Интеллектуальная игра «Эффекты взаимодействий»

Интеллектуальная игра «Эффекты взаимодействий»

Цель: обобщить, закрепить знания о законах динамики и о тех физических понятиях, которые связаны с силой тяжести, весом, невесомостью.

Ведущий: Везде, где может распространиться свет или звук,- царит физика. Физика в основе всех природных явлений. Без знаний законов физики, машина не поедет, не полетит ракета. Весь бескрайний космос - это тоже физика. Старт и полёт космической ракеты - это проявление законов физики, открытые Исааком Ньютоном. Давайте вспомним первый закон Ньютона: тело находится в состоянии покоя, пока на него не подействует какая-нибудь внешняя сила. Ракета стоит на старте. Она оторвётся от Земли в тот момент, когда заработают двигатели и подействуют реактивные силы. Старт ракеты - первый закон Ньютона. Ракета уходит в небо с ускорением. Двигатели развивают мощность, скорость ракеты увеличивается. Это проявление второго закона Ньютона.

Земля действует на ракету силой притяжения, а во время старта ракета начинает действовать на Землю при помощи двигателей, реактивной струи. Это сила столь мощная, что позволяет ракете преодолеть земное притяжение. Здесь действует третий закон Ньютона: сила действия равна силе противодействия.

Каждый житель планеты Земля должен знать законы физики.

Класс делится на две команды.

Команды поочерёдно отвечают на вопросы.

I. Разминка «Только о силах»

Продолжите предложения:

1.Сила, действующая на любое материальное тело, находящееся вблизи поверхности Земли или другого астрономического тела– … Ответ: Сила тяжести.

2.Сила, с которой данное тело давит на опору или растягивает подвес называется…

Ответ: Весом тела.

3.Если тело движется вертикально вниз, при этом модуль его ускорения меньше ускорения свободного падения, то вес тела…

Ответ: Уменьшается по сравнению со значением веса неподвижного тела.

4.Если тело движется ускоренно вертикально вверх, то его вес…

Ответ: Возрастает и при этом тело испытывает перегруз.

5.Чем отличается сила тяжести и вес тела?

Ответ: Сила тяжести и вес могут отличаться, как по численному значению, так и по направлению. Тем, что они приложены к разным телам и тем, что это силы имеют разную физическую природу. Сила тяжести приложена к телу. Вес тела приложен к подвесу или опоре.

6.Какую природу имеет сила тяжести? Ответ: Гравитационную.

7.Какую природу имеет вес тела? Ответ: Электромагнитную.

8.Приведите примеры проявления невесомости на Земле:

прыгун с шестом с момента отрыва от земли и до момента приземления;

пловец, прыгающий с вышки до прикосновения с водой; бегун в короткие промежутки времени между касаниями ногой земли; во время прыжков на батуте; во время свободного падения в небе до раскрытия парашюта.

II. Конкурс «Внимание: невесомость!»

Невесомость – это состояние тела, находящегося только под действием силы тяжести, вес тела при этом равен нулю.

«Возможны ли в состоянии невесомости такие ситуации?»

1. Если, перемещаясь по кабине космического корабля, космонавт сделает неосторожное движение и стукнется о предмет, испытывает ли боль?

Ответ: От ушиба в невесомости космонавт испытывает боль - так же, как в состоянии «весомости».

2.Справедлив ли в условиях невесомости закон сообщающихся сосудов?

Ответ: Нет. В состоянии невесомости вес тела равен нулю, следовательно, давление жидкости также будет равно нулю, поэтому высота уровней воды в сообщающихся сосудах не будет выравниваться под его действием.
3. Как космонавты измеряют свой вес в невесомости?

Ответ: Обычные весы измеряют вес груза – то есть силу, с которой груз давит на опору весов. В невесомости таким прибором ничего измерить нельзя, потому что вес у космонавта отсутствует – он постоянно находится в состоянии свободного падения.

Зато у космонавта есть масса, которая никуда не делась. Масса космонавта измеряется называется массметром. Массметр - это подвижная платформа, на которую ложиться космонавт, соединенная с неподвижным основанием стойкой, внутри которой расположена пружина с известным коэффициентом упругости. Космонавту достаточно покачаться на пружине, и электронная схема посчитает количество колебаний, частота которых зависит от массы космонавта.

5.Парашютист при раскрытом парашюте спускается с постоянной скоростью. Почему это возможно, если на парашютиста действует сила тяжести?

Ответ: Движение может быть равномерным только при условии, что на тело не действуют силы или действие всех сил взаимно скомпенсировано. Так как парашютист спускается равномерно, действие силы тяжести скомпенсировано действием силы сопротивления воздуха.

6.Как сравнить массы тел при свободном полёте космического корабля, пользуясь рычажными весами?

Ответ: Так как действие рычажных и пружинных весов основано на существовании силы, пропорциональной массе тела (силе тяжести) в свободно летящем космическом корабле эту силу можно создать, лишь ускоряя сами весы. Поэтому нужно положить тела на чаши и сообщить весам ускорение.

7.Как сравнить массы тел при свободном полёте космического корабля, пользуясь пружинными весами?

Ответ: Тела нужно поочерёдно подвешивать к динамометру, сообщая им одно и то же ускорение.

8.Будет ли гореть свеча в кабине космического корабля?

Ответ: Будет. Поскольку конвекционные потоки отсутствуют, пламя свечи имеет не вытянутую, как в земных условиях, а сферическую форму.

9.Можно ли набрать жидкость в шприц, находясь в космическом корабле в состоянии невесомости? Ответ поясните.

