Презентация к открытому уроку по физике в 10 классе по теме "Равновесие тел"

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

«РОВЕНЬКОВСКАЯ ГИМНАЗИЯ ИМ. Н. ТРУБЛАИНИ»

РАВНОВЕСИЕ ТЕЛ

Открытый урок физики

10 класс

Подготовил и провел:

учитель физики

Ровеньковской гимназии

им. Н. Трублаини

Друппов Юрий Сергеевич

2018 г.

Задача

Перед вами тело (деревянный брусок), подвешенное на нити и прикрепленное к наклонной плоскости.

Какие силы действуют на это тело?

СТАТИКА – раздел механики, изучающий условия равновесия сил.

Из истории

создания статики.

История статики начинается с трудов древнегреческого ученого Архимеда, жившего в Сиракузах более 2000 лет назад.

« Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю.»

Архимед

• До наших дней дошли такие изобретения ученого, как полиспаст – устройство, состоящее из нескольких подвижных и неподвижных блоков, «архимедов» винт (вы найдете его, заглянув в мясорубку), который пользовался для перекачки воды на более высокий уровень.

• Архимед также изобрел военные машины, сыгравшие важную роль при обороне Сиракуз от римских войск, которые осаждали город с суши и с моря, но оказались бессильны перед машинами Архимеда.
• Г.Галилей сводил все механизмы к пяти простейшим: рычагу, блоку, вороту, клину и винту.

• Большая роль в создании математически обоснованной теории механизмов принадлежит русскому математику П.Л.Чебышеву, жившему в XIX в. Он разработал более 40 механизмов, в том числе стопоходящую машину, гребной механизм и др.

• Раздел механики, в котором изучается равновесие абсолютно твердых тел, называется статикой.

• Равновесие тела – это состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения тела.

Условия равновесия тел

Первое условие равновесия

Из второго закона Ньютона следует, что если равнодействующая приложенных к телу сил равна нулю, то тело движется равномерно и прямолинейно или покоится. Отсюда следует первое условие равновесия тела:

2

F 2

F 2,1

F 1

F 2,3

F 1,2

3

F 3,2

1

F 3,1

F 1,3

F 3

Все элементы тела взаимодействуют между собой. Силы, с которыми они действуют друг на друга, называются внутренними. Сумма внешних и внутренних сил, действующих на каждый элемент, равна нулю. Сложим все силы, действующие на все элементы тела. По третьему закону Ньютона силы, с которыми два элемента действуют друг на друга, равны по величине и противоположно направлены, а следовательно их сумма будет равна нулю. После преобразования выражения приходим к выводу, что… .

Твердое тело находится в равновесии, если геометрическая сумма всех сил, приложенных к нему, равна нулю.

В этом состоит первое условие равновесия. Это условие необходимо, но недостаточно.

Прежде, чем установить второе условие равновесия, рассмотрим, как применяется первое условие при решении задач.

F 3,2

+ … = 0

F 2,3

+

F 3,1

F 3

+

+

F 2

+

+

+

F 2,1

F 1,3

F 1,2

+

+

F 1

+ … =0

+

+

F 3

F 1

F 2

Для равновесия тела необходимо, чтобы векторная сумма действующих на него сил была равна нулю.

10

Второе условие равновесия

или правило моментов сил.

Например, к доске в различных точках приложили две равные по модулю и противоположно направленные силы. Сумма этих сил равна нулю.

Доска при этом будет находиться в равновесии?

Условие равновесия рычага

Тело, способное вращаться вокруг неподвижной оси, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех действующих на него сил относительно любой оси вращения равна нулю.

М1 + М2 +…+ М n = 0.

F 1 l 1 = F 2 l 2

M 1 = M 2

Проверка правила моментов сил

(работа в группах)

Используя понятие момента силы, с помощью опытов установим условие равновесия рычага.

Пусть рычаг укреплен на оси в муфте штатива. По обе стороны от его точки опоры О можно подвешивать на проволочных петлях разные грузы и в разных точках. Изменяя положение грузов, добьемся равновесия рычага.

Центр тяжести

• На тела, находящиеся на Земле, действует сила тяжести. Для определения момента этой силы важно знать точку ее приложения.

• Центр тяжести тела- это точка приложения равнодействующей силы тяжести.

Найти центр тяжести данных фигур.

• Найти центр тяжести данных фигур.
• Найти центр тяжести данных фигур.
• Найти центр тяжести данных фигур.
• Найти центр тяжести данных фигур.

• У тел простой формы положение центра тяжести можно указать, руководствуясь соображением симметрии.
• У однородных фигур, имеющих центр симметрии, центр тяжести совпадает с этим центром.
• Если плоские фигуры не симметричны, то центр тяжести проще всего определить экспериментально.

