В природе и технике трение имеет большое значение. Трение может быть полезным и вредным. Когда оно полезно, его стараются увеличить, когда вредно - уменьшить. Рассмотрим некоторые примеры.

Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле. Действительно, при ходьбе мы отталкиваемся ногами от земли. Когда же трение между подошвой обуви и землей (или льдом) мало, например, в гололедицу, то отталкиваться от земли очень трудно, ноги при этом скользят. Чтобы ноги прохожих не скользили, тротуары посыпают песком. Это увеличивает силу трения между подошвой обуви и льдом.

Не будь трения, предметы выскальзывали бы из рук.

Сила трения останавливает автомобиль при торможении. Без трения покоя он не смог бы и начать движение. Колеса вращались бы, проскальзывали, а автомобиль продолжал бы стоять на месте. Чтобы увеличить трение, поверхность шин у автомобиля делают е ребристыми выступами (рис. 71). Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, на колеса автомобиля надевают специальные цепи.

У многих растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания (усики растений, хобот слона, цепкие хвосты лазающих животных). Все они имеют форму, удобную для навивания, и шероховатую поверхность для увеличения трения.

Подумайте и немного пофантазируйте: что бы произошло со всеми нами, если бы в природе вдруг исчезло трение?

Но мы уже говорили, что во многих случаях трение вредно и с ним приходится бороться. Например, во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними вводят смазку. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов машин и станков, их опирают на подшипники. Деталь подшипника, непосредственно соприкасающуюся с валом, называют вкладышем. Вкладыши делают из твердых материалов - бронзы, чугуна или стали, - внутреннюю поверхность их покрывают особыми материалами, чаще всего баббитом 1 , и. смазывают. На рисунке 72 изображен подшипник, в котором вал 3 превращении скользит по поверхности вкладыша 2. Подшипники такого рода называют подшипниками скольжения.

Мы знаем, что сила трения качения при одинаковой нагрузке значительно меньше силы трения скольжения. На этом явлении основано применение шариковых и роликовых подшипников. В таких подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкладышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роликах.

Устройство простейших шарикового и роликового подшипников изображено на рисунке 73. Внутреннее кольцо подшипника, изготовленное из твердой стали, насажено на вал. Наружное же кольцо закреплено в корпусе машины. При вращении вала внутреннее кольцо катится на шариках или роликах, находящихся между кольцами.

Замена в машинах подшипников скольжения шариковыми или роликовыми подшипниками позволяет уменьшить силу трения в 20- 30 раз.

Шариковые и роликовые подшипники используют в разнообразных машинах: автомобилях, токарных станках, электрических двигателях, велосипедах и т. д. Без этих подшипников невозможно представить современную промышленность и транспорт.

1. Баббит - сплав свинца или олова с другими металлами.

Вопросы. 1. Какое значение имеет трение в жизни человека и животных? 2. Каково значение трения на транспорте? 3. Какие способы уменьшения трения вы знаете? 4. Для какой цели используют в машинах подшипники? 5. Как устроен подшипник скольжения? шариковый подшипник?

Цель моего исследования изучить роль силы трения в быту и технике.

Но трение может играть как положительную, так и отрицательную роль. Именно из-за него нагреваются и изнашиваются движущиеся части различных механизмов. В таких случаях его стараются уменьшить. Существует несколько способов уменьшения трения.

Один из них – это введение смазки между трущимися поверхностями. Смазка уменьшает соприкосновение тел, и трутся не тела, а слои жидкости. А трение в жидкости намного меньше, чем сухое трение.

Еще одним способом уменьшить трение является применение шариковых и роликовых подшипников. Попробую привести примеры силы трения в быту и технике

автомобиль может тормозить

на севере люди передвигаются на санках и лыжах - так быстрее, т.к. меньше сила трения

езда на велосипеде

любые смазанные детали работают лучше

в шарикоподшипниках возникает сила трения качения

колеса с шипами или даже с цепями

механизмы для передачи или преобразования движения с помощью трения, т.н.

Шины мотоциклов на крутых поворотах удерживают их при помощи протекторов. При гололеде трение уменьшается. Поэтому дороги посыпают песком.

Рельсы появились почти на сто лет раньше, чем паровоз! И только потом был изобретён паровоз. Изобретателей паровоза долго мучил вопрос: каким образом паровоз пойдёт по рельсам? Но что, если сила трения между колёсами и рельсами окажется малой? В этом случае колёса будут вращаться, проскальзывая по рельсам , как человек, пытающийся бежать по льду. Паровоз будет «буксовать» на месте и не только не потянет за собой вагоны, но, пожалуй, и сам себя не сдвинет.

