1-й семестр

МЕХАНИКА

2. Динамика

· Механическое взаимодействие тел

· Виды сил в механике

· Законы динамики

· Закон всемирного тяготения. Сила притяжения

· Вес и невесомость

· Сила упругости. Закон Гука

· Силы трения. Коэффициент трения

· Равновесие тел. Момент силы

Тематическое планирование

Урок 1/21

Тема. Первый закон Ньютона. Инертность. Масса тела

Цель урока: раскрыть содержание первого закона Ньютона; ввести понятие инерциальной системы отсчета. Ввести понятие «инертность»; ознакомить учащихся с понятием «масса тела» и способами ее измерения

Тип урока: изучение нового материала

План урока

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Что изучает динамика?

Как известно, вид механического движения того или иного тела зависит от ускорения, с которым движется это тело. Почему же движение происходит с разными ускорениями? Ответить на этот вопрос можно, только изучив причины, обусловливающие ускорение тела.

Ø Раздел механики, в котором изучаются причины, обусловливающие ускорение, называют динамикой.

Ø Основная задача динамики - изучить взаимодействие тел, выяснить законы, благодаря которым происходит движение тел, и на основании этих законов уметь определять определенного положения тела в произвольный момент времени.

2. При каких условиях тело сохраняет свою скорость постоянной?

Как известно, тело изменяет свою скорость только в результате действия на него другого тела. Например, если поднести магнит к недвижимому стального тележки, то тележка начнет двигаться. А поскольку тело изменило свою скорость, следовательно, оно получило ускорение.

Ø Причина ускорения тела - действие на него другого тела.

Следовательно, если на тело действует другое тело, то первое тело или находится в состоянии покоя, или движется равномерно и прямолинейно.

Но в природе нет тел, которые бы не подвергались воздействию других. Все тела, находящиеся у поверхности Земли, взаимодействуют с ней (притягиваются). Например, брусок, лежащий на столе, притягивается Землей, но остается в состоянии покоя, потому что действие со стороны Земли скомпенсирован действием со стороны стола.

Таким образом, можно сделать вывод:

Ø тело находится в состоянии покоя, если действие других тел на это тело скомпенсирован.

После раскрытия парашюта движение парашютиста будет равномерным, несмотря на притяжение Земли.

Притяжение парашютиста к Земле компенсируется взаимодействием с парашюта воздухом.

Ø Тело движется прямолинейно и равномерно, если действие других тел на это тело скомпенсирован.

Явление сохранения скорости тела постоянной (в частности, скорости, равной нулю) называют инерцией (от латинского слова inertia- «недвижимость», «бездействие»).

3. Какое движение называют движением по инерции?

Почти 2 500 лет назад древнегреческий ученый Аристотель утверждал: чтобы тело двигалось, его необходимо все время «двигать», причем, чем больше скорость тела, тем больше усилий нужно приложить. Именно влияние одного тела на другое Аристотель назвал силой.

Ø По Аристотелю, сила - причина движения.

Великий итальянский ученый Галилео Галилей первым из ученых перешел от наблюдений к опытам. Изучая движение тел в условиях максимального уменьшения силы трения (Галилей экспериментировал с пулями, которые скатывались с наклонного желоба), ученый сформулировал закон, названный «законом инерции»:

Ø если на тело не действуют другие тела, то оно сохраняет состояние покоя или движется прямолинейно и равномерно.

Способность тел сохранять свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела, называют явлением инерции.

Движением по инерции можно считать движение шайбы после удара клюшкой, движение шара по дорожке во время игры в боулинг. По инерции через голову коня летит всадник, если конь споткнулся; по инерции перелетает через руль велосипеда спортсмен, который по неосторожности наехал на препятствие.

4. Первый закон Ньютона

Как должно вести себя тело, на которое не влияют другие тела?

Как утверждал Аристотель, такое тело должно находиться в состоянии покоя, скорость его равна нулю.

За Ньютоном, ускорение такого тела должна равняться нулю.

Ø По учению Ньютона, сила - причина изменения движения тел.

