СИЛА

ТЕМА 3. РУКОТВОРНІ СИСТЕМИ

УРОК 19

ТЕМА. СИЛА

Мета уроку: навчальна – дати учням поняття сили та її основних характеристик (величини, напрямку й точки прикладання); розвиваюча – розвивати в школярів спостережливість, логічне мислення; виховна – виховувати звичку знаходити причинно-наслідкові зв’язки. Основні поняття: динамометр, ньютон, сила тяжіння.

Методи уроку: словесний (бесіда), наочний (демонстрація дослідів), створення яскравих навчально-образних уявлень.

Обладнання: лабораторний динамометр, побутові

Тип уроку: засвоєння нових знань та вмінь.

Міжпредметні зв’язки: фізика (7 клас).

Структура уроку

І. Повідомлення теми, мети й завдань уроку

II. Актуалізація опорних знань учнів, їхнього попереднього досвіду

III. Викладення основного матеріалу

1. Дослід 1. Кожна сила характеризується величиною.

2. Дослід 2. Кожна сила характеризується напрямком.

3. Дослід 3. Кожна сила характеризується точкою прикладання.

4. Одиниця виміру сили.

5. Прилад для вимірювання сили.

6. Характеристика сили тяжіння.

IV. Підбиття підсумків уроку

V. Домашнє завдання

Хід

Оскільки на попередньому уроці було проведене підсумкове узагальнення теми 2, сьогоднішній урок починається не з перевірки домашнього завдання, а відразу з вивчення нової теми.

І. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ Й ЗАВДАНЬ УРОКУ

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ УЧНІВ, ЇХНЬОГО ПОПЕРЕДНЬОГО ДОСВІДУ

– Бесіда

Слово “сила” відоме всім з дитинства.

– Із чим ми пов’язуємо поняття “сила” в таких словосполученнях, як “сильна людина”, “сильний удар”, “доклав чимало сили”? (Із м’язовою напругою – у першу чергу рук і ніг.)

– Однак слово “сила” вживають і в тих випадках, коли не згадують про людину й тварину. У яких словосполученнях? (“Сила вітру”, “сила хвилі”, “сила грози”.)

У всіх прикладах, де йдеться про силу, мають на увазі взаємодію двох тіл. Наприклад: “сильний удар” – один предмет ударив по іншому предмету (футболіст по м’ячу). “Сила вітру” – вітер нагинає або переносить які-небудь предмети.

Отже, слово “сила” застосовують для характеристики дії одного тіла на інше.

– Завдання у робочому зошиті

III. ВИКЛАДЕННЯ ОСНОВНОГО МАТЕРІАЛУ

Що ж характеризує силу?

1. Дослід 1. Кожна сила характеризується величиною

Цей дослід учитель може продемонструвати, використовуючи вхідні двері, дошку-“книжку”, віконну раму.

Перший раз учитель злегка штовхає від себе двері. Другий раз штовхає в тому самому напрямку, але вже сильніше.

– Запитання до учнів

– Чим відрізняються сили в першому й у другому випадках? (Величиною: перший поштовх був слабкіший, а другий – сильніший.)

2. Дослід 2. Кожна сила характеризується напрямком

У першому випадку вчитель відштовхує двері, а в другому – притягує до себе.

– Запитання до учнів

Чим відрізняються сили в першому й другому випадках? (Напрямком.)

3. Дослід 3. Кожна сила характеризується точкою прикладання

У першому випадку вчитель штовхає двері від себе, спрямовуючи поштовх на дверну ручку, а в другому – ближче до дверних петель.

– Запитання до учнів

– Чим відрізняються сили в першому й другому випадках? (Точкою прикладання.)

Отже, сила характеризується величиною, напрямком і точкою прикладання.

4. Одиниця виміру сили

Для вимірювання кожної величини існує одиниця виміру.

– Бесіда

– У яких одиницях вимірюють відстань? (У метрах або кілометрах.)

– У яких одиницях вимірюють об’єм? (У літрах або мілілітрах.)

– Швидкість? (У метрах за секунду або кілометрах за годину.)

– Слово вчителя

Одиницею виміру сили є 1 ньютон (скорочений запис: 1 Н). Так її назвали на честь англійського вченого Ісаака Ньютона.

