Силы в природе и механике.
план-конспект занятия

Конспект занятия: Силы в природе и механике.

План семинары:

1. Актуализация имеющихся знаний. Силы в природе: виды, формулы, измерения.
2. Решении задач по теме «Силы в природе и механике».
3. Подведение итогов
4. Домашнее задание        

Актуализация имеющихся знаний:

Силы в природе: виды, формулы, измерения

В механических задачах рассматриваются силы, природа которых различна. Например, сила тяжести является следствием всемирного тяготения. А сила трения имеет электромагнитную природу, так как обусловлена взаимодействием между частицами вещества.         

Что надо знать о силе

Сила - векторная величина. Необходимо знать точку приложения и направление каждой силы. Важно уметь определить какие именно силы действуют на тело и в каком направлении. Сила обозначается как , измеряется в Ньютонах. Для того, чтобы различать силы, их обозначают следующим образом 

Предлагаемые вопросы.

1. Для чего в гололедицу тротуары посыпают песком, шлаком, золой?
2. Почему Земля вращается вокруг Солнца, никуда не улетая?
3. Приведите примеры действия силы тяжести в природе (Река течет с горы. Дождь падает с неба.

Зрелое яблоко падает с березы на землю.)

Основная часть занятия:  

Сила тяжести

На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле

Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.

Задача: Определите силу тяжести, действующую на Бабу Ягу, если масса её ступы 10 кг и метёлки 1 кг, а масса бабы яги равна 49 кг?

Сила трения

Сила трения возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:

Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Задача №1  Скатившись с горы Емеля на печи едет по горизонтальному участку дороги. Скажите пожалуйста, одинаковый ли путь до полной остановки проедет печь, если он будет ехать по рыхлому снегу или по скользкому льду?

Если Емеля будет ехать по льду, тормозной путь будет больше, так как сила трения, действующая на него, будет меньше, чем в случае, если он будет скатываться по рыхлому снегу

Задача №2. Сила трения

Санки массой 5 кг скользят по горизонтальной дороге. Сила трения скольжения их полозьев о дорогу 6 Н. Каков коэффициент трения скольжения саночных полозьев о дорогу? Ускорения свободного падения считать равным 10 м/с2.

Решение

По второму закону Ньютона в проекции на вертикальную ось:

Ответ: 0,12.

Задача№3 В комнате стоит шкаф массой 70 кг. Какая сила тяжести действует на этот шкаф? Какую силу нужно приложить, чтобы сдвинуть этот шкаф с места? Коэффициент трения равен 0,3.

Ученик: Силу тяжести можно вычислить по формуле Fт=mg. Сила трения покоя максимальна в момент начала движения шкафа. Максимальная сила трения покоя приблизительно равна силе трения скольжения: Fтр=μN. Сила реакции опоры N и вес равны по модулю. Снова тело находится на горизонтальной, неподвижной относительно Земли опоре, вес тела можно найти по формуле Р = mg, и сила реакции опоры N = mg.

Сила реакции опоры

Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы "говорит" реагирует опора. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, "сопротивляются".

Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например, карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.

Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой , но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как 

Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра.

Сила упругости    Это сила возникает в результате деформации (изменения первоначального состояния вещества). Например, когда растягиваем пружину, мы увеличиваем расстояние между молекулами материала пружины. Когда сжимаем пружину - уменьшаем. Когда перекручиваем или сдвигаем. Во всех этих примерах возникает сила, которая препятствует деформации - сила упругости. Закон Гука

Сила упругости направлена противоположно деформации

Задача №1 На трех пружинах висят шарики, массой по 1 кг каждый. Чем вы можете объяснить разную величину деформации пружины?

Ученик: Жесткость пружин разная при действии одинаковой силы, у первой пружины жесткость меньше, так как удлинение пружины больше, а последняя пружина более жесткая.

Задача № 2 Под действием силы пружина удлинилась на 10 см, жесткость пружины 10 Н/м. Найдите силу упругости 

Задача. Каков коэффициент жесткости берцовой кости, если масса человека 80 кг, а кость сжимается на 0,3 мм?