Не доверяя трению, один из изобретателей сделал ведущие колёса паровоза зубчатыми и проложил рядом с главными рельсами специальные зубчатые рельсы для этих колёс. Ведущие колёса отталкивались от зубцов, а остальные катились по главным рельсам. Он мог делать всего 4 километра в час и при этом то и дело ломал зубцы.

Другой инженер построил совсем странный паровоз . У этого паровоза сзади была сложная система рычагов . Поршень паровой машины приводил в движение рычаги, и они заставляли переступать по земле прикреплённые к ним чугунные колодки. Такой паровоз, а лучше сказать – «пароход», в буквальном смысле ходил на чугунных ногах! Скорость его не превышала 5 километров в час.

У паровоза паровая машина вращает ведущие колёса. Она вызвала бы проскальзывание колёс по рельсам, если бы этому не препятствовала сила трения покоя, направленная вперёд. Эта-то сила, не давая колёсам скользить, и заставляет их катиться. Паровоз трогается с места.

Но, если к паровозу прицепить очень тяжелый состав, паровоз «забуксует» на месте. Чтобы паровоз мог везти состав, сила трения покоя его ведущих колёс должна быть больше общего трения качения по рельсам и трения скольжения в подшипниках для колёс всего состава.

Исаев Эмиль

>>Трение в природе и технике

Но трение может играть и отрицательную роль. Ведь именно из-за него нагреваются и изнашиваются многие движущиеся части различных механизмов. В таких случаях его стараются уменьшить.

Существуют разные способы уменьшения трения.

1. Введение между трущимися поверхностями смазки (например, какого-либо масла). При наличии смазки (рис. 42) соприкасаются не сами поверхности тел, а ее соседние слои. Трение же между слоями жидкости слабее, чем между твердыми поверхностями. Кстати, именно благодаря смазке, возникающей в результате таяния льда под коньком, скольжение на коньках по льду сопровождается очень слабым трением.

Рисунок 42. Уменьшение трения с помощью введения смазки.

2. Использование шариковых и роликовых подшипников (рис. 43). Внутреннее кольцо таких подшипников насаживают на вал какой-либо машины или станка. Наружное кольцо подшипника закрепляют в корпусе машины. Когда машину или станок включают и вал начинает вращаться, то вместе с внутренним кольцом он начинает не скользить, а катиться на шариках или роликах, находящихся между кольцами подшипника. Трение же качения существенно меньше трения скольжения. Поэтому вращающиеся части машин при наличии подшипников изнашиваются значительно медленнее и дольше служат людям.

Рисунок 43. Уменьшение трения с помощью использования шариковых и роликовых подшипников.

3. Применение воздушной подушки . Уменьшение трения при этом происходит за счет того, что между машиной и опорой создается область воздуха с повышенным давлением, препятствующая их непосредственному контакту. Подобные устройства применяют в судах на воздушной подушке, экранопланах и других аппаратах.

Вопросы.

1. Приведите примеры, показывающие, что трение может быть полезным.

2. Приведите примеры, показывающие, что трение может быть вредным.

3. Какие способы увеличения и уменьшения трения вы знаете?

Отослано читателями из интернет-сайтов

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Л. П. ЛИСОВСКИЙ и А. Е. САЛОМОНОВИЧ

^кружающий нас мир находится в непрестанном дви - жении. Простейшим видом этого движения является перемещение одних вещей, предметов, тел относительно других - так называемое механическое движе­ние. Мы садимся, встаём, ходим. По дороге лошадь тя­нет телегу; проезжает автомобиль; паровоз тянет по рельсам вагоны. Течёт река, по ней плывёт лодка, в воде плавают рыбы. По небу бегут облака, а над ними проно­сится самолёт. На фабрике с огромной скоростью вра­щаются станки, движутся приводные ремни.

Во всех этих разнообразных движениях есть одна об­щая черта. При всех таких движениях одни предметы соприкасаются либо с другими предметами, либо с окружающей их сплошной жидкой или газообразной средой, например, с водой или воздухом. Когда вы идёте, ваши ноги касаются пола. Автомобиль катится по дороге, вагоны - по рельсам. Рыбы плывут в воде, а вода в реке касается дна и берегов. Самолёт летит в воздухе, рассе­кая его своими крыльями.

Такое соприкосновение всегда оказывает большое влияние на движение.

Толкните лёгкие санки по укатанному снегу - они заскользят, но затем постепенно замедлят свой бег и оста­новятся. На дороге не видно подъёма; что же остановило санки? Санки остановила сила трения, кото­рая возникает между стальными полозьями санок и сне­гом при скольжении. Эта сила направлена навстречу скольжению санок, тормозит это скольжение, уменьшает его скорость и, в конце концов, останавливает санки. Та­кая сила трения, возникающая при скольжении одних твёрдых предметов по другим, называется силой тре­ния скольжения (рис. 1).

