История развития учения о трении. Классические законы трения, открытые французскими учеными Амонтоном и Кулоном в XVII-XVIII в. Трение скольжения, покоя и качения, а также способы его уменьшения. Вредное и полезное трение. Формула Эйлера. Конус трения.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ШАХОВСКАЯ ГИМНАЗИЯ»

Реферат по физике

Трение: вредное, полезное, любопытное

Выполнил: Исаенко Николай

учащийся 10 класса

Руководитель: Королев Юрий Алексеевич,

учитель физики

п. Шаховская 2013



Оглавление

1. Введение

2. Основная часть

2.1 История развития учения о трении

2.2 Трение скольжения

2.3 Трение покоя

2.4 Трение качения

2.5 Способы уменьшения трения

2.6 Вредное и полезное трение

2.7 Формула Эйлера

2.8 Конус трения

2.9 Любознательное трение

2.10 Трение в жизни растений и животных

2.11 Мир без трения

Заключение

Список литературы



1. Введение

В наше время знание основ физики необходимо каждому, чтобы иметь правильное представление об окружающем. Среди всех изучаемых предметов физика является одних из тех, которые вызывают у меня большой интерес. Я хочу повышать и совершенствовать свои знания в этой трудной, но увлекательной науке. Учебно-исследовательская реферативная деятельность дает мне такую возможность.

Трение, хотя и изучается в 7 классе, остается одним из самых трудных вопросов естествознания. В работе я описываю виды трения и причины возникновения каждого из них.

В исследовании собраны данные о новых открытиях в этой области и о применении этих открытий. Особый интерес представляет раздел «Трение в живой природе». Как мудро всё устроено в нашем мире! Каждое животное использует силу трения для того, чтобы быстрее двигаться, крепче держать добычу. При этом решая важную задачу его регулирования. Ведь трение не всегда наш помощник, во многих случаях с ним приходится бороться. Много собрано интересного материала по всем разделам представленной работы.

Трение встречается буквально на каждом шагу, без него и шага не сделаешь. Держу ручку в руке -- трение, стоят на столе всякие предметы, не соскальзывают -- трение; гвозди держат полку с книгами, не вылезают из стены -- трение. Куда не бросишь свой взгляд, кругом трение, трение, трение...

Трение поругивают, когда оно препятствует движению, похваливают, когда трение способствует движению. К трению привыкли за 400 лет (со времени его открытия), увеличивают или уменьшают его, когда это необходимо, и не удивляются самому факту существования трения везде и всюду, во всех явлениях природы.

Почему с сумками в руках по скользкой дороге идти легче? Почему звучит скрипичная струна, когда по ней ведут смычком? Ведь смычок движется, а колебания струны периодические. Почему бегуны-спринтеры бегают в шиповках, а стайеры - в мягкой обуви (а то и босиком!)? Сухое мыло не выскальзывает из сухих рук, а мокрое из мокрых частенько. Почему?

Ответы на все эти и многие другие важные вопросы, связанные с движением тел, дают законы трения.

В своей работе я попытаюсь разобраться в причинах трения и способах его изменения. Главной своей задачей ставлю раскрыть тайны знакомой нам с детства силы трения



2. Основная часть

2.1 История развития учения о трении

Впервые попытки осмыслить природу трения были сделаны Аристотелем). Опираясь на наблюдаемые факты, он отмечал, что любое, в том числе равномерное, перемещение реальных тел в горизонтальной плоскости всегда встречает внешнее сопротивление, причем это сопротивление зависит от веса тела.

Открытие Галилеем в конце XVI века закона инерции и понятия о массе тела позволило четко разграничить сопротивление движению, вызываемое инерцией и возникающее лишь при изменении скорости, от сопротивления внешней среды, которое имеется и при постоянной скорости и вызвано силами внешнего трения.

Значительный вклад в изучение причин трения внес Леонардо да Винчи. Обосновывая невозможность создания вечного двигателя, одной из причин этого он считал трение. Леонардо да Винчи впервые ввел понятие коэффициента трения, показал, что сила трения зависит от материала соприкасающихся поверхностей, от качества их обработки, прямо пропорциональна нагрузке и может быть уменьшена путем установки роликов или введения смазки между поверхностями трения. Он является изобретателем роликового и шарикового подшипников.

