Разделы: Физика
Цели и задачи:
Оборудование: Мультимедийная установка, опорные конспекты, бруски, грузы, клубок ниток, динамометры, карточки с описанием эксперимента.
Учитель: Мы сейчас с вами на уроках физике изучаем раздел « Механика». Механика объясняет закономерности механического движения и причины, вызывающие это движение. Классическую механику называют «Механикой Ньютона». Она включает в себя кинематику, динамику и статику. Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причин, вызывающих эти движения. Мы изучали законы кинематики, которые помогают нам рассчитать, где находиться изучаемое тело, с какой скоростью и по какой траектории оно движется.
А что является причиной движения тел? Приведите примеры движения тел и назовите причины, вызывающие это движение.
Ученики:
Учитель: Объясняя причины движения тел, учащиеся использовали слово «сила». Дайте определение этому физическому понятию.
Ученик: Сила является мерой взаимодействия тел. Это – векторная величина. Она имеет точку приложения, направление и величину (модуль). Обозначается буквой F, измеряется в ньютонах.
Учитель: Тело может придти в движение, если на него подействует другое тело или несколько тел. Как нам поступать в этом случае?
Ученик: Необходимо найти R-равнодействующую этих сил.
Учитель: Рассмотрим условия покоя и равномерного прямолинейного движения . Если тело находиться в покое, означает ли это, что на него не действуют другие тела? Приведите примеры.
Ученик: Книга лежит на парте, Она в покое относительно парты, потому что на неё действуют две силы: сила тяжести, и сила упругости стола. Равнодействующая этих сил равна нулю.
Учитель: Машина движется по дороге с постоянной скоростью 60 км/ч. Равнодействующая всех сил равна нулю?
Ученик: На машину действует сила тяги мотора и сила трения колёс о дорогу. Но так как машина не стоит на месте, а движется, то сила тяги – больше.
Учитель: Если машина движется равномерно, не меняя скорости и направления, этот ответ является ошибочным. Позже мы к этому вернёмся и всё разберём. Прошу прокатить металлический шарик по стеклу и ответить на мои вопросы. У него нет мотора, а почему он так долго движется?
Ученик: Шарик по гладкому стеклу движется по инерции.
Учитель: Дайте определение физическому понятию – инерция.
Ученик: Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называют инерцией.
Учитель: Мы будем изучать законы Ньютона. Они относятся к разделу механики – «Динамика»
Ньютон объяснял движение тел в зависимости от действия на тело различных сил. Его труд имел название «Математические начала натуральной философии». Ньютон один из первых использовал формулы для объяснения движения тел.
Первый закон Ньютона называют «Законом инерции».
(Запись на доске или использование мультипроектора – Рисунок 1)
I закон Ньютона.
F=0, R=0 —> V=0 или V=const, (a=0)
Существуют такие системы отсчета (инерциальные системы отсчёта), относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела или равнодействующая всех сил равна нулю.
Инерциальная система отсчёта – система отсчёта, относительно которой свободная материальная точка, не подверженная действию других тел, движется равномерно и прямолинейно (по инерции).
Предлагаю прочитать текст в начале §10 .В нём рассказывается о теории Галилео Галилея и Аристотеля на характер движения тела при отсутствии внешнего воздействия на него.
Учитель: Как называется физическая величина, которая характеризует изменение скорости?
Ученик: Ускорением тела при его равноускоренном движении называется величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, за которое это изменение произошло. Ускорение обозначается буквой a, единица измерения – м/с2, является векторной величиной.
Учитель: Дайте определение физическому понятию – инертность тела. Сравните тела с разной инертностью.
Ученик: Инертность тел – свойство, присущее всем телам и заключающееся в том, что тела оказывают сопротивление изменению их скорости (как по модулю, так и по направлению).
Большой книжный шкаф обладает большей инертностью, чем детский стул. Этот шкаф сдвинуть с места и привести в движение труднее.
Учитель: Какая физическая величина является мерой инертности?
Ученик: Масса – мера инертности тела. Масса обозначается буквой – m, единица измерения – кг, является скалярной величиной.
Учитель: Приведите примеры, когда тела имеющие разную массу по-разному сохраняют свою скорость.
Ученик: Перед красным светом светофора тормозной путь грузовика больше, чем у легковой машины, если начальные скорости у них были одинаковые. Чем больше масса машины, тем медленнее она меняет свою скорость.
Учитель: Вспомним пример, когда машина двигалась с постоянной скоростью 60 км/ч по дороге. Этот случай объясняется первым законом Ньютона. При каком условии скорость тела бывает постоянной?
Ученик: Скорость тела постоянна, если сумма всех сил, действующих на тело равна нулю. Следовательно: сила тяги мотора машины равна силе трения колёс о дорогу.
Учитель: Назовите силы в природе, с которыми познакомились в 7 классе.
Ученик: Это – сила тяжести, сила упругости и сила трения.
Учитель: Дайте определение силы тяжести (Рисунок 2)
Ученик: Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести. Сила тяжести обозначается буквой F с индексом Fтяж. Это – векторная величина, вычисляется Fтяж= mg, измеряется в ньютонах.
Учитель: Приведите примеры её проявления
Ученик: Выпустим из рук камень, он упадет на землю. То же самое происходит с любым другим телом.
Учитель: Какие особенности действия силы тяжести вы знаете?