Ударьте ногой по футбольному мячу. Мяч прокатится по земле и остановится. Что остановило мяч? Снова тре­ние. Но ведь мяч не скользит по земле, а катится. Ока­зывается, и при качении также возникает противодей­ствующая сила. Такая сила называется силой тре­ния качения. Это она тормозит катящуюся бочку, биллиардный шар, детский обруч.

Силы трения скольжения и качения возникают при скольжении или качении твёрдых тел. Но бывает ли так, что движения ещё нет, а сила трения уж*е действует? Оказывается, бывает, и вы сами наблюдали это неодно­кратно.

Вот, на столе лежит тяжёлая книга (рис. 2). Попро­буйте её сдвинуть. Для этого потребуется некоторое усилие. И если на книгу нажать слишком слабо - она не тронется с места. Что же мешает ей двигаться? Сила трения между нижней обложкой книги и столом. Эта

Сила трения препятствует твёрдым телам приходить в движение. Поэтому она называется силой трения покоя.

С какой бы стороны вы ни нажимали на книгу - слева, справа, спереди или сзади - сила трения покоя препятствует началу скольжения книги. Выходит, что сила трения покоя направлена также против движения - того движения, которое только ещё должно было бы воз­никнуть.

Только ли при соприкосновении твёрдых тел с твёр­дыми возникает трение? Нет. Когда при движении жидкости или газа отдельные слои жидкости или газа скользят один относительно другого, между ними возни­кают силы внутреннего или вязкого трения.

Из-за внутреннего трения течение воды у стенок водопро­водной трубы всегда медленнее, чем посередине. Непо­средственно прилегающий к стенкам слой воды совсем не движется - он прилипает к стенкам. При очень медлен­ном течении, когда слои текущей воды не перемеши - ваются, слой, текущий рядом с прилипшим, скользит от­носительно него и должен преодолевать действующие между ними силы трения. Следующий далее слой сколь-

Зит по второму, и между ними также действуют силы трения и т. д.

Таким образом, силы внутреннего трения тормозят течение воды в трубе.

Несколько иначе обстоит дело при больших скоро­стях, например, при движении самолёта в воздухе или подводной лодки в море. В этих случаях из-за вяз­кого трения воздуха или воды возникает новая си­ла, направленная навстречу движению и препятствую­щая ему.

Это - так называемое сопротивление давле­ния. Оно во многих случаях оказывается значительно больше порождающего его вязкого трения. Но так как обе эти силы (вязкое трение и сопротивление давления) тормозят движение и всегда растут с увеличением его скорости, то их часто не различают, а рассматривают вместе, и сумму этих сил, т. е. полную силу, тормозя­щую тело, называют просто силой сопротивле­ния среды. Трение, обусловленное вязкостью жидко­сти или газа, называют жидким в отличие от тре­ния скольжения, качения, а также трения покоя, которые называются сухим трением, так как они возникают при соприкосновении твёрдых предметов.

В жизни человека, природе и технике трение имеет большое значение. В одних случаях трение может быть полезным и его стараются увеличить, в других случаях трение может быть вредным и тогда его стремятся уменьшить.

Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле, так как при ходьбе происходит отталкивание ногами от земли. Во время гололедицы трение между подошвой обуви и землёй мало, отталкиваться от земли очень трудно и ноги скользят. Для увеличения силы трения между подошвой обуви и льдом, тротуары посыпают песком (рис. 32).

Увеличение силы трения при помощи песка

Рис. 32

Сила трения останавливает автомобиль при торможении, но без трения покоя он не смог бы и начать движение. Колёса вращаясь, проскальзывали бы, а автомобиль продолжал бы стоять на месте, буксовал. Чтобы увеличить трение, поверхность шин у автомобиля делают с ребристыми выступами (рис. 33). Зимой, когда дорога бывает особенно скользкая, её посыпают песком, очищают ото льда.

Виды поверхностей шин

Рис. 33

Трение служит искусству. Так, без трения смычка о струны была бы невозможна игра на скрипке или виолончели.

В результате трения истираются трущиеся поверхности, поэтому трение широко используется в процессах заточки инструментов, шлифовки и полировки поверхностей металлов, стекла, алмазов, дерева и других материалов.

