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.

Připravit hodinu

Další formáty na jedno kliknutí

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

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

  1. Evokace: žáci posunují stejnou krabici po stole, koberci a papíru a odhadnou, kdy se rozjede a kdy klouže rovnoměrně.
  2. Jádro: definice klidového a smykového tření, vztah Ft = f·Fn, výpočet Fn z náčrtu a doplnění tření do silového diagramu (vodorovná podlaha i náklon).
  3. 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

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

Interaktivní aktivity 14

K tisku a rozstříhání 8

Hry pro celou třídu 4

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.

Napsat ScioBotu

Související témata