Урок № 11 Механічна взаємодія тіл. Сила. Види сил у механіці.

                                       

                                         Урок № 11

Тема. Механічна взаємодія тіл. Сила. Види сил у механіці.

Словник:
Сила

Гравітаційна сила

сила пружності

сила тертя

1. Взаємодія тіл.

    Спостереження свідчать, що тіла взаємодіють між собою. У чому виявляється ця взаємодія і чи завжди вона помітна?

   Штовхніть м’яч, який лежить на траві, - він зрушить з місця. Отже, у результаті дії на тіло його швидкість може змінюватися.

Штовхаючи м’яч, ви, напевно, відчули, що й м’яч теж «штовхнув» вашу ногу? Це – загальна закономірність: тіла завжди діють одне на одне, тобто взаємодіють.

    Спортсмен розтягує тятиву спортивного лука. У цьому випадку взаємодія руки й тятиви призводить до зміни форми тятиви, тобто її розмірів. Вантаж, підвішений до пружини, розтягує її, тобто тут також взаємодія тіл  викликає деформацію.

    При контакті взаємодіючих тіл починають рухатися окремі частини тіла, внаслідок чого обидва тіла деформуються.

    Деформація — це зміна форми або розмірів тіла.

    Отже, наші досліди та спостереження свідчать, що внаслідок взаємодії тіл може змінюватися їхня швидкість, а також тіла можуть деформуватися.

 Звідси випливає, що зміна швидкості тіла або його деформація можуть бути мірою дії на це тіло інших тіл.

2. Закон інерції.

   Тривалий час вважали, що якщо на тіло не діють інші тіла, воно може перебувати тільки в спокої.

    Давньогрецький учений Арістотель стверджував: щоб тіло рухалося, його необхідно увесь час «рухати».

    Італійський вчений Галілей помітив: коли куля котиться по похилій площині вниз, її швидкість збільшується. А коли куля котиться нагору, її швидкість зменшується. Галілей припустив: якщо куля котитиметься по горизонтальній площині, її швидкість повинна залишатися постійною. Поставивши нові досліди, учений виявив, що під час руху по горизонтальній площині куля все таки зупиняється.

    Галілей зрозумів, що причина сповільнення руху – тертя між кулею і площиною. Він зробив висновок: якби площина була ідеально рівною й строго горизонтальною, куля котилася б як завгодно довго. Це означало, що здатність до «збереження руху» властива самому тілу, а вплив інших тіл проявляється в тому, що швидкість даного тіла змінюється.

    Так Галілей відкрив перший закон механіки, який називають законом інерції: якщо на тіло не діють інші тіла, воно рухається зі сталою за модулем і напрямом швидкістю або зберігає стан спокою.                   

    Здатність тіла зберігати свою швидкість незмінною, якщо на нього не діють інші тіла, називають явищем інерції.

    3. Маса.

    За тієї самої дії швидкості різних тіл змінюються по-різному. Наприклад, той самий поштовх надає порожньому візку, що стоїть на столі, більшу швидкість, ніж навантаженому візку.

    Властивість тіла, що визначає, яку силу треба прикласти до тіла, щоб змінити його швидкість на певну величину за певний час, називають інертністю.

    Про тіло, яке при взаємодії менше змінює свою швидкість, говорять, що воно більш інертне, ніж друге із двох взаємодіючих тіл. Менш інертне те тіло, яке за час взаємодії більше змінює свою швидкість.

    Мірою інертності тіла є маса тіла.

Масу позначають звичайно буквою m.

Одиницею маси в СІ є кілограм (кг).

Використовують і похідні одиниці маси: 1 грам (г), що дорівнює 0,001 кг, а також 1 тонну (т), що дорівнює 1000 кг.

    Маси двох тіл можна порівняти, якщо виміряти, як змінюються їхні швидкості при взаємодії.

    Візьмемо два візки масами m₁ й m₂ .

На одному із них закріпимо пружину, зігнемо й зафіксуємо ниткою. Якщо нитку перепалити, то під дією пружини візки набувають швидкостей v₁ й v₂. За відношенням швидкостей візків можна порівняти відношення їхніх мас:

m₁/m₂ =v₂/v₁

    Таким чином, відношення мас тіл обернено пропорційно відношенню їхніх швидкостей.

    4. Сили.

