Реферат «Сила трения в спорте»

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение Кочуновская основная общеобразовательная школа.

Реферат по физике :

« Сила трения в спорте»

Выполнил:

Горячев Евгений,

7 класс;

Руководитель:

Сорочкина Юлия Александровна,

учитель физики.

Кочуново, 2014год

План:

Введение

Сила трения

Виды трения

Трение в спорте

Конькобежный спорт, хоккей, фигурное катание

Лыжи и биатлон

Керлинг

Санный спорт, бобслей.

Плавание

Заключение

Список литературы.

Введение

С трением мы сталкиваемся на каждом шагу. Вернее было бы сказать, что без трения мы и шагу ступить не можем. Но, несмотря на ту большую роль, которую играет трение в нашей жизни, до сих пор не создана достаточно полная картина возникновения трения. Это связано даже не с тем, что трение имеет сложную природу, а скорее с тем, что опыты с трением очень чувствительны к обработке поверхности и поэтому трудно воспроизводимы.

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.

Я занимаюсь спортом. Особенно мне интересны занятия лыжами. Что влияет на результат в лыжных гонках. Для того чтобы улучшить результат мне нужно изучить силу трения. Цель: изучить механизм возникновения силы трения для улучшения результатов. И мне стало интересно, почему, когда я ударяю по мячу, он через некоторое время останавливается, почему лыжи не едут на сыром снегу и т.д.

Физика и различные виды спорта связаны между собой. Каждый из нас это знает. Но не все задумывались, какова связь между спортом и физикой, как развитие физической науки влияет на совершенствование спортивных достижений. Нет, спорт без науки и, в частности, без физики бессилен.

Сила трения.

Трением называется сопротивление соприкасающихся тел движению друг относительно друга. Трением сопровождается каждое механическое движение, и это обстоятельство имеет существенное следствие в современном техническом прогрессе.

Сила трения есть сила сопротивления движению соприкасающихся тел друг относительно друга.

Трение объясняется двумя причинами: неровностями трущихся поверхностей тел и молекулярным взаимодействием между ними. Например, если соприкасающиеся поверхности твердых трущихся тел имеют значительные неровности, то основная слагаемая в возникающей здесь силе трения будет обусловлена именно неровностью, шероховатостью поверхностей трущихся тел.

Тела, перемещающиеся с трением друг относительно друга, должны соприкасаться поверхностями или двигаться одно в среде другого. Движения тел друг относительно друга может и не возникнуть из-за наличия трения, если движущая сила меньше максимальной силы трения покоя.

Если соприкасающиеся поверхности твердых трущихся тел отлично отшлифованы и гладки, то основная слагаемая возникающей при этом силы трения будет определяться молекулярным сцеплением между трущимися поверхностями тел.

Рассмотрим более детально процесс возникновения сил трения скольжения и покоя на стыке двух соприкасающихся тел. Если посмотреть на поверхности тел под микроскопом, то будут видны микронеровности, которые мы изобразим в увеличенном виде (рис. 1, а).

Рассмотрим взаимодействие соприкасающихся тел на примере одной пары неровностей (гребень и впадина) (рис. 1, б). В случае, когда сила, пытающаяся вызвать движение, отсутствует, характер взаимодействия на обоих склонах микронеровностей аналогичный. При таком характере взаимодействия все горизонтальные составляющие силы взаимодействия уравновешивают друг друга.

а

б

Рис.1

Виды трения

Когда говорят о трении, различают три несколько отличных физических явления: сопротивление при движении тела в жидкости или газе – его называют жидким трением; сопротивление, возникающее, когда тело скользит по какой-нибудь поверхности, – трение скольжения, или сухое трение; сопротивление, возникающее при качении тела, – трение качения.

Поверхность, соприкасающихся тел не является абсолютно ровной. Наибольшая сила притяжения возникает между атомами веществ, находящимися на минимальном расстоянии друг от друга, то есть на микроскопических выступах. Суммарная сила притяжения атомов, соприкасающихся тел столь значительна, что даже под действием внешней силы , приложенной к бруску параллельно поверхности его соприкосновения со столом, брусок остаётся в покое. Это означает, что на брусок действует сила равная по модулю внешней силе, но противоположно направленная. Эта сила является силой трения покоя.

Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную относительной скорости соприкасающихся тел.

Когда одно тело начинает скользить по поверхности другого тела, связи между атомами (молекулами) первоначально неподвижных тел разрываются, трение уменьшается. При дальнейшем относительном движении тел постоянно образуются новые связи между атомами. При этом сила трения скольжения остаётся постоянной, несколько меньшей силы трения покоя.

Движению тела обычно препятствуют силы трения. Если соприкасаются поверхности твёрдых тел, их относительному движению мешают силы сухого трения. Характерной особенностью сухого трения является существование зоны застоя. Тело нельзя сдвинуть с места, пока абсолютная величина внешней силы не превысит определённого значения. До этого момента между поверхностями соприкасающихся тел действует сила трения покоя, которая уравновешивает внешнюю силу и растёт вместе с ней.

