青少年科技创新示范案例.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：鞋子的防滑猜想一、摘要由一次偶然的滑到想到了鞋子的防滑优化猜想花纹比较复杂点的鞋子比较防滑但是什么样子的纹理结构的花纹比较防滑提出猜想设计实验步骤进行试验采集数据然后根据花纹和数据进行对比、分析得到防滑的优化方案在一定程度上为人们的人身安全提供参考建议。二、关键字花纹、纹理、防滑实验三、前言一次意外的鞋子光滑导致的摔倒时间使我考虑到什么样子的鞋子比较防滑呢？查阅了相关的资料后发现鞋子是否防滑在一定程度上和鞋鞋子底部的花纹关系比较大对此提出了疑问：什么样的花纹比较防滑呢对子我决定先从简单的原理进行试验从而推导出应该什么样子的花纹能防滑？为什么可以防滑？这些结论使自己以后可以选择比较防滑的鞋子保护自己同时也提供给大家参考在一定程度上为他人的人身安全也提供一点点的提供参考建议。四、研究方法研究对象：按照自己的猜想制作的鞋子的模型实验器材：鞋子模型30°的光滑小坡水磨石的光滑地面天平笔、记录用的纸、尺子水平测量仪。试验方法：让模型在小坡上滑行滑行到水磨石的光滑地面停止后记录滑行的距离通过讨论对比分析数学计算来得到摩擦因数。既然是考虑到防滑就要考虑到摩擦力和摩擦力有关的条件是压力和摩擦因数一个人可以穿不同花纹的鞋子所以压力是不变的为了保证压力在做实验的时候保持不变所以在制作模型的时候要用到天平用天平保证不同花纹的鞋子的模型的质量是同样的质量一样同时也就保证了压力是一样的其次摩擦因数和材质以及接触面的粗糙程度有关系所以在制作模型的时候首先考虑到模型的底面积一样然后就粗糙程度选择不同的花纹从简单的原理做起所以假象的纹理有3个1个是横条的花纹、1个是竖条的花纹另外一个是“人字形”的花纹最后是为了保证鞋子每次向前滑行的力是一样的这个比较难查阅相关资料经老师知道决定利用高中物理的能量守恒定律来解决这个问题做一个理想环境下的斜坡让模型从固定的斜坡上滑下来保证每次试验时鞋子受力相同从而减小实验的误差为了创造理想环境我在斜坡上撒上了谁保证每一个地方都有水痕人后在室外环境下（室外温度零下3度）上冻在做实验的时候用小铁板擦几下保证是光滑的从而可以看为理想环境。同样为了减小误差我决定每种花纹的模型进行多次实验取其平均值减小误差其次每一次滑行试验后都用干布轻轻擦拭模型底面一方面保证模型不应为沾水而增加光滑度而导致实验失败另一方面保证底面不会因为沾上水滴而增大模型的质量从而改变压力轻轻的擦拭同时也保证模型花纹不会变形。五、实验结果纹理1试验次数123456滑行距离21.3cm21.5cm21.2cm21.6cm21.1cm21.5cm表1-1理想效果示意图实物示意图纹理2试验次数123456滑行距离27.9cm28cm28.3cm28.1cm28.4cm28.6cm表1-2理想效果示意图实物示意图纹理3试验次数123456滑行距离14.5cm13.9cm14.2cm14.4cm14.2cm14.1cm表1-3理想效果示意图实物示意图六、讨论以下均为在理想状态下的实验讨论首先要理解实验原理在理想状态下斜坡的长度为50cm与地面的夹角为30度地面是水平的（水平测量仪测得）所有的环境均为贴近理想环境让模型从斜坡上滑行下来势能转换为动能由于斜坡时一定的所以在相同的位置模型的势能为W在模型滑下斜坡的瞬间势能也是相同的滑下后势能转化为动能模型在水平方向上的能量三种纹理都是一样的（斜坡为非常光滑的）动能给予模型一个在水平方向上向前的力N质量一样那么向前的力也就是一样的然后水磨石虽然光滑但是模型还是受到一个向后的摩擦力f花纹的不同导致了每种纹理的摩擦因数的不同（纹理导致的模型与接触面的面积的差异可以忽略不计）这些因素的影响最后导致了模型在水磨石地面停止了下来基本原理是这个样子的。首相需要计算势能W势能=FS其中F为向上的力F=mgm为模型的质量一定的都为100克g为重力常数是一个测量常数暂定位10。S是距离鉴于斜坡与水平地面的夹角为30度斜坡的长度为20cm根据勾股定理L斜边2=L直角边12+L直角边22所以距离S通过计算得到位10cm那么模型在最高处的势能为W势能=FS=mgS=0.1*10*0.1而摩擦力只与压力与受力面积有关在理想环境下水平地面（水平测量仪测量）压力与质量的关系为F=mgm为质量是固定的100gg不变受力面积不变所以三种材质下摩擦力是固定的。摩擦力计算公式f=μN其中μ是动摩擦因数(就是接触面粗糙程度)。根据能量守恒定律；能量既不会凭空产生也不会凭空消失它只能从一种形式转化为别的形式或者从一个物体转移到别的物体在转化或转移的过程中其总量不变。可以得到动能W1=FSW2=mghW1=W2所以mgh=FS=μNS转换得到mgh=μNsS其中N=mg所