青少年科技创新示范案例资料

1、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 、,. 、 二、刖百一次意外的鞋子光滑，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

2、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

3、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

4、，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纹理2试验次数123456滑行距

5、离27.9cm28cm28.3cm28.1cm28.4cm28.6cm理想效果示意图表1-2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

6、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=mg, m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，斜坡白长度为20cm,根据 勾股定理L斜边2 = L直角边i2+ L直角边22,所以距

7、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=mg,m为质量是固定的100g, g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= wN,其中区是动摩擦因数（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=FS, W2=mgh, W1=W2,所以 mgh=FS=（1 NS,转

8、换得至口 mgh=n NsS,其中N=mg,所以mgh= m mgS,推理分析后得到h= s S,其中 w为摩擦因数，h为高度，S为长度。六次试验取平均值，h纹理i=21.37cm （取小数点后两位有效单位），h纹理2=28.22cm, h纹理3=14.22cm,那么：w 纹理 1= h/s=0.47: w 纹理 2= h/s=0.35:小纹王s 3= h/s=0.70,小纹理 3 W纹王I 1 W纹理2,由此可以推断横条纹理在一定程度上比竖条纹理 防滑，而“人字形”纹理在一定程度上比横条纹理增加了条纹的长度， 从而道理W纹理3 w纹理1按照这种推理，又设计了纹理 4 “又字形” 进行试验，得到实验结果纹理4试验次数123456滑行距离11.2cm11.4cm11.5cm11cm11.4cm11.3cm理想效果示意图实物示意图(1 纹理 3七、结论 同样的材质，同样属性的纹理结构，纹理的长度越长，防滑度就越高, 同样的材质的条件下，横条纹比竖条纹防滑，斜条纹比横条纹防滑， 网状条纹比斜条纹防滑。所以建议为了您的人身安全，在购买鞋子的 时候，考虑防滑问题的话，同样材质