Движению тела в жидкости и газе препятствует сила жидкого трения. Главное отличие жидкого трения от сухого – отсутствие зоны застоя. В жидкости или газе не возникает силы трения покоя, и поэтому даже малая внешняя сила способна вызвать движение тела. Сухое трение имеет ещё одну существенную особенность: наличие трения покоя. В жидкости или газе трение возникает только при движении тела, и тело можно сдвинуть, приложив к нему даже очень маленькую силу. Однако при сухом трении тело начинает двигаться только тогда, когда сила, приложенная телу, станет больше силы трения. Пока тело не начало скользить, действующая на него сила трения равна приложенной силе и направлена в противоположную сторону.

Механизм трения очень сложен. Из-за неровностей поверхностей они касаются друг друга только в отдельных точках на вершинах выступов. Здесь молекулы соприкасающихся тел подходят на расстояния, соизмеримые с расстоянием между молекулами в самих телах, и сцепляются. Образуется прочная связь, которая рвётся при нажиме на тело. При движении тела связи постоянно возникают и рвутся.

Площадь действительного контакта обычно порядка тысяч квадратных микронов. Она практически не зависит от размеров тела и определяется природой поверхностей, их обработкой, температурой и силой нормального давления. Если на тело надавить, то выступы сминаются, и площадь действительного контакта увеличивается. Увеличивается и сила трения.

При значительной шероховатости поверхностей большую роль в увеличении силы трения начинает играть механическое зацепление между "холмами". Они при движении сминаются, и при этом тоже возникают колебания молекул.

Трение в спорте

С другой стороны, правильное использование соответствующих физических законов может помочь спортсмену в достижении успеха.Сила трения снижает спортивные результаты в конькобежном, лыжном спорте и других видах спорта, поэтому ведутся непрерывные исследования по её уменьшению.

Конькобежный спорт, хоккей, фигурное катание.

Спортсменам этих видов спорта необходимо знать законы физики, связанные с характером взаимодействия конька со льдом. Результаты зависят от трех факторов: сила трения, сила тяжести, и движения толчков ноги.

Между лезвием конька и льдом при скольжении образуется пленка воды. Она очень тонкая, однако без нее этого скольжения не было бы. Коньки остро затачивают для увеличения давления на лед. Под давлением лед плавится образуя смазку, что, еще уменьшает трение скольжения. За счет движения конькобежца по льду возникает сила трения. Так же при скольжении по гладкой поверхности участвует сила трения покоя, позволяющая отталкиваться от гладкой поверхности, когда он ставит конек на ребро, или резко останавливаться.

Каким образом в морозный день могла появиться под коньком вода? Много лет назад английский физик Рейнольдс, создавая свою теорию скольжения, объяснил это явление таким образом: конек давит на лед, от этого температура таяния льда понижается и появляется прослойка воды, вызывающая скольжение.
Советская наука создала более обоснованную теорию скольжения. Вкратце она сводится к тому, что тепло, необходимое для возникновения на льду водяной пленки, порождается той самой силой, которую конькобежец стремится преодолеть, - силой трения.

Трение и лед! Казалось бы, это не совместимо: ведь лед обычно бывает гладким. Однако, каким бы зеркальным и гладким лед ни был, на его поверхности всегда имеются небольшие бугорки и впадины. Если пластинку льда рассмотреть под микроскопом, она покажется гигантским айсбергом, с глубокими оврагами и котлованами. Шероховатость льда и служит причиной трения. В то самое мгновение, когда лезвие конька скользит по льду, механическая энергия трения преобразуется в тепловую энергию. При этом тепло возникает в точках соприкосновения конька со льдом мгновенно и в достаточном количестве для того, чтобы лед слегка подтаял и образовалась водяная смазка, которая и помогает спортсмену достигнуть высоких скоростей.

Лыжи и биатлон. Россия славится своими традициями зимних видов спорта, а союз биатлонистов России вырастил уже не одного чемпиона, как среди мужчин, так и среди женщин.Силы трения возникают при взаимодействии лыж со снегом. Сила трения при скольжении зависит от величины нормального давления лыж на снег(от силы тяжести); его увеличение приводит и к замедлению скольжения. Сила трения сцепления во многом определяет угол срыва лыжи при отталкивании (проскальзывание). Физика в лыжах похожа на физику в коньках, правда с некоторыми различиями. И там и там образуется водная пленка, способствующая хорошему скольжения. Но тут так же необходимо использовать и специальную смазку лыж для лучшего сцепления со снегом. Она подбирается в зависимости от температуры.

Улучшение сцепления лыж со снегом во многом зависит от применения мази с более высоким коэффициентом сцепления.

