Урок № 54 Механічна робота. Потужність

Тема уроку: Механічна робота. Потужність

Мета уроку: заохочувати учнів до засвоєння нового матеріалу, розуміння поняття «робота», формувати уміння одержувати нові знання з ілюстрацій, вчити учнів мотивувати  свої дії, давати їм повні і вірні обґрунтування;

розвивати вміння стисло та грамотно висловлювати свої міркування обґрунтовувати їхню правильність, розкривати загальне і особливе, сприяти збагаченню словникового запасу та розширенню наукового кругозору учнів;

виховувати формування таких якостей особливості як організованість, уважність, спостережливість.

Базові фізичні поняття: механічна робота, джоуль, сила.

Демонстрації: Визначення роботи, виконуваної при переміщенні бруска по горизонтальній поверхні. Визначення роботи, виконуваної при підйомі вантажів на різну висоту

Обладнання: динамометр, брусок, набір важків, тіла різної маси.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

Хід уроку :

      I.      Організаційний момент

   II.      Актуалізація опорних знань

1.     Як називається довжина траєкторії руху тіла?

2.     Які одиниці вимірювання шляху?

3.     Яка фізична величина описує взаємодію тіл?

4.     Які одиниці вимірювання сили?

5.     Якими можуть бути наслідки дії сили на тіло?

1. Вправа «Логікон»

Заповніть порожні комірки.

Назва сили		Сила пружності	Сила тертя
	Тіло
Напрям		Проти напряму руху  частинок
	F = mg

Відповідь:

Назва сили	Cила тяжіння	Сила пружності	Сила тертя
Точка прикладання	Тіло	Тіло або частина тіла	Тіло
Напрям	До центру Землі	Проти напряму руху  частинок	Вздовж поверхні стикання проти напряму руху
Формула	F = mg	F = kx	F = μN

III.      Мотивація навчальної діяльності

Гра «Розсипанка»

         З наведених нижче слів складіть вислів Майкла Фарадея.

в                 роботи                більше                  Чим            я       

навчаюсь                      мене                     більше                  тим

Відповідь. Чим більше в мене роботи, тим більше я навчаюсь.

Слово «робота» у повсякденному житті має багато значень. Ми використовуємо його: а) для позначення професії (Ігор Юрійович працює вчителем); б) для позначення характеру діяльності (робота рятувальника небезпечна); в) для характеристики стану (холодильник працює); г) для оцінки результату праці (шахтарі виконали велику роботу); д) для характеристики складності праці (вантажник виконав нескладну роботу з переносу ваги) і т. ін.

Поняття «робота» у фізиці має певний сенс. На сьогоднішньому уроці ми з'ясуємо з вами, що фізики розуміють під словом «робота» і чи збі­гається це з розумінням у повсякденному житті.

Вивчення нового матеріалу

Механічна робота (або робота сили) відбувається в тому випадку, коли відбувається рух тіла під дією сили. Прикладів можна навести багато: щораз, коли ми самі що-небудь піднімаємо, пересуваємо, переносимо, відбувається механічна робота.

Французький учений Віктор Понселе на початку ХІХ століття писав: «Дії, виконувані різними двигунами, нескінченно різноманітні. Щоб мати можливість порівнювати їх між собою, треба ввести величину, що для всіх двигунів служила б загальною мірою». Такою мірою Понселе запропонував уважати добуток сили на переміщення точки її прикладання. Таку величину він назвав механічною роботою.

·        Якщо напрямок сили  збігається з напрямком переміщення  точки прикладання сили, робота A дорівнює добутку модуля сили на модуль переміщення: 

Одиницею роботи, як слідує з визначення, є 1 Дж = 1 H·1м, тобто робота, виконана силою в 1 Н при переміщенні точки прикладання сили на 1 м у напрямку дії сили.

Робота — скалярна величина, але скалярні величини можуть бути позитивними, негативними або рівними нулю. Якщо напрямок руху тіла збігається з напрямком прикладеної сили, то ця сила виконує додатну роботу і її обчислюють за формулою

.

Якщо напрямок руху протилежний напрямку дії сили, то ця сила виконує від’ємну роботу і її обчислюють за формулою:

.

Якщо кинути, наприклад, м’яч вертикально угору, то під час польоту м’яча на нього діє сила ваги, спрямована вниз протилежно переміщенню. Робота сили ваги в цьому випадку від’ємна.

2. Коли робота дорівнює нулю?

З формули для роботи сили

 випливає, що у випадку, коли хоча б один зі співмножників (сила F або переміщення s) дорівнює нулю, робота дорівнює нулю — незалежно від величини іншого співмножника.

Виходить, робота дорівнює нулю:

а) якщо переміщення дорівнює нулю;

б) якщо сила перпендикулярна до переміщення: адже в цьому випадку переміщення тіла в напрямку дії сили також дорівнює нулю;

в) якщо сила, що діє на тіло, дорівнює нулю.