Ученик: Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз к поверхности Земли. Человечество не научилось преодолевать эту силу. Она действует на все тела на Земле.
Учитель: Дайте определение силы упругости (Рисунок 3)
Ученик: Сила, возникающая в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение, называется силой упругости. Сила упругости обозначается буквой F с индексом Fупр. Это векторная величина, вычисляется Fупр = kX, измеряется в ньютонах.
Учитель: Приведите примеры проявления силы упругости
Ученик:
Учитель: Дайте определение силы трения. (Рисунок 4)
Учитель: Приведите примеры проявления силы трения.
Ученик: Санки, скатившись с горы, постепенно останавливаются под действием силы трения санок о снег.
Учитель: Действие всех сил, которые мы с вами ранее изучали и сейчас повторили, мы должны будем учитывать при решении задач по динамике.
Учитель: Деревянный брусок лежит на горизонтальной поверхности стола. Назовите тела, с которыми он взаимодействует. Изобразите силы, действующие на брусок.
Ученик: На брусок действуют сила тяжести и сила упругости опоры (поверхности стола). Эти силы равны, но противоположно направлены.
Учитель: Маленький железный шарик подвешен на тонкой шелковой нити. С какими телами он взаимодействует? Изобразите силы, действующие на него.
Ученик: На шарик действуют сила тяжести и сила упругости нити. Эти силы равны, но противоположно направлены, поэтому шарик в равновесии.
Учитель: Что произойдет, если сила тяжести, действующая на шарик ,будет больше силы упругости нити?
Ученик: Шарик будет падать вертикально вниз под действием его силы тяжести с ускорением =g
Учитель: Предлагаю сделать небольшой эксперимент с предложенными приборами и телами. (Приложение 1 и Приложение 2)
Изучение движения тела под действием силы.
Оборудование: Лист с описанием эксперимента, деревянный брусок, грузы, нить, измерительная линейка, секундомер, динамометр.
Указания к работе.
| Пределы измерения | Цена деления | Погрешность измерения | ||
| Нижний | Верхний | |||
| Динамометр | ||||
| Измерительная линейка | ||||
| Секундомер | ||||
Дайте ответы на вопросы.
Выберите правильный вариант записи:
Vср~1/m; Vср~m ; Vср~1/F; Vср~F;
(Обычно всё заканчивается тем, что мальчики из двух брусков и двух круглых грузов делают машинку и продолжают с ней эксперимент.)
Ученик: Правильные выводы: скорость бруска - обратно пропорциональна его массе, скорость бруска - прямо пропорциональна силе действующей на него.
Учитель: Сегодня вы выполняли эксперимент, который поможет Вам лучше понять 2 закон Исаака Ньютона. Мы с этим законом познакомимся на следующем уроке более подробно.
Учитель: Предлагаю учащимся оценить свою работу и работу своих товарищей на этом уроке.
Домашнее задание: §10 (ответить на вопросы в конце §10), читать §11. Подготовить доклад об Исааке Ньютоне (по желанию).
Дополнительный материал для учащихся: Биография Ньютона (автор не указан) (Приложение 3).
Литература:
xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai
Введение в динамику
ИСО. Первый закон ньютона
9 класс
Цель урока:
Сформулировать понятие об инерциальной системе отсчёта. Изучить первый закон Ньютона. Показать важность такого раздела физики как «Динамика».
Ход урока:
1. Повторение.
- В чём состоит основная задача механики?
- Зачем введено понятие материальной точки?
- Когда тело можно считать материальной точкой? Приведите примеры.
- Что такое система отсчёта? Для чего она вводится?
- Какие виды систем координат вы знаете?
2. Новый материал.
- В главном разделе механики – «Динамика» – рассматривается взаимное действие тел
друг на друга, которое является причиной изменения движения тел, т. е. их скоростей.
Если кинематика отвечает на вопрос: «Как движется тело?», то динамика выясняет,
почему именно так.
В основе динамики лежат три закона Ньютона.
Если неподвижно лежащее тело на земле начинает двигаться, то всегда можно
обнаружить предмет, который толкает это тело, тянет или действует на него
на расстоянии (например, если к железному шарику поднесём магнит).
Эксперимент 1
Возьмём кусок мела в руки и разожмём пальцы: мел упадёт на пол.
- Какое тело подействовало на мел? (Земля)
Эти примеры говорят о том, что изменение скорости тела всегда вызывается воздействием на данное тело каких – либо других тел. Если на тело не действуют другие тела, то скорость его никогда не меняется, т. е. тело будет покоиться или двигаться с постоянной скоростью.
Этот факт помогли осознать великие гении Галилей и Ньютон.
Первый закон механики, или закон инерции, был установлен ещё Галилеем. Но строгую формулировку этого закона дал и включил его в число основных законов физики Ньютон. Закон инерции относится к самому простому виду движения – движению тела, на которое не оказывают воздействия другие тела. Такие тела называют свободными телами.
Первый закон Ньютона:
Существуют такие системы отсчёта, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела.
Такие системы отсчёта называют – инерциальными (ИСО).
Чтобы пронаблюдать как движется тело, если на него не действуют другие тела, надо поставить условия, при которых влияние внешних воздействий было бы всё меньше и меньше, и наблюдать к чему это приведёт.
Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называется инерцией.
