Тема урока по физике: Вес тела. Невесомость. Перегрузки

Цели урока: повторить понятие веса тела,
установить, как изменяется вес тела при движении
его с ускорением, рассмотреть, в чем состоит
причина невесомости и перегрузок.

Оборудование:

два бруска, металлическая
планка, груз, штатив, пружина, динамометр, фильм
«Невесомость», пружинные весы, диафильм
«Явление тяготения».

План урока.

I. Мотивация.

Ребята, наш сегодняшний урок я хочу начать со
слов К.Э.Циолковского: «Человечество не
останется вечно на Земле, но в погоне за светом и
пространством, сначала робко проникнет за
пределы атмосферы, а затем завоюет себе все
околосолнечное пространство».

На сегодняшний день люди сумели проникнуть за
пределы атмосферы, но еще пока не завоевали все
околосолнечное пространство. Какие были
трудности и сложности в самом начале этого
тернистого пути? Да и вообще нужно ли было
человечеству осваивать космос? На эти вопросы
нам предстоит ответить на уроке.

Итак, тема нашего урока: «Вес тела.
Невесомость. Перегрузки».


II. Ход урока.

«Как это удивительно – обнаружить, что все
явления природы управляются небольшим числом
сил!» (М.Фарадей).

В механике выделяют силы тяготения, упругости,
трения.

А что такое вес тела?

(Диалог учащихся).

Ученик I.

В обиходе часто вес путают с массой, силой
тяжести: «Сколько весит ведро воды?» или
«Взвесьте 0,5 кг конфет». Чтобы в дальнейшем
избежать путаницы, дадим определение понятия
«вес тела»: сила, с которой тело, вследствие
его притяжения к Земле действует на опору или
подвес. Обратим внимание: вес действует на
опору или подвес, а не на тело.

Ученик II.

Возникает неожиданный вопрос: а почему,
собственно, тела действуют на опоры и подвесы?

Ученик I.

Действует: это знают все, кто носил тяжелые
сумки и чемоданы, кому рюкзак натирал плечи в
походе.

Ученик II.

Так почему же тела давят на опору?

Ученик I.

Обычный ответ: «Потому что тело
притягивается к Земле». Согласны все?

Ученик II.

Возражаю: действительно, тело притягивается к
Земле с силой тяжести F = mg, но ведь это
взаимодействие тела и Земли, при чем здесь опора?

Ученик I.

Другой аргумент: если бы не было опоры, то тело
падало бы, а опора этому препятствует силой
упругости, возникающей при её деформации.

Ученик II.

Тоже верно, но это объясняет только действие
опоры на тело, а не тела на опору, и вопрос остался
открытым.

Ученик I.

Вспомним третий закон Ньютона: «Если опора
действует на тело, то и тело должно действовать
на опору с такой же по значению силой».
Действие и противодействие — силы одной природы.
Реакция опоры N есть сила упругости, значит, и
вес тела возникает при деформации тела. Не только
тело, падая, деформирует опору или подвес, но и
опора деформирует тело. Да-да, все тела, стоящие
сейчас на столе перед вами, слегка сжаты,
настолько мало, что никто на это не обращает
никакого внимания. И лично вы, встав с постели на
пол ногами и деформируя пол, сами деформируетесь
(сжимаетесь) на 2—3см.

Учитель.

И действительно, деформацию тела пронаблюдать
трудно, а вот деформацию опоры и подвеса —
пожалуйста.

Опыт:

1)

Два бруска, металлическая планка, груз.

Под действием силы тяжести некоторое время
груз будет двигаться вниз, прогибая доску, а
затем, остановится, при этом возникает сила, с
которой опора действует на тело. Деформируется
не только опора, но и тело притягивается Землей.

2)

Штатив, пружина, груз.

Пружина окажется деформированной, появится
сила упругости пружины, но возникнет ещё одна
сила — сила упругости деформированного тела.

