Конспект уроку "Механічна робота"

Тема: Механічна робота.

Мета уроку: формувати поняття роботи й її одиниць; навчити учнів
обчислювати механічну роботу; розвивати логічне мислення при розв’язуванні задач.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Зміст нового навчального матеріалу:

1. Поняття «робота».
2. Робота різних сил

Список використаних літературних джерел:

1. Кирик Л. А. Усі уроки фізики. 8 клас. – Х.: Вид. група «Основа», 2008. – 352 с.
2. Кононіченко С.П. Фізика. 5 хвилин до дзвоника. 8-11 класи. – Х.: Країна мрій, 2007. – 112с.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань

Наведіть всі асоціації, які у вас виникають при слові «робота».

II. Вивчення нового матеріалу

1. Поняття «робота».

Механічна робота (або робота сили) відбувається в тому випадку, коли відбувається рух тіла під дією сили. Прикладів можна навести багато: щораз,
коли ми самі що-небудь піднімаємо, пересуваємо, переносимо, відбувається механічна робота.

Французький учений Віктор Понселе на початку XIX століття
писав: «Дії, виконувані різними двигунами, нескінченно різноманітні. Щоб мати можливість порівнювати їх між собою, треба ввести величину, що для всіх двигунів служила б загальною мірою». Такою мірою Понселе запропонував уважати добуток сили на переміщення точки її прикладання. Таку величину він назвав механічною роботою.

Якщо напрямок сили F збігається з напрямком переміщення s точки прикладання сили, робота А дорівнює добутку модуля сили на модуль переміщення: А= Fs. Одиницею роботи, як слідує з визначення, є 1Дж=1Н·1м, тобто робота, виконана силою в 1 Н при переміщенні точки прикладання сили на 1 м у напрямку дії сили.

Робота – скалярна величина, але скалярні величини можуть бути позитивними, негативними або рівними нулю.

Якщо напрямок руху тіла збігається з напрямком прикладеної
сили, то ця сила виконує додатну роботу і її обчислюють за формулою А=Fs.

Якщо напрямок руху протилежний напрямку дії сили, то ця сила виконує від'ємну роботу і її обчислюють за формулою:   А= –Fs.

Демонстрація. Якщо кинути, наприклад, м'яч вертикально угору, то під час польоту м'яча на нього діє сила ваги, спрямована вниз протилежно
переміщенню. Робота сили ваги в цьому випадку від'ємна.

З формули для роботи сили А=Fs випливає, що у випадку,
коли хоча б один зі співмножників (сила F або переміщення s) дорівнює нулю, робота дорівнює нулю – незалежно від величини іншого співмножника.

Виходить, робота дорівнює нулю:

а) якщо переміщення дорівнює нулю;

б) якщо сила перпендикулярна до переміщення: адже в цьому випадку переміщення тіла в напрямку дії сили також дорівнює нулю;

в) якщо сила, що діє на тіло, дорівнює нулю.

Наприклад, якщо м'яч котиться по землі в горизонтальному
напрямку, то сила ваги буде перпендикулярна до напрямку руху
й роботи не виконає: А = 0.

Тіла, що лежать на столі, чинять тиск на стіл, але роботи не виконують. Під час руху планети по круговій орбіті навколо Сонця
робота сили притягання дорівнює нулю.

Якщо тіло рухається за інерцією, то при цьому не відбувається
механічної роботи, тому що в цьому випадку є переміщення, але
немає діючої сили.

2. Робота різних сил

а) Робота сили тяжіння

Коли тіло рухається вниз, напрямок сили тяжіння збігається
з напрямком переміщення. При цьому робота сили тяжіння додатна й дорівнює нулю: А=mgh.

Коли тіло рухається угору, сила тяжіння спрямована протилежно переміщенню. Тому під час руху тіла угору робота сили тяжіння від'ємна й дорівнює А= -mgh.

б) Робота сили пружності

Демонстрація 2. Коли стисла пружина розпрямляється, сила пружності, що діє з її боку, спрямована так само, як переміщення, тому робота сили
пружності додатна. При цьому деформація пружини зменшується,
тобто при зменшенні деформації сила пружності пружини виконує
додатну роботу.

Демонстрація 2. Коли ми стискаємо недеформовану пружину, сила, що діє з боку пружини, спрямована протилежно деформації. Виходить, при збільшенні деформації сила пружності пружини виконує від'ємну роботу.

в) Робота сил тертя

Сила тертя ковзання або кочення спрямована завжди протилежно швидкості, а, отже, і переміщенню тіла, тому робота сили тертя ковзання або кочення від'ємна.

У результаті дії сили тяжіння або пружності швидкість тіла може як збільшуватися, так і зменшуватися: у першому випадку робота додатна, у другому – від'ємна. А в результаті дії сили тертя ковзання або кочення швидкість тіла завжди зменшується: робота цих сил завжди від'ємна.

У розглянутих вище прикладах на тіло діяла тільки одна сила.
Якщо на тіло, що рухається, діє кілька сил, то кожна з них може
виконувати роботу. При цьому можна підрахувати й роботу кожної
з них окремо, й роботу рівнодійної цих сил.

III. Закріплення знань

Розв’язування задач.

Задача 1. У якому із випадків виконана робота є більшою: при переміщенні тіла на відстань 80 см під дією сили 250 Н чи при переміщенні тіла на відстань 20 м під дією сили 5 Н?

Дано:                                        Розв’язання

S₁ =  80 см = 0,8 м                   A₁ = F₁ ∙ S₁;

F₁ = 250 Н                                A₂ = F₂ ∙ S₂;

S₂ = 20 м                                  A₁ = 250 H ∙ 0,8 м = 200 Дж;

F₂ = 5 Н                                    A₂ = 5 H ∙ 20 м = 100

Таким чином, А₁ > A₂.

Порівняти А₁ та А₂                                      

Відповідь: А₁ > A₂.

Задача 2. Визначте роботу, виконану піднімальним краном при рівномірному підйомі тіла масою 4 т на висоту 5 м.

Дано:                   СІ                   Розв’язання

m = 4 т                 m = 4000 кг   А = F ∙ S;

S =  5 м                                       F = mg.

                                                    A = mg ∙ S

           A – ? 

           A = 4000 кг ∙ 9,8  ∙ 5 м ≈ 200 кДж.                                                      

Відповідь: А ≈ 200 кДж.

 Задача 3. Сила тяги трактора під час оранки дорівнює 10 000 Н, а його швидкість – 7 км/год. Яку роботу виконає трактор за 6 год?

Дано:                                        Розв’язання  

F = 10 000 Н                            А = F ∙ S;

v = 7 км/год                             S = v ∙ t;  

t = 6 год                                   S = 7 км/год ∙ 6 год = 42 км = 42 000 м

                                                 А = 42 000 м ∙ 10 000 Н = 420 МДж.

А – ?

Відповідь: А = 420 МДж.

ІV. Домашнє завдання