青少年科技创新示范案例18071.docx

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1、鞋子的防滑猜想一、摘要由一次偶然然的滑到到，想到到了鞋子子的防滑滑优化猜猜想，花花纹比较较复杂点点的鞋子子比较防防滑，但但是什么么样子的的纹理结结构的花花纹比较较防滑，提提出猜想想，设计计实验步步骤，进进行试验验，采集集数据，然然后根据据花纹和和数据进进行对比比、分析析，得到到防滑的的优化方方案，在在一定程程度上为为人们的的人身安安全提供供参考建建议。二、关键字字花纹、纹理理、防滑滑，实验验三、前言一次意外的的鞋子光光滑，导导致的摔摔倒时间间，使我我考虑到到什么样样子的鞋鞋子比较较防滑呢呢？查阅阅了相关关的资料料后，发发现鞋子子是否防防滑，在在一定程程度上和和鞋鞋子子底部的的花纹关关系比较较大

2、，对对此提出出了疑问问：什么么样的花花纹比较较防滑呢呢，对子子我决定定先从简简单的原原理进行行试验，从从而推导导出应该该什么样样子的花花纹能防防滑？为为什么可可以防滑滑？这些些结论，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、研究方方法研究对象：按照自自己的猜猜想制作作的鞋子子的模型型实验器材：鞋子模模型，330的光滑滑小坡，水水磨石的的光滑地地面，天天平，笔笔、记录录用的纸纸、尺子子，水平平测量仪仪。试验方法：让模型型在小坡坡上滑行行，滑行行到水磨磨石的光光滑地面面，停止止后记录录滑行的的距离，通通过讨论论，对

3、比比分析，数数学计算算来得到到摩擦因因数。既既然是考考虑到防防滑，就就要考虑虑到摩擦擦力，和和摩擦力力有关的的条件是是压力和和摩擦因因数，一一个人可可以穿不不同花纹纹的鞋子子，所以以压力是是不变的的，为了了保证压压力在做做实验的的时候保保持不变变，所以以在制作作模型的的时候要要用到天天平，用用天平保保证不同同花纹的的鞋子的的模型的的质量是是同样的，质量量一样同同时也就就保证了了压力是是一样的的，其次次摩擦因因数和材材质以及及接触面面的粗糙糙程度有有关系，所所以在制制作模型型的时候候首先考考虑到模模型的底底面积一一样，然然后就粗粗糙程度度选择不不同的花花纹，从从简单的的原理做做起，所所以假象象的

4、纹理理有3个个，1个个是横条条的花纹纹、1个个是竖条条的花纹纹，另外外一个是是“人字形形”的花纹纹，最后后是为了了保证鞋鞋子每次次向前滑滑行的力力是一样样的，这这个比较较难，查查阅相关关资料，经经老师知知道，决决定利用用高中物物理的能能量守恒恒定律来来解决这这个问题题，做一一个理想想环境下下的斜坡坡，让模模型从固固定的斜斜坡上滑滑下来，保保证每次次试验时时，鞋子子受力相相同，从从而减小小实验的的误差，为为了创造造理想环环境，我我在斜坡坡上撒上上了谁，保保证每一一个地方方都有水水痕，人人后在室室外环境境下（室室外温度度零下33度）上冻，在在做实验验的时候候用小铁铁板擦几几下，保保证是光光滑的，从

5、从而可以以看为理理想环境境。同样样为了减减小误差差，我决决定每种种花纹的的模型进进行多次次实验，取取其平均均值，减减小误差差，其次次每一次次滑行试试验后都都用干布布轻轻擦擦拭模型型底面，一一方面保保证模型型不应为为沾水而而增加光光滑度而而导致实实验失败败，另一一方面保保证底面面不会因因为沾上上水滴而而增大模模型的质质量，从从而改变变压力，轻轻轻的擦擦拭同时时也保证证模型花花纹不会会变形。五、实验结结果纹理1试验次数123456滑行距离21.3ccm21.5ccm21.2ccm21.6ccm21.1ccm21.5ccm表1-1理想效果示示意图实物示意图图纹理2试验次数123456滑行距离27.9

6、ccm28cm28.3ccm28.1ccm28.4ccm28.6ccm表1-2理想效果示示意图实物示意图图纹理3试验次数123456滑行距离14.5ccm13.9ccm14.2ccm14.4ccm14.2ccm14.1ccm表1-3理想效果示示意图实物示意图图六、讨论以下均为在在理想状状态下的的实验讨讨论首先要理解解实验原原理，在在理想状状态下，斜斜坡的长长度为550cmm，与地地面的夹夹角为330度，地地面是水水平的（水水平测量量仪测得得），所所有的环环境均为为贴近理理想环境境，让模模型从斜斜坡上滑滑行下来来，势能能转换为为动能，由由于斜坡坡时一定定的，所所以在相相同的位位置模型型的势能能为

7、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=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

8、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,而摩擦力只只与压力力与受力力面积有有关，在在理想环环境下，水水平地面面（水平平测量仪仪测量），压压力与质质量的关关系为FF=mgg，m为为质量是是固定的的1000g，gg不变，受受力面积积不变，所所以三种种材质下下摩擦力力是固定定的。摩摩擦力计计算公式式f=N，其其中是动摩摩擦因数数(就是是接触面面粗糙程程度)。根根据能量量守恒定定律；能能量既不不会凭空空产生，也也不会凭凭空消失失，它只只能从一一种形式式转

9、化为为别的形形式，或或者从一一个物体体转移到到别的物物体，在在转化或或转移的的过程中中其总量量不变。可以得到动能W1=FS，WW2=mmgh，WW1=WW2,所所以mggh=FFS=NS, 转换得得到mggh =NsS，其其中N=mg,所以mmgh=mgSS,推理理分析后后得到hh=S，其其中为摩擦擦因数，hh为高度度，S为为长度。六六次试验验取平均均值，hh纹理11=21.37cm（取取小数点点后两位位有效单单位），hh纹理22=28.22cm，hh纹理33=14.22ccm，那那么：纹理11= h/ss=0.47：纹理22= h/ss=0.35：纹理33= h/ss=0.70，纹理3纹理1

10、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，从而道理纹理3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11.2ccm11.4ccm11.5ccm11cm11.4ccm11.3ccm理想效果示示意图实物示意图图纹理4= h/ss=0.8855纹理3七、结论同样的材质质，同样样属性的的纹理结结构，纹纹理的长长度越长长，防滑滑度就越越高，同同样的材材质的条条件下，横横条纹比比竖条纹纹防滑，斜斜条纹比比横条纹纹防滑，网网状条纹纹比斜条条纹防滑滑。所以以建议为为了您的的人身安安全，在在购买鞋鞋子的时时候，考考虑防滑滑问题的的话，同同样材质质、同样样价格的的前提下下，同样样属性的的纹理结结构，纹纹理的长长度越长长，防滑滑度就越越高；不不同属性性纹理，横横条纹比比竖条纹纹防滑，斜斜条纹比比横条纹纹防滑，网网状条纹纹比斜条条纹防滑滑。八、致谢1、张波涛涛老师提提供实验验理论指指导2、张忠霞霞老师提提供数据据模型、分分析、整整理方面面的帮助助，以及及论文眷眷写方面面的指导导九、参考文文献