Блог вчителя фізики та інформатики: Урок № 43 Тиск твердих тіл на поверхню. Сила тиску

Тема уроку: Тиск твердих тіл на поверхню. Сила тиску

Мета уроку: Сформувати в учнів поняття про тиск, як про фізичну величину; дослідити залежність тиску від сили тиску та від площі поверхні; формувати вміння розв’язувати задачі на тиск та застосовувати знання про тиск у повсякденному житті; показати зв’язок фізики як науки з іншими предметами шкільного курсу;

розвивати винахідливість, логічне мислення, увагу, пізнавальний інтерес до фізики, уміння діяти в ситуаціях, небезпечних для життя;

виховувати відповідальність, старанність, дисциплінованість, культуру усного й писемного мовлення, доброзичливість.

Базові фізичні поняття: тиск, сила тиску, паскаль.

Демонстрації: Залежність тиску твердого тіла на опору від сили й площі опори.

Обладнання: стакан вирізаний з пластикової бутилки (2 л), пісок, столик з залізними ніжками, гирі (400 г). (В якості ніжок до столика, можна використати гвіздки, які забивають в кришку столика, в залежності від досліду, гострими кінцями вниз, або шляпками до низу. Кришку столика можна зробити з фанери)..

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Хід уроку :

I. Організаційний момент

Привітання, перевірка присутніх

II. Актуалізація опорних знань

Запитання до учнів ( розминка):

· Що таке сила?

· Як позначають силу у фізиці?

· В яких одиницях вимірюється сила?

· Які сили ми з вами вивчили?

· Як розрахувати силу тяжіння, що діє на тіло?

· Як позначають площу поверхні тіла? В яких одиницях вимірюється площа?

· Скільки см в 1м?

· Скільки см² в 1м²?

· Скільки мм² в 1м²?

Знайдіть у таблиці пари «винахід – можливий його аналог у природі» (одна картка на парту).

Таблиця

Винахід	Аналог у природі
1. Шуруп.	1. Дзьоб дятла.
2. Долото.	2. «Перекотиполе» (курай).
3. Защіпка для волосся.	3. Жирафа.
4. Зубчаста пилка.	4. Камінь.
5. Канат.	5. Зуби-різці бобра.
6. Колесо.	6. Клешні рака.
7. Молоток.	7. Смерч.
8. Підйомний кран.	8. Ліана.
9. Різці верстаків для обробки металу. 10. Центрифуга.	9. Щелепа акули. 10. Молюски, що живуть у гвинтоподібних панцирах.

· Відповідь: 1—10, 2—1,3—6, 4—9, 5—8, 6—2, 7—4, 8—3, 9—5, 10—7.

III. Мотивація навчальної діяльності

Сьогодні на уроці ми повинні з'ясувати:

Чому ми провалюємося в пухкий сніг у чоботах, а не провалюємося, коли стоїмо на лижах?

Чи може людина чинити на поверхню дію більшу, ніж трактор?

Для чого нагострюють леза ножів, ножиць?

Навчитися правильно підбирати лижі для прогулянки?

IV. Вивчення нового матеріалу

Яка приємна зимова прогулянка на лижах! Однак варто увійти в сніг без них, як ноги будуть глибоко провалюватися під час кожного кроку, іти буде важко, і задоволення буде зіпсовано.

На цьому рисунку вага лижника приблизно дорівнює вазі «пішохода». Тому сили, з якими хлопчики тиснуть на сніг, будемо вважати рівними. Але помітьте: вони діють не на одну точку, а «розподіляються» по деяких площах. У лижника — по площі торкання снігу й лиж, а в пішохода — снігу й підошов. Зрозуміло, що S_лиж > S_{подошов}. Тому й результат дії лижника на сніг проявляється меншою мірою. Розподіл сили по площі її прикладання характеризують спеціальною фізичною величиною — дробом

. За умови, що сила діє перпендикулярно до поверхні, цей дріб називають тиском.

· Тиском p називають відношення перпендикулярної до поверхні сили тиску F, що діє на деяку площу S поверхні, до цієї площі:

З визначення тиску випливає, що змінити тиск можна двома способами: змінивши силу тиску або змінивши площу, на яку діє ця сила.

Одиницею тиску є 1 паскаль.

· 1 паскаль — це тиск, за якого на площу, що дорівнює 1 м², діє сила тиску, що дорівнює 1 Н.

2. Способи збільшення й зменшення тиску

У більшості випадків змінювати тиск, змінюючи силу тиску, незручно, тому змінюють площу поверхні, на яку діє сила. При збільшенні площі тиск зменшується, а при зменшенні — збільшується.

У техніці, будівництві, на транспорті дуже часто використовують різні способи, щоб зменшити або збільшити тиск. Наприклад, фундамент висотного будинку чинить тиск у 4·10⁵Па. Тому при зведенні будинку його фундамент роблять більше широким, ніж сам будинок, для зменшення тиску на ґрунт.

Шини вантажних автомобілів роблять набагато ширше, ніж у легкових автомобілів. Широкі гусениці дозволяють зменшити тиск трактора на ґрунт і роблять його більш прохідним на ґрунтовій дорозі.

З іншого боку, тиск можна збільшувати завдяки зменшенню площі поверхні. Це використовується в техніці при виготовленні інструментів (зубило, свердло, різець, ножиці й т. ін.).

Далі з учнями можна обговорити питання: у яких випадках тиск необхідно збільшувати і як це роблять? Коли тиск слід змен шувати і як у цьому випадку треба чинити?

