Прибор для измерения сил - динамометр

Можно ли теперь измерить силу? Как? Однажды проградуированный динамометр можно использовать для измерения любых сил, которые сравнивают с силой упругости, (динамометр измеряет силу упругости).

Измерение силы, действующей на движущееся по горизонтальной плоскости тело (демонстрация).

Измерение силы, возникающей при растяжении нити (два-три динамометра в разных точках нити).

Другие примеры:

Вывод: Поскольку можно произвести прямое измерение силы динамометром, как и массы, взвешиванием, то по формуле второго закона Ньютона можно определить ускорение тела.

IV. Задачи:

1. Сила натяжения тетивы лука 30 Н и угол α = 120^о. Какое ускорение сообщает тетива стреле массой 40 г?

2. Какое значение может иметь ускорение тела массой 2 кг, если на него одновременно действуют силы 10 и 15 Н?

3. Тонкая нить из капрона, натянутая горизонтально, рвется, когда посредине ее подвешивают груз массой 2 кг. Учесть, что в момент разрыва нить составляет с горизонтом угол 1^о (sinα ≈ α). Какой массы можно подвесить на ней груз в вертикальном положении?

Вопросы:

1. Какими достоинствами обладает метод измерения сил, основанный на упругой деформации твердых тел?

V.

§ 25.

Составить обобщающую таблицу "Сила", используя рисунки, чертежи и текстовой материал.

Измерьте максимальное ускорение, которое вы можете сообщить телу.

Если человек не понимает проблемы, он пишет много формул, а когда поймет, в чем дело, их останется в лучшем случае две.

Н.Бор

Урок 27/7. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

Цель урока: обобщить знания учащихся, полученные при изучении второго закона Ньютона. Выработать алгоритм решения прямой задачи динамики материальной точки.

Тип урока: решение задач.

Оборудование: микрокалькулятор.

План урока: 1. Вступительная часть 1-2 мин.

2. Опрос 10 мин.

3. Решение задач 15 мин.

4. Запись алгоритма 15 мин.

5. Задание на дом 2-3 мин.

II. Опрос фундаментальный: Измерение сил.

Задачи:

1. Две силы, одна из которых в 2 раза больше другой, действуют на тело массой 100 г в одном и том же направлении и сообщают ему ускорение 3 м/с². Какая величина каждой из сил? Если меньшую из сил устранить, то каково будет ускорение тела?

2. Сила 5 Н сообщает некоторому телу ускорение 8 м/с², а другому - ускорение 24 м/с². Какое ускорение под действием той же силы получат оба тела, если их соединить вместе?

3. На шарик, подвешенный на нити, действует сила тяжести 1 Н. Если к шарику горизонтально приложить силу 2 Н, то на какой угол от положения равновесия отклонится нить?

4. Брусок массой 2 кг начинает скользить вдоль гладкой наклонной плоскости из точки 1 и достигает точки 2. Чему равен модуль равнодействующей силы, действующей на брусок? Чему равна в точке 2 скорость бруска?

5. Какова скорость пули при вылете из духового ружья, если ее масса 2,5 г, длина ствола 0,7 м, калибр 5 мм, а среднее давление воздуха во время выстрела 10 МПа?

III. Задача: Сила 20 Н заставляет перемещаться по шероховатой поверхности предмет массой 10 кг. Предмет движется с ускорением 1,5 м/с². Какова сила трения между предметом и поверхностью?

Задачу решить по алгоритму. После решения задачи алгоритм записывается в тетрадь.

ΙV. Алгоритм решения задач на динамику материальной точки

1. Внимательно прочтите условие задачи и выясните смысл входящих в нее терминов и выражений.

2. Кратко запишите условие с последующим переводом значений физических величин в СИ.

3. Выполните соответствующий условию задачи рисунок или чертеж.

4. Изобразите на рисунке все реальные силы, действующие на тело (тела); укажите направление ускорения.

5. Для каждого из тел запишите второй закон Ньютона в векторной форме. (Теперь можно решить задачу графически или аналитически).

6. Выберите систему координат, положительное направление оси х которой совпадает с предполагаемым направлением движения тела (тел), а ось у перпендикулярна ему (если надо).

7. Запишите формулу второго закона Ньютона для каждого из тел в проекциях на эти направления.

8. Найдите проекции всех сил на эти направления и выразите их через модули соответствующих векторов.

9. Используя выражения для модулей сил, дополнительные условия и формулы кинематики, определите неизвестные величины.

10. Для исключения ошибки в преобразованиях проверим, совпадают ли размерности правой и левой части в уравнении для определения искомой величины.

11. Запишите ответ задачи и выясните, каким бы он был при других исходных величинах, и существуют ли другие варианты решения.

12. Подумайте, наблюдали ли вы похожее явление в быту или технике и каковы возможные технические применения полученной формулы- закона.

V. Упр. 11

Действие всегда есть равное и противоположное противодействие.

И.Ньютон

Урок 28/8. ТРЕТИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

Цель урока: экспериментально и на примерах обосновать справедливость третьего закона Ньютона.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: прибор ПДЗМ, демонстрационный секундомер, два динамометра, сосуд с водой, груз.

План урока: 1. Вступительная часть 1-2 мин.

2. Опрос 10 мин.

3. Объяснение 25 мин.

4. Закрепление 5 мин.

5. Задание на дом 2-3 мин.

II. Опрос фундаментальный: Измерение сил.

Задачи:

1. Тело массой 8 кг начинает движение из состояния покоя по горизонтальной поверхности стола под действием постоянной силы 2 Н. Установлено, что это тело прошло расстояние 3 м за 6 с. Определите ускорение тела и силу трения.

