Tření a třecí síla
Žáci rozliší klidové a smykové tření, určí třecí sílu ze součinitele tření a zapojí ji do silového diagramu.
Průvodce tématem Tření a třecí síla v předmětu Fyzika pro I. ročník: co mají žáci zvládnout, na co navázat a kde nejčastěji chybují. K tomu příprava na hodinu, pracovní list nebo písemka, které ScioBot připraví na jedno kliknutí přesně pro tento ročník.
Připravit hodinu Všechny formáty
Klikněte a tvořte
Získejte přípravu zdarma
Vyberte formát. Jedním kliknutím otevřete tvorbu na téma Tření a třecí síla (I. ročník) — ScioBot ho připraví za vás.
Další formáty na jedno kliknutí
- Vytvořit: Pracovní list
- Vytvořit: Písemka
- Vytvořit: Aktivita
- Vytvořit: Prezentace
- Vytvořit: Kartičky
- Vytvořit: QR hra
Téma i ročník jsou už vyplněné. Nic nepíšete — rovnou tvoříte.
Tření vzniká při vzájemném styku povrchů a brání jejich relativnímu posuvu. V I. ročníku gymnázia žáci rozlišují klidové tření (síla, která brání rozjezdu) a smykové tření (síla při klouzání), zapisují třecí sílu do silového diagramu a počítají její velikost ze součinitele tření a tlakové síly kolmé na podložku.
Velikost smykové třecí síly se v běžných úlohách bere jako Ft = f · Fn, kde f je součinitel smykového tření (závisí na materiálech a stavu povrchů) a Fn je kolmá (normálová) síla. Klidová třecí síla je nejvýše rovna f0 · Fn a přizpůsobí se vnějším silám, dokud těleso nezačne klouzat. Tření není „samostatná vlastnost hmotnosti“: mění se s Fn a s povrchy, ne s „tím, že je těleso těžké“, bez uvedení styku.
Látku žáci zapojují do Newtonových zákonů: při rovnoměrném vlečení po vodorovné podložce je tah vyvážen třením; na nakloněné rovině tření snižuje složku tíhy podél roviny. Výstupy G-FYZ-02-002 a G-FYZ-02-007 vyžadují určit síly v konkrétní situaci, sestavit výslednici a použít třecí sílu v dynamice pohybu.
Předpoklady
- Skládání sil, výslednice a silový diagram tělesa.
- Newtonovy pohybové zákony a inerciální soustava.
- Rozlišení skalárů a vektorů; směr síly v náčrtu.
Klíčové pojmy
- Třecí síla
- Síla ve styčné ploše, která brání relativnímu posuvu povrchů; v náčrtu leží v tečné rovině styku a směřuje proti skluzu (nebo proti hrozícímu skluzu).
- Klidové tření
- Tření, dokud se styčné plochy vůči sobě neposouvají; velikost se vyrovná vnější tečné síle až do meze f0·Fn, pak dojde k rozjezdu.
- Smykové tření
- Tření při klouzání; v školním modelu je velikost přibližně stálá Ft = f·Fn a směr je proti rychlosti posuvu.
- Součinitel tření
- Bezrozměrné číslo f (smykové) nebo f0 (klidové) charakterizující dvojici povrchů; f0 je obvykle větší než f pro stejné materiály.
- Normálová (tlaková) síla Fn
- Složka síly podložky kolmá na styčnou plochu; na vodorovné podložce bez dalších svislých sil je Fn rovna tíze, na nakloněné rovině Fn = mg cos α.
- Valivé tření (orientace)
- Odpor při valení je obvykle menší než smykové tření; v tomto tématu stačí kvalitativně odlišit od klouzání, bez odvozování momentů.
- Tření v silovém diagramu
- Třecí síla se kreslí v bodě styku (nebo jako výslednice v těžišti jen tehdy, když to úloha výslovně zjednodušuje) a nesmí se zaměnit se směrem rychlosti u stojícího tělesa.
Časté miskoncepce
Častá chyba
„Tření vždy brzdí pohyb, proto u rovnoměrného vlečení bedny musí být tah větší než tření.“
Jak na to
Nakreslete vodorovné síly: při stálé rychlosti je výslednice nula, tah a tření jsou stejně velké a opačné; změňte tah a ukažte zrychlení jen tehdy, když se síly nerovnají.
Častá chyba
„Třecí síla je f·m nebo f·g, proto stačí hmotnost a součinitel.“
Jak na to
Nechte dopočítat Fn z náčrtu: vodorovná podlaha Fn = mg, nakloněná rovina Fn = mg cos α, tlačení šikmo dolů Fn zvětší; teprve pak Ft = f·Fn.