3. Керлинг — молодой олимпийский вид спорта. До последних зимних Олимпийских игр, наверное, мало кто знал о таком интересном виде спорта, как керлинг. Керлинг – это зимняя спортивная игра на льду, в которой две команды, состоящие из четырех игроков, соревнуются в точности остановки в указанном месте специальных спортивных снарядов (так называемых камней), изготовленных из гранита. Во время скольжения камня партнеры по команде, оценивая его движение, натирают лед специальными щетками, что позволяет частично корректировать дальность пуска и траекторию движения камня. Головка щетки сделана из синтетического материала ( шотландская щетка из ворса) может вращаться во всех плоскостях. Лед должен быть идеально ровным, для того, что бы камень мог дальше катиться по нему. Натирание щеткой льда имеет сильное значение для игры .

1)Корректирование траектории происходит по простым физическим законам: при трении лед тает, образуя тончайшую пленку воды, которая служит смазкой уменьшающей трение, а при царапании льда наоборот — сила трения возрастает и камень скользит медленнее.

2)Тереть при этом нужно, изо всех сил налегая на щетку и удерживая равновесие на скользкой поверхности. В результате «свипования» образуется тонкий слой воды, усиливающий скольжение камня. 

3)В случае, если камень был запущен слишком сильно или с достаточной силой, щетки используются только для корректировки его направления.

4. Санный спорт, бобслей

Скольжение саней происходит под действием скатывающей силы. А тормозит их сила трения полозьев по льду, которая зависит от коэффициента трения. Величина эта непостоянна: она уменьшается когда лед под полозьями начинает подтаивать. Именно поэтому пред стартом спортсмен и раскачивает сани. Он нагревает полозья трением.

При движение саней возникает еще одна сила- сила аэродинамического сопротивления которая очень быстро увеличивается с ростом скорости спуска . Что бы уменьшить силу сопротивления спортсмен во время движения лежит на санях следя за трассой боковым зрением. Полозья саней изогнуты, что бы могли бы вписаться в вираж, не врезаясь в стенку трассы. На вогнутых участках трассы сила трения растет, скорость падает. Это происходит из-за того, что полозья там опираются на лед по все длине, увеличивается ширина царапин на льду.

В бобслеебез сцепления со льдом экипаж не сможет привести боб в движение. Поэтому все члены экипажа, чтобы улучшить сцепление, носят на старте ботинки с шипами. Даже если присутствует немного трения, более тяжелый боб трудней толкать. Между гладким металлом и льдом возникает значительное трение, но для того, чтобы замедлить скорость боба, хватило бы и небольшого трения.

По этой причине на быстрые бобы надеваются хорошо отшлифованные коньки, которые должны быть как можно тоньше. Коньки каждого последующего боба царапают и прорезают лед, так что экипажам, которые выступают позже, приходится преодолевать большее трение.

Привести боб в движение сложнее, чем продолжить движение, т.к. статическое трение (трение между неподвижным предметом и поверхностью, на которой он находится) - больше, чем трение скольжения. Во время управления бобом пилот использует каждую благоприятную возможность, поэтому часто он начинает толкать боб только после того, как тот приходит в движение, чтобы сэкономить силы.

5.Плавание.Одним из водных видов спорта, где физика оказывает наибольшее влияние, являетсяплавание. В нем сочтены различные явления и законы (такие как гидродинамика, силы трения и др.). В воде пловец работает всеми видами мышц, что способствует выделению молочной кислоты, а значит для её избавления (да и вообще) пловцу надо дышать, но не так, как ему вздумается, а правильно, и в меньшей степени нарушая общую аэро- и гидродинамику.

Так же на пловцах существуют гидрокостюмы. Они служат как средство уменьшения сопротивления трения воды о тело, что повышает скорость пловца.

При плавании необходимо не только правильно «махать» руками, работать ногами, но и всем телом. Если посмотреть на разные стили плавания, то например на стиле баттерфляй можно заметить, что все тело пловца движется как волна, тем самым пропуская потоки воды под собой и заныривая перед впереди идущим. Отсюда и другое название этого стиля – дельфин.

Заключение.

Сила трения – это сила, возникающая при движении или попытки движения одного тела по поверхности другого и направленная вдоль соприкасающихся поверхностей против движения. Причины возникновения сил трения это шероховатости соприкасающихся поверхностей и взаимные притяжения молекул этих поверхностей. Различают силы трения покоя, силы трения скольжения, силы трения качения.

Все виды трения можно увидеть в спорте. Сила трения, действующая вдоль поверхности соприкосновения твердых тел, направлена против скольжения тела. Но не надо думать, что трение всегда препятствует движению – часто оно ему способствует. Это можно наблюдать в биатлоне, когда подбирают смазку, которая увеличивает силу трения лыж, чтобы не было отдачи. Благодаря знаниям о природе сил трения, механизмах возникновения спортсмены научились уменьшать ее действие, когда это не нужно. Сила трения с помощью физических знаний побеждена спортсменами.

Зная законы физики можно достичь высоких результатов в спорте. Я сравнил результаты лыжных соревнований за два учебных года, и вот что у меня получилось.

Из таблицы видно, что изучив силу трения, мне удалось достичь высоких результатов.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/90205-referat-sila-trenija-v-sporte