Урок "Сила пружності. Закон Гука"

Сила пружності. Закон Гука. Вага тіла.

Мета уроку:

Навчальна: поглибити знання про деформацію, природу сил пружності; формувати знання про вагу тіла, невагомість і перенавантаження.

Розвивальна: розвивати пізнавальні навички учнів.

Виховна: виховувати уважність, зібраність, спостережливість.

Тип уроку:комбінований.

Наочність і обладнання:навчальна презентація, комп’ютер, підручник.

Перебіг уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

Що відбудеться якщо:

-         на пружинний амортизатор подіяти з певною силою? (під дією сили пружина стиснеться (розтягнеться) – її довжина зменшиться (збільшиться))

-         пом’яти в руці шматочок пластиліну? (зміниться його форма)

-         натягти тятиву лука? (одночасно зміняться її розміри та форма)

IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Деформація. Види деформації

Деформація – це зміна форми та (або) розмірів тіла.

Проблемне питання

• Яка причина виникнення деформації?

Причина виникнення деформації полягає в тому, що під дією сил, прикладених до тіла, його різні частини рухаються по-різному й у результаті частини тіла зміщуються одна відносно одної.

За характером зміщення частин тіла одна відносно одної розрізняють деформації стиснення, розтягнення, зсуву, вигину, кручення.

Для описання різних видів деформацій скористаємося механічною моделлю твердого тіла:

1 – паралельні пластини, що імітують шари молекул у твердому тілі;

2 – пружини, що з'єднують пластини й імітують взаємодію між молекулами.

Деформація стиснення. При стисканні твердого тіла зміщуються в напрямку дії сили шари його молекул, у результаті чого розміри тіла зменшуються. Їїзазнають стовпи, ніжки столів і стільців, фундаменти будинків.

Деформація розтягнення.Якщо ж тіло розтягувати, то під дією руки відстань між шарами молекул збільшиться і тіло знову змінить свої розміри. Їїзазнають троси, канати, ланцюги в піднімальних пристроях, стяжки між вагонами.

Видовження – це фізична величина, яка дорівнює зміні довжини тіла при деформації розтягнення або стиснення:

Деформація вигину (водночас деформація розтягнення та стиснення). На опуклому боці тіла відстань між шарами молекул збільшується, тобто ця частина тіла зазнає деформації розтягнення. На ввігнутому боці тіла відстань між шарами молекул зменшується – ця частина тіла зазнає деформації стиснення. Середні шари не зазнають ані розтягнення, ані стиснення, а отже, не впливають на міцність конструкції. Саме тому зазвичай їх видаляють, замінюючи стрижні порожніми трубами (рама велосипеда, трубчасті кінцівки кісток, трубчасті стебла злаків).

Деформація зсуву. Шари молекул зсунуться один відносно одного, а саме тіло змінює свою форму. Її зазнаютьцвяхи та болти, які скріплюють частини різних конструкцій; тканина, яку розрізають ножицями.

Деформація кручення. Зсув шарів молекул відбуватиметься неоднаково – кожний шар буде повертатися на певний кут відносно іншого шару. Її зазнають вали всіх машин, гвинти, ключі, викрутки.

Пружні деформації – це деформації, які повністю зникають після припинення дії на тіло зовнішніх сил.

Пластичні деформації – це деформації, які зберігаються після припинення дії на тіло зовнішніх сил.

2. Сила пружності. Закон Гука

Сила пружності – це сила, яка виникає під час деформації тіла і намагається повернути тіло в недеформований стан.

Закон Гука:

У разі малих пружних деформацій розтягнення або стиснення сила пружності прямо пропорційна видовженню тіла:

–  жорсткість тіла (пружини)

Знак «–» показує, що сила пружності завжди напрямлена в бік, протилежний напрямку зміщення .

Наслідки із закону Гука:

1. Графік залежності проекції сили пружності від модуля видовження тіла – пряма, тангенс кута нахилу якої до осі абсцис дорівнює жорсткості тіла

2. Одиниця жорсткості в СІ – ньютон на метр

3. Жорсткість – це характеристика тіла, тому вона не залежить ані від сили пружності, ані від видовження тіла.

4. Жорсткість залежить: від пружних властивостей матеріалу, з якого виготовлене тіло; від форми тіла та його розмірів.

3. Природа сил пружності

Всі тіла складаються з атомів (молекул, йонів), а ті, у свою чергу, – з ядра, яке має позитивний заряд, і електронної хмари, заряд якоїнегативний. Між зарядженими складниками частинок речовини існуютьсили електромагнітного притягання та відштовхування.

Якщо тіло не деформоване, сили притягання дорівнюють силам відштовхування. Під час деформації взаємне розташування частинок у тілі змінюється. Якщо відстань між частинками збільшується, то електромагнітні силипритягання стають більшими, ніж сили відштовхування, і частинки починають притягуватися одна до одної. Якщо відстань між частинками зменшується, то більшими стають сили відштовхування. Інакше кажучи, частинкиречовини «прагнуть» повернутися до стану рівноваги. Таким чином, силапружності– результат електромагнітної взаємодії частинок речовини.

