблизно стала.

Зв'язок сил

Тертя спокою