Это означает, что в определенной системе отсчета тело, на которое не влияют другие тела, может либо находиться в состоянии покоя или двигаться прямолинейно и равномерно. В этом и заключается первый закон Ньютона:

Ø любое тело продолжает находиться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку его не заставят изменить это состояние приложенные к нему силы.

Однако впоследствии выяснилось, что первый закон Ньютона реализуется не во всех системах отсчета. Так, он с необычайной точностью сработал в системе отсчета, связанной с Землей, а вот в системе отсчета, связанной с автомобилем, который едет по мосту, первый закон Ньютона не срабатывает, если автомобиль начинает ускоряться или тормозить.

Ø Те системы отсчета, в которых закон инерции реализуется, называются инерциальными, а те, в которых не реализуется, - неінерціальними.

Согласно современным представлениям, первый закон Ньютона формулируется так:

Ø существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действия других тел скомпенсированы.

Итак, существуют системы отсчета, в которых закон инерции срабатывает. С любым свободным телом можно связать систему отсчета, называется инерциальной. Таким образом, инерциальных систем отсчета бесконечно много. Во многих задачах инерциальной системой отсчета с большой степенью точности можно считать систему отсчета, связанную с Землей.

5. Инертность

О тело, что вследствие взаимодействия получает меньшее ускорение, то есть за время взаимодействия меньше изменяет свою скорость, говорят, что оно более инертно, чем второе из двух тел, которые взаимодействуют. Менее инертным является то тело, что за время взаимодействия больше меняет свою скорость, то есть получает большее ускорение. Но любому телу для изменения скорости требуется определенное время. У одного тела, при одном взаимодействия скорость не может измениться мгновенно. Это свойство тел называется инертностью.

Ø Инертность - это свойство, которое характерно для всех тел и заключается в том, что для изменения скорости тела требуется время.

Необходимо обратить внимание учащихся на то, что инертность - это свойство тела.

Мгновенное увеличение или уменьшение скорости тела является нереальным. Так, скорость движения автомобилей и поездов, трогаются с места, нарастает постепенно. Скорость ракеты-носителя во время старта с Земли изменяется не рывком, а постепенно. Постепенно растет и скорость лыжника во время спуска с горы. Так же постепенно меняется и скорость тел во время торможения: не могут остановиться мгновенно спортсмен на финише, автомобиль на углу, поезд перед семафором.

6. Масса тела

Свойство тела - инертность - характеризуется физической величиной - массой.

Два тела взаимодействуют. И то будет более инертным и будет иметь большую массу, которое получит меньше по модулю ускорения. Второе тело менее инертно, будет иметь меньшую массу. Поэтому говорят, что

Ø масса тела - это мера его инертности.

Например, во время выстрела винтовка получает меньшее ускорение, чем пуля. Итак, винтовка более инертна, чем пуля, то есть масса винтовки больше массы пули.

Обозначим массы тел, взаимодействующих, через т1 и т2, а ускорение, которое они получают, - через а1 и а2, тогда можно записать:

Ø Отношение модулей ускорений двух тел, взаимодействующих, обратно пропорционально отношению их масс.

Единицей массы в системе СИ является килограмм (1 кг).

Эталоном массы служит платиново-иридиевую цилиндр, хранящийся в Международном бюро мер и весов во Франции.

Основные свойства массы:

1. Масса тела - величина инвариантная, т.е. не зависит от выбора системы отсчета.

2. Масса тела не зависит от скорости движения тела.

3. Масса тела - величина аддитивная, т.е. масса тела равна сумме масс всех частиц, из которых тело состоит, а масса системы тел равна сумме масс тел, образующих систему.

4. В классической механике срабатывает закон сохранения массы: во время любых процессов, протекающих в системе тел, общая масса системы остается неизменной; масса тела не изменяется в результате его взаимодействия с другими телами.

7. Измерения массы

Одним из самых распространенных способов прямого измерения массы взвешивание: тела, имеющие одинаковую массу, с одинаковой силой притягиваются к Земле. Для такого измерения массы используют различные весы.

Взвешивание - один из самых удобных способов измерения массы, однако отнюдь не универсальный.

Как, например, измерить массу молекулы или массу Луны? Положить эти объекты на чашу весов невозможно. В этом случае необходимо принять во внимание тот факт, что масса - это мера инертности.