Відомо, що для підняття тіла масою 1 кілограм слід застосувати силу, що дорівнює 10 ньютонам. Виходить, що для підняття тіла масою 100 грамів слід застосувати силу 1 ньютон.

– Завдання у робочому зошиті

5. Прилад для вимірювання сили

Силу, як і будь-яку фізичну величину, можна виміряти. Її вимірюють за допомогою приладу, що називається динамометр (від грец. dinamis – сила і metreo – вимірюю).

– Бесіда

– Які три частини або деталі обов’язково мають бути в динамометра? (Пружина, стрілка та шкала.)

Порівняємо динамометр і побутовий прилад – добре відомі всім пружинні ваги.

– У чому головна відмінність динамометра від пружинних ваг? (У них різна шкала, у динамометра вона призначена для вимірювання сили, одиницею виміру динамометра є ньютон, а ваги слугують для вимірювання маси, їх одиницею виміру є кілограм.)

6. Характеристика сили тяжіння

У природі ми постійно відчуваємо дію різних сил.

– Запитання до учнів

– З якою силою ми ознайомилися в 5 – му класі на прикладі земного тяжіння? (Із силою тяжіння.)

Сила ваги існує на всіх планетах та на інших космічних тілах.

– Чому на Місяці сила тяжіння менша, ніж на Землі? (Тому що маса Місяця значно менша від маси Землі.)

Отже, сила тяжіння залежить від маси тіла – чим більша маса, тим сильніше це тіло притягує до себе інші тіла.

– Чому Сонце, яке набагато важче від Землі й Місяця, притягує до себе тіла менші від Землі? (Тому що на Землю й Місяць діє сила тяжіння Сонця.)

Отже, сила тяжіння залежить від відстані між предметами.

IV. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

– Слово вчителя

Для характеристики взаємодії тіл застосовують поняття сили. Сила характеризується величиною, напрямком і точкою прикладання. Величину сили вимірюють у ньютонах (скорочено: Н). Для вимірювання сили використовують прилад, що має назву динамометр. Сила, з дією якої ми зіштовхуємося від моменту народження,- сила тяжіння.

V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Дати відповіді на запитання після параграфа.

– Завдання у робочому зошиті

ДОДАТКОВИЙ МАТЕРІАЛ ДО УРОКУ

Мистецтво експерименту

Експеримент поряд із теорією – один із двох стовпів фізичної науки. Це не просте споглядання довколишніх явищ, а спостереження за процесом, що відбувається в певних, заданих експериментатором умовах. Експеримент, як стверджував російський фізик-теоретик Аркадій Мігдал, “випробовує теоретичне передбачення на міцність. Коли теорія, нарешті, не витримує, створюється нова, з урахуванням старих фактів і тих, які з’явилися під час перевірки”.

Існують як. великі теорії, так і великі експерименти. Вони не тільки залишаються в лабораторних звітах і наукових журналах, але й змінюють, прямо або опосередковано, наше повсякденне життя. За них одержують премії, про них розповідають історії й складають легенди. Мабуть, перший великий експеримент був проведений Архімедом із Сиракуз. Історія з короною царя Гієрона не тільки зробила Архімеда “батьком криміналістики”, але й показала, як дослідник у ході пошуків відповіді на одне запитання може знайти вирішення зовсім іншої проблеми. Важливо й інше: Архімед був, напевно, першим ученим, який спирався і на теорію, і на експеримент.

Кожне відкриття з’являється на світ по-своєму – у результаті пошуку або з волі випадку. Прогнозовані відкриття можна буквально перерахувати на пальцях, зате в цій низці є така яскрава подія, як створення лазера. У 1953 році, навчилися використовувати ефект, що його прогнозував Альберт Ейнштейн ще в 1916 році.

Однак відкриттів випадкових, які виникають наче “на порожньому місці”, у фізиці значно більше. Утім, великий французький біолог Луї Пастер якось сказав, що випадок допомагає лише підготовленому розуму. Експериментатор шукає відповіді там, де інші не бачать питання. Ісаак Ньютон відкрив складний характер білого світла тому, що поставив запитання, які раніше нікому не спадали на думку.

Проте відповідь не тільки необхідно отримати, її ще й необхідно зрозуміти, адже результат може виявитися парадоксальним, таким, що не “вписується” у сформовану систему наукових уявлень, і тоді дослідникові потрібно мати сміливість, щоб визнати його, і тверду впевненість у його правильності. Такі експерименти змінюють наші уявлення про світ і вигляд цивілізації.