Коли тиск потрібно зменшувати:	Коли тиск потрібно збільшувати:
1. Щоб ґрунт міг витримати тиск будови, збільшують площу нижньої частини фундаменту	1. Всі різальні інструменти — ножі, ножиці, різці — обладнані різальною частиною із дуже малою площею для створення значного тиску
2. Шини й гусениці машин, призначених для руху по м’якому ґрунту, ширше, ніж у тих самих машин, що працюють на твердому ґрунті	2. Різальні й колючі пристосування в живій природі: зуби, пазурі, дзьоби, жала, ікла, шипи й ін.
3. Для руху по пухкому снігу використовують лижі, що значно збільшують площу опори людини	3. Лопати, металообробні інструменти (свердла, зубила, напилки й ін.)

Дощечка діє на пісок в обох випадках з однаковою силою, що дорівнює її вазі, проте результат дії цієї сили на пісок різний, бо різна площа поверхні на яку діє дощечка.

Учень, який приколює кнопками газету до дошки, діє на кожну кнопку з однаковою силою. Проте кнопка з гострішим вістрям легше входить у дерево.

Отже, результат дії сили залежить не тільки від, її модуля, а й від площі тієї поверхні, перпендикулярно до якої вона діє. Це виявляється у тому що, наприклад, по пухкому снігу йти дуже важко, а взувши лижі, можна рухатися по снігу, майже не провалюючись у нього.

Отже, від того, яка сила діє на кожну одиницю площі поверхні, залежить результат дії цієї сили.

У розглянутих випадках сили діяли перпендикулярно до поверхонь: вага дощечки була перпендикулярною до поверхні піску, вага людини – перпендикулярна до поверхні снігу; сила, яка діяла т кнопку, перпендикулярна до її поверхні.

Сила тиску – сила, що діє перпендикулярні до поверхні тіла.

Тиск – фізична величина, що характеризує дію сили на фізичне тіло і чисельно дорівнює відношенню сили тиску до площі поверхні, на яку дії ця сила:

2. Одиниці вимірювання тиску

За одиницю беруть такий тиск, який чинить сила 1 Н, що діє на поверхню площею 1 м² перпендикулярно до цієї поверхні. На честь французького вченого Паскаля одиницю тиску 1 Н/м² називають паскалем (позначається Па).

Використовують також інші одиниці тиску: гектопаскаль, кілопаскаль, мегапаскаль, міліпаскаль та інші.

1 кПа = 1000 Па; 1 гПа = 100 Па; 1 МПа = 1 000 000 Па; 1мПа = 0,001 Па.

3. Способи зміни тиску

Величина тиску має суттєве значення не тільки в житті людини, а й у житті тварин. Наприклад, заєць, який чинить на опору тиск у 1,2 кПа, може порівняно легко втекти від вовка (його тиск 12 кПа) по пухкому снігу, але не врятується від нього на твердому ґрунті.

У багатьох випадках для зменшення тиску збільшують площу, на яку діє сила тиску (збільшуючи площу нижньої частини фундаменту, зменшують тиск будинку на грунт; у тракторах і танках використовують гусениці з великою площею, від цього їхній тиск на ґрунт зменшується). Наведіть приклади, які підтверджують цей факт.

У випадках, коли необхідно збільшити тиск, зменшують площу поверхні (для збільшення тиску заточують ріжучі поверхні інструментів: різців, ножиць, ножів, кусачок). Продовжіть далі наводити приклади, що підтверджують даний факт.

Зі збільшенням сили на одну й ту саму площу тиск збільшується, а з її зменшенням – зменшується.

4. Правила поведінки біля замерзлих водойм

Пригадаймо правила поведінки поблизу замерзлих водойм. Чому, потрапивши на тонку кригу, не слід тікати, якщо раптом вона затріщить? Як необхідно пересуватися тонкою кригою?

V. Встановлення внутрішньо предметних та між предметних зв’язків

VI. Узагальнення знань

У результаті правильних відповідей ви зможете розшифрувати фразу давньогрецького ученого VI ст. до н.е. Фалеса Мілетського.

1. Як зміниться тиск людини на підлогу, якщо вона підніме одну ногу? (Збільшиться вдвічі.)

2. Сила тяжіння, що діє на штатив, 20 Н, площа підставки 200 см².Яким є тиск штатива на стіл? (1 кПа.)

3. Людина виготовляє плетені лижі для пересування по болоту. Їх ширина 20 см. Якої довжини мають бути ці лижі, якщо маса людини 72 кг, а болотистий грунт витримує тиск 3 кПа? (Слід урахувати, що під час ходьби людині доводиться ставати на одну ногу.) (1,2м.)

4. Який тиск створює на ґрунт гранітна колона об'ємом 6 м³, якщо площа її основи дорівнює 1,5 м²? (0,1 МПа.)

5. Як зміниться тиск людини на підлогу, якщо вона присяде на стілець? (Зменшиться.)

6. Скільки кілопаскалів в 4000 Па? (4 кПа.)

7. Скільки паскалів становить 0,8 Н/см²? (8000 Па.)

8. Скільки паскалів становить 8 гПа? (800 Па.)

. Доповнити таблицю «Фізичні величини»

№	Назва фізичної величини	Позна-чення	Основна одиниця	Формула	Вимірювальний прилад
16	Тиск	p	Па
17	Сила тиску	F	Н	F= pS