Эксперимент 2
Подвесим шарик на шнуре. Пока шнур не перерезан, шарик находится в покое. Если бы можно было убрать Землю, но при этом сохранить действие натянутого шнура, то он бы стал двигаться с ускорением в противоположную сторону.
- О чём говорит этот пример?
3. Закрепление изученного.
Вопросы для закрепления:
- В чём состоит явление инерции?
- В чём состоит 1 закон Ньютона?
- При каких условиях тело может двигаться прямолинейно и равномерно?
- Какие системы отсчёта используются в механике?
- Гребцы, пытающиеся заставить лодку двигаться против течения, не могут с этим справиться, и лодка остаётся в покое относительно берега. Действие каких тел при этом компенсируется?
- Яблоко, лежащее на столике равномерно движущегося поезда, скатывается при резком торможении поезда. Укажите системы отсчёта, в которых первый закон Ньютона:
а) выполняется; б) нарушается.
- Каким опытом внутри закрытой каюты корабля можно установить, движется ли корабль, равномерно и прямолинейно или стоит неподвижно?
Задачи и упражнения на закрепление:
С целью закрепления материала можно предложить ряд качественных задач по изученной теме, например:
1. Может ли шайба, брошенная хоккеистом, двигаться равномерно по льду?
2. Назовите тела, действие которых компенсируется в следующих случаях: а) айсберг плывёт в океане; б) камень лежит на дне ручья; в) подводная лодка равномерно и прямолинейно дрейфует в толще воды; г) аэростат удерживается у земли канатами.
3. При каком условии пароход, плывущий против течения, будет иметь постоянную скорость?
Можно предложить и ряд чуть более сложных задач на понятие инерциальной системы отсчёта:
1. Система отсчёта связана с лифтом. В каких из приведённых ниже случаях систему отсчёта можно считать инерциальной? Лифт: а) свободно падает; б) движется равномерно вверх; в) движется ускоренно вверх; г) движется замедленно вверх; д) движется равномерно вниз.
2. Может ли тело в одно и то же время в одной системе отсчёта сохранять свою скорость, а в другой – изменять? Приведите примеры, подтверждающие ваш ответ.
3. Строго говоря. Связанная с Землёй система отсчёта не является инерциальной, обусловлено ли это: а) тяготением Земли; б) вращением Земли вокруг своей оси; в) движением Земли вокруг Солнца?
4. Домашнее задание.
1. Параграф 10, ответить на вопросы.
2. Выполнить упражнение 10.
3. Ответить на вопросы микротеста:
- Действие всех сил скомпенсировано. Какова траектория движения этого тела?
А) парабола;
Б) окружность;
В) прямая;
Г) эллипс.
5. Подведение итогов урока.
www.metod-kopilka.ru
Третий закон Ньютона
Урок изучения нового материала
"Третий закон Ньютона".
Цель урока: Выяснить особенности сил, возникающих при взаимодействии двух тел, показать на примерах проявление закона в природе.
Задачи урока:
образовательная
актуализация знаний, умений и навыков, необходимых для творческого применения знаний;
применение обобщенных знаний, умений и навыков в новых условиях;
контроль и самоконтроль знаний при решении задач на применение третьего закона Ньютона.
воспитательная
развивающая
развитие познавательной активности и любознательности учащихся;
развитие самостоятельности мышления, воображения, логического подхода к решению поставленных задач.
Оборудование и наглядность:
таблицы к уроку по теме;
приборы:
-четыре демонстрационных динамометра,
-кусок железа, магнит,
-две тележки, металлическая линейка, нить, спички,
- лабораторные динамометры,
- канат.
Тип урока: Ознакомление с новым материалом с элементами исследований
Организационная форма – групповая, индивидуальная
Этапы урока
1.Подготовка к изучению материала через повторение и актуализацию знаний.
2. Объяснение нового материала.
3. Закрепление третьего закона Ньютона
4. Контроль и самопроверка знаний
5.Постановка домашнего задания.
6.Подведение итогов урока. Рефлексия.
Ход урока
Учитель:
1 .Сегодня на уроке мы с вами повторим, что происходит с телом, если на него не действуют другие тела или действие других тел компенсируется и наоборот: когда на тело действуют только два тела. Итак, работаем по плану:
На доске графическая интерпретация движения: на графике V=V(t) указаны
Работа в парах. Сформулировать вопросы к заданию и дать на них ответы.
V
А В
С
o t1 t2 t3 t
прочитать график зависимости скорости от времени
2. Объяснение нового материала.
«Натуральная философия» – так называли науку о природе. О значении этой книги говорит то, что она вошла в золотой фонд науки. Законы заучивались в авторской формулировке. В 1915 году считалось обязательным для учащихся гимназий знание подлинного текста законов Ньютона. Так было во всех школах мира. Поколения людей воспитывались на законах Ньютона, как на незыблемом фундаменте
Сколько сил на свете есть,
Ни кому не в силах счесть,
Но Ньютоном нам дано,
Что их четное число.
Как вы понимаете это высказывание?
Ученики дают различные варианты ответов.
Учитель:
2. Хорошо, давайте уточним и проведем опыт: Ударьте рукой по столу. Что вы испытали?
Ученики: Боль.
Учитель:
Почему? Ведь Вы бьёте стол, а не он вас. Вот на этот вопрос мы ответим, если поймем…
(третий закон Ньютона.)