Трение обеспечивает скрепление различных материалов, деталей инструментов, различных устройств, сооружений. За счет трения между нитями не расползаются ткани, удерживаются на рукоятках молотки, топоры, лопаты и другие инструменты. Болты с гайками, гвозди, шурупы, клинья, скрепляют части конструкций силой трения. Трение помогает человеку удерживать предметы в руках.

В жизни многих растений трение играет положительную роль. Например, лианы, хмель, горох, бобы и другие вьющиеся растения благодаря трению могут цепляться за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету. Между опорой и стеблем возникают достаточно большое трение, так как стебли многократно обвивают опоры и очень плотно прилегают к ним.

У растений, имеющих корнеплоды, такие, как морковь, свекла, брюква, сила трения о грунт способствует удержанию их в почве. С ростом корнеплода давление окружающей земли на него увеличивается, что приводит к увеличению силы трения. Поэтому трудно вытащить из земли большую свеклу, редьку или репу.

Таким растениям, как репейник, трение помогает распространять семена, имеющие колючки с небольшими крючками на концах. Эти колючки зацепляются за шерсть животных и вместе с ними перемещаются. Семена гороха, орехи благодаря своей шарообразной форме и малому трению качения перемещаются легко сами.

Организмы многих живых существ приспособились к трению, научились его уменьшать или увеличивать. Тело рыб имеет обтекаемую форму и покрыто слизью, что позволяет им развивать при плавании большую скорость. Щетинистый покров моржей, тюленей, морских львов помогает им передвигаться по суше и льдинам.

Кости животных и человека в местах их подвижного сочленения имеют очень гладкую поверхность, а внутренняя оболочка полости сустава выделяет специальную жидкость, которая служит суставной «смазкой». Ежедневные нагрузки, например, в тазобедренном суставе человека превышают тысячу ньютонов при прыжках, а трение и изнашивание практически отсутствует. Это связано с тем, что суставная жидкость по своему составу сходна с плазмой крови, но обладает большей вязкостью, чем кровь. Внутреннее трение суставной жидкости падает в сотни раз при резком повышении скорости. Кроме того, тончайший слой этого вещества ведет себя при сжатии так же, как слой резины. При ходьбе, жидкость начинает выдавливаться из капилляров хряща, усиливая смазочное действие, и уменьшая трение. Суставная жидкость обладает необычной способностью резко увеличивать вязкость под давлением. В итоге процесс выдавливания смазки из хряща автоматически регулируется под действием нагрузки.

При действии же органов движения у животных и человека трение проявляется как полезная сила. Чтобы увеличить сцепление с грунтом, стволами деревьев, на конечностях животных имеется целый ряд различных приспособлений: когти, острые края копыт, подковные шипы, тело пресмыкающихся покрыто бугорками и чешуйками.

Действие органов хватания: хватательные органы жуков, клешни рака; передние конечности и хвост некоторых пород обезьян; хобот слона тоже тесно связано с трением. Органы хватания имеют шероховатую поверхность для увеличения трения (рис. 34).

Предмет или живое существо будет тем прочнее схвачено, чем больше трение между ним и органом хватания. Величина же силы трения находится в прямой зависимости от прижимающей силы. Поэтому органы хватания устроены так, что могут либо охватывать добычу с двух сторон и зажимать ее, либо обвивать несколько раз и за счет этого стягивать с большой силой.

Трение в природе

Рис. 34

При глотании пищи и ее движении по пищеводу трение уменьшается за счет предварительного дробления и пережевывания пищи, а также смачивания ее слюной.

У многих живых организмов существуют приспособления, благодаря которым трение получается небольшим при движении в одном направлении и резко увеличивается при движении в обратном направлении. Это, например, шерсть и чешуйки, растущие наклонно к поверхности кожи. На этом принципе основано движение дождевого червя. Щетинки, направленные назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное движение. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте, при сокращении головная часть задерживается, а хвостовая подтягивается к ней.

Водяной жук - вертячка быстро перемещается на поверхности воды. Чтобы захватить их сачком, требуется большая ловкость. Вертячка - лучший пловец среди водных жуков. Быстроте передвижения он во многом обязан покрывающей тело жировой смазке, которая значительно уменьшает трение о воду.

Трение в технике

Во многих случаях трение вредно, например, во всех машинах из-за трения нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними делают смазку. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов машин и станков, их опирают на подшипники. Деталь подшипника, непосредственно соприкасающуюся с валом, называют вкладышем. Вкладыши делают из твёрдых материалов бронзы, чугуна или стали. Внутреннюю поверхность их покрывают особыми материалами, чаще всего баббитом (сплавом свинца или олова с другими металлами), и смазывают. Подшипники, в которых вал при вращении скользит по поверхности вкладыша, называют подшипниками скольжения (рис. 35).