Гуцалюк Діана Василівна: Фізика

Відкритий урок "Механічні коливання"

Патріотичне у фізиці:

Михайло Остроградський
Іван Пулюй

Кінематика
Закони Ньютона

Ніколо Тесла

Тема: Застосування законів динаміки

Мета:

навчальна: поглибити і розширити знання учнів з теми „Динаміка", зокрема щодо

практичного використання законів динаміки Ньютона; розвивати та

вдосконалювати навички працювати самостійно з додатковою літературою;

розвивати навички учнів висловлювати свої думки.

розвиваюча: сприяти подальшому розвитку уявлень про закони динаміки Ньютона;

сприяти формуванню умінь та навичок сприймання, аналізу та узагальнення

інформації.

виховна: показ великих досягнень науки та техніки та їх важливе значення у житті; сприяти формуванню логічного мислення та поведінки учнів.

Тип уроку: підсумково-узагальнюючий урок

Обладнання: плакати, інтерактивна дошка, мультимедійний проектор.

Хід уроку:

I. Вступне слово вчителя.

Протягом багатьох уроків ми з'ясовували кінематичні закономірності і динаміку руху тіл під дією гравітаційних сил, сили тертя і сил пружності, розв'язували прості і складніші задачі. Але типів задач є стільки, що неможливо всіх їх розглянути в межах шкільної програми, тому деякі питання про застосування законів динаміки Ньютона для опису руху тіл ми винесли для обговорення на сьогоднішній урок, який проведемо у формі зустрічі з фахівцями.

Я запросила до нас на урок людей, які у своїй практичній діяльності в певній мірі використовують закони динаміки Ньютона. Дозвольте познайомити вас з нашими шановними гостями: автоінспектор (спеціаліст з розслідування автодорожніх пригод) полковник Доля Артем Олександрович, працівник центру підготовки космонавтів полковник Федченко Володимир Олександрович, льотчик-випробувач полковник Блискавка Олег Олександрович, інженер-залізничник Шпортун Андрій Васильович. Після виступу кожному гостю можна задавати запитання, які виникатимуть у вас з приводу теми розповіді.

Сьогодні у нас працює експертна група, яка буде перевіряти ваші завдання, а в кінці уроку оголосить результати вашої роботи.

Слово нашим гостям.

II. Повідомлення учнів.

1-ий учень (у ролі автоінспектора)

Уявіть собі, що два вози, які везли сіль з Криму, зіткнулися. Сталася дорожньо-транспортна пригода... Смішно! Правда смішно!? Але сьогодні, коли зіткнуться два автомобілі, що їдуть зі швидкостями 100 км/год чи й більшими, це уже не смішно (вибачте за банальність). За такими дорожньо-транспортними пригодами величезне горе, втрата людських життів і т.п.

Під час розслідування дорожніх пригод часто водії заперечують перевищення швидкості.

Як довести, чи водій порушив, чи не порушив правила дорожнього руху?

Наведу такий приклад, (на інтерактивній дошці слайд з розв’язком задачі)

На ділянці шляху, де автотранспорту встановлено обмеження швидкості 30км/год, водій застосував аварійне гальмування (автомобіль рухався "юзом"!, тобто його колеса не оберталися). За слідом коліс автоінспектор визначив, що гальмівний шлях становить 12м. Чи порушив водій правила руху, якщо коефіцієнт опору (сухий асфальт) становить 0,6?

Як бачите, водій перевищив дозволену швидкість 30 км/год, чим і спричинив транспортну пригоду.

Запитання учнів

-А що, коли асфальт мокрий?

Мокрий асфальт зменшує коефіцієнт опору, а це призводить до збільшення гальмівного шляху. Водій повинен це пам'ятати і в даному місці, рухаючись з дозволеною швидкістю, бути особливо уважним.

- Я підрахував, що при швидкості 30км/год = 8,33м/с при аварійному гальмуванні автомобіль на сухому асфальті (|μ=0,6) проїде „юзом" близько 5м 78см. Чи буде винен водій, якщо транспортна пригода трапиться на відстані, наприклад, 4м?

Звичайно, ні. Тут повністю винен другий учасник цієї пригоди.

- Скажіть, будь-ласка, як бути, якщо і асфальт мокрий, і колеса „лисі"?

Звичайно, я навів приклад, який ілюструє використання законів динаміки. Сьогодні всі операції виконує комп'ютер, який враховує і вологість асфальту, і стан коліс автотранспорту, і нахил дороги, і стан асфальтного покриття і т.п.

Робота в групах (завдання додаток 1)

2-ий учень (представник центру підготовки космонавтів)

Мабуть нікого з вас не треба переконувати в тому, що космонавтики без фізики не було б. Особливе місце належить динаміці. Всі розрахунки польотів базуються на законах механіки. Запустити ракету і вивести космічний корабель на потрібну орбіту - це надзвичайно складна справа.

Для того, щоб тіло стало ШСЗ, йому потрібно надати швидкості, близької до км/ с - це так звана перша космічна швидкість. Отже, протягом певного часу ракета повинна рухатися з прискоренням. Тіла, які рухаються з прискоренням вгору в полі земного тяжіння, мають вагу більшу, ніж вони мають у стані спокою.

Нам доводиться розв'язувати, наприклад, таку задачу:

З яким максимальним прискоренням може летіти ракета вертикально вгору, щоб перевантаження не перевищувало 5 разів? (на інтерактивній дошці слайд з розв’язком задачі)

Отже, щоб перевантаження не перевищувало у 5 разів, ракета повинна рухатись із прискоренням, не більшим 40м/с².