2. Шар с грузом общей массой 2200 кг висит неподвижно на определенной высоте над землей. От шара отделился груз массой 200 кг. Определить ускорение шара, с которым он начнет подниматься.

Вопросы:

1. С какой силой надо натягивать веревку, чтобы она не провисала? Можно ли ее так натянуть?

2. Для чего во время штормовой погоды к средней части троса, соединяющего буксир и баржу, прикрепляют тяжелый груз?

3. В прямоугольной трубке находится поршень, форма которого представлена на рисунке. Давление жидкости по обе стороны поршня одинаково. Будет ли поршень находиться в равновесии?

III. Демонстрация взаимодействия двух одинаковых тележек на горизонтальной поверхности монорельса (ПДЗМ). Еще раз проверить справедливость соотношения m_{1 1} = -m_{2 2} при различных массах второй тележки. Но m_{1 1} = ₁₂ – сила, приложенная к первому телу со стороны второго, а m_{2 2} = ₂₁ – сила, приложенная ко второму телу со стороны первого.

Поэтому: ₁₂ = - ₂₁

Вывод: Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной и той же прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.

Пример: взаимодействие камня с Землей (гравитационные силы), двух тележек (силы упругости), керамического магнита с куском железа на каретках (магнитные силы), двух заряженных шариков (электрические силы), веревки с телом при движении тела по окружности.

На весах уравновесить два стакана с водой и после этого в один из них опустить на нити металлический шарик, не касаясь дна и стенок стакана. Почему равновесие весов нарушилось?

Экспериментальная проверка справедливости третьего закона Ньютона: взаимодействие магнита с куском железа на каретках ПДЗМ, опыт с двумя динамометрами.

Сила - понятие дуальное. Сила никогда не может быть одна, а только совместно с другой силой! В каждом из рассмотренных случаев одно тело (например, молоток) действует на другое тело (например, гвоздь). Однако Ньютон осознал, что ситуация не может быть односторонней. Действительно, хотя молоток действует на гвоздь, гвоздь в свою очередь действует на молоток, потому что скорость молотка при контакте с гвоздем быстро уменьшается до нуля.

Примеры сил "действия" и "противодействия": отталкивающаяся от бортика фигуристка, процесс ходьбы, полет птицы. Показать, что эти силы - силы одной природы, приложены к разным телам и не могут уравновешивать друг друга.

Выводы:

1. Всякая сила имеет своим источником какое-то тело.

2. Все силы возникают и исчезают только парами.

3. Силы "действия" и "противодействия" - силы одной природы, приложены к разным телам и поэтому не могут уравновешивать друг друга.

4. Равенство этих сил имеется всегда, независимо от того, находятся ли взаимодействующие тела в относительном покое или движутся.

Уравновешивать друг друга могут лишь силы, приложенные к одному телу. Примеры: груз на столе (сила тяжести уравновешивается силой реакции опоры).

= и = -всегда равны по 3 закону Ньютона.

= ; = - равны по 2 закону Ньютона и могут компенсировать друг друга.

Вес () – сила, с которой тело действует на опору или подвес.

Границы применимости третьего закона Ньютона: нельзя применять к силам, действующим на расстоянии, поскольку действие передается с конечной скоростью. Примеры:

IV. Вопросы:

1. Приведите наибольшее количество примеров, подтверждающих справедливость третьего закона Ньютона.

2. Почему, когда вы идёте по плывущему по воде бревну, оно движется в противоположном направлении?

3. Почему автомобилю трудно тронуться с места на обледенелой улице?

4. Как ослабляют силу удара баскетбольного мяча, ловя его руками?

5. После нокдауна, опираясь на третий закон Ньютона, можно смело говорить: «Ох, и дал я ему сегодня!». Так ли это?

6. Может ли пара лошадей порвать веревку, которую каждая из лошадей, действуя в одиночку, порвать не в силах?

7. Лошадь привязана к телеге на веревке и натягивает веревку с силой F. Телега в ответ тянет лошадь назад с той же силой F. Почему в таком случае телега приходит в движение?

8. Подводная лодка всплывает с ускорением со дна водоема. Как изменяется сила давления лодки на дно по мере ее всплытия?

9. При каких условиях справедливы законы Ньютона?

Задачи:

1. Два груза массами 200 г и 300 г связаны нитью и лежат на гладкой горизонтальной поверхности стола. С каким ускорением будут двигаться грузы, если к первому грузу приложить силу 1,5 Н, направленную параллельно плоскости стола? Какую силу натяжения будет при этом испытывать нить, связывающая тела?

2. По гладкой горизонтальной плоскости движется груз массой 10 кг под действием силы 50 Н, направленной под углом 60° к горизонту. Определить, с каким ускорением движется груз? С какой силой он давит на плоскость?

3. С лодки подтягивают канат, поданный на первоначально покоившийся баркас. Расстояние между лодкой и баркасом 55 м. Определите путь, пройденный лодкой до встречи с баркасом. Масса лодки 300 кг, масса баркаса 1200 кг. Сопротивлением воды пренебречь.

V.

§ 23. Упр. 11 № 5, 6.

1. Составить обобщающую таблицу "Третий закон Ньютона".

2. Обоснуйте физическую несостоятельность предложенного ниже способа передвижения.

Лечь на железный лист

и сильными рывками

Магнит подбрасывать –

он лист железный с вами

Подтянет кверху. Вы опять.

Так до Луны и упражняйтесь.

Эдмон Ростан

Если что-либо давит на что-либо другое или тянет его, то оно само этим последним давится или тянется. Если кто нажимает пальцем на камень, то и палец его также нажимается камнем. Если лошадь тащит камень, привязанный к канату, то и обратно (если можно так выразится) она с равным усилием оттягивается к камню...