зимние шины липучки значение, выбор
Содержание:
Предисловие
Принцип работы
Особенности шины-липучки
Виды и особенности фрикционных шин
Для каких дорог подойдут фрикционные шины
Особенности эксплуатации липучек
Плюсы и минусы фрикционных шин
С наступлением зимнего периода многие автовладельцы сталкиваются с проблемой выбора между «шиповкой» и фрикционными шинами. Шипованный вариант давно проверен, поэтому к различным инновациям многие относятся с недоверием. Тем не менее, последние новинки предлагают немало интересных возможностей. О том, что это такое и как работают фрикционные шины — в материале ниже.
Фрикционной шиной или «липучкой» называют класс зимней шины, которая может без металлических вставок цепляться за поверхность льда.
Прогретая зимняя шина способна плавить структуру льда. Об этом четко свидетельствуют следы протектора на ледяной поверхности. Принцип работы протектора липучки заключается в удалении (впитывании) тонкой пленки воды, которая образуется между обледенелой поверхностью и разогретой резиной, в результате чего и возникает сухое или полусухое трение.
На толщину водяной пленки влияет температура воздуха и структура льда, поэтому сцепные свойства шины полностью зависят от климатических условий. Чем ниже зимой опускается температура, тем эффективней использование фрикционной резины.
Функциональные особенности липучки обеспечивают особые свойства резины и особая текстура поверхности покрышки:
большое число ламелей;
мягкость материалов;
пористая структура;
абразивные микрочастицы.
Все фрикционные шины связывает повышенное количество ламелей. Ламель представляет собой тонкую полоску резины, на которые разделен протектор. Такое разделение увеличивает давление на покрытие, за счет чего достигается улучшенное сцепление. Различают следующие виды ламелей:
поперечные;
диагональные;
зигзагообразные.
Протектор липучки снабжен грунтозацепами, как и любой другой самоочищающийся протектор. Разница заключается в повышенной плотности расположения, что положительным образом влияет на ходимость, позволяя использовать большее число ламелей.
Именно кромками ламелей шины и цепляются за поверхность, а в сочетании с большой глубиной протектора образуется стабильное и большое пятно контакта.
Под тяжестью автомобиля происходит расхождение ламелей в блоках протектора, который буквально прилипает к поверхности заснеженного дорожного полотна. При уходе с зоны контакта с дорогой ламели сходятся, и шина самоочищается, вытесняя ледяную крошку и снег.
Но ламели — далеко не единственно важное условие. Сколько бы их не предусматривалось, максимальная эффективность прилипания может быть обеспечена только пористой структурой резины. Именно она будет впитывать воду при наезде на дорожное полотно.
В состав резины липучки входит криосилановая смесь с силикой, поэтому она не грубеет при низких температурах, а большое число микропор отводят пленку воды. На молекулярном уровне происходит взаимодействие каждой поры шины с поверхностью дороги по принципу присоски, что обеспечивает не только эффективную тяговую функцию, но и короткий тормозной путь.
При этом многие производители заявляют о добавлении в резиновую смесь твердых микрочастиц неорганического и органического происхождения. Такие абразивы выполняют функцию своеобразных мини-шипов, что только усиливает фрикционные свойства.
В зависимости от эксплуатационных характеристик фрикционные шины подразделяются на нордические и европейские. Это условное деление, на покрышке нет такой маркировки.
Липучку нордического типа от «европейки» отличают следующие особенности:
Большое число глубоких ламелей. По сравнению с европейской у нордической фрикционной резины ламели прорезаны практически на всю глубину протектора. Благодаря этому происходит раскрытие блоков протектора и имитация прилипания покрышки к поверхности.
Отсутствие шипа/отверстия под шип.
Низкий скоростной индекс. «Скандинавы» менее устойчивы на высоких скоростях по причине плотной нарезки ламелей и глубокого протектора.
Как правило, ограничение по скоростному режиму варьируется в пределах 160-190 км/ч.Мягкий состав резиновой смеси, благодаря которому не теряется эластичность при экстремально низких температурах.
Нордические фрикционные шины предназначены для холодных зим с частыми снегопадами, в то время как «европейки» не терпят мороза и требуют более щадящих условий — чистых дорог, обработанных противогололедными реагентами.
Как правило, ограничение по скоростному режиму варьируется в пределах 160-190 км/ч.Фрикционные шины были разработаны в Европе, где не только комфортная погода зимой, но и всегда ухоженные дороги. В российских реалиях липучки ведут себя следующим образом:
Заснеженная дорога. На снежной поверхности фрикционная резина ничем не отличается от шиповки. На снегу шипы не играют никакой роли, главное — высота протектора.
Мокрая дорога. Фрикционка лучше впитывает влагу, тормозной путь сокращается. За счет большого количества микропор, отводящих водяную пленку, липучка выигрывает шипованную резину в сырую погоду.
Ледяная дорога. На обледенелой дороге при температуре до — 20°С липучка проиграет шиповке: ее способности к зацеплению ниже на 20% по сравнению с шипами, которые прокалывают лед.