Ученик: Модуль силы упругости при растяжении или сжатии тела прямо пропорционален изменению длины тела: Fупр= kх.

Вес тела Вес тела - это сила, с которой предмет воздействует на опору. Вы скажете, так это же сила тяжести! Путаница происходит в следующем: действительно часто вес тела равен силе тяжести, но это силы совершенно разные. Сила тяжести - сила, которая возникает в результате взаимодействия с Землей. Вес - результат взаимодействия с опорой. Сила тяжести приложена в центре тяжести предмета, вес же - сила, которая приложена на опору (не на предмет)!

Формулы определения веса нет. Обозначается эта силы буквой .

Сила реакции опоры или сила упругости возникает в ответ на воздействие предмета на подвес или опору, поэтому вес тела всегда численно одинаков силе упругости, но имеет противоположное направление.

Сила реакции опоры и вес - силы одной природы, согласно 3 закону Ньютона они равны и противоположно направлены. Вес - это сила, которая действует на опору, а не на тело. Сила тяжести действует на тело.

Вес тела может быть не равен силе тяжести. Может быть как больше, так и меньше, а может быть и такое, что вес равен нулю. Это состояние называется невесомостью. Невесомость - состояние, когда предмет не взаимодействует с опорой, например, состояние полета: сила тяжести есть, а вес равен нулю!

Определить направление ускорения возможно, если определить, куда направлена равнодействующая сила

Обратите внимание, вес - сила, измеряется в Ньютонах. Как верно ответить на вопрос: "Сколько ты весишь"? Мы отвечаем 50 кг, называя не вес, а свою массу! В этом примере, наш вес равен силе тяжести, то есть примерно 500Н!

Задача №1 Лифт начинает движение с ускорением 1,5 м/с2. Чему равен вес стоящего в этом лифте человека массой 70 кг, если лифт движется: а) вниз; б)вверх? Чему равна перегрузка?

Выталкивающая сила.

Сила Архимеда   Сила возникает в результате взаимодействия тела с жидкость (газом), при его погружении в жидкость (или газ). Эта сила выталкивает тело из воды (газа). Поэтому направлена вертикально вверх (выталкивает). Определяется по формуле:

В воздухе силой Архимеда пренебрегаем.

Если сила Архимеда равна силе тяжести, тело плавает. Если сила Архимеда больше, то оно поднимается на поверхность жидкости, если меньше - тонет.
Задача № 1

Тело объемом 2 м3 погружено в воду. Найдите архимедову силу, действующую на тело.

Задача №2 Каково значение силы Архимеда, действующей на полностью погруженный в воду медный брусок массой ?

Дано

         Формула, по которой рассчитывается сила Архимеда, имеет вид:

• .-?

Ответ: 1 Н.

Закон всемирного тяготения 

Одна из важнейших в природе сил — сила гравитации, или сила тяготения. Она действует на все тела во Вселенной.

 тяготения пришёл Ньютон, когда изучал движение Луны вокруг Земли и планет Солнечной системы вокруг Солнца. Он открыл закон всемирного тяготения, т. е. формулу для расчёта силы гравитационного взаимодействия.

Впервые к выводу о существовании сил всемирного

Все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

Задача №1  Два тела притягиваются друг к другу с силой 6.67*10^-5 Н. Масса каждого тела равна 20 тонн. Найти расстояние, на котором находятся тела.

Решение По закону всемирного тяготения:

Отсюда найдем расстояние:

Ответ: 20м.

Подведение итогов занятия:

Алгоритм решения типовой задачи:

1.Кратко записываем условие задачи.
2. Изображаем условие графически в произвольной системе отсчета, обозначив ее на рисунке. Ось, по возможности, направляем вдоль движения тела, а отсчет времени начинаем в момент нахождения тела (точки) в нуле координат.
3. Записываем уравнение для нахождения импульса тела и другие необходимые уравнения для определения входящих в него величин. Запись производим в проекциях на выбранные оси.
4. Решаем уравнения в общем виде.
5. Подставляем величины в общее решение, вычисляем.
6. Записываем ответ.

Домашнее задание: подготовиться по теме «Законы сохранения в механике. Применение законов сохранения.