Сила тяжіння. Вага і невагомість
- Брамський О. М.
- 10 февр. 2017 г.
- 4 мин. чтения
Урок №_____
Тема уроку: Сила тяжіння. Вага і невагомість
Мета уроку:
навчальна: вивчити основні характеристики сили тяжіння та її дії; поглибити знання учнів про вагу тіла та невагомість, з’ясувати чому дорівнює вага тіла, що рухається з прискоренням; ввести поняття перевантаження;
розвиваюча: Розвивати логічне мислення та пізнавальний інтерес;
виховна: Виховувати старанність та дисциплінованість.
Тип уроку: комбінований урок.
Хід уроку
І. Організаційна частина
ІІ. Актуалізація опорних знань учнів.
ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.
Аналіз легенди про відкриття Ньютоном сили тяжіння.
ІV. Вивчення нового матеріалу.
1. Сила тяжіння і прискорення вільного падіння
Силу, з якою тіло притягується до Землі під дією поля тяжіння Землі, називають силою тяжіння.
Розмістимо на висоті h над Землею, радіус якої R3 і маса — М3, тіло масою m
Між тілом і Землею діє сила всесвітнього тяжіння:
У цьому випадку F називається силою тяжіння — силою притягання тіла Землею. Ця сила надає тілу прискорення вільного падіння.
Якщо підставити значення M і R у формулу і знехтувати висотою тіла над Землею (оскільки вона менша за радіус Землі), то отримаємо:
g= 9,8 м/с2
Унаслідок добового обертання Землі навколо своєї осі сила притягання і сила тяжіння для одного і того самого тіла, що знаходиться на поверхні Землі, відрізняються між собою за модулем і напрямом.
Сила притягання (гравітаційна сила) завжди напрямлена по радіусу до центра Землі, сила тяжінняFт — по лінії відвісу в точці Землі
Сила тяжіння — сила, з якою Земля притягує до себе тіла: F= mg
2. Вага тіла
Унаслідок земного тяжіння усі тіла стискають або прогинають опору або розтягують підвіс
Для характеристики такої дії вводиться поняття ваги тіла.
Вагою тіла називають силу, з якою тіло, унаслідок його притягання до Землі, тисне на опору або розтягує підвіс.
З’ясуємо причину виникнення ваги тіла. Для цього розглянемо тіло, що лежить на горизонтальній опорі.
На це тіло діють дві сили: сила тяжіння Fт =mg, і сила реакції опори N. Оскільки ці сили прикладені до різних точок цього тіла, то внаслідок дії цих сил тіло деформується (стискається). У результаті виникає сила пружності P, яка й діє на опору.
Сили N і P — це сили взаємодії тіла й опори, тому, відповідно до третього закону Ньютона, вони однакові за модулем і протилежні за напрямом:N=-P Якщо тіло й опора нерухомі відносно Землі (або спільно рухаються рівномірно й прямолінійно), то, відповідно до другого закону Ньютона, N+mg=0. Отже, P=mg. З останньої рівності випливає, що вага тіла в стані спокою дорівнює силі тяжіння, що діє на це тіло. Звідси помилково можна зробити висновок про те, що вага й сила тяжіння — це та сама сила. Розглянемо, чим відрізняються ці сили. По-перше, вага тіла й сила тяжіння, що діють на це тіло, прикладені до різних тіл: сила тяжіння прикладена до тіла, а вага — до опори або підвісу. По-друге, сила тяжіння й вага мають різну фізичну природу: сила тяжіння є окремим випадком сили всесвітнього тяжіння, а вага зазвичай є силою пружності. По-третє, сила тяжіння дорівнює вазі тіла лише в тому випадку, якщо тіло перебуває в стані спокою або рухається з постійною швидкістю. 3. Вага тіла, що рухається з прискоренням Тепер розглянемо випадок, коли тіло, яке знаходиться на опорі, рухається з прискоренням, спрямованим угору.
Якщо опора, на якій лежить брусок, почне рухатися з прискоренням , спрямованим вертикально вгору, то сили mg і N уже не зрівноважуватимуть одна одну, тому що їх рівнодійна mg + N надаватиме бруску прискорення a.
Відповідно до другого закону Ньютона, mg + N = a . Спроектувавши цей вираз на вісь Оу, дістаємoP=m(g+a)
З урахуванням того, що Р= N, остаточно отримуємо:
Якщо прискорення тіла спрямоване вгору, то вага тіла більша за силу тяжіння.
Міркуючи аналогічно, можна показати вагу тіла, якщо прискорення тіла спрямоване вниз:
Якщо прискорення тіла спрямоване вниз, то вага тіла менша за силу тяжіння.
Необхідно звернути увагу учнів на те, що вага тіла залежить тільки від прискорення й не залежить від швидкості. 4. Невагомість
Під час вільного падіння вантажу його прискорення g = а, тому P = m(g - a) = 0, тобто вага тіла дорівнює нулю. Говорять, що тіло перебуває в стані невагомості.
Стан, за якого вага тіла дорівнює нулю, називається станом невагомості.
Слід зазначити, що в стані невагомості вага тіла дорівнює нулю, але сила тяжіння дорівнює mg. Характерною властивістю стану невагомості є відсутність «внутрішніх напружень» у тілі, наприклад, відсутність тиску одних органів на інші в тілі людини. Тривалого стану невагомості зазнають космонавти в космічному кораблі, коли його двигуни вимкнені. При цьому космонавти разом з космічним кораблем рухаються під дією лише сил тяжіння (з боку Землі, Місяця або інших космічних тіл).
V. Засвоєння вивченого матеріалу
1. У ліфті встановили динамометр, на якому підвісили тіло масою 1 кг. Що покаже динамометр, якщо:
а) ліфт рухається рівномірно;
б) ліфт піднімається вгору з прискоренням 5 м/с2;
в) ліфт опускається вниз з прискоренням 5 м/с2?
2. Літак робить «мертву петлю», описуючи у вертикальній площині коло радіусом 250 м. У скільки разів вага льотчика в нижній частині траєкторії більша за силу тяжіння, якщо швидкість літака — 100 м/с? 3. Учень стверджує, що вага людини, яка перебуває в ліфті, обов’язково збільшується, коли ліфт рухається вгору, і зменшується, коли ліфт рухається вниз. Чи згодні ви з цим твердженням?
Розв’язок
Твердження невірне: вага залежить не від швидкості ліфта, а від його прискорення.
4. Космічний корабель відразу ж після старту рухається вертикально вгору з прискоренням 40 м/с2. З якою силою космонавт масою 70 кг тисне на крісло кабіни? Чому дорівнює в цьому випадку коефіцієнт перевантаження?
VІ. Підведення підсумків
Вагою тіла називають силу, з якою тіло ( унаслідок його притягання до Землі) тисне на опору або розтягує підвіс.
Якщо прискорення тіла спрямоване вгору, то вага тіла більша за силу тяжіння:
Якщо прискорення тіла спрямоване вниз, то вага тіла менша за силу тяжіння:
Стан, за якого вага тіла дорівнює нулю, називається станом невагомості.
Відношення сили, з якою тіло тисне на опору в разі прискореного руху вгору, до його ваги в інерціальній системі відліку називають перевантаженням:
VІІ. Домашнє завдання