-shina.jpg)
После — 20°С характеристики фрикционных и шипованных шин сравниваются. При такой низкой температуре лед становится прочным, и шиповка не может его проколоть и зацепиться. Резина липучки при этом не теряет своей мягкости и легко цепляется за поверхность.
Однозначного преимущества фрикционной резины перед шипованной нет. Липучка более универсальна и подойдет автовладельцам, которые большую часть времени проводят в городе и не разъезжают по загородной местности с характерным для нее гололедом. Кроме того, с фрикционными шинами не нужно беспокоиться о переменчивой погоде: они хорошо себя показывают в весенний период, когда наблюдаются резкие перепады температуры. Для езды по заснеженной местности большинство водителей отдадут предпочтение шипам, которые дешевле и уверенней себя ведут на бездорожье.
Законодательные требования к зимнему классу шин одинаковы и для шипованной, и для фрикционной резины. В период с декабрь по февраль транспортное средство обязательно должно быть оснащено зимними шинами, имеющими значок горной вершины со снежинкой и буквенную маркировку «M S», «M&S» или «M+S». При этом остаточная высота протектора должна быть более 4 мм. Требование о наличии на автомобиле знака с буквой «Ш» на фрикционные шины не распространяется.
Важно, что данным техническим регламентом запрещается эксплуатация шипованных шин в летнее время, но прямого запрета на использование липучки в аналогичный период нет. Однако, это не значит, что шину можно считать всесезонной: ее характеристики рассчитаны на зимний период, а эксплуатация на горячем асфальте приведет к потере адекватной управляемости и ускорит износ.
Стоит помнить, что первые 100-150 км происходит обкатка фрикционных шин. Этого расстояния достаточно, чтобы стерлась пленка из смазки, которая была нанесена перед вулканизацией.
В ходе дальнейшей эксплуатации подобные резкие маневры также нежелательны: резина фрикционных шин отличается мягкостью, поэтому быстро истирается. Монтаж старого комплекта на следующий сезон должен осуществляться с соблюдением того направления вращения, которое было ранее.
Липучки нельзя назвать идеальными, поэтому перед покупкой важно знать их положительные и отрицательные стороны.
Плюсы:
Особая мягкость позволяет фрикционной резине буквально «плыть» по дороге, не создавая при этом повышенного шума в салоне.
Резина не твердеет при низких температурах и сохраняет свои сцепные свойства.
Благодаря неплохой управляемости на любой дороге, фрикционные шины подходят для межсезонья.
Их можно устанавливать до начала заморозков и возвращаться к летним только в конце весны.За счет самоочищающегося протектора шина эффективна при езде по глубокому снегу.
Наличие специальных канавок для отвода воды предотвращает скольжение шин.
Их можно устанавливать до начала заморозков и возвращаться к летним только в конце весны.При движении по глубокому и сухому снегу альтернативных вариантов фрикционной резине нет. Такие шины «прилипают» к снежному покрытию, что гарантирует отличную управляемость. Но существует и ряд недостатков:
Неуверенность на укатанном снеге и льду, что в разы ухудшает управляемость автомобиля.
Несмотря на универсальность, липучки нельзя использовать в качестве всесезонной резины по причине неравномерного изнашивания. В теплую погоду они становятся слишком мягкими, что не лучшим образом сказывается на управляемости.
Фрикционные шины требуют обкатки, чтобы ламели заточились в правильном направлении.
Рекомендуется не делать резких маневров на первых километрах.
Рекомендуется не делать резких маневров на первых километрах. Еще один недостаток фрикционных шин заключается в их меньшей приспособленности к нуждам малоопытных водителей. Такие водители интуитивно жмут педаль тормоза в нештатной ситуации. В современных автомобилях эту ошибку компенсирует ABS, но если ее нет, то обутые в липучку заблокированные колеса серьезно теряют свою эффективность. В случае с шиповкой все работает как нужно.
Именно непредсказуемость поведения на хорошо укатанном снеге стала причиной недоверия водителей к фрикционным шинам. На асфальте этой резине равных нет, поэтому она станет лучшим выбором для больших городов с хорошей дорожной инфраструктурой, автобанов и федеральных трасс.
Типы зимних шин. Шипованные и фрикционные
Зимние шины — главная сезонная покупка автомобилистов и обязательное по ПДД условие для зимней езды.
Удивительно, но полвека назад в нашей северной стране зимних шин почти не было: их просто не выпускали, а достать импортные покрышки могли лишь избранные. В итоге автомобилисты ездили на условной советской «всесезонке», одинаково плохой в любое время года.
Правда, и машин на дорогах было заметно меньше. В сегодняшнем плотном трафике даже одного автомобиля на летних шинах достаточно для массовой аварии на скользкой дороге. Поэтому сезонная смена шин давно стала нормой, главное — выбрать правильные. Один из острых споров — что лучше: шипованные шины или фрикционные. У каждого типа шин есть свои плюсы и свои приверженцы. Обсудим особенности «шипов» и «липучки» с холодной, как лёд, головой.
