ДИНАМИКА

Урок № 2

Тема. Механическая взаимодействие. Сила. Виды сил в механике. Измерения сил. Сложение сил

Цель: углубить знания учащихся о механическое взаимодействие тел, силы, виды сил; формировать умение прибавлять силы, находить их рівнодійну; развивать творческие способности и логическое мышление; воспитывать внимательность, исполнительность, стремление углубить свои знания.

Тип урока: изучение нового материала.

ХОД УРОКА

I. Актуализация опорных знаний учащихся

1. Попробуйте вспомнить все, что вы связываете со словосочетанием «виды сил», «равнодействующая сил», «измерение сил».

2. Работа в группах. Изготовление плакатов для задачи «Видано - невиданно»

Для этого один участник от каждой команды тянет «судьбу» - билет с указанием той или иной темы. Названия тем: «Сила тяжести», «Сила упругости, закон Гука, измерение сил, типы деформаций», «Силы трения». Каждая команда в течение установленных 5-8 минут готовит свой плакат, отыскивая нужные слова в учебниках и словарях. Когда все готово, команды оставляют на местах изготовлен плакат и одну-две минуты изучают плакат другой группы, запоминая все, что на нем написано. А вернувшись после сигнала на место, записывают увиденное, помогая друг другу.

II. Мотивация учебной деятельности учащихся

В басне Леонида Глебова «Лебедь, Рак и Щука» говорится следующее:

Когда-то Лебедь, Рак и Щука

Приставит фуру взялись.

Вот трое вместе запряглись,

Дернули - нет хода...

Результат известен. Как были направлены силы?

III. Восприятие нового материала

Взаимодействие и силы

Известно, что изменение скорости тела, то есть появление ускорения, происходит под действием окружающих тел на это тело.

В безграничных просторах вселенной, на нашей планете, в любом куске вещества, в живых организмах, в молекулах и атомах, атомных ядрах и, наконец, во время взаимных превращений элементарных частиц мы имеем дело с четырьмя видами фундаментальных взаимодействий: гравитационной, электромагнитной, ядерной (или сильной) и так называемым слабым взаимодействием. Соответственно различают четыре типа фундаментальных сил: силы всемирного тяготения (или гравитационные силы), электромагнитные силы, ядерные и так называемые слабые взаимодействия.

Силы притяжения (гравитационные силы) являются господствующими в мире космических тел. По меньшей мере одно из взаимодействующих тел должен быть таким большим, как Земля или Луна.

Электромагнитные силы действуют между электрически заряженными частицами. Они значительно крупнее гравитационные.

Сфера действия ядерных сил ограничено. Они заметно проявляются лишь внутри ядра для очень малых расстояний между частицами: радиус их действия порядка 10-16 м. Уже на расстояниях между частицами в тысячи раз меньших размеров атома (10-10 м) они не проявляются.

Слабые взаимодействия определяют процессы в еще меньших масштабах. Они проявляются внутри элементарных частиц и определяют преобразования их друг в друга.

Все взаимодействия в природе можно свести к четырем фундаментальным взаимодействиям:

• Гравитационные взаимодействия

Сила всемирного тяготения

Сила притяжения

• Электромагнитные взаимодействия

Сила упругости

Трения Fтер = μ · N

Реакция опоры

Вес тела

• Сильные взаимодействия (ядерные)

• Слабые взаимодействия (взаимодействия элементарных частиц)

Для характеристики этих взаимодействий введено понятие силы. Сила - это физическая векторная величина, являющаяся мерой действия на некоторое тело других тел (или полей), которая может вызвать ускорение и деформацию тела. Сила является полностью определенной, если заданы ее модуль, точка приложения A, линия действия OO', направление действия, обозначенный стрелкой (рис. 1).

Рис. 1

Если на тело действует только одна сила, она обязательно влечет за собой и ускорение, и деформации этого тела. Если же на тело одновременно действует несколько сил, то возможна их компенсация (выравнивание) и тело может не приобретать ускорение. Одновременное действие на тело нескольких сил эквивалентно действию одной силы (равнодействующей), которая равна векторной сумме этих сил:

Нахождение равнодействующей означает сложение сил по правилам сложения векторов (рис. 2, 3):

Рис. 2

Рис. 3

На принципе сложения сил и разложение их на составляющие основывается один из способов вытягивания автомобилей на лесной дороге (рис. 4). Сила тяги человека раскладывается на две составляющие: i , направленные вдоль веревка. Сила тянет дерево D и, если оно достаточно прочное, компенсируется его сопротивлением. Сила вытягивает автомобиль A. Выигрыш силы тем больше, чем больше угол CBE, то есть чем сильнее натянут веревку.

Рис. 4

Существует принцип независимости действия сил: если на тело действуют одновременно несколько сил, действие каждой из них можно рассматривать независимо от действия других.

Поскольку сила способна придать телу ускорение и деформировать его, то оба эти действия можно использовать для измерения силы и массы. Возникновение ускорения и деформации, например, пружин можно использовать для сравнения и измерения сил. Приборы для измерения сил называют динамометрами.

Понятие силы тесно связано с такими категориями, как причина и следствие. Во время взаимодействия двух тел можно выделить тело, которое действует на другое, и тело, которое подвергается действию со стороны другого. Результатом взаимодействия является изменение движения тел. Количественное описание взаимодействия требует количественной характеристики обоих тел и следствия. Построена Исааком Ньютоном механика вводит следующие количественные характеристики: для движения - ускорение, для тела, подвергающегося воздействию,- масса, для собственно действия со стороны другого тела - сила. Определив количественные характеристики взаимодействия, Ньютон смог сформулировать физические законы, законы Ньютона, с помощью которых можно описать взаимодействие тел.

IV. Осмысление объективных связей.

Решение задач

1. Определить рівнодійну двух сил 60 и 60 Н, действующих под углом 60° друг к другу.

2. Два буксирных теплохода равномерно тянут судно так, что сила натяжения обоих тросов одинаковая и составляет 20 кН, угол между тросами 60°. Определить силу сопротивления движению судна.

3. На сколько удлинится рыболовная леска жесткостью 0,5 кН/м при поднятии рыбины массой 500 г?

4. Жесткость одной пружины k1 , а второй - k2. Какова жесткость пружины, образованной из этих пружин, соединенных:

а) последовательно;

б) параллельно?

5. Силы трения и упругости в пословицах:

а) Коса любит брусок и кусок сала. (Чтобы коса была острой, ее точат бруском. Тогда за счет трения с косы снимается слой за слоем часть металла, делая его тоньше, то есть острее. Сало необходимо косарю для восстановления сил.)

б) Не лошадь везет, а дорога. (Если дорога неровная, имеет много выступов, ямок, песка и пыли, то, соответственно, возрастает сила сопротивления колес в такую дорогу.)

в) Тогда в колесе тичка, как с горы едет бричка. (Сила трения скольжения в десятки, а то и сотни раз больше силы трения качения. Тычки в колеса ставятся, чтобы колесо не оберталось, таким образом, трение качения заменяется на трение скольжения.)

г) Толстый дуб ломается, а лозинка нагибается. (Деформация изгиба состоит из двух видов деформации - растяжения и сжатия. С увеличением толщины ствола дерева во время его сгибания пропорционально будет расти в месте сгиба удлинения «Х». Такой большой деформации волокна древесины не выдержат и разорвутся, то есть дерево сломается.)

д) Дятел долбит - головы не сломает. (В голове дятла, у основания клюва находятся хрящевые прокладки, которые смягчают удар по стволу дерева.)

Учитель. Вернемся к вопросу, поставленному в начале урока. Лебедь, рак и щука в известной басне Крылова тащили телегу с одинаковыми по модулю силами. Результат известен. Как были направлены силы?

Ответ: в одной плоскости под углами 120° друг к другу (если другие силы можно не учитывать).

V. Итоги урока

Учащиеся демонстрируют изготовленные ими плакаты и анализируют их.

VI. Домашнее задание

• Проработать соответствующий раздел учебника.

• Повторить формулы, описывающие рівноприскорений движение.

• Решить задачи:

1. Алюминиевый тележка, который стоял неподвижно, столкнулся со стальным тележкой такого же размера, что двигался со скоростью 4 м/с. С какой скоростью начал двигаться алюминиевый тележка? Стальная тележка после столкновения имел скорость 2 м/с.

2. Тележка движется по горизонтальной поверхности со скоростью 0,5 м/с. С ним столкнулся другой коляску, что двигался в том же направлении со скоростью 1,5 м/с. После столкновения оба тележки продолжают двигаться в том же направлении с одинаковыми скоростями 1 м/с. Определите отношение масс этих тележек.

3. Какой есть масса тягарця, что висит на пружине жесткостью 100 H/м, если удлинение пружины равно 1 см?