Когда тело находится в покое или движется
прямолинейно и равномерно относительно
инерциальной системы отсчета, то вес тела по
модулю равен силе тяжести.

Ребята, я сейчас возьму пружинные весы. Рука
покоится относительно Земли, весы покажут, что
вес тела по модулю равен силе тяжести. Теперь
весы выпустим из рук, и они вместе с грузом
свободно падают. В этом случае стрелка весов
установится на нуле. Вес исчез: груз, как говорят,
стал невесомым. В чем состоит причина
невесомости?

Ученик.

Невесомость объясняется тем, что сила
всемирного тяготения, а значит и сила тяжести,
сообщают всем телам одинаковое ускорение g.
Поэтому всякое тело, на которое действует только
сила тяжести или вообще сила всемирного
тяготения, находится в состоянии невесомости. Но
надо помнить, что если в нашем опыте стрелка
весов стоит на нуле, то это не значит, что исчезла
сила тяжести. Исчез вес, т.е. сила, с которой груз
действует на подвес. Сила тяжести остается – она
причина свободного падения.

Учитель.

А теперь представим, что вы купили молоко, и оно
вытекает.

Тестовая задача №1. (см. Приложение)

Испытывает ли человек состояние невесомости?

Ученик.

Кратковременное состояние невесомости
испытывал каждый. В таком состоянии находится
прыгун с момента отрыва от Земли и до момента
приземления; пловец, прыгающий с вышки, до
соприкосновения с водой. Даже бегун в короткие
промежутки времени между касаниями ногой земли.
Длительное состояние невесомости возникает при
свободном полете космического корабля.

Учитель.

Перед вами приборы: часы, песочные часы, весы,
спиртовка.
Какой из этих приборов сможет
использовать космонавт по назначению во время
космического полета?

(Фрагмент фильма «Невесомость»).

А все-таки невесомость – друг или враг? (Выслушиваю
ответы учащихся).

Вывод:

невесомость далеко не безобидна для
человеческого организма, но для науки она
открывает новые возможности. Можно, например,
смешивать жидкости, которые на Земле невозможно
перемешать; получать в 50—100 раз быстрее и в 10—20
раз чище, чем на Земле, вещества, необходимые для
изготовления лекарств и полупроводников, и
многое другое…

Нужно подчеркнуть, что люди упорны в своих
исследованиях.

А теперь рассмотрим случай, когда тело с
пружинными весами движется относительно Земли с
ускорением, но не совершает свободное падение.

Опыт:

не выпуская весы из рук, просто резко
опустим их вниз, сообщив им и грузу некоторое
ускорение а, направленное вниз. Что вы
пронаблюдали?

Ученик.

Если тело вместе с опорой или подвесом движется
с ускорением, которое направлено так же, как и
ускорение свободного падения, то его вес меньше
веса покоящегося тела.

P = m (g – a)


Тестовая задача №2 (устно) (см. Приложение).


Тестовая задача №3 (письменно) (см. Приложение).


Дано:

V = 72 км/ч

R = 500 м

m = 500 кг

СИ:

a = 20 м/с

Решение:

Найти:

P

Уравнение, выражающее второй закон Ньютона в
векторной форме, имеет вид:

mg + N = ma

Направим координатную ось Y вертикально вниз и
напишем это уравнение для проекций векторов на
эту ось:

mgy + Ny = may

Ясно, что gy = g, Ny = –N, ay
= a = v2 : R

mg – N = mv2 : R

Вес автомобиля Р по третьему закону Ньютона по
модулю равен N.

mg – P = mv2 : R

P = mg – mv2 : R P = m ( g – v2 : R )

P= 500 кг (10 м/с2 – 400 м22
: 500 м ) = 4600 Н

(Ответ: Р = 4600 Н )

Опыт:

Если весы с подвешенным к ним грузом резко
поднять вверх, сообщим им ускорение а,
направленное вверх. Ребята, что вы пронаблюдали в
этом случае?

Ученик.

Если тело движется с ускорением, направленным
противоположно ускорению свободного падения, то
его вес больше веса покоящегося тела.

