Математичний маятник. Маятник Фуко. Маятник мого серця.
Тема: Математичний маятник. Маятник Фуко.
Маятник мого серця.
Мета: ознайомити здобувачів освіти з математичним маятником, з формулою Гюйгенса для періоду коливань математичного маятника, маятником Фуко та навчитися визначати частоту пульсу, робити розрахунки за формулою, розвивати креативне мислення та вміння систематизувати відомі фізичні факти, спостережливість, уміння встановлювати причинні зв'язки; формувати самостійну, творчу активність, розвивати уявне й логічне мислення, інтерес до експерименту.
Тип уроку: комбінований
Вид уроку: урок – дослідження.
Методи проведення: бесіда, проблемне запитання, інтерактивна вправа: «Мозаїка», випереджуюча вправа, «Логічна пара», робота в парах, експеримент.
Міжпредметні зв’язки: біологія, історія, географія, астрономія
КМЗ: Проектор, екран, комп’ютер, відео «Маятник Фуко», портрети фізиків, презентація до уроку, маятники, стікери, бланки із завданнями, експонати, заготовки паперових сердечок, нитки, «тягарці»,ножиці.
План.
1.Організаційна частина.
2. Повідомлення теми, мети і завдань уроку.
3.Мотивація навчальної діяльності.
4. Актуалізація опорних знань і умінь учнів, перевірка домашнього завдання.
5.Новий теоретичний матеріал: математичний маятник, формула Гюйгенса, перетворення формули, маятник Фуко. 6. Розрахунок довжини нитки за частотою скорочення серця та виготовлення математичного маятника мого серця . 7. Оформлення стенду.
8. Підсумок уроку.
9. Домашнє завдання.
Хід уроку.
1. Організаційна частина.
Перевірка наявності учнів на уроці та готовності їх до роботи.
2. Повідомлення теми, мети і завдань уроку.
Туди, сюди, а з місця ніяк
(маятник)
3.Мотивація навчальної діяльності.
Отже, одним з досить розповсюджених видів нерівномірного руху є коливальний рух. Він часто зустрічається як в природі, так і в техніці. Чим схожі всі ці рухи? (наближено повторюються через певний період часу, характеризуються одними і тими ж величинами) Для спрощеного вивчення коливальних рухів використовують ідеальну модель коливальної системи – математичний маятник. Він дозволяє дослідити основні властивості і закономірності коливальних рухів, які потім можна застосувати до більш складних коливальних систем.
4. Актуалізація опорних знань і умінь учнів, перевірка домашнього завдання.
Для того щоб розпочати наше заняття, нам необхідно пригадати коливання:
Вправа «Мозаїка»: класифікувати запропоновані приклади коливань (вільні та вимушені):
- Іграшка - неваляшка;
- коливання гойдалки без підштовхувань;
- рух поршня в двигуні;
- батут, на якому стрибають;
- биття серця;
- тряска автомобіля на нерівній дорозі;
- струна гітари після виведення її з положення рівноваги;
- коливання вантажу на пружині;
- коливання мітли двірника;
10)коливання голки швейної машини.
5.Новий матеріал складається з двох частин.
Спочатку познайомимось із математичним маятником, маятником Фуко , зробимо теоретичні розрахунки, а потім виготовимо модель особистого маятника. Записуємо означення.
Математичний маятник – це ідеалізована коливальна система, що складається з вантажу, підвішеного на нитці.
Запитання викладача: зверніть увагу, які умови повинні виконуватися, щоб маятник був математичним? Де застосовуються математичні маятники?,
До того, щоб в цій системі виникли коливання, до неї висуваються певні вимоги:
- розміри вантажу набагато менші за довжину нитки;
- нитка повинна бути нерозтяжною й невагомою;
- кут відхилення маятника повинен бути досить малим ( не більше 10-15º).
В цій системі виникають вільні затухаючі коливання у горизонтальній площині.
Умови виникнення вільних коливань у системі:
- сили тертя або сили опору в системі мають бути достатньо малими;
- рівнодійна всіх сил, що діють на вантаж, напрямлена до положення рівноваги (система повинна перебувати поблизу положення стійкої рівноваги).
Період коливань математичного маятника визначають за формулою Гюйгенса:
довжина нитки, 
прискорення вільного падіння.
Отже, період залежить від довжини нитки, прискорення вільного падіння.