Častá chyba
„Klidové tření je vždy f0·Fn, i když bednu jen lehce postrčím a ona se nehne.“
Jak na to
Postupně zvětšujte vodorovnou sílu na stojící kvádr: třecí síla roste s tahem až do meze; pod mezí je Ft rovna tahu, ne maximu.
Častá chyba
„Na nakloněné rovině tření míří dolů po svahu, protože těleso „chce“ sjíždět.“
Jak na to
Nejprve zeptejte, zda by bez tření sjíždělo; tření brání skluzu, proto u hrozícího sjíždění míří vzhůru po svahu. U tlačení do kopce zkontrolujte směr podle hrozícího skluzu.
Jak učit
2–3 hodiny
- Evokace: žáci posunují stejnou krabici po stole, koberci a papíru a odhadnou, kdy se rozjede a kdy klouže rovnoměrně.
- Jádro: definice klidového a smykového tření, vztah Ft = f·Fn, výpočet Fn z náčrtu a doplnění tření do silového diagramu (vodorovná podlaha i náklon).
- Reflexe: jeden společný příklad (vlečení / náklon) — žáci sami označí Fn, Ft, tah a řeknou, kdy je pohyb rovnoměrný.
Nápady na aktivity
- Měření: dynamometrem táhnout dřevěný kvádr rovnoměrně po podložce, zapsat Ft a Fn (tíha), spočítat f a porovnat hladkou a drsnou stranu.
- PhET nebo náčrt na tabuli: měnit úhel nakloněné roviny a rozhodnout, kdy složka tíhy překoná mez klidového tření.
Hodnocení
Žák v zadané situaci (vlečení po vodorovné podložce nebo klid/skluz na náklonu) nakreslí síly včetně Ft a Fn, určí výslednici a spočítá Ft ze součinitele tření.
Krátký slovní úkol: vysvětlí rozdíl mezi klidovou třecí silou pod mezí a smykovou třecí silou při klouzání na stejném kvádru.
Související témata
- Síly a výslednice
- Newtonovy pohybové zákony
- Skalární a vektorové veličiny
- Hybnost (úvod)
- Práce a výkon
- Pohyb po kružnici
Zdroje
Co pro vás ScioBot připraví k tématu Tření a třecí síla
Interaktivní aktivity, které žáci spustí na tabletu či tabuli, tisknutelné kartičky a hry pro celou třídu – každý formát na téma Tření a třecí síla jedním klikem.
Základní materiály
-
Příprava na hodinu
Kompletní příprava s cíli, průběhem a aktivitami.
-
Pracovní list
List s úlohami, klíčem a variantou.
-
Písemka
Časovaná písemka s body a variantami.
-
Aktivita
Aktivita do hodiny, kterou žáci hned spustí.
-
Prezentace
Sada slajdů k výkladu a procvičení.
-
Kartičky
Materiál k tisku (kartičky, plakát, pracovní list).
-
QR hra
Interaktivní hra k procvičení tématu.
Interaktivní aktivity 14
-
Křížovka s tajenkou
Legendová křížovka, kde se ve sloupci skrývá tajenka. Skvělá na opakování pojmů.
10–20 min
-
Kartičky
Sada oboustranných kartiček na učení pojmů a definic. Žáci si je procvičí překlápěním.
5–20 min
-
Pexeso a spojovačka
Dvojice kartiček s obrázky, pojmy nebo příklady. Spojovačka, pexeso i volné třídění – ideální na slovní zásobu i opakování.
10–25 min
-
Rozhodovačka
Rychlé rozhodování mezi možnostmi s okamžitou zpětnou vazbou.
5–12 min
-
Otázky
Sada otázek s výběrem odpovědí; jedna nebo více správných. Okamžitá sebekontrola.
5–15 min
-
Vpisování
Žáci dopisují krátké odpovědi a ihned vidí, zda se trefili.
5–15 min
-
Rozřazovačka
Žáci přetahují kartičky do správných kategorií.
5–15 min
-
Rozbory
Žák přiřazuje značky k částem věty nebo výrazu — větné členy, slovní druhy, větné rozbory. Sebevyhodnocovací procvičování.
10–20 min
-
Označování
Žáci označují správná slova přímo v textu.
5–15 min
-
Doplňování textu
Žáci doplňují chybějící slova přímo do vět nebo krátkého textu.
5–15 min
-
Krok po kroku
Žáci řadí kroky procesu do správného pořadí.
5–15 min
-
Popis obrázku
Diagram s očíslovanými špendlíky. Žáci přiřazují popisky k částem obrázku — biologie, zeměpis, anatomie.
5–15 min
-
Přesouvání
Žáci přetahují kartičky do přesně určených slotů.
5–15 min
-
Čtení s porozuměním
Žáci čtou krátký text a odpovídají na otázky k jeho obsahu.