Маркировка зимних шин. M+S или снежинка?
Сперва определимся, что вообще считать зимними шинами. Многие ориентируются на маркировку M+S (Mud+Snow, «грязь и снег») на боковине шины, считая такую резину априори зимней. Это не так: символ «M+S» ни к чему не обязывает производителя шины и является просто рекламным значком.
Часто он встречается на шинах с совершенно летним, «шоссейным» рисунком протектора, на которых далеко не уедешь ни в грязи, ни по снегу. Такие шины называют всесезонными, но в наших широтах от подобной универсальности одни беды. В России никто не ходит круглый год в осенней обуви — ногам будет слишком жарко летом и холодно зимой. Всесезонные шины в климате с большим перепадом температур ведут себя схоже: «плавятся» летом и «дубеют» зимой, нормально работая лишь в межсезонье.
Настоящие зимние шины обозначаются другим значком — Snowflake, в виде снежинки на фоне гор. Маркировка «M+S» обычно тоже присутствует (по принципу «чем больше значков, тем лучше»), но именно символ снежинки гарантирует, что шина проходила зимние испытания на специальных тестовых полигонах со снегом и льдом.
Snowflake (снежинка) — маркировка зимней шины
Ламели в протекторе зимних шин
А главный внешний признак зимней резины любого типа — наличие ламелей, множества тонких разрезов в протекторе.
В пятне контакта шины ламели расширяются, цепляясь за лёд и укатанный снег, словно присоска к стеклу. Чем извилистее, длиннее и чаще нарезаны ламели, тем лучше резина ведёт себя на скользкой дороге, но тем хуже она едет по сухому асфальту. Верный баланс качеств найти непросто, хотя прогрессивные 3D-ламели, применяемые в современных шинах, стали большим шагом вперёд по сравнению с прямыми ламелями. Конструкция 3D-ламелей не даёт пятакам протектора расползаться на твёрдом покрытии, что заметно улучшило асфальтовые характеристики зимних шин.
Маркировка автомобильных шин. Расшифровка обозначений
Фрикционные (нешипованные) зимние шины
Фрикционная шина (в народе — «липучка») цепляется за снег и лёд за счёт рисунка протектора, ламелей и физических свойств резины, буквально «прилипая» к дороге. С шипованной резиной «липучку» не спутаешь (отсутствие шипов сложно не заметить), но не все знают, что фрикционные шины делятся на два очень разных типа: «европейские» и «скандинавские».
Вот их отличить друг от друга внешне сложнее — лучше заранее изучить информацию от производителя или поговорить с грамотным консультантом в магазине.
«Скандинавские» шины или шины для северной зимы — наиболее привычный для России тип фрикционных зимних шин. Они созданы для морозных и снежных зим, характерных для северных стран: количество ламелей на протекторе максимально, а эластичность резины сохраняется даже при очень низких температурах. Мягкость «скандинавских» шин очевидна даже на ощупь — достаточно надавить на протектор пальцем, чтобы убедиться. Это даёт большие преимущества на льду при сильном морозе, но вот по асфальту, особенно при плюсовых температурах, «скандинавки» едут плохо и быстро изнашиваются. Эти шины созданы для настоящей суровой зимы без частых оттепелей.
Примеры нешипованных шин скандинавского типа: зимние шины Yokohama IceGuard G075, Yokohama IceGuard IG60, Кама Viatti Brina V-521, HiFly Win-Turi 212.
Yokohama IceGuard G075
Yokohama IceGuard IG60
Кама Viatti Brina V-521
Плюсы и минусы «скандинавских» фрикционных шин:
✔️ Хорошее сцепление на заснеженной дороге.
✔️ Хорошая работа при низких температурах (от −15 °C и ниже).
⛔ Плохая управляемость на асфальте и снежной «каше».
⛔ Большой тормозной путь на сухом асфальте.
⛔ Быстрый износ при плюсовой температуре.
«Европейские» шины или шины для мягкой зимы — покрышки из более твёрдой резиновой смеси. Они популярны в Центральной и Южной Европе, где дороги быстро чистят от снега, а температура воздуха зимой колеблется около нуля, лишь изредка опускаясь ниже −5 °C. Это слишком тепло для мягких «скандинавских» шин, а вот для более жёстких «европейских» покрышек — в самый раз. Ламелей в них также меньше, что улучшает сцепление на асфальте. Такие шины хорошо подходят для динамичной езды зимой — по чистым дорогам, конечно.
Мягкая зима характерна не только для среднеевропейских стран — на юге России есть регионы с похожим климатом, где выбор «европейских» фрикционных шин вполне оправдан.
Примеры нешипованных шин европейского типа: зимние шины Nokian WR, Michelin Alpin 6, Bridgestone Blizzak LM001.
Nokian WR A4
Michelin Alpin 6
Bridgestone Blizzak LM001
Плюсы и минусы «европейских» фрикционных шин:
✔️ Хорошая управляемость и торможение на асфальте.
✔️ Хорошее сцепление на снежной «каше» и влажной дороге.