4. Деякі види сил пружності

Сили пружності, які для позначення мають інші символи:

-         сила нормальної реакції опори

-         сила натягу підвісу

5. Вага тіла

Вага тіла – це сила пружності, з якою внаслідок притягання до Землі тіло діє на горизонтальну опору або вертикальний підвіс.

Вага прикладена до опори або підвісу.

У СІ одиниця ваги – ньютон (Н)

Якщо тіло перебуває у стані спокою або рівномірного прямолінійного руху, то його вага за значенням дорівнює силі тяжіння й збігається з нею за напрямком.

Вага тіла, що рухається з прискоренням:

1) Прискорення направлене вертикально вгору.

Відповідно до ІІІ закону Ньютона:

2) Прискорення направлене вертикально вниз.

Проблемне питання

• Поясніть слова зі спогадів Ю. О. Гагаріна: «Я відчув, що якась нездоланна сила дедалі більше втискає мене в крісло. І хоч воно було розташоване так, щоб максимально зменшити вплив велетенської ваги, яка навалилася на моє тіло, було важко ворухнути рукою й ногою».

Перевантаження – це збільшення ваги тіла.

Коефіцієнт перенавантаження:

Проблемне питання

• Чи може вага дорівнювати нулю?

Стан невагомості – це стан тіла, за якого вага тіла дорівнює нулю.

У стані невагомості не тільки тіло не тисне на опору, але й окремі частини тіла не тиснуть одна на одну. Космонавт на орбіті (пригадайте: на орбіті космічний корабель рухається тільки під дією сили тяжіння) не почуває своєї ваги, предмет, випущений з його рук, нікуди не падає. Причина цих явищ у тому, що сила тяжіння надає тілу, яке вільно падає, будь-якій його частині та усім предметам навколо однакового прискорення.

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

1. Визначте вагу кулі масою 12 кг, коли вона вертикально падає з прискоренням 4 м/с².

2. Якою буде вага льотчика масою 75 кг, який виводить літак із піке на швидкості 540 км/год, якщо радіус кривизни траєкторії становить 500 м?

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

1. Що таке деформація? У чому причина її виникнення?

2. Які види деформацій ви знаєте?

3. Які деформації називають пружними? пластичними? Наведіть приклади.

4. Дайте визначення сили пружності. Як напрямлена ця сила?

5. Сформулюйте закон Гука. Які межі його застосування?

6. Від чого залежить жорсткість тіла? Яка її одиниця в СІ?

7. Яку силу називають силою нормальної реакції опори? силою натягу підвісу? Як напрямлені ці сили?

8. Що таке вага? Чим вага тіла відрізняється від сили тяжіння?

9. Що таке перевантаження? Що таке невагомість?

VI. Домашнє завдання

Опрацювати § 12, Вправа № 12 (1, 4)

Список використаноїлітератури

1. https://phet.colorado.edu/uk/simulations/category/physics
2. Бар’яхтар В. Г.Фізика. 10 клас. Академічнийрівень: Підручник для загальноосвіт. навч. закладів / В. Г. Бар’яхтар, Ф. Я. Божинова.— X.: Видавництво «Ранок», 2010.— 256 с.: іл.
3. Божинова Ф. Я.Фізика. 10 клас. Академічнийрівень: Комплекснийзошит для контролю знань / Ф. Я. Божинова, О. О. Кірюхіна.— X.: Видавництво «Ранок», 2011.— 96 с.
4. Гельфгат І. М.Фізика (профільний рівень, за навчальною програмою авторського колективу під керівництвом Локтева В. М.): підруч. для 10 кл. закл. загал, серед, освіти / І. М. Гельфгат. — Харків : Вид-во «Ранок», 2018. : іл., фот.
5. Карпухіна О. О.Фізика. 10 клас. Академічнийрівень: Збірник задач / О. О. Карпухіна, Ф. Я. Божинова, В. В. Хардіков.— 2-ге вид., перероб. і доп.— X.: Видавництво «Ранок», 2011.— 288 с.
6. Кирик Л. А.Усі уроки фізики. 10 клас. Академічнийрівень.— X.: Вид група «Основа», 2011.— 432 с.
7. Римкевич А. П.Збірник задач з фізики для 9—11 класівсередньоїшколи. — 12-те вид.— X., ББН:— 208 с.
8. Туманцова О. О.Фізика. 10 клас. Рівень стандарту: Розробки уроків / О. О. Туманцова.— X.: Видавництво «Ранок», 2010.— 320 с.
9. Фізика (рівень стандарту, за навчальною програмою авторського колективу під керівництвом Локтєва В. М.): підруч. для 10 кл. закл. загал, серед, освіти І [В. Г. Бар’яхтар, С. О. Довгий, Ф. Я. Божинова, О. О. Кірюхіна] ; за ред. В. Г. Бар’яхтара, С. О. Довгого. — Харків : Вид-во «Ранок», 2018. : іл., фот.