В ходе изучения естественных наук учащиеся знакомятся с такими понятиями, как энергия, сила, скорость, трение. Во время практических работ они учатся делать измерения, проводить опыты, собирать данные и анализировать полученные результаты.
Предлагаю рассмотреть применение конструктора FISCHERTECHNIK при изучении темы «трение».

На этапе установления взаимосвязей необходимо обсудить само понятие.
Трение – явление, сопровождающее нас с детства, на каждом шагу, а потом ставшее таким привычным и почти незаметным.
С силой трения мы знакомимся еще в сказках: “Колобок” (сила трения качения) и “Репка” (сила трения покоя).
В курсе физики 7 класса получаем научное объяснение силы трения и узнаем способы ее экспериментального измерения.
Согласно определению из учебника физики А.В. Перышкина: «При соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называется трением. А силу, характеризующую их взаимодействие, называют силой трения».
Роль силы трения в жизни людей огромна. Мы ездим, удерживаем предметы, да даже носим одежду благодаря этой силе. При этом в некоторых технологических процессах за счет силы трения происходит износ деталей различных механизмов. Для уменьшения соприкосновения тел используют специальные вещества. Но вот, если подобную смазку случайно разлить по полу, то может произойти незапланированное скольжение и, как следствие – травма.
Физическая величина, которая характеризует трущиеся поверхности, называется коэффициентом трения. В общем случае коэффициент трения зависит от скорости движения тел относительно друг друга.
Коэффициент трения скольжения величина безразмерная и значение зависит от некоторых факторов: качества обработки поверхностей, трущихся тел, присутствия на них грязи и т.д. Коэффициент трения определяют эмпирически (опытным путем).
Для вовлечения учащихся в исследование, можно определить коэффициент трения подошв обуви человека о различные поверхности. Для этого один из участников опыта встает на доску, а другой наклоняет ее до тех пор, пока стоящий на доске человек не начнет соскальзывать. После измерения высоты подъема доски (h) и длины доски (l) без труда можно определить и коэффициент трения.

Данный эксперимент может всколыхнуть интерес юных ученых к изучению этой темы более подробно.
Если коснуться рассмотрения вопроса о значении трения в природе, то размышлениям и дискуссиям не будет предела!
Французский физик Амонтон Гильом о роли силы трения: “Всем нам случалось выходить в гололедицу; сколько усилий стоило нам удерживаться от падения, сколько смешных движений приходилось нам проделать, чтобы устоять! Это заставляет нас признать, что обычно земля, по которой мы ходим, обладает драгоценным свойством, благодаря которому мы сохраняем равновесие без особых усилий. Та же мысль возникает у нас, когда мы едем на велосипеде по скользкой мостовой, или когда лошадь скользит по асфальту и падает. Изучая подобные явления, мы приходим к открытию тех следствий, к которым приводит трение. Инженеры стремятся его устранить в машинах – и хорошо делают. Однако, это правильно лишь в узкой специальной области. Во всех прочих случаях мы должны быть благодарны трению: оно дает нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и чернильница упадут на пол, что стол будет скользить, пока не упрется в угол, а перо выскользнет из пальцев”.
Что касается любителей конструировать, то в качестве опытного образца предлагаю взять детали конструктора FISCHERTECHNIK. Согласно истории, основу первого конструктора составляли блоки оригинальной формы, которые с помощью соединения «ласточкин хвост» могли крепиться друг к другу любой из шести поверхностей. Первые детали были выполнены из полиамида и содержали в себе усиливающий конструкцию стальной элемент.

Рис. 1 Фрагмент патента на изобретение блоков конструктора FISCHERTECHNIK 

Современные детали изготовлены из пластика, их то мы и протестируем. Но на этом использование конструктора FISCHERTECHNIK не закончится.
Возможно ли определить коэффициент трения с помощью конструктора FISCHERTECHNIK?
Для развития инженерной мысли рекомендую предложить учащимся придумать конструкцию экспериментальной установки для измерения коэффициента трения скольжения, используя детали конструктора FISCHERTECHNIK из набора «Simple Machines» 533506. Уверена, что даже новички воплотят в жизнь интересные идеи установки, ведь это могут быть и простые варианты, когда из пластин собирается плоскость, которая своим краем упирается на ящик от набора или на построенную из блоков опору.
Как вариант для вдохновения предложу вариант посложнее.
Экспериментальная установка «Горка»

Рис. 2 Установка для измерения коэффициента трения из деталей конструктора FISCHERTECHNIK

В качестве инструмента для измерения верхнего положения наклонной плоскости рекомендую использовать деревянную линейку 15 см, с началом отсчета от ее края. При необходимости лишний отрезок можно спилить. Для удобства измерений под установку в собранном виде положить лист миллиметровой бумаги.

Особенности установки:
1) Компактность, прочность, надежность.
2) Угол наклона платформы изменяется с помощью цепного механизма с прямым приводом. Сборка данного механизма позволяет познакомиться с устройством конструкций, использующихся в промышленных подъемниках (вилочные погрузчики).

Рис. 3 Цепной механизм с прямым приводом из деталей конструктора FISCHERTECHNIK

3)    Максимальное использование возможностей самого конструктора для проведения измерений: для оценки высоты платформы используется специальный указатель, собранный из двух деталей и  жестко закрепленный на основании подъемника. 

Рис. 4 Красные указатели обеспечивают точность измерений

В эксперименте рассмотрим вариант пластик-пластик. В качестве плоскости, по которой будут скользить тестовые модели, мы неслучайно использовали пластинки из набора. При прикреплении к ним иного материала, можно определить соответствующий коэффициент скольжения, например, пластик-бумага.

Цель исследования: проверка фундаментальных законов физики на основе метода познания – определение коэффициента трения деталей конструктора.
 
Ход работы:
Устанавливаем платформу в нижнем положении. На ее основание помещаем тестируемую деталь конструктора. Затем поднимаем платформу вращением привода до того момента, пока тестовый кубик не начнёт скользить. Затем мы замеряем расстояние от угла до опоры. Отношение высоты опоры стенки к расстоянию до угла и есть искомый tg α. Напомню, что коэффициент трения скольжения μ = tg α.
Измерения расстояний следует проводить с точностью до 1 мм, по 10 на образец. После усреднения вычислить стандартную ошибку измерения.
Результаты измерений не привожу сознательно, чтобы было желание провести эксперимент на практике.
Получившиеся данные можно сравнить с приведенными в таблице ниже. 

Рис. 5 Фрагмент из книги «Конструкционные пластмассы. Свойства и применение»; Хуго, И.; Кабелка, И.; Кожени, И. и др.; Изд-во: М.: Машиностроение, 1969 г. с.75

Интересно также сравнить коэффициенты трения разных деталей.
Варианты привожу в видеороликах: тест 1, тест 2.

Если интересно получить инструкцию по сборке, напишите в комментариях, опубликую в следующей статье.