✔️ Низкий уровень шума.
⛔ Плохая работа при низкой температуре (резина «дубеет» на морозе).
⛔ Посредственные характеристики на укатанном снегу и льду.
Шипованные шины
Шипованные зимние шины часто собирают полярные отзывы. Одни автолюбители в полном восторге от «шипов» и советуют их всем, другие отзываются неодобрительно. В чём причина? Как правило, негативные впечатления от шипованных шин — следствие их эксплуатации в неподходящих условиях. Прежде чем покупать «шипы», нужно разобраться, для чего они сделаны и как работают.
Ещё на стадии производства в протектор шины вживляют шипы — маленькие металлические гвоздики, которые обеспечивают дополнительный зацеп на льду и укатанном снегу. По своим характеристикам шипованные шины ближе к «скандинавским» фрикционным шинам, чем к «европейским».
Кстати, во многих странах с мягкой зимой шипованные шины запрещены — слишком сильно шипы «грызут» асфальт.
Однако в северных странах, где снежный накат на дорогах — нормальное явление, шипы весьма востребованы. Вгрызаясь в ледяную корку, шипованные шины обеспечивают наилучшее замедление, разгон и управляемость на скользкой дороге, что подтверждено десятками тестов зимней резины и высоким рейтингом шипованных шин. Откуда же тогда негативные мнения?
Дело в том, что шипованные шины отличаются от фрикционных «скандинавских» не только наличием шипов, но и температурным диапазоном эффективной работы. Состав резиновой смеси для шипов всегда делают твёрже, чем для «липучки», которая эластичнее на сильном морозе. Оптимальная температура для шипованных шин: от 0 до −10 °C, в этих условиях им действительно нет равных на скользкой дороге. С понижением температуры до −15…−20 °C показатели «шипов» и «липучки» на льду выравниваются. А ниже −20 °C хорошая фрикционная шина уже работает лучше шипованной, которая просто не может расцарапать шипами застекленевший от мороза лёд.
Шипы в протекторе зимней шины
Дело в том, что шипованные шины отличаются от фрикционных «скандинавских» не только наличием шипов, но и температурным диапазоном эффективной работы. Состав резиновой смеси для шипов всегда делают твёрже, чем для «липучки», которая эластичнее на сильном морозе. Оптимальная температура для шипованных шин: от 0 до −15 °C, в этих условиях им действительно нет равных на скользкой дороге. С понижением температуры до −20 °C показатели «шипов» и «липучки» на льду выравниваются. А ниже −25 °C хорошая фрикционная шина уже работает лучше шипованной, которой сложно расцарапать шипами застекленевший от мороза лёд.
Давление в шинах. Как и зачем его измерять
Кстати, помочь шипам в их битве со льдом можно, увеличив давление в шинах — в этом ещё одно отличие от «липучки». Если фрикционные шины на скользком покрытии работают лучше при небольшом снижении давления (увеличивается пятно контакта с дорогой), то шипованные — наоборот, при повышении, ведь так шипы активнее вгрызаются в лёд.
Поэтому не стоит ездить на приспущенных шипованных шинах.
Примеры шипованных шин: зимние шины Кама Viatti Brina Nordico V-522, Yokohama IceGuard IG55, Maxxis Presa Spike MA-SLW.
Hankook Winter i*Pike RS2 W429
Кама Viatti Brina Nordico V-522
Maxxis Presa Spike MA-SLW
Плюсы и минусы шипованных шин:
✔️ Отличное сцепление на льду и укатанном снегу.
✔️ Наименьший тормозной путь на скользкой дороге.
⛔ Повышенная шумность.
⛔ Посредственная управляемость на асфальте и снежной «каше».
⛔ Ухудшение характеристик шин на сильном морозе.
В снежной целине шипованные и фрикционные шины обеспечивают одинаковую проходимость, но субъективно шипованная резина в подходящих условиях может казаться более «вездеходной» — например, при штурме ледяных подъёмов. Поэтому «шипы» часто ставят на машины с передним или задним приводом, пытаясь немного улучшить их проходимость в городских условиях. Кстати, для этого есть и другие способы.
2WD: улучшаем проходимость монопривода
Какие зимние шины выбрать
Если бы существовали объективно лучшие шины на все случаи жизни, то все остальные уже давно не выпускались бы.
Поэтому вопрос «что лучше, шипы или “липучка”» просто не имеет смысла — лучшим может быть любой тип шин, в зависимости от условий эксплуатации. Поэтому шины нужно выбирать исходя из климата и дорожных условий.
В континентальном климате с резким наступлением зимы, сильными морозами и большим количеством снега фрикционные шины скандинавского типа — отличный выбор. Там, где зима не так сурова, температура ниже −20 °C бывает редко, а на дорогах обычно лёд и снежный накат, шипованные шины будут работать лучше всех. А в регионах с мягкой зимой или частыми оттепелями, где снег выпадает редко и убирается быстро, «европейские» шины — то что нужно.