Первые исследования трения, о которых мы знаем, были проведены Леонардо да Винчи примерно 500 лет назад. Он измерял силу трения, действующую на деревянные параллелепипеды, скользящие по доске, причём, ставя бруски на разные грани, определял зависимость силы трения от площади опоры. Но работы Леонардо да Винчи стали известны уже после того, как классические законы трения были вновь открыты французскими учёными Амонтоном и Кулоном в XVII - XVIII веках

В 1699 г. француз Амонтон (рис. 1) впервые сформулировал знаменитый эмпирический закон линейной зависимости силы трения от нагрузки:

Рис. 1. Амонтон Гийом.

F = µN,

где µ - коэффициент трения;

N - нормальная к плоскости трения нагрузка.

Высказанная Амонтоном идея, объясняющая природу трения, как подъем одного тела по неровностям другого разделялась многими крупными ученными вплоть до конца XVIII в.

Большую роль в дальнейшем развитии представлений о трении сыграл Л. Эйлер (рис. 2), первый убедительно объяснивший (в 1750 г.) причину того факта, что сопротивление при переходе от состояния покоя к относительному движению всегда больше, чем сопротивление скольжению при тех же условиях.



Рис. 2. Леонард Эйлер.

Создателем науки о трении по праву считается великий французский ученый Шарль Кулон (рис. 3).

Рис. 3. Шарль Кулон.

В своем труде "Теория простых машин" (1781 г.) он охватил основные аспекты трения: сопротивление скольжению, сопротивление качению и сопротивление страгиванию. Кулон был первым, кто понял, что трение обусловлено множеством факторов (нагрузкой, скоростью скольжения, материалом трущихся деталей, шероховатостью их поверхностей и др.). Исследуя трение качения, Кулон впервые вывел формулу сопротивления перекатыванию:

где k- коэффициент трения качения, имеющий размерность длины;

Р- вес свободно катящегося цилиндра радиусом R.

Эта классическая формула используется и сейчас, хотя предпринимались многочисленные попытки ее опровергнуть. Несмотря на фундаментальный вклад Кулона в теорию трения, он игнорировал энергетический и тепловой аспекты этого явления, без которых механизм трения понять невозможно.

Первым ученым, доказавшим, что механическая энергия при трении не исчезает, а превращается в тепло, был англичанин Бенжамин Томпсон (Рис. 4) .

Наблюдая за сверление пушечных стволов, он пришел к выводу, что сильный нагрев заготовок есть прямой результат перехода подводимой к сверлу механической энергии в тепловую вследствие интенсивного трения инструмента о металл.

Рис. 4. Бенжамин Томпсон.

Итак, вот классические законы трения, открытые французскими учёными Амонтоном и Кулоном в XVII - XVIII веках:

1. Величина силы трения F прямо пропорциональна величине силы нормального давления N тела на поверхность, по которой движется тело, т.е.



F = µ N;

2. Сила трения не зависит от площади контакта между поверхностями;

3. Коэффициент трения зависит от свойств трущихся поверхностей;

4. Сила трения не зависит от скорости движения тела.

Дальнейший вклад в энергетические аспекты теории трения был сделан Майером (1842 г.), Джоулем (1843 г.), Гельмгольцем (1847 г.). Тогда же ( в середине XIX в.) были высказаны и первые предположения об адгезионной природе трения (адгезия - сцепление, слипание поверхностей прижатых друг к другу тел). Исследование роли адгезионных связей в трении получило дальнейшее развитие в различных физических теориях трения в 30-40-х годах XX в. (советские ученые В.Д. Кузнецов, Б.В. Дерягин, англичанин Д.А. Томлинсон и др.). В течение многих лет выдвигались и обосновывались различные гипотезы и модели трения. Однако оказалось, что познать в известном смысле сложную и сверхсложную систему (явление) -- это значит разумно упростить ее, сохраняя все необходимые и достаточные факторы.

Таким выдающимся упрощением явилась модель дискретного контактирования твердых тел при трении и гипотеза о двойственной природе фрикционного контакта твердых тел. В 50-60-х годах XX в. И.В. Крагельским, Ф. Боуденом и Д. Тейбором на основе этой модели была создана современная молекулярно-механическая теория трения. На сегодняшний день важнейшим итогом развития этой теории является четкая картина процессов трения и износа твердых тел, охватывающая физические (включая механические) и химические сопутствующие явления.

Давайте рассмотрим три вида трения: трение скольжения, трение покоя, трение качения.



2.2 Трение скольжения

...