ЗАСТОСУВАННЯ МАТЕМАТИЧНОГО МАЯТНИКА:
- точне вимірювання прискорення вільного падіння в різних точках земної кулі;
- так як прискорення вільного падіння залежить не тільки від форми Землі, але і від наявності в її надрах важких (металів – g зростає) або легких (газ, нафта) речовин, тому математичний маятник використовують для визначення покладів корисних копалин;
- у механічних годинниках;
- у сейсмографах – приладах для реєстрації коливань земної поверхні;
- у навігаційних приладах;
- у гравіметрах – пристроях для визначення прискорення сили тяжіння.
Викладач:
Про те що земля обертається навколо своєї осі вдалося довести за допомогою маятника. (виступ учениці супроводжується відео про маятник Фуко).
ЖАН БЕРНАР ЛЕОН ФУКО
Жан Бернар Леон Фуко (1819-1868) – французький фізик і астроном. Здобув медичну освіту, але уся його подальша наукова діяльність пов'язана з експериментальною фізикою. 
Він виміряв швидкість світла у вакуумі й воді методом дзеркал, що обертаються.
А в 1851 році за допомогою створеного ним маятника (згодом названого маятником Фуко) наочно показав добове обертання Землі навколо осі.
Цей маятник розміщався в Паризькому Пантеоні, під куполом якого на сталевому дроті довжиною 67 м була підвішена металева куля масою 28 кг з вістрям так, що кріплення давало змогу маятнику вільно коливатися у всіх напрямках. Під точкою кріплення була зроблена кругова огорожа діаметром 6 метрів, по краю огорожі була насипана піщана доріжка таким чином, щоб маятник при своєму русі міг залишити слід на піску при перетині доріжки. Період коливань маятника при такій довжині підвісу дорівнює 16,4 с, при кожному коливанні відхилення від попереднього перетину піщаної доріжки складало 3 мм, за годину площина коливань маятника повернулась більше, ніж на 11° за годинниковою стрілкою, тобто приблизно за 32 години площина здійснила повний оберт і повернулась в попереднє положення.
Французький фізик і астроном Леон Фуко підвісив його до стелі у паризькому Пантеоні. Якщо дивитись на маятник певний час, видно, що площина його коливання зміщується, що неможливо з погляду фізики. Таким чином це насправді свідчить, що зміщується підлога будівлі, де встановлений маятник, а отже, і вся земна куля.
Чи знаєте ви що?
В Україні на сьогодні існує 3 діючих маятники Фуко:
1. У музеї космосу (м. Переяслав-Хмельницький, єдиний у світі музей космосу в приміщенні дерев‘яної церкви): довжина нитки – 25 м, маса – 10 кг. Вперше продемонстрований у 1979р..
- У музеї «Космос» Харківського планетарію (24 вересня 2012р.), довжина нитки – 6м, маса кулі з нержавіючої сталі 28 кг.
- 24 лютого 2011 року з’явилася модель маятника у Національному технічному університеті України «Київський політехнічний університет»: куля з бронзи масою 43 кг, а довжина нитки - 22 метри. Це один з найбільших в Європі.
6. Давайте визначимо із формули Гюйгенса довжину нитки маятника:
Винесемо довжину нитки із рівняння: спочатку піднесемо до квадрату ліву й праву частини рівняння.
, потім 
; замінимо період на частоту 
Кінцевий результат
Довжину нитки для маятника коливань вашого серця визначає кожен учень індивідуально :
- виміряти частоту свого пульсу ( кількість ударів серця за 1 хв.);
- переводимо всі одиниці виміру в систему СІ;
- робимо розрахунки;
- записуємо на всі розрахунки на зворотній стороні заготовленого сердечка; - відмірюємо нитку необхідної довжини; - прикріплюємо тягарець до нитки; - нитку прикріплюємо до сердечка; - маятник коливання мого серця ГОТОВИЙ!
7. Визначаємо найкреативніше або найгарніше оформлене сердечко, яке посяде центральне місце на стенді .Оформляємо стенд таким чином:
8.Підсумок уроку.
Викладач: Молодці, ви добре попрацювали сьогодні на уроці. Це є творчий підхід до вивчення фізичних процесів і ні в якому разі не є реальним. Завдяки вам, ми стільки дізналися нового про маятники, ще раз переконалися у тісному зв’язку фізики з життям!
Всі ви із задоволенням виконували завдання і було дуже цікаво на уроці. Що ви дізналися нового?
Оцінювання роботи учнів на уроці.
9. Домашнє завдання.
Виготовити аналогічну модель для члена сім’ї.
про публікацію авторської розробки
Додати розробку