“МЕХАНІКА І МЕХАНІЗАЦІЯ ВИРОБНИЦТВА. МЕХАНІКА У ЖИВІЙ ПРИРОДІ”
Урок-ода
Мета. Узагальнити та систематизувати знання учнів про класичну механіку як фізичну теорію, про роль законів збереження; формувати в учнів уявлення про фізичну картину світу на основі єдності і багатогранності властивостей живої і неживої природи; розвивати здібності та інтерес до знань.
Тип уроку. Урок узагальнення та систематизації знань.
Обладнання: таблиці “Фізика і техніка”, “Реактивний рух”; кольорова крейда, модель баштового
Методичні поради. Підготовка до уроку здійснюється заздалегідь. Рекомендується утворити групи по 4-5 учнів і спільно підготувати одне з повідомлень:
1. Що дає людині механізація?
2. Ехолокатори.
3. Живі “торпеди і ракети”.
4. Живі “сейсмографи”.
5. Політ у природі.
На уроці з повідомленням виступає лише один із членів
Хід уроку
I. Актуалізація опорних знань учнів
Фронтальна бесіда з класом:
1. Який розділ фізики ми вивчали в 9 класі?
2. Від якого слова походить назва “механіка”? А що означає це слово?
3. Дайте означення розділу фізики – “механіка”.
4. Хто і коли першим увів у науку термін “механіка”?
5. З яких розділів складається механіка?
6. Назвіть перші найпростіші машини.
7. Назвіть сільськогосподарські знаряддя праці, у яких поєднуються важіль і клин.
II. Мотивація навчальної діяльності учнів
Учитель. Знання механіки необхідні для того, щоб пізнавати навколишній світ, оскільки більшість явищ у світі пов’язані з механічним рухом. Але знання механіки необхідні ще і тому, що механіка, як наука, була створена раніше за інші розділи фізики. Отже, механіка – це фундамент фізики і багатьох інших наук.
А зараз, щоб пригадати деякі поняття механіки, ми помандруємо на фізичні гори, а точніше, здійснимо сходження на найвищу вершину цих гір – “Механіку” (скорочено “Му”) (Учні заповнюють сітку, що нарисована на дошці.).
Кросворд “Вершина Механіки” (мал. 1)
Мал. 1.
1. Прилад для вимірювання прискорення тіла.
2. Величина, що характеризує зміну швидкості тіла за одиницю часу.
3. Розділ механіки, в якому розглядаються види рухів тіл.
4. Величина, що характеризує рух.
5. Розділ механіки, в якому йде мова про причини зміни швидкості тіла.
6. Властивість тіл зберігати свою швидкість.
7. Вчений, який сформулював основні закони динаміки.
8. Вид сил, що розглядаються в механіці.
9. Величина, яка є мірою інертності тіла.
10. Учений, який встановив закон залежності сили пружності від жорсткості тіла.
11. Стародавня індійська одиниця довжини.
Відповідь: 1. Акселерометр. 2. Прискорення. 3. Кінематика. 4. Швидкість. 5. Динаміка. 6. Інерція. 7. Ньютон. 8. Тертя. 9. Маса. 10. Гук. 11. Му.
Учитель. Ми ознайомилися з елементами класичної механіки або механіки Ньютона. Вона дає змогу зрозуміти і пояснити будь-які явища, пов’язані з рухами тіл – від гігантських небесних тіл до дрібних частинок. І не тільки пояснювати, але й передбачати небесні явища. Так було з кометою Едмона Галлея, яка черговий раз наблизилася до Землі в березні 1986 р. Колись несподівані появи на небосхилі комет люди вважали проявами таємничих сил, що провіщають людям лиха і нещастя.
Знання законів механіки дали змогу зрозуміти, що нічого таємничого в кометах немає, що це тіла, які рухаються під дією гравітаційної сили, відкритої Ньютоном. Так було і з кометою Хейла Боппа: її спочатку передбачили вчені, а на початку 1997 року її вже могли спостерігати на небосхилі. Апарати, запущені у космос, вели спостереження за кометою. Запуск цих апаратів відбувся також за законами механіки.
III. Вивчення нового навчального матеріалу
Учитель. Механіка – одна з найдавніших наук про механічний рух тіл, тому механіка має стосунок до багатьох явищ природи і техніки. З механікою маємо справу в сільському господарстві під час обробітку грунту, внесенні добрив, зрошенні угідь, збиранні врожаю.
Механіку слід знати для розрахунку технічних процесів у машинобудуванні і харчовій промисловості; для будівництва веж телебачення і запуску супутників Землі. Механіка значно збагатила сучасну медицину великою кількістю фізичних приладів (медична апаратура) для діагностики та лікування людей. Ці приклади свідчать про те, що механіка була і залишається однією з головних наукових основ техніки.
Перше повідомлення. Механізація.
Механізація – це перехід від ручної праці до праці за допомогою машин. Механізація позбавляє людину тяжкої ручної праці, у багато разів підвищує її продуктивність. Це один з напрямів сучасного технічного прогресу. Зараз будівництво проводять за допомогою підйомних кранів, бульдозерів. Але сучасна техніка прямо чи побічно впливає на навколишнє середовище. Важкі трактори та машини ущільнюють грунт на полях, знижуючи його родючість. Гідроелектростанції і водосховища знищують рибні запаси. Тому надзвичайно важливо, розвиваючи техніку, враховувати дані екології – науки про взаємодію організмів між собою і навколишнім середовищем.
Учитель. Сьогодні ми не перестаємо захоплюватися творіннями живої природи. Чого тільки немає в її “патентному бюро”! Гідравлічний привід у павука; пневматичний відбійний молоток у земляної оси; ультразвуковий локатор у кажана і дельфіна; реактивний двигун у кальмара і медузи.
Жива природа з давніх-давен була для людини джерелом натхнення в її прагненні до наукового й технічного прогресу. Протягом усієї своєї історії людина вчилася в природи, копіювала її “винаходи”, була найретельнішим її учнем. Ще давньогрецький філософ Демокрит зазначав: “Від тварин ми шляхом наслідування навчилися найважливішим справам, а саме: ми учні павука ; ткацькому і кравецькому ремеслах, ми учні ластівок в будівництві жител і :співучих птахів – у співах. Природа сама навчає нас сільському господарству… “
А видатний педагог К. Ушинський писав: “Логіка природи є найдоступнішою логікою для дітей”.
Останніми роками бурхливо розвивається нова наука – біоніка. Це наука, яка займається використанням біологічних процесів і методів для розв’язання інженерних задач.
Біоніка народилася 13 вересня 1960 року у день відкриття в Дантоні (США) американського національного симпозіуму на тему “Живі прототипи – ключ до нової техніки”. Слово “біон” грецькою означає “осередок життя”. А емблемою біоніки є схрещені паяльник і скальпель, з’єднані знаком інтеграла, як символ союзу біології, техніки і математики.
Протягом багатьох сотень років людина задавала природі мільйони запитань, основними з яких були “чому?” і “як?”. Зараз кількість “чому?” набагато менша, але кількість “як?” нечувано зросла. “Як це влаштовано?” стало основним, найважливішим запитанням біоніки.
Коротко розглянемо деякі питання, якими займається біоніка.
Друге повідомлення. Ехолокатори.
Ще перед другою світовою війною інженери розробили й реалізували принцип радіолокації. Творці радіолокатора не думали, що багато технічних задач, “розв’язані” природою мільйони років тому, що між радіолокатором і кажаном є щось спільне.
Нічне бачення кажанів пов’язане не з роботою очей, а з функцією органу слуху і ротової порожнини. І лише після другої світової війни американський вчений Дональд Гріффін довів, що у кажана наявна досконала система органів ехолокації. Під час польоту кажан випромінює ультразвукові імпульси, напрямлені в сторону польоту. Але кажани часто самі стають здобиччю. Сови чують ультразвук, а маючи на крилах особливу бахрому, вони літають абсолютно безшумно і полюють на кажанів.
Орієнтація за відбитими звуками виявлена і в китоподібних. Як показали експерименти, дельфіни не тільки точно визначають джерело звуку, а й за допомогою своїх сигналів дістають точну інформацію про навколишні предмети і відстань до них.
Третє повідомлення. Живі “торпеди і ракети”.
Люди давно помітили, що дельфіни, граючись, обганяють будь-який корабель. Висловили думку, що це досягається завдяки великій потужності хвоста і обтічній формі тіла. Вчені виготовили дерев’яну модель, яка копіювала форму дельфіна й обладнану потужним двигуном, але виявилося, що швидкість моделі в 10 раз менша, ніж у живого дельфіна. Загадка ховалася в іншому – у шкірі дельфіна. Пружна шкіра усуває завихрення води.
Інженери створили спеціальні гнучкі обшивки для торпед і підводних човнів, подібні за будовою до шкіри дельфіна. Опір води зменшився більш як удвічі. Також вважають, що мастило, яке виробляється особливими залозами дельфіна, відштовхує воду. Найдрібніші крапельки води утворюють кульки, на яких, як на підшипниках, рухається тіло дельфіна.
Реактивний рух, який зараз використовується в реактивних літаках, ракетах (мал. 2) і космічних снарядах, властивий восьминогам, кальмарам, каракатицям і медузам. Усі вони використовують для плавання реакцію струменя води. Саме це дало підставу назвати кальмарів біологічними ракетами.
Мал. 2.
Інженери уже створили двигун, подібний до двигуна кальмара. Його назвали водометом.
Четверте повідомлення. Живі “сейсмографи”.
Із численних тварин, що мають невідомі нам механізми для прогнозування штормів, біоніки в ролі першого піддослідного об’єкта вибрали медузу. Вона, за численними спостереженнями, задовго до наближення шторму спішить перейти в безпечні місця. Виявляється, у медузи є інфравухо. Воно дає їй змогу вловлювати недоступні для людського вуха інфразвукові коливання (частотою 8-13 Гц), які добре поширюються у воді і приходять за 10-15 год. до шторму. Вже створено штучне “вухо медузи”, яке виявляє наближення шторму.
П’яте повідомлення. Політ у природі.
Навчившись літати, людина перевершила птахів за швидкістю польоту в 1912 році, за висотою – у 1916 році, і за дальністю – у 1924 році. А ось за економічністю польоту навіть найкращі у світі повітряні лайнери, що переносять за кілька годин сотні пасажирів через моря й океани, все ще відстають від птахів. Літальний апарат лелеки майже у 10 разів економічніший, ніж у найдосконаліших літаках. Дзьоб, голова, шия плавно вигнуті під час польоту, ноги підібгані і майже не виступають з тулуба, нагадуючи прибране шасі літаків.
Спостереження за польотом птахів привело до створення літаків. А пташка колібрі масою 2 г у польоті нагадує політ гелікоптера (так показує прискорена зйомка польоту). Крила колібрі обертаються в площині паралельній до площини землі, як і у гелікоптера. Гелікоптер піднімається вгору без розбігу, як і колібрі. Частота змаху крил колібрі понад 50 раз в секунду, вона може зависати в повітрі, летіти боком.
А які цікаві польоти птахів із використанням висхідних потоків повітря. Наприклад, скопа подолала відстань 130 км за годину, ні разу не махнувши крильми. Такими польотами користуються ластівки, альбатроси і навіть білки-летяги. Ці білки здійснюють польоти на віддаль 20-30 метрів, як планери.
Політ птахів вивчали ще наші предки. Так, Леонардо да Вінчі, спостерігаючи за птахами, створив моделі літальних апаратів. Морські риби також здійснюють польоти, але за рахунок інерції, коли втікають від хижаків.
Учитель. Цікаві пристосування є у рослин і тварин для збільшення і зменшення сили тертя.
Спостереження за природою дозволило вченим використати їх для своїх потреб.
Так, італійський інженер Нерві використав принцип будови листка дерева для покриття споруди Туринської виставки, завдяки чому легка і тонка конструкція перекриває без опори 98-метрову відстань. Ейфелева вежа будовою нагадує трубчату кістку людини – стегнову.
Американська підводна станція “Сілеб” формою нагадує восьминога. А конструкцію 5-кімнатного підводного будинку “Преконтинент-II” у підводній експедиції Жака Кусто підказала морська зірка.
Отже, ці цікаві дані переконують нас у тому, що механіка – це наука про рух тіл, тобто про явища, які відіграють величезну роль у житті всього живого, що є у природі.
Життя людини, її праця тісно пов’язані з рухом. Сама назва науки про рух та назви її розділів – “Кінематика” та “Динаміка” – увійшли в наше повсякденне життя: кінематограф, гідродинаміка, аеродинаміка, механізм, енергетика, механізація, автоматизація, комп’ютеризація тощо.
Механізація та автоматизація – це благо для людей. Проте не можна забувати також про шкідливі наслідки, пов’язані з ними. Сучасна техніка прямо чи опосередковано впливає на навколишнє середовище. Тому надзвичайно важливо, розвиваючи техніку, враховувати її вплив на екологію.
IV. Розв’язування біофізичних задач
Тексти задач даються на кожен стіл.
1. Пояснити, чому водо-плаваючі птахи залишаються майже сухими, виходячи із води?
2. Чому під час прополювання не слід висмикувати бур’яни із землі різким рухом, навіть якщо вони слабо утримуються в грунті?
3. Голуб масою 100 г набирає висоту 100 м протягом 20 с. Яку потужність він при цьому розвиває?
4. Літаюча риба, рятуючись від хижаків, злітає на висоту до 10 м і за інерцією здійснює політ довжиною 30 м. Якщо уявити, що тривалість польоту 2 с, то якою буде горизонтальна складова швидкості риби?
V. Підсумок уроку
Учні дають відповіді на запитання:
1. Що таке механізація?
2. На що впливає негативно механізація?
3. Що таке біоніка?
4. Чи використовує людина “досягнення” природи у своїх цілях?
5. Який художник давнини “займався” проблемами механіки? Якими?
VI. Домашнє завдання
Задача 1. Пояснити за допомогою закону всесвітнього тяжіння, коли більше важить гиря масою 1 кг: а) вдень чи вночі; б) влітку чи взимку?
Задача 2. Яку швидкість отримує кальмар після одного скорочення мантійної порожнини, якщо вода виштовхується з швидкістю 7,5 м/с, а маса води становить – 1/3 маси тіла кальмара?
(1 votes, average: 5,00 out of 5)