Механічна взаємодія. Сила. Види сил у механіці. Вимірювання сил. Додавання сил

ДИНАМІКА

Урок № 2

Тема. Механічна взаємодія. Сила. Види сил у механіці. Вимірювання сил. Додавання сил

Мета: поглибити знання учнів про механічну взаємодію тіл, про силу, про види сил; формувати вміння додавати сили, знаходити їх рівнодійну; розвивати творчі здібності та логічне мислення; виховувати уважність, старанність, прагнення поглибити свої знання.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

ХІД УРОКУ

I. Актуалізація опорних знань учнів

1. Спробуйте пригадати все, що ви пов’язуєте зі словосполученням “види

сил”, “рівнодійна сил”, “вимірювання сил”.

2. Робота в групах. Виготовлення плакатів для завдання “Бачено – небачено”

Для цього один учасник від кожної команди тягне “долю” – квиток з указівкою тієї або іншої теми. Назви тем: “Сила тяжіння”, “Сила пружності, закон Гука, вимірювання сил, типи деформацій”, “Сили тертя”. Кожна команда протягом установлених 5-8 хвилин готує свій плакат, відшукуючи потрібні слова в підручниках і словниках. Коли все готово, команди залишають на місцях виготовлений плакат і одну-дві хвилини вивчають плакат іншої групи,

запам’ятовуючи все, що на ньому написано. А повернувшись після сигналу на місце, записують побачене, допомагаючи одне одному.

II. Мотивація навчальної діяльності учнів

У байці Леоніда Глібова “Лебідь, Рак і Щука” ідеться про таке:

Колись-то Лебідь, Рак і Щука

Приставить хуру узялись.

От троє разом запряглись,

Смикнули – катма ходу…

Результат відомий. Як були напрямлені сили?

III. Сприйняття нового матеріалу

Взаємодія і сили

Відомо, що зміна швидкості тіла, тобто поява прискорення, відбувається під дією оточуючих тіл на це тіло.

У безмежних просторах всесвіту, на нашій планеті, в будь-якому шматку речовини, в живих організмах, у молекулах і атомах, атомних ядрах і, нарешті, під час взаємних перетворень елементарних частинок ми маємо справу з чотирма видами фундаментальних взаємодій: гравітаційною, електромагнітною, ядерною (або сильною) і так званою слабкою взаємодією. Відповідно розрізняють чотири типи фундаментальних сил: сили всесвітнього тяжіння (або гравітаційні сили), електромагнітні сили, ядерні і так звані слабкі взаємодії.

Сили тяжіння (гравітаційні сили) є панівними у світі космічних тіл. Щонайменше одне із взаємодіючих тіл має бути таким великим, як Земля чи Місяць.

Електромагнітні сили діють між електрично зарядженими частинками. Вони значно більші за гравітаційні.

Сфера дії ядерних сил обмежена. Вони помітно виявляються лише всередині ядра для дуже малих відстаней між частинками: радіус їх дії порядку 10-16 м. Уже на відстанях між частинками в тисячі разів менших за розміри атома (10-10 м) вони не виявляються.

Слабкі взаємодії визначають процеси в ще менших масштабах. Вони проявляються всередині елементарних частинок і визначають перетворення їх одна в одну.

Усі взаємодії в природі можна звести до чотирьох фундаментальних взаємодій:

– Гравітаційні взаємодії

Сила всесвітнього тяжіння

Сила тяжіння

– Електромагнітні взаємодії

Сила пружності

Тертя Fтер = ? – N

Реакція опори

Вага тіла

– Сильні взаємодії (ядерні)

– Слабкі взаємодії (взаємодії елементарних частинок)

Для характеристики цих взаємодій введено поняття сили. Сила – це фізична векторна величина, що є мірою дії на деяке тіло інших тіл (або полів), яка може викликати прискорення і деформацію тіла. Сила є повністю визначеною, якщо задано її модуль, точка прикладання A, лінія дії OO’, напрям дії, позначений стрілкою (рис. 1).

Рис. 1

Якщо на тіло діє тільки одна сила, вона обов’язково спричиняє і прискорення, і деформацію цього тіла. Якщо ж на тіло одночасно діє декілька сил, то можлива їх компенсація (зрівноваження) і тіло може не набувати прискорення. Одночасна дія на тіло декількох сил еквівалентна дії однієї сили (рівнодійної), яка дорівнює векторній сумі цих сил:

Знаходження рівнодійної означає додавання сил за правилами додавання векторів (рис. 2, 3):

Рис. 2

Рис. 3

На принципі додавання сил і розкладання їх на складові грунтується один зі способів витягування автомобілів на лісовій дорозі (рис. 4). Сила тяги людини розкладається на дві складові: I , що напрямлені вздовж мотузка. Сила тягне дерево D і, якщо воно достатньо міцне, компенсується його опором. Сила витягує автомобіль A. Виграш сили тим більший, чим більший кут CBE, тобто чим сильніше натягнутий мотузок.

Рис. 4

Існує принцип незалежності дії сил: якщо на тіло діють одночасно декілька сил, дію кожної з них можна розглядати незалежно від дії інших.

Оскільки сила здатна надати тілу прискорення і деформувати його, то обидві ці дії можна використовувати для вимірювання сили і маси. Виникнення прискорення і деформації, наприклад, пружин можна використовувати для порівняння і вимірювання сил. Прилади для вимірювання сил називають динамометрами.

Поняття сили тісно пов’язане з такими категоріями, як причина і наслідок. Під час взаємодії двох тіл можна виділити тіло, яке діє на інше, і тіло, яке зазнає дії з боку іншого. Наслідком взаємодії є зміна руху тіл. Кількісний опис взаємодії вимагає кількісної характеристики обох тіл і наслідку. Побудована Ісаком Ньютоном механіка вводить такі кількісні характеристики: для руху – прискорення, для тіла, яке зазнає дії,- маса, для власне дії з боку іншого тіла – сила. Визначивши кількісні характеристики взаємодії, Ньютон зміг сформулювати фізичні закони, закони Ньютона, за допомогою яких можна описати взаємодію тіл.

IV. Осмислення об’єктивних зв’язків.

Розв’язування задач

1. Визначити рівнодійну двох сил 60 і 60 Н, що діють під кутом 60° одна до одної.

2. Два буксирних теплоходи рівномірно тягнуть судно так, що сила натягу обох тросів однакова і становить 20 кН, кут між тросами 60°. Визначити силу опору рухові судна.

3. На скільки подовжиться рибальська волосінь жорсткістю 0,5 кН/м під час підняття рибини масою 500 г?

4. Жорсткість однієї пружини – k1 , а другої – k2. Яка жорсткість пружини, утвореної з цих пружин, з’єднаних:

А) послідовно;

Б) паралельно?

5. Сили тертя та пружності в прислів’ях:

А) Коса любить брусок і сала кусок. (Щоб коса була гострою, її точать бруском. Тоді за рахунок тертя з коси знімається шар за шаром частина металу, роблячи його тоншим, тобто гострішим. Сало необхідно косареві для відновлення сил.)

Б) Не кінь везе, а дорога. (Якщо дорога нерівна, має багато виступів, ямок, піску і пилу, то, відповідно, зростає сила опору коліс об таку дорогу.)

В) Тоді в колесі тичка, як з гори їде бричка. (Сила тертя ковзання в десятки, а то й сотні раз більше сили тертя кочення. Тички в колеса ставляться, щоб колесо не оберталось, таким чином, тертя кочення замінюється на тертя ковзання.)

Г) Товстий дуб ламається, а лозинка нагинається. (Деформація згину складається з двох видів деформації – розтягу та стискання. Із збільшенням товщини стовбура дерева під час його згинання пропорційно зростатиме в місці згину видовження “Х”. Такої великої деформації волокна деревини не витримають і розірвуться, тобто дерево зламається.)

Д) Дятел довбає – голови не зламає. (У голові дятла, в основі дзьоба, містяться хрящові прокладки, які пом’якшують удар по стовбуру дерева.)

Учитель. Повернімося до запитання, поставленого на початку уроку. Лебідь, рак і щука у відомій байці Крилова тягли віз з однаковими за модулем силами. Результат відомий. Як були напрямлені сили?

Відповідь: в одній площині, під кутами 120° одна до одної (якщо інші сили можна не враховувати).

V. Підсумки уроку

Учні демонструють виготовлені ними плакати та аналізують їх.

VI. Домашнє завдання

– Опрацювати відповідний параграф підручника.

– Повторити формули, що описують рівноприскорений рух.

– Розв’язати задачі:

1. Алюмінієвий візок, який стояв нерухомо, зіткнувся зі сталевим візком такого самого розміру, що рухався зі швидкістю 4 м/с. З якою швидкістю почав рухатися алюмінієвий візок? Сталевий візок після зіткнення мав швидкість 2 м/с.

2. Візок рухається по горизонтальній поверхні зі швидкістю 0,5 м/с. З ним зіткнувся інший візок, що рухався у тому самому напрямі зі швидкістю 1,5 м/с. Після зіткнення обидва візки продовжують рухатись у тому самому напрямі з однаковими швидкостями 1 м/с. Визначте відношення мас цих візків.

3. Якою є маса тягарця, що висить на пружині жорсткістю 100 H/м, якщо видовження пружини дорівнює 1 см?