10–25 min
K tisku a rozstříhání 8
-
Páry
Kartičky se dvěma polovinami, které k sobě patří (např. datum–událost). Žáci je vystřihnou a párovají.
10–20 min
-
Výběr z možností (s tajenkou)
Kartičky s úlohami a třemi možnostmi. Písmena u správných odpovědí složí tajenku — žák si tak řešení zkontroluje sám.
10–20 min
-
Doplňování do vět
Věty s výběrem ze dvou možností uvnitř — žák zakroužkuje správnou.
10–20 min
-
Hra Riskuj
Kvízová hra se třemi podtématy a otázkami různé hodnoty — klasický formát Riskuj / Jeopardy.
15–30 min
-
Hra AZ kvíz
28 otázek na hexagonální hrací pole — cílem je spojit všechny tři strany.
15–35 min
-
Označ správnou možnost
Kartičky s otázkou a čtyřmi možnostmi — žák označí správnou (např. kolíčkem).
10–20 min
-
Já mám, kdo má …?
Kartičky s tvrzením a otázkou — žáci je čtou v kruhu a hledají navazující odpověď.
10–25 min
-
Hádej, kdo jsem
Kartičky s popisem osobnosti, věci nebo zvířete v 1. osobě — žáci tipují, o koho/co jde.
10–25 min
Hry pro celou třídu 4
-
AZ kvíz
28 otázek na hexagonálním hracím poli — cílem je spojit všechny tři strany. Včetně náhradních ANO/NE otázek.
15–35 min
-
Riskuj
Klasická hra se 5 kategoriemi a otázkami za 100–500 bodů — týmy soutěží o nejvyšší skóre.
15–40 min
-
Pexeso
Klasické pexeso s 10 dvojicemi (pojem ↔ popis) — dva týmy se střídají a hledají shody.
10–25 min
-
Šarády
Šarády se 12 úkoly (mluvení, kreslení, pantomima) — dva týmy hádají, kdo uhodne první, dostane bod.
15–30 min
Očekávané výstupy
- G-FYZ-02-002 žák určí v konkrétních situacích síly a jejich momenty působící na těleso a určí výslednici sil
- G-FYZ-02-007 dynamika pohybu – hmotnost a síla; první, druhý a třetí pohybový zákon, inerciální soustava; hybnost tělesa; tlaková síla, tlak; třecí síla; síla pružnosti; gravitační a tíhová síla; gravitační pole; moment síly; práce, výkon; souvislost změny mechanické energie s prací; zákony zachování hmotnosti, hybnosti a energie
Učíte Tření a třecí síla trochu jinak?
Popište ScioBotu vlastními slovy, co s žáky chcete zvládnout a kolik máte času. Materiál přizpůsobí vašemu ŠVP, třídě i žákům se speciálními vzdělávacími potřebami.
Související témata
-
Soustava SI a jednotky
Žáci používají Mezinárodní soustavu jednotek SI, převádějí základní i odvozené jednotky mechaniky a zapisují veličiny v jednotném tvaru.
-
Zrychlení a zrychlený pohyb
Žáci zavedou zrychlení jako změnu rychlosti, řeší rovnoměrně zrychlený i zpomalený pohyb a používají vztah pro dráhu a polohu tělesa v čase.
-
Newtonovy pohybové zákony
Žáci používají Newtonovy pohybové zákony k předvídání pohybu v inerciální soustavě, včetně zákona setrvačnosti a akce a reakce.
-
První věta termodynamická
Žáci aplikují první větu termodynamiky, spočítají změnu vnitřní energie z tepla a práce a popíší přenos energie vedením, prouděním a zářením. Nejde o elektřinu ani o jádro.
-
Ideální plyn a stavová rovnice
Žáci používají stavovou rovnici ideálního plynu stálé hmotnosti a předvídají izotermický, izobarický, izochorický a adiabatický děj. Nejde o reálné plyny ani o chemickou stechiometrii.
-
Polovodiče, PN přechod a dioda
Téma pokrývá vlastní a příměsové polovodiče, PN přechod a polovodičovou diodu. Žáci vysvětlují usměrňovací účinek diody a zapojují ji v jednoduchém obvodu.
-
Střídavý proud a efektivní hodnota
Téma zavádí harmonické střídavé napětí a proud, frekvenci a efektivní hodnotu. Žáci převádějí mezi amplitudou a efektivní hodnotou a počítají výkon střídavého proudu.
-
Kinematika: základní pojmy
Žáci zavedou vztažnou soustavu, popíší polohu a změnu polohy, rozliší okamžitou a průměrnou rychlost a používají vztahy pro rovnoměrný přímočarý pohyb.