(записываем тему урока в тетрадях и на доске)
3. Итак, мы выяснили: в первом законе Ньютон описал состояние тела, не подвергающееся действию других тел, во втором законе противоположная ситуация: на тело действуют другие тела, их действия не компенсируются, то есть равнодействующая сила не равна нулю, возникает ускорение. А если во взаимодействии тел участвуют два тела? Что в таком случае наблюдается? Ньютон и эту проблему решил успешно.
Предлагаю вам ответить на вопросы великого гения:
1) возникающие силы при взаимодействии двух тел могут быть одна больше другой?
2) как направлены при этом силы?
Для того чтобы ответить
kinderbooks.ru
Силы
1H
Fупр=k∙∆×= k∙∆l
Сила упругости – сила, возникающая при деформации, приложенная к телу, вызвавшему деформацию
и направленная в сторону, противоположную деформации
Деформация – изменение размера и формы тела
сила – причина деформации тела и причина
изменения скорости тела
точка приложения
направление
величина (модуль)
Сила -F
∆×=∆l=( l0 –l ) абсолютное удлинение
k – жесткость тела ( табличная величина) [ k ]=1Н/м
Сила реакции опоры N и сила натяжения Т нитей, веревок, тросов – это форма проявления силы упругости
N
Т
Fупр
N
Сила трения - это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, приложенная к взаимодействующим
телам и направленная в сторону, противоположную движению тела
Fтр=µN
µ- коэффициент трения ( таб), N- сила реакции опоры
ϑ
Fтр
ϑ
Fтр
Сила тяготения – это сила, с которой притягиваются друг к другу два тела массами m1 и m2, находящиеся на
расстоянии R друг от друга
- гравитационная постоянная
R
Сила тяжести – это сила, с которой тела притягиваются к Земле.
Fт = mg
Точка приложения силы находится в центре симметричного тела
g – ускорение свободного падения
У поверхности Земли g=9,8
Fт
Fт
Fт
Сила тяжести – частный случай силы тяготения
h
На расстоянии hRз от Земли
Fтяг =
Fтяг = mтg1
mт
Если тело погружается в жидкость ( газ), то на него со стороны жидкости ( газа ) действует выталкивающая сила. Ее называют силой Архимеда.
ρж – плотность жидкости, g=9,8м/с2
νп.ч.т – объем части тела, погруженной в жидкость
FАρ=ρж∙g∙νп.ч.т
FA
FАρ= Рв воздухе – Рв жид
Рв воздухе = mg– вес тела в воздухе; Рв жид – вес тела в жидкости
Законы Ньютона
Первый закон Ньютона : Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело
сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или их
действие скомпенсировано
Такие СО называются инерциальными первый закон Ньютона – закон инерции
Инерция – свойство тела сохранять свою скорость постоянной при отсутствии внешнего воздействия
Обычно данный закон формулируют так: тело находится в покое или движется равномерно прямолинейно, если
действующие на него силы компенсируют друг друга
F1 = F2
N
υ = conct
Fтр
Fтяги
Fупр
Fт
Fт
Второй закон Ньютона : Ускорение тела прямо пропорционально силе, вызвавшей это ускорение, и
обратно пропорционально массе данного тела
а
F3
F2
Fрез
F5
ускорение всегда направлено в сторону
F1
результирующей силы, действующей на тело
F4
= + + +… +
равнодействующая ( результирующая) всех сил, действующих на тело
m∙ = + +
+… +
При решении задач второй закон Ньютона используют в виде:
Третий закон Ньютона : Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по величине ( модулю) и
противоположны по направлению. Эти силы приложены к разным телам, поэтому не
= -
уравновешивают друг друга
Р
Fупр
Fупр
Р
____________________________________________________________________________________________
Вес тела ( Р) – сила, с которой тело, вследствие Земного притяжения, действует на опору или подвес
Точка приложения веса всегда находится на опоре или подвесе. Вес направлен перпендикулярно опоре
Р
Р
Р
Если тело находится в покое или движется равномерно прямолинейно,
Р= mg
то вес равен силе тяжести и определяется по формуле
Р=0
- в состоянии невесомости вес тела равен нулю
- если тело движется с ускорением а, направленным вверх
Р= m(g +а)
Р= m(g -а)
- если тело движется с ускорением а, направленным вниз
- перегрузка
multiurok.ru
Первый закон Ньютона
Учитель: Мы сейчас с вами на уроках физике изучаем раздел « Механика». Механика объясняет закономерности механического движения и причины, вызывающие это движение. Классическую механику называют «Механикой Ньютона». Она включает в себя кинематику, динамику и статику.Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причин, вызывающих эти движения. Мы изучали законы кинематики, которые помогают нам рассчитать, где находиться изучаемое тело, с какой скоростью и по какой траектории оно движется.
А что является причиной движения тел? Приведите примеры движения тел и назовите причины, вызывающие это движение.
Ученики:
Снег падает на Землю под действием силы тяжести.
На машину при торможении действует сила трение.
Мяч отскакивает от земли под действием силы упругости.
Женщина везёт на санках ребёнка, преодолевая силу трения санок о снег и силу тяжести, действующие на ребёнка и санки.
При полете самолета на самолёт действуют сила тяги двигателей, сила притяжения Земли, сила воздушных масс.
Учитель: Объясняя причины движения тел, учащиеся использовали слово «сила». Дайте определение этому физическому понятию.