Определение центра тяжести

(работа в группах)

• Подвесим фигуру, вырезанную из куска картона закрепив конец нити в точке АВ положении равновесия центр тяжести должен лежать на вертикали АС, служащей продолжением нити, иначе сила тяжести имела бы момент относительно оси, проходящий через точку подвеса, и этот момент вызвал бы поворот тела.

Определение центра тяжести

(работа в группах)

• Повторим опыт, прикрепив вертикаль В D через точку подвеса, получим еще одну линию, на которой также должен лежать центр тяжести. Следовательно, он находится в точке О пересечения прямых АС и В D .

Виды равновесия

Что произойдет если тело немного отклонить от положения равновесия.

При этом возможны три случая.

• Тело вернется в положение равновесия.
• Тело выйдет из состояния равновесия.
• Тело ,несмотря на отклонение, не изменит своего состояния равновесия.

Виды равновесия

Неустойчивое

Устойчивое

Рассмотрим условия различных видов равновесия тел, находящихся на плоскости. (см. рис.)

Тело находится в состоянии устойчивого равновесия, если при малейшем отклонении тела от положения равновесия возникает сила, возвращающая тело в положение равновесия.

Тело находится в состоянии неустойчивого равновесия, если при малейшем отклонении тела от положения равновесия возникает сила, удаляющая тело от положения равновесия.

Тело находится в состоянии безразличного равновесия, если при малейшем отклонении тела от положения равновесия не возникает сил, изменяющих положение тела.

Рассмотрим условия различных видов равновесия тел, имеющих ось вращения.

Безразличное

10

УСТОЙЧИВОЕ РАВНОВЕСИЕ

НЕУСТОЙЧИВОЕ РАВНОВЕСИЕ

БЕЗРАЗЛИЧНОЕ РАВНОВЕСИЕ

Виды равновесия

N

d

О

N

О

F т

F т

F т

F т

F т

Тело находится в состоянии устойчивого равновесия, если при малейшем отклонении тела от положения равновесия возникает момент сил, возвращающих тело в положение равновесия.

Тело находится в состоянии безразличного равновесия, если при малейшем отклонении тела от положения равновесия не возникает момента сил, изменяющих положение тела.

Тело находится в состоянии неустойчивого равновесия, если при малейшем отклонении тела от положения равновесия возникает момент сил, удаляющих тело от положения равновесия.

Обобщим условия устойчивости равновесия.

N

d

О

• устойчивое

• неустойчивое

• безразличное

Равновесие тел на опорах

ℓ

ℓ

F т

F т

F т

F т

Рассмотрим, как изменяется положение линии действия силы тяжести по отношению к оси вращения тела при наклоне тела имеющего площадь опоры.

Кроме того, обратите внимание, что при повороте тела положение центра тяжести изменяется. А любая система всегда стремится к понижению положения центра тяжести. Так наклоненные тела будут находиться в состоянии устойчивого равновесия, пока линия действия силы тяжести будет проходить через площадь опоры.

Так наклоненные сооружения находятся в положении устойчивого равновесия, потому что линия действия силы тяжести проходит через площадь их опоры.

Тело, имеющее площадь опоры, будет находиться в равновесии до тех пор, пока линия действия силы тяжести будет проходить через площадь опоры.

Почему «Ванька-встанька» возвращается в положение равновесия при любом наклоне игрушки?

Устойчивость транспорта

Так, из двух видов транспорта автомобиля и автобуса на наклонной дороге более устойчив автомобиль.

При одинаковом наклоне данных видов транспорта у автобуса линия силы тяжести проходит ближе к краю площади опоры.

Закрепление пройденного материала Задача

• Определите положение центра тяжести системы тел, состоящей из двух шаров, соединенной невесомым стержнем длиной l= 50 см. Массы шаров равны m 1 =300 г и m 2 =200 г соответственно. Размеры шаров считать малыми по сравнению с расстояниями между их центрами.

Решение:

• Поставим мысленно опору в точке, где предположительно находится центр тяжести этой системы. Тогда стержень окажется в равновесии. Относительно точки опоры момент силы равен нулю, так как равно нулю плечо этой силы. Из рисунка видно, что плечо и равны АО и ОВ соответственно. Будем искать расстояние от центра тяжести до точки В.

• Согласно правилу моментов запишем.
• - m 2 g * ОВ + m 1g * ОА = 0,
• Откуда
• Так как ОА+ ОВ = l ,
• то

Итог урока

• С какими физическими понятиями познакомились сегодня на уроке?
• Пришли к выводу:

• Для равновесия тела необходимо, чтобы векторная сумма действующих на него сил была равна нулю.
• Тело, способное вращаться вокруг неподвижной оси, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех действующих на него сил относительно любой оси вращения равна нулю.
• 3. Назовите виды равновесия

Молодцы!

Домашнее задание

Запишите домашнее задание

$ 51,52; стр. 172 № 4

Диф. Сообщение: «Простые механизмы»