Ответ: Можно. При выдвижении поршня из шприца под ним возникает разрежение. Поскольку внутри космического корабля поддерживается постоянное давление, возникает разность внешнего давления и давления внутри шприца. Под действием внешнего давления жидкость войдёт в шприц.

10.В открытом космосе звуки музыки не будут слышны. Почему?

Ответ: Так как для распространения звука нужна среда (твёрдая, жидкая, газообразная).
11.Космонавт, находящийся на орбитальной космической станции, летающей вокруг Земли, выдавил из тюбика с космическим питанием каплю жидкости, которая начала летать по кабине станции. Какую форму примет эта капля?

Ответ: Капля примет форму шара. Все предметы на орбитальной станции находятся в состоянии невесомости, поэтому форма капли будет определяться только поверхностным натяжением. Из-за него капля будет стараться принять такую форму, при которой площадь поверхности будет минимальной, то есть форму шара.

12.Испытывает ли бегущий человек состояние перегрузки и невесомости?

Ответ: Бег в отличие, например, от ходьбы предполагает отрыв обеих ног человека от земли одновременно, то есть кратковременное состояние полёта - свободного движения в поле тяжести. В это время человек испытывает состояние невесомости, поскольку без учёта сопротивления воздуха вертикальному движению ускорение бегуна равно ускорению свободного падения. Наоборот, в момент касания земли и толчка ускорение бегуна оказывается направленным вверх, и поэтому он должен испытывать перегрузку.

13. Можно ли в космическом корабле обрабатывать ударом «невесомый» материал «невесомым» молотком? Объясните.

Ответ: В невесомости обработка ударом молотка возможна. При обработке материала ударом большая часть силы, действующей на материал, связана не с весом молотка, а с огромным ускорением молотка, связанным с потерей скорости в момент удара.

Единственной помехой при этом будет возросшая, по сравнению с земными условиями, отдача молотка. Эту помеху можно устранить, сделав молоток полым и засыпав в полость мелкие шарики.

14. Почему тело, подброшенное на Луне, будет во время полёта находиться в состоянии полной невесомости, а на Земле такое тело можно считать невесомым лишь приблизительно?

Ответ: На тело, подброшенное на Луне, действует только сила тяжести и его ускорение равно ускорению свободного падения на Луне. На подброшенное тело на Земле действует не только сила притяжения, но и сила сопротивления воздуха, поэтому движение тела происходит с меньшим ускорением, чем ускорение свободного падения.

III. Конкурс капитанов. Капитаны решают задачу.

Задача. Определите первую космическую скорость для Марса, если ускорение свободного падения на поверхности Марса равно 3,7 м/с², а его радиус равен 3400 км.

Решение: Согласно второму закону Ньютона: F=ma, F_тяж.=mg

Первая космическая скорость - это скорость, которую необходимо сообщить телу для его движения по окружности вокруг планеты:

 a=υ²R, mg=mυ²/R, g=υ²/R, υ=√gR

υ=√3,7⋅3400000 м²с²≈3,547км/с

Ответ: υ≈3,547км/с

IV. Конкурс «Пресс-конференция»

Команды задают вопросы команде-сопернику.

1. Почему космические тела (планеты, кометы, астероиды) движутся не по прямым, а по кривым линиям? Может ли космический корабль в космосе двигаться по инерции прямолинейно?

Ответ: Потому, что действуют гравитационные силы со стороны других космических тел.

Может, когда равнодействующая гравитационных сил уравновешивается силой тяги двигателя или на большом удалении от небесных тел ( при выключенном двигателе).

2.Как двигалась бы Луна, если бы исчезло тяготение между Луной и Землей? Если бы отсутствовала орбитальная скорость Луны?

Ответ: Обращалась бы вокруг Солнца. Упала бы на Землю.

3.Динамометром измеряют вес тел. Можно ли динамометром измерять массу тел?

Ответ: Можно, если применить гири. Масса тела будет равна массе набора гирь, вызывающих такое же показание динамометра, как и данное тело.

4. Коробочка, внутри которой находится шарик, подброшена вертикально вверх. Достигнув наибольшей высоты, она стала падать вниз. Будет ли шарик находиться в состоянии невесомости?

Ответ: Да, во всё время движения.

5.Корабль опускается с ускорением 2 g. Где для космонавта будут «Верх» и «низ» в этом случае? Где сможет космонавт в этом случае ходить в кабине?

Ответ: Низ будет там, где потолок. По потолку кабины.

6. Что произойдет с искусственным спутником Земли, если он будет выведен на орбиту со скоростью, чуть меньшей или чуть большей первой космической скорости?

Ответ: Вернётся на Землю; будет обращаться вокруг Земли по эллипсу.

7. Почему искусственные спутники запускают с Земли в направлении на восток?

Ответ: К скорости спутника прибавляется скорость точки запуска на поверхности Земли, вращающейся вокруг оси.

8. Среди всех спутников есть спутники, обеспечивающие земную связь.

Какие должны выполняться условия, чтобы орбита была геостационарной?

Ответ: Геостационарной орбитой называется спутник «зависает» над одной точкой планеты. Для того, чтобы орбита была геостационарной должны выполняться условия:

траектория спутника - круговая; период вращения спутника должен равняться 24 часа;

движение спутника - в направлении вращения Земли; плоскость орбиты спутника должна совпадать с плоскостью экватора.

V. Подведение итогов

Пока жюри подводит итоги, учитель демонстрирует и объясняет эффект Джанибекова (теорема промежуточной оси, теорема теннисной оси), используя коробку, имеющую форму параллелепипеда и демонстрацией видео.

Ссылка на видео:

https://www.youtube.com/watch?v=N9HlQ-XVnFk