Ученик: Сила является мерой взаимодействия тел. Это – векторная величина. Она имеет точку приложения, направление и величину (модуль). Обозначается буквой F, измеряется в ньютонах.
Учитель: Тело может прийти в движение, если на него подействует другое тело или несколько тел. Как нам поступать в этом случае?
Ученик: Необходимо найти R-равнодействующую этих сил.
Учитель: Рассмотрим условия покоя и равномерного прямолинейного движения . Если тело находиться в покое, означает ли это, что на него не действуют другие тела? Приведите примеры.
Ученик: Книга лежит на парте, Она в покое относительно парты, потому что на неё действуют две силы: сила тяжести, и сила упругости стола. Равнодействующая этих сил равна нулю.
Учитель: Машина движется по дороге с постоянной скоростью 60 км/ч. Равнодействующая всех сил равна нулю?
Ученик: На машину действует сила тяги мотора и сила трения колёс о дорогу. Но так как машина не стоит на месте, а движется, то сила тяги – больше.
Учитель: Если машина движется равномерно, не меняя скорости и направления, этот ответ является ошибочным. Позже мы к этому вернёмся и всё разберём. Прошу прокатить металлический шарик по стеклу и ответить на мои вопросы. У него нет мотора, а почему он так долго движется?
Ученик: Шарик по гладкому стеклу движется по инерции.
Учитель: Дайте определение физическому понятию – инерция.
Ученик: Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называютинерцией.
Учитель: Мы будем изучать законы Ньютона. Они относятся к разделу механики – «Динамика»
Ньютон объяснял движение тел в зависимости от действия на тело различных сил. Его труд имел название «Математические начала натуральной философии». Ньютон один из первых использовал формулы для объяснения движения тел.
Первый закон Ньютона называют «Законом инерции».
(Запись на доске или использование мультипроектора – Рисунок 1)
I закон Ньютона.
F=0, R=0 —> V=0 или V=const, (a=0)
Существуют такие системы отсчета (инерциальные системы отсчёта), относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела или равнодействующая всех сил равна нулю.
Инерциальная система отсчёта – система отсчёта, относительно которой свободная материальная точка, не подверженная действию других тел, движется равномерно и прямолинейно (по инерции).
Предлагаю прочитать текст в начале §10 .В нём рассказывается о теории Галилео Галилея и Аристотеля на характер движения тела при отсутствии внешнего воздействия на него.
Учитель: Как называется физическая величина, которая характеризует изменение скорости?
Ученик: Ускорением тела при его равноускоренном движении называется величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, за которое это изменение произошло. Ускорение обозначается буквой a, единица измерения – м/с2, является векторной величиной.
Учитель: Дайте определение физическому понятию – инертность тела. Сравните тела с разной инертностью.
Ученик: Инертность тел – свойство, присущее всем телам и заключающееся в том, что тела оказывают сопротивление изменению их скорости (как по модулю, так и по направлению).
Большой книжный шкаф обладает большей инертностью, чем детский стул. Этот шкаф сдвинуть с места и привести в движение труднее.
Учитель: Какая физическая величина является мерой инертности?
Ученик: Масса – мера инертности тела. Масса обозначается буквой – m, единица измерения – кг, является скалярной величиной.
Учитель: Приведите примеры, когда тела имеющие разную массу по-разному сохраняют свою скорость.
Ученик: Перед красным светом светофора тормозной путь грузовика больше, чем у легковой машины, если начальные скорости у них были одинаковые. Чем больше масса машины, тем медленнее она меняет свою скорость.
Учитель: Вспомним пример, когда машина двигалась с постоянной скоростью 60 км/ч по дороге. Этот случай объясняется первым законом Ньютона. При каком условии скорость тела бывает постоянной?
Ученик: Скорость тела постоянна, если сумма всех сил, действующих на тело равна нулю. Следовательно: сила тяги мотора машины равна силе трения колёс о дорогу.
Учитель: Назовите силы в природе, с которыми познакомились в 7 классе.
Ученик: Это – сила тяжести, сила упругости и сила трения.
Учитель: Дайте определение силы тяжести (Рисунок 2)
Ученик: Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести. Сила тяжестиобозначается буквой F с индексом Fтяж. Это – векторная величина, вычисляется Fтяж= mg, измеряется в ньютонах.
Учитель: Приведите примеры её проявления
Ученик: Выпустим из рук камень, он упадет на землю. То же самое происходит с любым другим телом.
Учитель: Какие особенности действия силы тяжести вы знаете?
Ученик: Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз к поверхности Земли. Человечество не научилось преодолевать эту силу. Она действует на все тела на Земле.
Учитель: Дайте определение силы упругости (Рисунок 3)
Ученик: Сила, возникающая в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение, называется силой упругости. Сила упругости обозначается буквой F с индексом Fупр. Это векторная величина, вычисляется Fупр = kX, измеряется в ньютонах.
Учитель: Приведите примеры проявления силы упругости
Ученик:
Когда мы стремимся порвать нить, мы ощущаем её сопротивление. Это проявление силы упругости нити.
Когда спортсмены прыгают на батуте, они используют упругие свойства этого спортивного снаряда.
Учитель: Дайте определение силы трения. (Рисунок 4)
Ученик: Сила трения возникает на поверхности соприкосновения прижатых друг к другу тел при относительном перемещении их и препятствует их взаимному перемещению. Силу трения обозначают буквой F с индексом Fтр. Это векторная величина, вычисляется Fтр = μN, измеряется в ньютонах. μ -коэффициент трения скольжения, N-сила давления на поверхность.