Запитання учнів

- А чи є більше прискорення?

Це залежить від типу ракет, від часу їх польоту, від висоти запуску, від напрямку запуску і т.п. Бувають перевантаження і шести-, і семикратні.

- Чи може таке перевантаження звичайна людина?

Ні. Уявіть, що на ваші плечі поклали вантаж масою у 6-7 разів більшою, ніж маса вашого тіла. Наприклад, ваша вага 50 кг, а на спину поклали вантаж масою 300-350 кг. Чи довго ви витримаєте таке перевантаження? Космонавт людина тренована до таких перевантажень.

- Я десь читав чи чув, що ракети запускають не вертикально вгору. Розкажіть про це детальніше.

Справді, ракети запускають здебільшого під деяким кутом до горизонту і переважно в напрямі обертання Землі навколо своєї осі, тобто із заходу на схід. У такому разі до швидкості ракети в системі відліку „Земля" додається (векторно) ще й лінійна швидкість обертання точок Землі того місця з якого стартує ракета. Але якщо запуск ракети відбувається на полюсі, то його можна здійснити і вертикально.

Робота в групах (завдання додаток 2)

3-ій учень ( в ролі льотчика - випробувача)

Я хочу запропонувати вам одну задачу:

Пілот масою 80кг здійснює "мертву петлю" радіусом 4км на реактивному літаку. Яку швидкість повинен мати літак, щоб у верхній точці петлі пілот перебував у стані невагомості? Яку вагу матиме пілот у нижній точці "мертвої петлі"? (на інтерактивній дошці слайд з розв’язком задачі)

Запитання учнів

- А яка вага льотчика в будь-якій іншій точці траєкторії?

Це залежить від кута між віссю координат і радіусом, проведеним в точку, де знаходиться літак.

- Що буде, якщо літак матиме меншу швидкість, ніж 200м/с (до даної задачі)? Більшу за 200м/с? '

Як видно із задачі, при швидкості 200м/с льотчик у стані невагомості, перебуваючи у верхній точці „мертвої петлі" радіусом 4км. Якщо швидкість буде більшою за 200м/с, з'явиться вага, тобто льотчика притисне до крісла, а при швидкості, меншій за 200м/с, льотчик відірветься від крісла.

Робота в групах (завдання додаток 3)

4-ий учень (в ролі інженера-залізничника)

На поворотах одну з рейок піднімають дещо вище, зокрема, на правому повороті піднімають ліву рейку і навпаки. Це роблять для того, щоб „полегшити" здійснення повороту. Доцентрового прискорення потягу надає сила тертя спокою і рівнодійна сил тяжіння та реакції опори рейок.

При певній швидкості потяга на повороті достатньою може бути сила Р, щоб надати йому доцентрового прискорення.

Тоді сила тертя спокою рівна нулю і ніякого значення не має поверхня. Кажуть: поворот здійснюється за рахунок нахилу залізничного полотна.

Подібне зустрічається і при будівництві шосейних доріг, велотреків тощо. Всі ви бачили, що один бік дороги на поворотах насипають дещо вище горизонтального рівня.

Щоб вагон не „зійшов" з рейок, колеса мають так звані реборди. Під час лівого повороту вагон притискується ребордою правого колеса до рейки. При цьому виникає сила пружності, яка надає вагону доцентрового прискорення. І навпаки, під час правого повороту вагон притискується до рейок ребордою лівого колеса. Сили пружності, які виникають внаслідок деформації рейки, надають вагону доцентрового прискорення, напрямленого до центру заокруглення. Внаслідок цього реборди і рейки спрацьовуються. Щоб зменшити їх спрацювання, а значить, збільшити термін їх служби, штучно створюють додаткову силу, що надає вагону доцентрового прискорення. Для цього піднімають одну з рейок.

Пропоную розв'язати таку задачу.

На скільки має бути піднесена зовнішня рейка над внутрішньою на заокругленні залізничного полотна радіусом 300м, щоб при швидкості руху потяга 54км/год реборда не тиснула на рейку? Ширина колії 1524мм.

Запитання учнів

- Я зрозумів, що на даному повороті для потягів, які матимуть швидкість 54км/год, реборда і рейка не спрацьовуватимуться. А для інших, які мають більшу швидкість, спрацьовуватиметься одна рейка і реборда, а для тих, що мають значно меншу швидкість, навпаки, може спрацьовуватися інша рейка і реборда?

Цілком правильно. Але піднімають одну з рейок настільки, щоб не спрацьовувалися рейки при якійсь „середній" швидкості руху потягів на цій ділянці Найменше підняття зовнішньої рейки на повороті призводить до зменшення спрацювання реборд і коліс при будь-якій швидкості. Крім того, є повороти, на яких усім або принаймні переважній більшості потягів дозволена одна швидкість проходження повороту.

III. Заключне слово вчителя.

IV. Підсумок уроку (оголошення балів)

V. Домашнє завдання

Готуйтеся до контролю навчальних досягнень.

Закодоване речення

додаток 1

Відповідь

ваприкнвзаємодіїтотіллпзмінюєтьсядшїхжзшвидкістьфуівкформа

фцсилавсхарактеризуємодіюпатілмс

дводиницюаксилиминазиваютьтиньютонва

восилартхарактеризуєтьсяпанапрямкомцутатичисельноюолвеличиноюот

садляячвимірюваннявссилисувикористовуютьапдинамометрпа