Для наглядности мы свели усреднённые показатели трёх типов шин по результатам множества шинных тестов и рейтингов в одну таблицу:
Тип шин Параметр | Шипованные | Фрикционные «скандинавские» | Фрикционные «европейские» |
Назначение | Зима. | Суровая зима. Заснеженные и обледенелые дороги | Мягкая зима. Асфальт, снежная каша, редкий снег |
Оптимальная температура | От 0 до -15°C | От -15°C и ниже | От +5 до -5°C |
Твёрдость резины | 55–60 единиц | 50–55 единиц | 60–65 единиц |
Проходимость в снежной целине | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
Сцепление на укатанном снегу | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
Сцепление на льду | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ |
Сцепление на льду | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★☆☆☆☆ |
Сцепление на снежной каше | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ |
Сцепление на асфальте | ★★☆☆☆ | ★★☆☆☆ | ★★★★★ |
Уровень шума | ★☆☆☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★★★ |
Обледенелые и заснеженные дорогиСравнение и рейтинг зимних шин
Дата выпуска шин
Автомобильные шины делают из натурального каучука, который со временем теряет свои свойства.
Поэтому, прежде чем купить зимние шины, обязательно проверьте дату их выпуска. С годами резиновая смесь рассыхается, утрачивает эластичность и теряет способность цепляться за скользкую дорогу, превращаясь в подобие детской ледянки. При этом износ протектора может быть небольшим — не все много ездят зимой. Но старение резины опаснее, чем физический износ, ведь внешне такая шина выглядит вполне нормальной. Но на льду может преподнести неприятный сюрприз со множеством последствий.
Старые зимние шины нужно без жалости утилизировать. Докатывать их в тёплое время года — плохая идея, поскольку летом они не менее опасны, чем зимой.
Зимние шины летом. Меняем или докатываем?
Опытные автолюбители отмечают разницу в поведении шин уже на второй сезон эксплуатации, не говоря уже о третьем-четвёртом: по сравнению с новой шиной эффективность сцепления с дорогой неуклонно падает. Ну а 5 лет — общепризнанный предел для эксплуатации зимней резины, причём срок исчисляется с момента производства шины, а не начала использования.
Поэтому выбирать шины нужно тщательно: можно изучить десятки статей и шинных тестов, подобрать оптимальную модель, но нарваться на старый комплект, который будет работать совсем не так, как ожидалось. И ещё важнее следить за возрастом тех шин, что уже установлены на вашей машине. Старые зимние шины на скользкой дороге могут оказаться не намного лучше летних.
Не экономьте на безопасности — ставьте новые зимние шины и чувствуйте себя уверенно на заснеженных и обледенелых дорогах.
Красный свет, зеленый свет: силы трения, дороги и шины — Урок
Quick Look
Уровень: 8 (7-9)
Необходимое время: 45 минут
Зависимость урока:
Что заставляет самолеты летать?
Движение
предметных областей: Физические науки, Физика
Ожидаемые характеристики NGSS:
| МС-ПС2-2 |
Доля:
TE Информационный бюллетень
Краткое содержание
Основываясь на своем понимании сил и законов движения Ньютона, учащиеся узнают о силе трения, особенно в отношении автомобилей.
Они исследуют трение между шинами и дорогой, чтобы узнать, как оно влияет на движение автомобилей во время вождения. В связанной деятельности по обучению грамоте учащиеся исследуют тему конфликта в литературе, а также разницу между внутренним и внешним конфликтом, а также различные типы конфликтов. Истории используются для обсуждения методов управления и разрешения конфликтов и межличностных трений.Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).
Инженерное подключение
Инженеры используют свое понимание силы трения для проектирования безопасных дорог, шин, автомобилей и тормозов. Транспортные и автомобильные инженеры следят за тем, чтобы дороги и шины обеспечивали необходимое сцепление с дорогой, поскольку трение обеспечивает сцепление и управляемость для безопасного вождения, особенно в условиях обледенения или дождя. Даже проектирование того, как бумага проходит через копировальную машину, требует понимания трения.
Инженеры также уменьшают силу трения между движущимися механическими частями (в двигателях, инструментах, протезах и т. д.), чтобы детали работали более плавно и дольше.
Цели обучения
После этого урока учащиеся должны уметь:
- Объясните, как трение связано с движением автомобилей (движение вперед, остановка, повороты).
- Определить трение как силу, которая сопротивляется движению объекта, движущегося относительно другого объекта
- Предсказать способы улучшения движения автомобилей на снегу и льду и объяснить, почему
- Связь проектирования с силами трения, особенно при проектировании автомобилей
Образовательные стандарты
Каждый урок или занятие TeachEngineering связано с одной или несколькими науками K-12,
технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.
Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются Сеть стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).
В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .
NGSS: Научные стандарты нового поколения — Наука
| Ожидаемая производительность NGSS | ||
|---|---|---|
МС-ПС2-2. Спланируйте исследование, чтобы предоставить доказательства того, что изменение движения объекта зависит от суммы сил, действующих на объект, и массы объекта. (6-8 классы) Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв! | ||
| Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату | ||
| Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS: | ||
| Научная и инженерная практика | Ключевые дисциплинарные идеи | Концепции раскряжевки |
Планируйте расследование индивидуально и совместно, а также в ходе разработки: определяйте независимые и зависимые переменные и элементы управления, какие инструменты необходимы для сбора данных, как будут записываться измерения и сколько данных необходимо для обоснования заявления. Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв! Научные знания основаны на логических и концептуальных связях между фактами и объяснениями.Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв! | Движение объекта определяется суммой действующих на него сил; если общая сила, действующая на объект, не равна нулю, его движение изменится. Чем больше масса объекта, тем большая сила необходима для достижения такого же изменения движения. Для любого данного объекта большая сила вызывает большее изменение движения. Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв! Все положения объектов и направления сил и движений должны быть описаны в произвольно выбранной системе отсчета и произвольно выбранных единицах размера. Для того, чтобы поделиться информацией с другими людьми, эти выборы также должны быть разделены.Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв! | Объяснение стабильности и изменений в естественных или искусственных системах может быть построено путем изучения изменений во времени и сил в различных масштабах. Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв! |
Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
ГОСТ
Предложите выравнивание, не указанное вышеКакое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?
Подписаться
Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!
PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.
Больше учебных программ, подобных этому
Деятельность средней школы
Слайдеры (для средней школы)
В ходе этого практического занятия учащиеся узнают о двух типах трения — статическом и кинетическом — и об уравнении, которое ими управляет.
Они также экспериментально измеряют коэффициент статического трения и коэффициент кинетического трения.
Слайдеры (для старшей школы)
Деятельность средней школы
Слайдеры
Учащиеся узнают о двух типах трения — статическом и кинетическом — и уравнении, которое ими управляет. Они также экспериментально измеряют коэффициент статического трения.
Слайдеры
Предварительные знания
Силы, законы движения Ньютона
Введение/Мотивация
Вспомните, когда вы в последний раз ездили в автобусе или автомобиле. Почему на одних машинах на зеленый свет крутятся колеса, а на других машины едут вперед без пробуксовки колес? Почему машины с визгом останавливаются, когда водитель резко тормозит? Что заставляет автомобиль, движущийся со скоростью 60 миль в час, оставаться на шоссе, безопасно двигаясь вперед? Ответом на все эти вопросы является сила ТРЕНИЯ (и законы движения Ньютона, конечно)! Инженеры должны понимать силу трения, чтобы проектировать безопасные дороги, шины, автомобили и тормоза.
Инженеры также пытаются уменьшить силу трения между движущимися механическими частями, чтобы они служили дольше.
Когда шины автомобиля начинают поворачиваться, трение между дорогой и шинами заставляет автомобиль двигаться вперед. Точно так же, когда автомобиль поворачивает, трение между дорогой и шинами удерживает автомобиль от соскальзывания с обочины (помните первый закон Ньютона? прямая линия — прямо с дороги!) Когда автомобиль замедляется, трение между дорогой и шинами помогает остановить автомобиль, поскольку колеса замедляются. Именно трение между колесами и тормозными колодками заставляет колеса замедляться. Очевидно, что трение является очень важной силой, когда вы едете в автомобиле!
Представьте, что трение между дорогой и шинами стало намного меньше. Представьте, что между вашим ботинком и льдом возникает такое же трение, как если бы вы шли по покрытому льдом озеру. Что случилось бы? Автомобили будут скользить по всей дороге, потому что трения между дорогой и шиной будет недостаточно, чтобы удерживать шину на дороге.
Машинам будет трудно тронуться с места, потому что их колеса будут пробуксовывать. Кроме того, машинам будет сложно остановиться. Представьте, что вы пытаетесь остановить автомобиль, нажав на тормоза, если бы между шинами и дорогой не было трения — что бы произошло? Даже если бы колеса перестали вращаться, машина продолжала бы скользить по дорогам с низким коэффициентом трения! Автомобиль будет скользить и выходить из-под контроля, пересекая желтую линию или в кювет!
Иногда во время дождя или снега трение между шинами и дорогой может значительно уменьшиться, и возникает опасность скольжения автомобиля. Из-за этой опасности инженеры разработали дополнительные безопасные тормоза — антиблокировочную систему (АБС) с компьютерным управлением. Поскольку эти тормоза с АБС управляются компьютером, они всегда могут определять, что делает каждое колесо. Поскольку компьютер знает, что делают все четыре колеса, если одно колесо вот-вот начнет скользить при попытке затормозить, система ABS может отрегулировать остальные три колеса так, чтобы автомобиль не скользил.
Обратитесь к увлекательному и практическому занятию «Гонщики на воздушной подушке»! для студентов, чтобы исследовать трение между двумя поверхностями. Продолжение связанного действия Как далеко? Измерение трения с использованием различных материалов, чтобы учащиеся узнали, как разные текстуры создают различное трение для объектов, движущихся по ним.