Учитель: Приведите примеры проявления силы трения.
Ученик: Санки, скатившись с горы, постепенно останавливаются под действием силы трения санок о снег.
Учитель: Действие всех сил, которые мы с вами ранее изучали и сейчас повторили, мы должны будем учитывать при решении задач по динамике.
Учитель: Деревянный брусок лежит на горизонтальной поверхности стола. Назовите тела, с которыми он взаимодействует. Изобразите силы, действующие на брусок.
Ученик: На брусок действуют сила тяжести и сила упругости опоры (поверхности стола). Эти силы равны, но противоположно направлены.
Учитель: Маленький железный шарик подвешен на тонкой шелковой нити. С какими телами он взаимодействует? Изобразите силы, действующие на него.
Ученик: На шарик действуют сила тяжести и сила упругости нити. Эти силы равны, но противоположно направлены, поэтому шарик в равновесии.
Учитель: Что произойдет, если сила тяжести, действующая на шарик ,будет больше силы упругости нити?
Ученик: Шарик будет падать вертикально вниз под действием его силы тяжести с ускорением =g
Учитель: Предлагаю сделать небольшой эксперимент с предложенными приборами и телами.
Изучение движения тела под действием силы.
Оборудование: Лист с описанием эксперимента, деревянный брусок, грузы, нить, измерительная линейка, секундомер, динамометр.
Указания к работе.
Укажите пределы измерения приборов, цену их деления и погрешность измерения.
Создайте соединение предметов, имеющих возможность двигаться горизонтально и самостоятельно.
Сравните скорость движения этой системы при различных вариантах соединения приборов.
Сделайте рисунки полученной установки. Запишите ваши выводы из наблюдений.
Таблица
Дайте ответы на вопросы.
Какая существует зависимость скорости движения тела от его массы, если сила тяги является величиной постоянной? (Это зависимость прямо пропорциональная или обратная?)
Какая существует зависимость скорости движения тела от силы тяги, если масса является величиной постоянной? (Это зависимость прямо пропорциональная или обратная?)
Выберите правильный вариант записи:
Vср~1/m; Vср~m ; Vср~1/F; Vср~F;
(Обычно всё заканчивается тем, что мальчики из двух брусков и двух круглых грузов делают машинку и продолжают с ней эксперимент.)
Ученик: Правильные выводы: скорость бруска - обратно пропорциональна его массе, скорость бруска - прямо пропорциональна силе действующей на него.
Учитель: Сегодня вы выполняли эксперимент, который поможет Вам лучше понять 2 закон Исаака Ньютона. Мы с этим законом познакомимся на следующем уроке более подробно.
Учитель: Предлагаю учащимся оценить свою работу и работу своих товарищей на этом уроке.
Домашнее задание: §10 (ответить на вопросы в конце §10), читать §11. Подготовить доклад об Исааке Ньютоне (по желанию).
infourok.ru
До сих пор мы изучали движение тел только кинематически. То есть мы определяли основные кинематические характеристики движения — скорость, ускорение, перемещение, и координату тела, а также устанавливали их взаимосвязь.
Уравнения кинематики позволяют решать сложные задачи движения различных частей машин и механизмов, рассчитывать траектории движущихся тел. Однако кинематика может только описать движение, пользуясь заданными наперёд его характеристиками (скоростью, ускорением), но не отвечает на вопрос о причинах возникновения движения, изменения скорости и возникновения ускорения. Изучением этих причин занимается другой раздел механики, который называется динамикой.
Вопрос о причинах, вызывающих движение различных тел, его изменение со временем, является главным не только в механике и физике, но и в нашем мировоззрении вообще.
На первый взгляд повседневный опыт просто отвечает на вопрос о причинах движения тела. Чтобы передвигать тележку с постоянной скоростью по горизонтальной дороге, необходимо приложить определённое усилие. Перестали толкать тележку — она остановилась, начали опять толкать — она вновь пришла в движение.
На основании подобных наблюдений Аристотель сформулировал общий принцип: «природа боится пустоты», то есть все пространство вокруг заполнено материей, которая препятствует или оказывает сопротивление всякому движению тела. Отсюда он пришёл к выводу, что для движения тела с постоянной скоростью необходимо приложить силу. Прекращается действие силы — прекращается движение. Поскольку Аристотель пользовался авторитетом, то это неправильное понимание причин движения являлось основной догмой механики в течение почти 2 тыс. лет.
Только в 16 веке итальянский учёный Галилео Галилей впервые на основе проведения физических опытов экспериментально доказал несостоятельность утверждений Аристотеля. Он показал, что под действием постоянной силы любое свободное тело движется не равномерно, а равноускоренно и что «любая скорость, сообщённая телу, устойчиво сохраняется до тех пор, пока нет причин к возникновению торможения или ускорения».
В отличие от Аристотеля Галилей утверждал, что тело сопротивляется не движению с постоянной скоростью, а ускорению, т. е, изменению этой скорости. При этом он понимал, что причинами возникновения торможения или ускорения тела могут быть только взаимодействия данного тела с другими телами.