P = m ( g + a)

Тестовая задача №4 (см. Приложение).


Дано:

m = 40 кг

L = R = 4 м

v = 6м/с

СИ: Решение:

Найти:

F

Запишем уравнение второго закона Ньютона в
векторной форме:

F + Fт = ma

где F – сила упругости опоры.

Направим координатную ось Y вверх и найдем
проекции сил:

P = F
(по модулю вес тела равен силе упругости опоры)

F – mg = ma

F = ma + mg = m ( a + g )

a = v2 : R

F = m ( v2 : R + g )

F = 40 кг ( 36 м2 / с2 : 4 м + 10 м/с2
) = 760 Н

(Ответ: F = 760 Н )

Увеличение веса тела, вызванное его ускоренным
движением, называется перегрузкой.

Перегрузки испытывают космонавты, когда ракета
устремляется ввысь.

(Фрагмент фильма).

Вычислим, какую перегрузку испытывают летчики
– космонавты.

Задача №216 из «Сборника задач по
физике» Рымкевича( см. Приложение).

Дано:

a= 20 м/с

m= 80 кг

СИ: Решение:

k – перегрузка, которую
испытывает летчик. k = P : P0

P0 – нормальный вес. P0 = mg

P – вес летчика в кабине космической ракеты. P = m
( g + a )

P = 80 кг ( 10 м/с2 + 20 м/с2 ) = 2400 Н

P0 = 80 кг · 10 м/с2 = 800 Н

k = 2400 Н : 800 Н = 3

Ответ: P = 2400 Н, k = 3

.

Найти:

P, K

Ребята, перегрузки влияют на организм человека,
так как увеличивают свой вес внутренние органы
летчика, увеличивается сила, с которой они
действуют друг на друга и на самолет или кабину
космического корабля. Это вызывает болезненные
ощущения, и поэтому пилотам нужны тренировки,
чтобы выдержать их. Невесомость и перегрузки –
эти сложности были преодолены людьми при
освоении дороги в космос. А зачем человеку
осваивать космос?

(Выступление учащихся с их рефератами по теме:
«Зачем человеку осваивать космос?»).


III. Подведение итогов.

«Как известно, знание – сила; вряд ли человек,
не имеющий никакого багажа знаний, сможет
открыть что-то новое для человечества, да и не
только для человечества, а просто для себя».

На наших уроках физики мы еще будем говорить,
как законы физики помогали людям создавать
летательные аппараты и о том, как человек изучает
космическое пространство.

(Звучит произведение «Время вперед» Г.
Свиридова).

А пока время неумолимо движется вперед, и вы
знаете, что первый в мире космонавт Ю.А. Гагарин,
первый в мире выход в открытый космос совершен
А.А.Леоновым, и многое другое в деле
практического освоения космоса принадлежит
нашим соотечественникам.

И кто знает, может быть именно вы внесете свою
лепту в «завоевание», по выражению
К.Э.Циолковского, «околосолнечного
пространства».

М.В.Ломоносов

О вы, которых ожидает
Отечество от недр своих
И видеть таковых желает.
Каких зовет он стран чужих,
О, ваши дни благословенны
Раченьем вашим показать
Что может собственных Платонов
И быстрых разумом Невтонов
Российская земля рождать.

IV. Выставление оценок.

V. Домашнее задание.

Упр.14 № 1—3.

Литература:

  • Диканева О.Т. «Воспитай творца» — Москва,
    «Просвещение», 1993.
  • Юфанова И.Л. «Занимательные вечере по физике в
    средней школе» — Москва, «Просвещение»,
    1990.
  • Кикоин И.К., Кикоин А.К. «Физика – 9″ —
    Москва, «Просвещение»,1990.
  • Балашов М.М. «Физика – 9″ — Москва,
    «Просвещение», 1994.
  • Рымкевич А.П. «Сборник задач по физике» —
    Москва, «Просвещение», 1988.
  • Следующий: