XXXIV Републички семинар о настави физике Златибор, 12 - 14. мај 2016.

Списак огледа За учеснике радионице Трење – од сложене науке до часа физике

Љубиша Нешић, Лазар Раденковић, Милош Јонић

Природно-математички факултет Ниш, Департман за физику

Вишеградска 33, 18 000 Ниш, Србија

1. Зависност силе трења од величине додирне површине

Материјал: тело облика квадра, са подједнако углачаним свим страницама, и са

кукицом ушрафљеном на једној страни.

Ако овакво тело преко кукице закачимо за динамометар и вучемо истом брзином по

истој подлози, али тако да лежи на странам различите површине, уочавамо да

динамометар показује отприлике исту силу, тј. да сила трења не зависи од величине

додирне површине.

2. Привидна и стварна додирна површина

а) Материјал: јастуче за печате, печати или нека друга тела са неравном површином,

бели канцеларијски папир.

Овај оглед помаже у уочавању разлике између привидне и стварне додирне површине

тела. Када поставимо чист печат на папир чини нам се да је додирна површина између

печата и папира једнака површини круга који чини доњу страну печата. Међутим, ако

печатом притиснемо јастуче са мастилом, а онда га притиснемо на папир и погледамо

добијени отисак, уочавамо да је додирна површина једнака угравираној шари на

печату и да је мања од површине целог круга.

б) Материјал: индиго-папир, бели канцеларијски папир

Када индиго-папиром трљамо бели канцеларијски папир, на њему у додирним тачкама

остаје плава боја. Ако боље погледамо тај отисак уочићемо да бели папир није

равномерно умрљан већ се јављају плаве и беле шаре, што указује на постојање ситних

неравнина и на то да је стварна додирна површина мања од привидне, јер су папири

били у додиру само у тачкама где се бели папир обојио у плаво.

3. Хоризонтална нормална сила

Ученици врло често поистовећују нормалну силу која се јавља у изразу за силу трења

са силом Земљине теже или неком њеном компонентом. Стандардни школски примери

и задаци који се раде из области трења само потпомажу настајање овакве ученичке

заблуде, тако да је потребно посебну пажњу посветити њеном отклањању. То се

најлакше постиже примерима и огледима у којима је сила трења вертикална, а

нормална сила хоризонтална тако да се никако не може поистоветити са

гравитационом силом.

а) Материјал: тело квадратног облика

Тело притиснемо прстом уза зид и од ученика затражимо одговор на питање које силе

делују на њега и зашто не падне доле. Ако одговоре да не пада зато што га ми

притискамо уза зид, треба им скренути пажњу на то да је сила којом притискамо тело

усмерена према зиду а сила Земљине теже га вуче на доле и да те две силе не могу да

се уравнотеже. У разговору ученици треба да сами дођу до закључка да се између тела

и зида јавља сила трења која је усмерена навише и која се супротставља гравитацији, а

да је нормална сила заправо сила реакције подлоге, тј. зида у овом случају, и да је она

хоризонтална.

б) Материјал: тегла, ексер, магнет

Ексер се налази у тегли. Ако на теглу са спољашње стране прислонимо мали магнет,

он привлачи ексер и они стоје приљубљени за теглу са супротних страна стакла.

Разговор са ученицима тече аналогно као у претходном случају, и они треба сами да

закључе да ексер и магнет приљубљене за стакло држи сила трења, док је нормална

сила магнетног порекла.

4. Вредност коефицијента трења већа од један

Материјал: две бележнице

У уџбеницима се углавном наводе вредности коефицијената трења у распону између

нуле и јединице. У задацима из збирки се такође појављују само вредности из овог

опсега. То може навести ученике да помисле да се вредност коефицијента трења може

налазити само у овом опсегу. Овим врло једноставним огледом може се показати

ситауација када је вредност коефицијента трења већа од један. Додатна предност је

што на часу физике сви ученици већ имају потребан материјал код себе тако да

подељени у парове могу сви да га изведу.

Две бележнице се окрену једна према другој и листови им се међусобно испреплету,

као када се меша шпил карата. Онда два ученика вуку сваки своју бележницу са

супротних страна и показује се да не могу да их раздвоје. Оно што их држи заједно је

сила трења, а нормална сила је приближно једнака тежини бележница. Пошто ученици

не успевају да их раздвоје ни примењујући активну силу која је много већа од тежине

бележница закључујемо да је коефиијент трења већи од јединице.

5. Сила трења као покретачка сила.

Материјал: два тела правоугаоног облика, брусни папир (шмиргла)

Иако је трење најчешће схваћено као да се увек супротставља и представља препреку

кретању, овај оглед показује да је оно често узрок кретању. На пример, таква је

ситуација код корачања.

Поставимо једно тело на равну подлогу, а друго тело преко њега, и на горње тело

делујемо одређеном хоризонталном силом. То доводи до померања горњег али и доњег

тела услед силе трења која се јавља између њих. Потребан услов за померање доњег

тела је да сила трења између два тела буде већа од силе трења између доњег тела и

подлоге. То лако можемо постићи ако на горње тело, и то површину која се налази у

додиру са доњим телом залепимо брусни папир.

6. Трење клизања и трење котрљања

а) Материјал: добра воља, ентузијазам

Знамо да је трење котрљања мање од трења клизања, али како објаснити ученицима

зашто је то заправо тако? За то могу бити довољни прсти на рукама. Треба да до пола

савијемо прсте обе руке и онда их укрстимо. Ако покушамо да транслаторно померимо

шаке једну у односу на другу прсти запињу једни о друге и то иде јако тешко.

Међутим, ако померимо лактове на горе, шаке се померају тако да прсти једне руке

упадају у простор између прстију друге руке и померање иде много лакше. Исто се

догађа и са неравнинама на површинама тела и подлоге када тело по њој клизи или се

котрља.

б) Материјал: тело правоугаоног облика на које су причвршћени точкови и кукица са

стране, неколико идентичних крутих ваљака

Тело закачимо преко динамометра за кукицу и вучемо по подлози на три различита

начина: тако да се ослања на горњу глатку површину, тако да се ослања на точкове,

тако што испод њега подмећемо ваљке. Ученици имају задатак да упореде вредности

силе трења у ова три случаја.

в) Материјал: два пластична тањира, неколико пинг-понг лоптица

Два пластична тањира поставимо један у други. Доњи држимо чврсто, а други

покушамо да завртимо око заједничке осе и видимо да то иде доста тешко. Ако између

тањира убацимо неколико лоптица и покушамо поново, видимо да је сада окретање

знатно лакше. На овом принципу раде куглични лежајеви.

7. Трење котрљања са деформацијама

Материјал: стрма раван са жљебом, куглица, плитка посуда са ситним песком

Пуштамо куглицу да се спушта низ стрму раван после чега наставља кретање по

хоризонталној подлози. У првом случају хоризонтална подлога направљена од чврстог

материјала, а у другом случају направљена је од песка. Ученици треба да упореде

дужине пређених путева на ове две подлоге и да објасне њихову разлику узимајући у

обзир деформацију подлоге.

8. Котрљање са проклизавањем

Материјал: једна пинг-понг лоптица

Лоптицу покрећемо на такав начин да је њена линијска брзина усмерена од нас, али

тако да ротира ка нама. Због оваквог начина кретања, долази до проклизавања између

лоптице и подлоге. Да ли ће куглица наставити да се креће од нас, или ће се вратити ка

нама зависи од односа линијске и угаоне брзине саопштене лоптици.