Наприклад, якщо м’яч котиться по землі в горизонтальному напрямку, то сила ваги буде перпендикулярна до напрямку руху й роботи не виконає: A = 0. Тіла, що лежать на столі, чинять тиск на стіл, але роботи не виконують. Під час руху планети по круговій орбіті навколо Сонця робота сили притягання дорівнює нулю. Якщо тіло рухається за інерцією, то при цьому не відбувається механічної роботи, тому що в цьому випадку є переміщення, але немає діючої сили.

3. Робота різних сил

а) Робота сили тяжіння

Коли тіло рухається вниз, напрямок сили тяжіння збігається з напрямком переміщення. При цьому робота сили тяжіння додатна й дорівнює нулю: .

Коли тіло рухається угору, сила тяжіння спрямована протилежно переміщенню. Тому під час руху тіла угору робота сили тяжіння від’ємна й дорівнює .

б) Робота сили пружності

Коли стисла пружина розпрямляється, сила пружності, що діє з її боку, спрямована так само, як переміщення, тому робота сили пружності додатна. При цьому деформація пружини зменшується, тобто при зменшенні деформації сила пружності пружини виконує додатну роботу.

Коли ми стискаємо недеформовану пружину, сила, що діє з боку пружини, спрямована протилежно деформації. Виходить, при збільшенні деформації сила пружності пружини виконує від’ємну роботу.

в) Робота сил тертя

Сила тертя ковзання або кочення спрямована завжди протилежно швидкості, а, отже, і переміщенню тіла, тому робота сили тертя ковзання або кочення від’ємна.

Необхідно звернути увагу на істотну відмінність сил тертя ковзання й кочення від сил тяжіння й пружності. У результаті дії сили тяжіння або пружності швидкість тіла може як збільшуватися, так і зменшуватися: у першому випадку робота додатна, у другому — від’ємна. А в результаті дії сили тертя ковзання або кочення швидкість тіла завжди зменшується: робота цих сил завжди від’ємна.

У розглянутих вище прикладах на тіло діяла тільки одна сила. Якщо на тіло, що рухається, діє кілька сил, то кожна з них може виконувати роботу. При цьому можна підрахувати й роботу кожної з них окремо, й роботу рівнодійної цих сил.

IV.      Узагальнення знань

Задача 1. Вуйко Славко, бажаючи створити за­тишок у своїй оселі, дві години штовхав шафу з одягом, але так і не зміг зрушити її з місця. Яку механічну роботу виконав вуйко Славко?

Відповідь: вуйко Славко не виконав жодної ме­ханічної роботи, оскільки, незважаючи на прикла­дену слабеньку силу вуйка Славка, шафа з місця не зрушила.

Задача 2. Поки друзі Петрика виконували су­спільно корисну працю, Петрусь, маса якого 35 кг, виліз на самий вершечок дуба заввишки 12 м. Яку механічну роботу виконав Петрусь?

Відповідь: 35 кг маси Петрика помножимо на 10 Н/кг. Отримаємо силу, яку Петрик прикладав, щоб видертися на дуба. Тепер цю силу помножимо на висоту дуба — 12 м. Отже, поки друзі Петрика витрачали час на суспільно корисну працю, Петрусь виконав чималу механічну роботу, що дорівнює 4200 джоулям. Ось який працьовитий хлопчик сидить тепер на дубі й благає, щоб його звідти зняли.

2. Розв'язуємо задачі зі збірника :

№ 1. Сила тяжіння 12 Н, що діє на камінь, який падає, виконала роботу 240 Дж. З якої висоти падає камінь? (Вдповідь  20 м)

№ 2.  Тіло падає з висоти 40 м. Сила тяжіння при цьому виконує роботу 2 кДж. Яка сила тяжін­ня діє на тіло? (Вдповідь  50 Н)

№ 3.  Для підняття з дна озера мармурової колони масою 3 т була виконана робота 27 кДж. Визначте глибину озера. (Відповідь  ≈ 1,4 м)

1. Горизонтальна сила 8 Н, прикладена до бруска, змушує його рухатися зі швидкістю 4 см/с. Яку роботу виконала ця сила за 15 с?

Розв’язок. Скористаємося визначенням роботи: . При цьому пройдений шлях дорівнює: . Остаточно одержуємо: .

Перевіряємо одиниці величин:

.

Обчислюємо роботу: .

   V.      Підсумки уроку

VI.      Домашнє завдання

Експериментальне завдання. Визначити ро­боту, яку виконує людина під час ходьби. Оскільки    її напрям дії сили (ваги тіла) і напрям руху тіла (дорога вважається горизонтальною) не збігаються, застосуйте   таке   правило:   людина,   рівномірно йдучи рівною горизонтальною дорогою, виконує  приблизно 1/20 тієї роботи, яка була б потрібна для піднімання цієї самої людини на висоту, що дорів­нює довжині шляху.

3. Розв'язати задачу:

Довжина плота 4 м, маса – 200 кг,коефіцієнт тертя матеріалу плоту об берег – 0,4. Яку мінімальну роботу потрібно виконати, щоб витягти пліт на берег?

  Завантажити конспект Урок № 54 Механічна робота. Потужність

Буду радий бачити Ваші побажання та запитання в коментарях.