    Взаємодію тіл описують за допомогою сил, що діють на тіло. Наприклад, коли м’яч лежить на долоні, з боку м’яча на долоню діє сила, напрямлена вниз, а на м’яч з боку долоні – сила, напрямлена вгору.

Сила :     F     [H]
характеризується
- числовим значенням;
- напрямом;
- точкою прикладання.

Сила – векторна фізична величина, яка є мірою взаємодії тіл.

У механіці вивчають взаємодії, зумовлені силами пружності, тяжіння і тертя.

На рисунках сили, так само як і інші векторні величини позначають стрілками. Початок стрілки збігається з точкою прикладання сили, напрям стрілки вказує напрям сили, а довжина пропорційна модулю сили.

Прилад для вимірювання сили називають динамометром.

5. Приклади дії сил.

Розглянемо тіло, що лежить на столі. На нього діють дві сили: з боку Землі – сила тяжіння , напрямлена вниз, і з боку стола – сила пружності, напрямлена вгору. Тіло перебуває в спокої тому, що ці сили врівноважують одна одну. Сила пружності напрямлена перпендикулярно до поверхні стола. Тому її називають силою нормальної реакції, бо перпендикуляр називають також нормаллю.

Якщо тіло лежить на похилій площині, на тіло діють три сили: сила тяжіння, сила нормальної реакції та сила тертя, напрямлена уздовж площини вгору. Оскільки тіло перебуває в спокої, ці три сили зрівноважують одна одну.

6. Додавання сил.

В тих випадках, коли розмірами тіла можна знехтувати, дію на тіло декількох сил можна замінити дією однієї сили, яку називають рівнодійною цих сил.

    Знаходження рівнодійної декількох сил називають складанням цих сил. Оскільки сили є векторними величинами, їх складають за правилом складання векторів. Розглянемо спочатку складання двох сил, що діють уздовж однієї прямої.

Якщо дві сили напрямлені однаково, їх рівнодійна спрямована так само, а модуль рівнодійної дорівнює сумі модулів сил-доданків.

Якщо дві не рівні за модулем сили спрямовані протилежно, їх рівнодійна спрямована як більша із цих сил, а модуль рівнодійної дорівнює різниці модулів  сил-доданків.

Якщо рівнодійна всіх сил, що діють на тіло, дорівнює нулю, говорять, що ці сили врівноважують (компенсують) одна одну.

 Урівноважувати одна одну можуть також сили, що діють на тіло, яке рухається. У такому випадку швидкість цього тіла залишається незмінною (за модулем і за напрямком).

1.Виберіть правильне твердження. Явище збереження швидкості тіла за відсутності дії на нього інших тіл називають…

А… механічним рухом;

Б … інерцією;

В …вільним падінням.

2.На тіло в горизонтальному напрямку діють дві сили – 10 Н і 20 Н. Зобразіть ці сили. Скільки варіантів ви можете зробити? Чому дорівнює рівнодійна цих сил?

3.Двоє хлопчиків везуть сани. Один штовхає сани позаду із силою 20 Н, а другий тягне їх за мотузку із силою 30 Н. Зобразіть діючі сили графічно, уважаючи, що вони спрямовані горизонтально.

Урок № 10

Контрольна робота

Контрольна робота з кінематики.

І Варіант.

1. Який з зазначених прикладів руху можна вважати рівномірним?

А. Відбувається гальмування автомобіля.

Б. Пасажир спускається ескалатором метрополітену.

В. Літак злітає.

2. Прискоренням називають векторну величину, яка визначається:

А. відношенням швидкості до інтервалу часу.

Б. добутком швидкості та інтервалу часу, протягом якого тіло рухалося.

В. відношення зміни швидкості до інтервалу часу, за який ця зміна сталася.

Г. відношення зміни шляху до інтервалу часу, за який ця зміна сталася.

3. Пасажирський потяг, рухаючись рівномірно, за 20 хвилин пройшов шлях 30 км. Визначте швидкість руху потяга.

4. Перші 5 с тіло рухалося рівномірно зі швидкістю 4 м/с, а наступні 6 с – з прискоренням 2 м/с², напрямленим так само, як і швидкість. Яким є переміщення тіла за весь час руху?

5. Мотоцикліст першу частину шляху проїхав зі швидкістю 100 км/год, а другу – зі швидкістю 90 км/год. Обчисліть середню швидкість руху мотоцикліста на всьому шляху.