Проведём опыт, подобный опытам Галилея. Возьмём твёрдый полированный шарик и будем спускать его с горки с одной и той же высоты. Под горкой горизонтально установим жёлоб в первом случае заполненный песком, во втором случае — обклеенный ворсистой тканью и в третьем случае изготовленный из полированного стекла.
В первом случае шарик, попав в песок, быстро останавливается и оставляет в песке заметный след. Во втором случае скорость изменяется заметно меньше и шарик перемещается немного дальше. В третьем случае шарик будет двигаться до конца желоба почти с постоянной скоростью.
Движение тела, которое происходит без действия на него других тел, называют движением по инерции.
Таким образом, инерция — это явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел.
А свойство тел, проявляющееся в том, что скорость их движения остаётся неизменной до тех пор, пока на них не действуют другие тела, называется инертностью.
Анализ результатов опытов позволил Галилею сформулировать закон инерции: скорость движения тела остаётся постоянной, если на него не действуют другие тела или их действия компенсируются.
Обобщив и уточнив результаты работ Галилея, английский учёный Исаак Ньютон в своём труде «Математические начала натуральной философии» включил закон инерции в число основных аксиом движения. Поэтому закон инерции часто называют первым законом Ньютона.
В нём утверждается, что: существуют такие системы отсчёта, в которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока на него не подействуют другие тела или действия других тел компенсируются.
Таким образом, в первом законе Ньютона постулируется существование таких систем отсчёта, в которых выполняется закон инерции. Они получили название инерциальных систем отсчёта (сокращённо ИСО).
Значит, ИСО — это такие системы отсчёта, относительно которых тело при компенсации внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно.
Доказать теоретически первый закон Ньютона невозможно; его следует рассматривать как результат обобщения экспериментальных фактов. Но как установить, что какая-либо система отсчёта является инерциальной?
Это можно сделать только на основе эксперимента. Проведём опыт. Тележку с находящимся на ней игрушечным автомобилем будем двигать равномерно и прямолинейно. В системе отсчёта, связанной с тележкой, автомобиль покоится, относительно Земли — движется с постоянной скоростью, равной скорости тележки. Следовательно, с тележкой можно связать инерциальную систему отсчёта.
Резко ускорим движение тележки. Автомобиль покатится по тележке назад. А если резко замедлить движение тележки? Автомобиль покатится по тележке вперёд. Создаётся впечатление, что автомобиль двигала какая-то сила. Но на самом деле такой силы нет. Силы тяжести и упругости, действующие на автомобиль, компенсировали друг друга, а сила трения пренебрежимо мала. Поэтому автомобиль двигался, сохраняя неизменной свою скорость относительно Земли. Двигаясь относительно Земли равномерно, автомобиль отставал от тележки во время её разгона и опережал тележку при её торможении. Следовательно, в этом случае система отсчёта, связанная с тележкой, будет неинерциальной.
— А является ли система отсчёта, связанная с Землёй, инерциальной?
Это очень важный вопрос, потому что все эксперименты мы проводим на Земле. Вы знаете, что Земля движется вокруг Солнца почти по круговой орбите, а также вращается вокруг своей оси. Строго говоря, система отсчёта, связанная с Землёй, не является инерциальной.
Однако отличие этой системы от инерциальной будет очень малым, так как за те небольшие интервалы времени, за которые мы проводим эксперименты, дугу орбиты, по которой движется Земля, можно с большой точностью считать отрезком прямой линии. Ускорение же, возникающее из-за вращения Земли, тоже очень мало. Поэтому с точностью, необходимой для проведения наших экспериментов, мы можем считать систему отсчёта, связанную с Землёй, инерциальной.
Однако, если требуется большая точность, например, при расчётах движений космических аппаратов, то инерциальной можно считать гелиоцентрическую систему отсчёта. При этом точка отсчёта совмещается с центром Солнца, а координатные оси направляются на удалённые звезды.
Если известна из опыта хотя бы одна инерциальная система отсчёта, то инерциальными будут любые другие системы отсчёта, движущиеся относительно избранной равномерно и прямолинейно. В этом заключается принцип равноправности инерциальных систем отсчёта.
В заключении отметим, что все законы движения и взаимодействия тел, которые мы будем изучать в дальнейшем, сформулированы для ИСО, так как в них они имеют самый простой вид. Поэтому, при решении задач вначале необходимо выбрать инерциальную систему отсчёта, и только потом применять тот или иной закон для решения.
videouroki.net
Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на берегу, развлекающимся тем, что от поры до времени отыскиваю камушек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мною неисследованным.
Исаак Ньютон.
До сих пор говорилось о законах кинематики, которые помогают нам рассчитать, где находиться изучаемое тело, с какой скоростью и по какой траектории оно движется.
Как известно, кинематика отвечает на вопросы «Что? Где? Когда? и Как?». Например, рассмотрим, с точки зрения кинематики, строки из поэмы А.С. Пушкина «Руслан и Людмила» и попытаемся ответить на ее главные вопросы:
У лукоморья дуб зеленый,
Златая цепь на дубе том:
И днем и ночью кот ученый
Всё ходит по цепи кругом…
И так, что или какое тело движется?
— Кот-ученый.
Где тело находится?
— На цепи.
Когда движется?
— И днем и ночью.
Как движется?
— По цепи кругом.
Но кинематика не отвечает еще на один главный вопрос — «Почему?» (почему тело движется именно так, а не иначе).
Для полного описания механического движения тел необходимо изучить взаимодействие тел, являющееся причиной изменения их механического состояния.
Раздел механики, в котором изучается движение тел с учетом их взаимодействия, называют динамикой.
Основная задача динамики состоит в определении положения тела в произвольный момент времени по известному начальному положению, начальной скорости и силам, действующим на тело.
Вопрос о причинах движения возник в сознании человека более двух десятков столетий назад.
Исследуя природные явления, Аристотель пришел к выводу, что для создания постоянной скорости движения необходимо воздействие других тел. Отсюда следует, что при отсутствии взаимодействия тела должны оставаться неподвижными (т.е. движется движимое). Эта идея помогает понять огромное количество наблюдаемых явлений, но она не объясняет все движения, которые происходят в природе. Аристотелю казалось, что существует несколько причин, вызывающих то или иное движение, и, следовательно, несколько разных видов движения: движение тел, находящихся под непосредственным воздействием других тел (например, лошадь тянет телегу), движение тел, падающих на земную поверхность и движение небесных тел.
На протяжении двух тысяч лет со времен Аристотеля кажущееся различие между движением тел по земной поверхности и в мировом пространстве являлось тормозом на пути развития механики. Только в XVII веке Галилео Галилей сделал первый шаг для единого объяснения этих двух типов движений. Он сформулировал закон инерции.
Закон этот Галилей выражал так: «Движение тела, на которое не действуют внешние силы, либо равнодействующая их равна нулю, является равномерным движением по окружности».Так, по мнению Галилея, двигались небесные тела, «предоставленные самим себе». Рассматривая взгляд Галилея на инерцию, убеждаемся в его неправомерности: ошибка в рассуждениях возникла из-за того, что Галилей не знал о законе всемирного тяготения, открытого позже Ньютоном.
На самом же деле движение по инерции может быть только равномерным и прямолинейным.
Поэтому формулировка закона инерции требовала дополнений. Первым, кто попытался внести ясность в закон инерции, сформулированный Галилеем, был И.Ньютон. В представлении И.Ньютона этот закон звучит следующим образом: всякая материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку воздействие со стороны других тел побуждает его изменить это состояние.
Однако со временем выяснилось, что и закон Ньютона выполняется не во всех системах отсчета. В этом можно убедиться с помощью опыта. Сначала тележка движется прямолинейно и равномерно относительно земли. На ней находится шарик.
Шарик будет находиться в покое относительно тележки при любой скорости ее движения относительно земли — главное, чтобы эта скорость была постоянна.
Но когда тележка попадает в песочную насыпь, ее скорость быстро уменьшается, в результате чего тележка останавливается. Во время торможения тележки шарик приходит в движение, т.е. изменяет свою скорость относительно тележки, хотя нет никаких сил, которые толкали бы его. Значит, в системе отсчета, связанной с тележкой, тормозящей относительно земли, закон инерции не выполняется.
Таким образом, к формулировке закона инерции, данной Ньютоном, следует добавить, что закон справедлив не для всех систем отсчета.
Поэтому с точки зрения современных представлений закон Ньютона формулируется так:
Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет скорость неизменной, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.
Это утверждение в физике называют первым законом Ньютона, в соответствии с которым состояние покоя или равномерного прямолинейного движения тел не требует для своего поддержания каких-либо внешних воздействий. В этом проявляется особое динамическое свойство физических тел, называемое их инертностью и характеризующее «отзывчивость» тел на воздействие других тел.
Из опыта следует, что груженый автомобиль (более инертный) труднее разогнать или остановить при движении, чем такой же не гружёный автомобиль (менее инертный).
Явление сохранения состояния покоя или равномерного прямолинейного движения тел при отсутствии воздействия со стороны других тел называют инерцией.
Теперь, зная эти два понятия — инерция и инертность— вы легко сможете сами ответить на вопрос, почему человек споткнувшись падает лицом вперед, а поскользнувшись — назад.
Первый закон Ньютона называют законом инерции. Он не подлежит экспериментальной проверке (это – постулат), т.к. изолированных тел нет. Но если создать такие условия, что взаимодействие (главным образом трение) по возможности устранить, то движение все больше будет удовлетворять этому закону.
Следует отметить, что всякое движение имеет смысл, если указана система отсчета. Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона называют инерциальными.
Инерциальная система отсчета — это система отсчета, относительно которой тело при компенсации внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно.
Системы же отсчета, которые движутся с ускорением относительно инерциальных называют неинерциальными.
Если найдена одна инерциальная система отсчета, то любая система отсчета, движущаяся относительно этой системы равномерно и прямолинейно, является инерциальной.
В условиях, при которых можно не учитывать вращение Земли и ее движение вокруг Солнца, любая система отсчета с неподвижным относительно Земли телом отсчета является инерциальной.
Если же необходимо учитывать движение Земли, то инерциальной считают систему, связанную с Солнцем.
Основные выводы:
– Первый закон Ньютона гласит, что существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет скорость неизменной, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.
– Инертность — это свойство тел приобретать определенное ускорение при данном воздействии.
– Инерция — это явление сохранения состояния покоя или равномерного прямолинейного движения тела при отсутствии воздействия со стороны других тел.
– Инерциальная система отсчета — это система отсчета, относительно которой тело при компенсации внешних воздействий движется прямолинейно и равномерно.
videouroki.net
|
|
|
|
|
|