Однако наша воображаемая дорога с низким коэффициентом трения не так уж и плоха. Если бы автомобиль мог двигаться с очень небольшим трением между шинами и дорогой, он был бы намного более экономичным, потому что двигателю не приходилось бы слишком много работать, чтобы поддерживать движение автомобиля. Транспортные и автомобильные инженеры следят за тем, чтобы дороги и шины имели достаточное трение — слишком большое, и автомобильным двигателям придется выполнять больше работы, чтобы продолжать движение; слишком мало, и машины не будут прилипать к дороге!
Инженеры используют эту связь между трением и динамикой шины/дороги, чтобы делать дороги из материала, который способствует трению в целях безопасности, но не слишком сильному трению, чтобы автомобилям не приходилось слишком много работать, чтобы двигаться вперед.
В районах с большим количеством снега некоторые люди используют специальные шины с металлическими шипами, потому что металлические шипы вонзаются в снег и лед, создавая большее трение, чем одна резина. Иногда дороги настолько обледенели, что людям даже приходится надевать цепи на шины, чтобы создать достаточное трение между автомобильными шинами и дорогой, чтобы они не скользили по всей дороге.
После урока обратитесь к соответствующему упражнению «Чтобы запутаться, нужны двое», чтобы расширить представление о трениях в личных отношениях с помощью историй.
Предыстория урока и концепции для учителей
Трение — это сила, которая возникает, когда предметы трутся друг о друга. Сила трения между дорогой и шиной — это то, что позволяет шине «отталкиваться» от дороги, тем самым двигая автомобиль вперед (третий закон Ньютона — действие — толкающая сила трения, противодействие — движение автомобиля вперед). Представьте, что машину опускают на домкрате.
Когда шины вообще не касаются земли (и поэтому трения между шинами и землей нет), шины могут пробуксовывать, но автомобиль не движется. В тот самый момент, когда шины впервые касаются земли, они «цепляются» за землю. Этот «захват» представляет собой силу трения между шиной и землей. Когда шины «цепляются» за землю, автомобиль движется вперед. Иногда, например, когда автомобиль стоит на льду, грязи или песке, сил трения шин автомобиля недостаточно, чтобы сцепиться с землей, и поэтому автомобиль с трудом движется вперед (пробуксовывает или скользит). Таким образом, хотя трение часто считают силой, противодействующей движению объекта, движение автомобиля было бы невозможно без трения! Трение может замедлять движение автомобиля по дороге, но оно также является той силой, которая вообще позволяет автомобилю двигаться вперед. Именно сила трения удерживает шины от скольжения по дороге. Точно так же именно трение заставляет автомобиль останавливаться при торможении. Итак, именно сила трения заставляет автомобиль ускоряться вперед, а также замедляться до полной остановки.
Трение также очень важно, когда автомобиль входит в поворот. Если трения между дорогой и шинами недостаточно, автомобиль будет соскальзывать с дороги боком, а не поворачивать за угол. На грунтовых дорогах меньше трения, чем на дорогах с твердым покрытием, поэтому автомобили иногда скользят на поворотах по грунтовым дорогам на телевидении или в фильмах. Если автомобили едут очень быстро, задние колеса могут скользить, и автомобиль будет «рыбий хвост» при повороте.
Связанные виды деятельности
Закрытие урока
Предложите учащимся объяснить, что они думают о трении. Почему оно замедляет движение, но в то же время делает движение возможным? Почему трение так важно для понимания инженерами, строящими автомобили? Каковы некоторые дополнительные применения трения в повседневной жизни и для инженеров? Какой была бы жизнь без трения?
Словарь/Определения
Сила: Что-то, что действует извне, чтобы толкать или тянуть объект.
Например, взрослый, тянущий ребенка в тележке, воздействует на тележку.
Трение: Сила, возникающая, когда предметы трутся друг о друга.
Третий закон Ньютона: на каждое действие есть равное и противоположное противодействие.
Оценка
Оценка перед уроком
Вопрос для обсуждения: Запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы учащихся.
- Какие силы заставляют автомобиль, движущийся со скоростью 60 миль в час, оставаться на шоссе, безопасно двигаясь вперед? Почему машина не тормозит, виляет направо и налево, не скользит по дороге? (Ответ: ТРЕНИЕ и третий закон движения Ньютона. Трение между дорогой и шинами автомобиля заставляет его двигаться вперед.)
Оценка после внедрения
Вопрос/ответ: Спросите учащихся и обсудите в классе:
- Представьте, что вы пытаетесь остановить машину, нажав на тормоза, если бы между колесами и дорогой не было трения. Что случилось бы? (Ответ: Если бы не было трения, колеса остановились бы, но машина продолжала бы скользить и вообще не замедлялась бы. Машина останавливалась только тогда, когда обо что-нибудь ударялась.)
- Можете ли вы представить себе ситуацию, в которой инженеру может понадобиться меньше трения? Когда инженеру может понадобиться больше трения? (Возможные ответы: Инженеры пытаются уменьшить трение между движущимися частями, чтобы они не изнашивались так быстро. Увеличение трения — полезный способ замедлить работу — так работают тормоза в автомобиле, велосипеде или скутере! есть много других возможных ответов на этот вопрос.)
Что случилось бы? (Ответ: Если бы не было трения, колеса остановились бы, но машина продолжала бы скользить и вообще не замедлялась бы. Машина останавливалась только тогда, когда обо что-нибудь ударялась.)Итоги урока Оценка
Круглый стол: Пусть класс разделится на команды по 3–5 человек в каждой. Пусть учащиеся каждой команды составят список способов, с помощью которых трение влияет на автомобили, каждый человек по очереди записывает идеи. Учащиеся передают список по группе, пока все идеи не будут исчерпаны. Предложите командам прочитать вслух ответы и записать их на доске.
(Предложение: трение возникает не только между колесами и дорогой, но и между всеми движущимися частями двигателя, тормозами и т. д.)
Friction Boggle!: Повторите то же действие, что и выше, за исключением случаев, когда команды зачитывают вслух свои ответы и записывают их на доске. Спросите, пришли ли другие команды к такой же идее. Если у какой-либо другой команды на листе есть такой же ответ, все команды должны вычеркнуть этот ответ в своем списке. Побеждает та команда, у которой окажется больше всего «уникальных» идей!
Расширение урока
Попросите учащихся пойти домой и покататься на велосипеде, а затем вернуться в школу с некоторыми наблюдениями о движении велосипеда и трении, которое они произвели во время езды на велосипеде. Чем шоссейные велосипеды отличаются от горных? Почему шины разные?
Попросите учеников исследовать суда на воздушной подушке. Как они работают? Как быстро они могут идти? По каким поверхностям они могут пройти? Какую роль играет трение в движении судов на воздушной подушке?
Рекомендации
Гиттевитт, Пол.
Концептуальная физика. Менло-Парк, Калифорния: Аддисон-Уэсли, 1992.
Хаузер, Джилл Франкель. Штучки и гаджеты: создание научных хитростей, которые работают (и понимание почему). Шарлотта, VT: Williamson Publishing, 1999.
.Каган, Спенсер. Совместное обучение. Капистрано, Калифорния: Совместное обучение Кагана, 1994 г. (Источник для оценки круглого стола.)
ВанКлив, Дженис. Физика для каждого ребенка: 101 простой эксперимент с движением, теплом, светом, машинами и звуком. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: John Wiley and Sons Inc., 19 лет.91.
Вольфсон, Ричард и Джей М. Пасачофф. Физика: для ученых и инженеров. Рединг, Массачусетс: Addison-Wesley Longman Inc., 1999.
.Авторские права
© 2004 Регенты Колорадского университета.Авторы
Сэйбер Дюрен; Бен Хевнер; Малинда Шефер Зарске; Дениз КарлсонПрограмма поддержки
Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в БоулдереБлагодарности
Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда, грант GK-12 №.
0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.
Последнее изменение: 29 июля 2020 г.
Джонс и Чайлдерс сообщают о коэффициентах трения около 0,7 для сухих дорог и 0,4 для мокрых дорог.Дизайн протектора представляет собой «всепогодный» компромисс.Если бы вы были гонщиком в Индианаполисе, вы бы использовали «слик». гоночные шины без протектора. На сухом покрытии может достигать 0,9как коэффициент трения, но ездить на них по мокрой дороге было бы опасно, так как коэффициент мокрой дороги может быть всего 0,1. Рано или поздно большинству людей приходится сталкиваться с трудным суждением о том, насколько сильно тормозить при аварийной остановке. Это сложный вопрос, и здесь не даются окончательные ответы. Но приведенная ниже иллюстрация может указать на некоторые соответствующие физические принципы. В лучшем случае при торможении колеса должны вращаться, потому что нижняя точка шины мгновенно находится в состоянии покоя по отношению к дорожному полотну (не скользит), и если существует значительная разница между статическим и кинетическим трением, вы получить больше тормозного усилия таким образом. Может быть, блокировка тормозов не так уж плоха в хороших условиях на сухой дороге, и вы не сможете удержаться от этого в чрезвычайной ситуации. Но если вы заблокируете колеса на мокрой дороге, последствия могут быть плачевными! У меня нет ничего похожего на надежные оценки эффективного коэффициента трения, но я предполагаю, что он может легко упасть до менее чем половины торможения «качения колес», потому что вы скользите по поверхности, смазываемой водой. Может случиться так, что даже с катящимися колесами у вас может быть около 0,4 в качестве коэффициента по сравнению с 0,7 на сухой дороге, и он может упасть до 0,1 для сликов. |
Но, как правило, у вас нет роскоши времени, чтобы сделать деликатное суждение о том, насколько сильно нажать на тормоза. Для хороших шин на сухом покрытии разница между трением качения и скольжения невелика, и если вы сильно уменьшите тормозное усилие, вы получите меньшее торможение, чем если бы вы просто заблокировали их. Другая проблема заключается в том, что в чрезвычайной ситуации торможение происходит инстинктивно, и вы, как правило, нажимаете на тормоза изо всех сил, прежде чем даже успеваете подумать об этом.