6. З якою лінійною швидкістю рухалося рівномірно тіло по колу радіусом

50 м, якщо за 10 хв  воно здійснило 60 обертів?

Контрольна робота з кінематики.

ІІ Варіант.

1.Прямолінійним рівномірним називають рух, за якого:

А. вектор швидкості тіла залишається незмінним;

Б. швидкість тіла змінюється на однакове значення за будь-які однакові проміжки часу;

В. тіло виконує однакові переміщення за будь-які інтервали часу.

2. Виберіть означення прямолінійного рівноприскореного руху.

А. Рух, за якого за будь-які рівні інтервали часу здійснюються однакові переміщення;

Б. Рух, за якого за рівні інтервали часу здійснюються однакові переміщення;

В. Рух, що відбувається по прямолінійній траєкторії;

Г. Рух, під час якого за будь-які рівні інтервали часу швидкість тіла змінюється однаково.

3. Мотоцикл рухається зі швидкістю 36 км/ год. Який шлях він пройде за

20 с?

4. Спортсмен першу половину дистанції пробіг зі швидкістю 11 км/год, а другу – зі швидкістю 9 км/год. Обчисліть середню швидкість руху спортсмена протягом усього руху.

5. Яку швидкість має тіло, що вільно падає, через 5 секунд руху, якщо його початкова швидкість дорівнює нулю?

6. Частота обертання компакт-диска у СD – приводі 100 с^-1.Визначити період обертання диску. 

Урок № 9

Тема. Рівномірний рух по колу. Період обертання
і обертова частота. Лінійна й кутова швидкість.

 http://4book.org/uchebniki-ukraina/10-klass/499-fizika-10-klas-korshak

Словник
Період обертання

Частота обертання

Лінійна швидкість

Кутова швидкість

1. Поняття рівномірного руху по колу. Лінійна і кутова швидкість.

Модуль лінійної швидкості можна визначити відношенням довжини дуги до часу, за який ця дуга пройдена.

Лінійна швидкість у кожній точці криволінійної траєкторії напрямлена по дотичній до траєкторії.

Кутова швидкість рівномірного руху по колу – це швидкість , модуль якої дорівнює куту повороту радіуса, який сполучає матеріальну точку з центром кола, до часу цього повороту. Кутова швидкість позначається символом ω; вимірюється в СІ в радіанах на секунду (рад/с).

  1 рад/с – це кутова швидкість, за якої за кожну секунду радіус, який сполучає матеріальну точку з центром кола, повертається на кут 1 радіан:

2. Період обертання та обертова частота.

Період обертання – це відношення часу руху до числа обертань, зроблених за цей час;

                                             

Період – це час, за який тіло здійснює один повний оберт. Період вимірюється в секундах (с).

Обертова частота – це відношення числа обертань до часу, за який вони здійснені;                                             

Частота обертань дорівнює числу обертань за одиницю часу.

Частота в СІ вимірюється в 1/с (с^-1).

3. Доцентрове прискорення.

Доцентрове прискорення характеризує швидкість зміни лінійної швидкості тільки за напрямком.

Доцентрове прискорення – це векторна фізична величина, яка в кожній точці кола напрямлена вздовж радіуса до центра кола і чисельно дорівнює відношенню квадрата лінійної швидкості до радіуса кола.

 Закріплення матеріалу.

1. Вентилятор здійснює один оберт за 0,5 с. З якою частотою він обертання?

2. Частота обертання компакт-диска у СD – приводі 100 с^-1.Визначити період обертання диску.

3. З якою лінійною швидкістю рухалося рівномірно тіло по колу радіусом 50 м, якщо за 10 хв  воно здійснило 60 обертів?
Завдання

Урок № 8

Вільне падіння.
 http://4book.org/uchebniki-ukraina/10-klass/499-fizika-10-klas-korshak

https://docs.google.com/presentation/d/1qdN1am-V1lEIH-7hQMTJjrmg_oOcBUHp-P_FRnNH2_s/edit#slide=id.p6

