Jukka Kärkimaa

4:e plats, internationella kategorin
Jukka Kärkimaa, Tampereen lyseon lukio (Tammerfors)
Hemort: Tavastkyro

Om beröringsytans relation till koefficienten för den statiska friktionen
(500 euro)

Hela arbete

Förhållandet mellan yta och friktion ledde till en kritisk analys

Förhållandet mellan yta och friktion i praktiska tillämpningar är något som Jukka Kärkimaa, 18 år och studerande vid Tampereen lyseon lukio i Tammerfors, länge har funderat över. Han intresserade sig särskilt för beröringsytan mellan bilens däck och vägytan och dess effekt på friktionen. Han var övertygad om att ytans storlek påverkar friktionskoefficienterna, men visste inte hur.

I början av gymnasiets fysikkurser stod det klart att enligt det antagande som använts i beräkningarna påverkas inte friktionskoefficientens storlek av ytan, utan enbart av materialet. I boken nämndes att det rör sig om en uppskattning, men att beräkningarna trots detta kan göras så här. Detta störde Jukka, som därför ville undersöka saken närmare i sitt arbete.

Impulsen till arbetet kom från motstridigheten mellan den allmänna uppfattningen och fysikens teori. I allmänhet tänker man sig att beröringsytans storlek påverkar friktionen. Inom fysiken antar man däremot att ytans storlek inte påverkar friktionskoefficienten. Jukka undersökte detta beroendeförhållande. Dessutom ville han veta hur olika material inverkar på friktionen då beröringsytan ändrar.

Arbetet är avgränsat att gälla beröringsytans effekt på den statiska friktionen i en situation när trycket mellan ytorna förblir oförändrat. Jukka mätte den statiska friktionskoefficienten experimentellt med hjälp av ett sluttande plan, tre bitar i olika storlekar och fyra olika materialkombinationer. Dessutom begrundar Jukka de olika materialens inverkan på ett teoretiskt atomplan, eftersom han kom till den slutsatsen att man på så sätt bäst kan klarlägga hur friktionen är beroende av ytan.

Resultaten visar att den statiska friktionskoefficienten beror på storleken på beröringsytan. Dessutom avslöjade testerna hur fästets styrka inverkar på detta beroendeförhållande: ju bättre fäste materialet har, desto mindre inverkar storleken på beröringsytan på den statiska friktionskoefficienten.

Forskarnaturen framgår

Utvärderarna anser att arbetet visar på att skribenten är en forskarnatur: han har modet att på basis av sina egna misstankar kritiskt ifrågasätta riktigheten hos sådant som okritiskt accepterats i läroböcker.

Arbetet får beröm för sin utmärkt tydliga språkdräkt och utformning samt för de exakta och realistiska målsättningarna. Noggrann uppmärksamhet har också fästs vid granskningen av eventuella fel. Jukkas experimentarrangemang är just sådant som det bör vara inom fysiken: enkelt och funktionellt.