Проводя опыты, в которых тело с неизвестной массой определенным образом взаимодействует с телом известной массы, и измерив ускорение, которые они получают, мы сможем записать равенство:

где mт - масса тела известной массы; mx - масса тела неизвестной массы; ао и ах - модули ускорений соответственно тела известной и неизвестной масс.

Отсюда получаем:

Вопрос к ученикам во время изложения нового материала

1. Когда скорость тел может меняться?

2. Приведите примеры «сохранение скорости в природе и технике.

3. Чем отличается точка зрения Галилея (что касается движения тел) от точки зрения Аристотеля?

4. Возможно інерціальну систему отсчета связать с каким-либо реальным телом?

5. Является ли инерциальной система отсчета, которая движется с ускорением относительно какой-либо инерциальной системы?

6. Что является причиной ускорения тел?

7. Как проявляются свойства инертности тел?

8. Какой величиной характеризуется инертность тела?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Тренируемся решать задачи

1. Действия каких тел на мяч компенсируются, когда мяч лежит на полу? Плавает в озере?

2. С железнодорожным составом связана система отсчета. В каких случаях она будет инерциальной:

а) поезд стоит на станции;

б) поезд отходит от станции;

в) поезд подходит к станции;

г) поезд движется равномерно на прямолинейном участке дороги?

3. Каскадер, выпрыгнув на ходу из поезда со скоростью 20 м/с, не сможет догнать поезд. Не рискует отстать от космической станции космонавт, вышедший в открытый космос со скоростью 8 км/с? Объясните свой ответ. (Ответ: Нет. Космонавт продолжает двигаться с той же скоростью, что и станция.)

4. При взаимодействии двух тел первых приобретает ускорение 0,5 м/с2, а второе - 4 м/с2. Масса какого тела больше и во сколько раз?

5. Стальная тележка, движущаяся со скоростью 4 м/с, столкнулся с неподвижным алюминиевой тележкой и после этого продолжил свое движение со скоростью 1 м/с. Какой скорости получил в результате столкновения алюминиевый тележка, если его масса в три раза меньше массы стального тележки?

2). Контрольные вопросы

1. В чем заключается основная задача динамики?

2. Приведите примеры проявления инерции в природе и в технике.

3. Возможно ли связанную с Землей систему отсчета приближенно считать инерциальной?

4. В чем отличие взглядов Аристотеля, Галилея и Ньютона о причинах движения ?

5. Приведите примеры пар тел, которые бы отличались своей инертностью.

6. Свойство массы, на ваш взгляд, лежит в основе взвешивания? Обоснуйте свой ответ.

Что мы узнали на уроке

• Раздел механики, в котором изучаются причины, вызывающие ускорение, называют динамикой.

• Закон инерции: если на тело не действуют другие тела, то оно движется прямолинейно и равномерно, или находится в состоянии покоя.

• Системы отсчета, в которых выполняется закон инерции, называются инерциальными.

• Первый закон Ньютона: существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действия других тел скомпенсированы.

• Инертность - свойство, присущее всем телам и заключающееся в том, что для изменения скорости тела требуется время.

• Масса тела - это мера его инертности.

• Взаимодействие модулей ускорений двух взаимодействующих тел обратно пропорционально отношению их масс.

• Основные свойства массы:

1. Масса тела - величина инвариантная, т.е. не зависит от выбора системы отсчета.

2. Масса тела не зависит от скорости движения тела.

3. Масса тела - величина аддитивная, т.е. масса тела равна сумме масс всех частиц, из которых состоит тело, а масса системы тел равна сумме масс тел, образующих систему.

4. В классической механике выполняется закон сохранения массы: в ходе любых процессов, происходящих в системе тел, общая масса системы остается неизменной; масса тела не меняется при его взаимодействии с другими телами.

Домашнее задание

1. П.: §§ 15, 16. 2.

2. 36:

г1) - 5.10; 5.11; 5.12; 6.3; 6.5;

р2) - 5.20; 5.21; 5.23, 6.43; 6.46;

г3) - 5.27; 5.29; 5.30, 6.51; 6.65.