Урок. "Механічна робота"

Урок

Тема. Механічна робота

Мета уроку: сформувати поняття роботи й її одиниць вимірювання;  навчити

                        учнів обчислювати механічну роботу; розвивати навички

                      розв’язування задач, застосовуючи вивчені формули.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку.

І.  Організація класу.

ІІ. Аналіз контрольної роботи.

ІІІ. Актуалізація опорних знань учнів.

1. Що таке взаємодія тіл?
2. Що є результатом взаємодії тіл?
3. Яка величина є мірою взаємодії тіл? В яких одиницях вона вимірюється?
4. Які види сил ви знаєте?
5. Записати формули і показати на малюнках точки прикладання сили пружності, сили тяжіння, сили тертя ковзання.
6. Пояснити в чому різниця між силою тяжіння і вагою тіла. Показати їх на малюнках.
7. Записати формулу для обчислення пройденого шляху для рівномірного руху.
8. Пояснити, за яких умов тіло рухається рівномірно і прямолінійно.

ІV. Вивчення нового матеріалу.

Що таке механічна робота? Слово «робота» у повсякденному житті має багато значень. Ми використовуємо його:

а) для позначення професії (Ігор Юрійович працює вчителем);

б) для позначення характеру діяльності (робота рятувальника небезпечна);

в) для характеристики стану (холодильник  працює);

г) для оцінки результату праці (шахтарі виконали велику роботу);

д) для характеристики складності праці вантажник виконав нескладну роботу з

    переносу ваги) і т. ін.

Поняття «робота» у фізиці має певний сенс. Механічна робота (або робота сили) відбувається в тому випадку, коли відбувається рух тіла під дією сили. Прикладів можна навести багато: щораз, 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: A = Fs.

Одиницею роботи, як слідує з визначення, є 1 Дж = 1 Н*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 A = Fs.

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

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.

Коли робота дорівнює нулю? З формули для роботи сили A = 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.

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: A = mgh.

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

б) Робота сили пружності. Коли стисла пружина розпрямляється, сила пружності, що діб 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.

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.

Необхідно звернути увагу на істотну відмінність сил тертя ковзання й кочення від сил тяжіння й пружності. 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.

V. Закріплення вивченого матеріалу.

1. Яку фізичну величину називають роботою?

2. У яких випадках механічна робота дорівнює нулю? Додатна?

              Від'ємна? Наведіть приклади.

3. Чому дорівнює робота сили, коли напрямок сили збігається з напрямком

     переміщення? Коли сила спрямована протилежно переміщенню?

4. Чи можуть сили, які діють на тіло, що рухається, виконувати одна —

    додатну роботу, а інша — від'ємну? Наведіть приклад, що ілюструє вашу

    відповідь. 

  Навчаємося розв'язувати задачі

1. Горизонтальна сила 8 Н, прикладена до бруска, змушує його ру­хатися зі

      швидкістю 4 см/с. Яку роботу виконала ця сила за 15 с?
Розв'язок. Скористаємося визначенням роботи:  A = Fl. При цьому пройдений шлях дорівнює:  l = vt.  Остаточно одержуємо: A = Fvt.

 Обчислюємо роботу: А = 8*0,04*15 = 4, 8 (Дж).

2.               Визначте роботу, виконувану при підйомі гранітної плити об'ємом 0,3 м³ на  висоту 4 м.
3.               Людина штовхає візок, прикладаючи горизонтальну силу 50 Н. При цьому візок рухається рівномірно. Яка його швидкість, якщо за 2хв виконана  робота, що дорівнює 12 кДж?
4. Чи може сила тертя спокою виконувати роботу? Якщо так, наведіть

      приклад.

Розв'язок. Може. Наприклад, коли людина піднімає верти­кально лом, обхопивши його пальцями, роботу виконує сила тертя спокою, що діє на лом з боку руки.

Поміркуй і відповідай

1.               На пружині нерухомо висить вантаж. Чи виконує роботу сили пружності,  що діє на вантаж? Сила тяжіння?

2. Чи виконує роботу сила ваги, що діє на м'яч, коли він: а) ле­жить на землі;     б) летить у футбольні ворота?

3. При рівномірному підйомі вантажу на 10 м виконана робота 1 кДж. Яка вага     вантажу? Яка його маса?

5. Вантаж вагою 10 Н рівномірно підняли, виконавши роботу 200 Дж.    На яку   висоту підняли вантаж?

VІ. Домашне завдання   §17.

Використана література

1. Програма для загальноосвітніх навчальних закладів.

Фізика 7-12 класи. Видавництво «Перун», Київ, 2005 рік

2. Підручник – Фізика 8 клас .Генденштейн
3. І.Ю.Ненашев. Фізика  8 клас. Збірник задач, - Х Ранок, 2008
4. Лукашик В.І. Збірник запитань і задач з фізики. Навчальний посібник для учнів 7-8 класів середньої школи – 2-ге вид.-К:Радянська школа , 1987
5. Збірник різнорівневих завдань для державної підсумкової атестації з фізики. – Х.: Гімназія 2002
6. Журнали «Фізика в школах України»
7. Усі уроки фізики. 8 клас./Кирик Л.А. – Х.:Вид.група «Основа», 2008, 352ст.
8. Шарко В.Д. Сучасний урок фізики: технологічний аспект / Посібник для вчителів і студентів. – К., 2005. – 220с.