Спецвыпуск

Определение коэффициента трения покоя яичных скорлупок. 9-й класс. Руководитель Н.Зверева

··· Портфолио ···

Алексей АВТУШЕНКО, Кирилл МОРДОВИН, Святослав ФЕТИСОВ (9-й класс),
МОУ гимназия г. Протвино, Московская обл.
Руководитель Н.С.ЗВЕРЕВА

Определение коэффициента трения покоя яичных скорлупок

Содержание научно-исследовательской работы

Введение. Теория эксперимента. Практическая часть эксперимента. Результаты эксперимента. Диаграммы. Выводы.

Введение. В начале прошлого века, когда первые автомобили стали появляться на улицах, в газетах (особенно американских) с оптимизмом говорилось о грядущем избавлении горожан от неприятного цокота лошадиных копыт по булыжной мостовой и от грязи. Сейчас, когда чрезмерное скопление автомобилей в городах стало чуть ли не главной причиной загрязнения и отравления окружающей среды, такое «пророчество» вызывает просто улыбку.

Точно так же и с трением. Зародившаяся ещё на заре цивилизации насущная потребность в преодолении трения неизменно сохраняла свою остроту во все времена и эпохи. Такая «живучесть» объясняется прежде всего тем, что человек использует в технологии примерно те же принципы, которые природа заложила в него самого. Поэтому в могучем и разнообразном современном техническом арсенале по-прежнему, как и тысячелетия назад, властвуют механические устройства. Атомные реакторы, лазеры, электронные системы играют всё большую роль в современной энергетике и технологии, но и их промышленное использование просто невозможно без механических устройств и агрегатов.

В этом году мы весь год в школе изучаем «Механику». Мы обратили внимание на то, что, решая в общем виде задачу «Определение коэффициента трения между скорлупками двух куриных яиц», автор задал коэффициент трения. Мы решили выяснить, действительно ли таков коэффициент трения. В ходе эксперимента пришлось провести целое исследование.

Итак, суть нашей работы: определить коэффициент трения между скорлупками двух куриных яиц.

Схема эксперимента: два яйца, сваренные вкрутую, (скорлупа должна быть без трещин) располагаем между упором и угольником так, чтобы они не двигались. Начинаем отодвигать угольник до тех пор, пока яйца не начнут проскальзывать. Используя правило моментов сил и третий закон Ньютона, рассматриваем силы, действующие на яйца, и получаем формулу, с помощью которой можно определить коэффициент трения: где – угол между центрами масс яиц, при котором начинается проскальзывание.

Косинус этого угла определяли, измерив диаметр яйца и расстояние между упором и угольником в момент начала проскальзывания. Синус угла находили по теореме Пифагора: sin² + cos² = 1.

Сразу же возник вопрос, зависит ли коэффициент трения от времени года (ведь куры потребляют разную пищу!), а также от того, где куплены яйца, какого они цвета. Проводилась работа с сентября по март, яйца – коричневые и белые – покупали на Крытом рынке и в магазине «Самохвал», по-разному варили (по 5 мин, 10 мин, по пять яиц, по два). Представляем полученные результаты.

Приборы и материалы: линейка, вертикальный упор из деревянного бруска размером 10 10 3 см с приклеенной к одной его стороне полоской наждачной бумаги или лейкопластырем, салфетка, угольник.

Ход работы

Теория. Рассмотрим действующие силы, для чего изобразим центральное сечение всей сборки. Яйца неподвижны, поэтому равнодействующая внешних сил, действующих в горизонтальном направлении, равна нулю: N₁ + F₄ = 0.

Яйца не вращаются, следовательно, суммарный момент сил, приложенных к каждому яйцу [радиус каждого R в сечении. – Ред.], равен нулю:

F₁·R = F₂ · R; F₃ · R = F₄ · R.

В соответствии с третьим законом Ньютона, F₂ = F₃. Отсюда следует:

N₁ = F₄; F₁ = F₂ = F₃ = F₄ = F.      (1)

Проецируя силы на ось Х, получаем:

F + F sin = N₂ · cos .     (2)

Сила трения скольжения F₂ = N₂, поэтому из (1) и (2) находим где – угол, при котором начинается проскальзывание между скорлупками.

Схема измерения ясна из рисунка: cos = (L – D)/D. L и D измеряем линейкой.

Результаты исследований

Было составлено 10 таблиц с результатами измерения силы трения между скорлупками яиц разного сорта, купленных в разное время и в разных местах (t – время варки, мин; N – количество яиц при варке) и соответствующие диаграммы. (Диаграммы и таблицы однотипные, подобные показанной ниже, и здесь не приводятся. – Ред.)

Осень (сентябрь, октябрь, ноябрь); яйца коричневые, куплены на Крытом рынке, N = 6 шт.

Общие результаты исследований

Выводы

1. Коэффициент трения покоя скорлупок яиц зависит от времени года, от цвета яиц, от места покупки и от сезона, что, по-видимому, связано с особенностями кормов.

2. Среднее значение: µ = 0,51.

КОММЕНТАРИЙ РЕДАКЦИИ. Вызывает уважение упорство, с которым ученики выясняли, каким же может быть коэффициент трения яичной скорлупы. Однако при таком разбросе экспериментальных данных, к сожалению, вряд ли можно cделать какие-то определённые заключения.