Тема. Вільне падіння.  Словник  Вільне падіння - це  рух тіла лише під дією притягання Землі без інших сторонніх впливів на нього. Запитання • Чи за однаковий час падають усі тіла за звичайних умов? Дослід. Візьміть два аркуші паперу, підніміть на висоту 1 м над партою і відпустіть. Що ви побачили? А тепер зімніть один із аркушів і виконайте таку саму операцію. Що відбулося на цей раз? Чому? Вільне падіння тіл — це окремий випадок прямолінійного рівноприскореного руху без початкової швидкості. Вільне падіння — це рух тіл у вакуумі під дією однієї сили — сили тяжіння . Прискорення при цьому однакове для всіх тіл. Цей факт підтверджується експериментально. Помістимо в трубку три різні предмети (свинцеву шротинку, корок і пташину пір’їнку). Потім швидко перевернемо трубку. Усі три тіла впадуть на її дно в такій послідовності: шротинка, корок і пір’їна (рис. 1). Так падають тіла тоді, коли в трубці є повітря. Якщо ж повітря з трубки відкачати насосом (рис. 2) і, закривши після відкачування кран, знову перевернути трубку (рис. 3), всі три тіла впадуть одночасно. Це й свідчить, що у вакуумі всі тіла падають з однаковим прискоренням. Способи вимірювання прискорення земного тяжіння (вільного падіння): 1. За допомогою математичного маятника шляхом вимірювання його довжини і періоду коливань T. 2. Вимірювання часу вільного падіння без початкової швидкості. Прискорення вільного падіння в певному місці Землі є постійним для всіх тіл і не залежить від маси тіл, які падають. Середнє значення прискорення вільного падіння g=9,8 м/с2. На прискорення вільного падіння впливають: • обертання Землі навколо власної осі: максимальне значення  на полюсах, мінімальне  на екваторі; • деформації Землі: на зменшення значення g на екваторі впливає і те, що екваторіальний радіус Землі більший від полярного; • значення  g більше на довільній широті, там, де містяться поклади залізної й інших важких руд, менше — над родовищами газу. Рух тіла, кинутого вертикально вгору,— це рух з прискоренням вільного падіння, яке, як завжди, напрямлене вертикально вниз. Під час піднімання напрям швидкості протилежний до напряму прискорення, отже, швидкість зменшується від початкового значення v0 до нуля.  Рівняння швидкості.      ὑ = ὑ0+gt Узагальнення матеріалу 1. Запитання • Що називають вільним падінням тіл? • Яким видом механічного руху є вільне падіння? Опишіть експерименти, за якими виявляють характер цього руху і визначають значення прискорення тіл у цьому русі. • Від чого залежить прискорення вільного падіння? • Запишіть формули, що описують вільне падіння тіл. • З яким прискоренням рухається тіло, кинуте вгору? Задачі 1. Яку швидкість має тіло, що вільно падає, через 5 секунд руху, якщо його початкова швидкість дорівнює нулю? 2. З якої висоти падає м’яч, якщо він почав рух зі швидкістю 2 м/с і рухався 2,5 секунди? Підсумки Закінчити речення. • Я дізнався, що... • Тепер я можу... • Отже,...  Історична довідка Експеримент Галілео Галілея У XVII столітті панувала точка зору Аристотеля, який учив, що швидкість падіння тіла залежить від його маси. Чим важче тіло, тим швидше воно падає. Спостереження, які кожен з нас може виконати в повсякденному житті, здавалося б, підтверджують це. Спробуйте одночасно випустити з рук легку зубочистку і важкий камінь. Камінь швидше торкнеться землі. Подібні спостереження привели Аристотеля до висновку про фундаментальну властивість сили, з якою Земля притягує інші тіла. Насправді на швидкість падіння впливає не тільки сила тяжіння, але й сила опору повітря. Співвідношення цих сил для легких предметів і для важких різне, що і призводить до спостережуваного ефекту. Італієць Галілео Галілей засумнівався в правильності висновків Аристотеля і знайшов спосіб їх перевірити. Для цього він скидав з Пізанської башти в один і той же момент гарматне ядро і значно легшу кулю мушкета. Обидва тіла мали приблизно однакову обтічну форму, тому і для ядра, і для кулі сили опору повітря були настільки малі порівняно із силами тяжіння, що ними можна знехтувати. Галілей з’ясував, що обидва предмети досягають землі в один і той же момент, тобто швидкість їх падіння однакова. Результати, отримані Галілеєм,— наслідок дії закону всесвітнього тяжіння і закону, відповідно до якого прискорення, що набуває тіло, прямо пропорційне до сили, що діє на нього, і обернено пропорційне до маси.