Динаміка Ньютона

У 1684 році Ньютон пообіцяв астрономові Едмунду Галлею викласти свої погляди щодо руху тіл, які, за його словами, “цілком достатні для пояснення всіх рухів небесних тіл і моря”. До нього нікому не вдавалося пояснити закони руху планет на основі чітких математичних принципів.

Ньютон, розпочавши з невеликих “нотаток про рух”, поступово захопився, і невдовзі скромний твір став перетворюватися на головну книгу його життя. Робота над книгою буквально змінила Ньютона. Ще. жодного разу він не відчував такого натхнення, коли раптом зрозумів, що йому вдалося знайти ту мінімальну кількість фундаментальних законів природи, на основі яких можна пояснити всі явища, пов’язані з рухом тіл, починаючи від маленького камінчика й закінчуючи гігантськими небесними тілами. У нього змінився навіть почерк, настільки величезним було враження від того, що він зумів зробити.

У 1686 році, через два роки після початку дослідження, Ньютон повністю закінчив роботу над рукописом, і в наступному році його книга була видана на гроші Едмунда Галлея. Головне завдання природознавства, згідно із Ньютоном, полягає в тому, щоб за “явищами руху розпізнати сили природи, а потім за цими силами пояснити інші явища”, окрім того, “описати явища природи за допомогою законів математики”.

Щоб назавжди покінчити з існуючою досі термінологічною плутаниною, Ньютон розпочав свою книгу з визначень основних понять механіки: маси, сили тощо. Під масою Ньютон мав на увазі “тіло” або “кількість матерії”. Остання, згідно з ученням Ньютона, “є мірою, що походить від густоти й об’єму матерії”. Силу вчений, на відміну від багатьох своїх попередників, розглядав як щось зовнішнє стосовно тіла, на яке вона діє, а не як притаманну йому внутрішню властивість. Результатом дії сили, за Ньютоном, є зміна стану спокою або рівномірного прямолінійного руху. Про величину сили він судив за переміщенням, що його здійснювало тіло після удару іншим тілом, за певний час. Чим більша сила, тим більша швидкість передається тілу при ударі, і тому тим довший шлях воно пройде потім за певний час.

Перший закон Ньютона

Згідно з першим законом Ньютона, будь-яке тіло зберігає свій стан спокою або рівномірного прямолінійного руху доти, доки воно залишається ізольованим. По суті кажучи, ізольованих тіл у природі не існує. Тому перший закон Ньютона описує не реальну, а уявну ситуацію.

Другий закон Ньютона

Другий закон Ньютона описує рух тіла, з огляду на його взаємодію з іншими тілами. Згідно з ним, зміна розташування тіла дорівнює добутку сили, з якою на нього діють навколишні тіла, та часу їхнього впливу.

Третій закон Ньютона

Третій закон Ньютона описує ситуацію, коли у взаємодії беруть участь два тіла: сили взаємодії двох будь-яких тіл рівні за величиною й спрямовані в протилежні боки вздовж прямої, що їх з’єднує. Третій закон Ньютона ще називають законом дії і протидії. “Якщо хтось тисне пальцем на камінь,- писав Ньютон, – то і на його палець також тисне камінь. Якщо кінь тягне каміння, прив’язане до каната, то й назад (якщо можна так сказати) він з такою самою силою відтягується до каменя…” Цей закон Ньютона залишається справедливим для всіх систем відліку. Наприклад, сила притягання Землі й Місяця, або сила взаємодії двох нерухомих стосовно одна одної частинок, буде однаковою. Водночас у ньому йдеться не про будь-які сили, а про сили взаємодії двох тіл.

Епітафія на надгробку Ньютона

“Тут спочиває сер Ісаак Ньютон, який з майже божественною силою розуму перший пояснив за допомогою свого математичного методу рух і форму планет, шляхи комет і припливи океанів. Він був тим, хто досліджував відмінності світлових променів і різні властивості кольорів, що є їхнім наслідком, про що досі ніхто навіть не підозрював. Ретельний, хитромудрий і вірний тлумач природи, давнини й Святого Письма, він стверджував своєю філософією велич всемогутнього Творця, а вдачею поширював євангельську простоту. Нехай радіють смертні, що серед них жила така окраса роду людського.”