Сила. Явление тяготения. Сила тяжести.

Цель урока: познакомить учащихся с силой как мерой взаимодействия и с силой тяжести, выяснить природу этой силы.

Оборудование: брусок; горизонтальная опора; 2-3 шара разного объема и массы; трубка Ньютона; шарик, подвешенный на нити.

Демонстрации: опыт по рис. 55, 56 (с. 55) учебника; падение металлического шарика, подвешенного на нити, после перерезания нити; движение теннисного шарика, брошенного горизонтально.

Ход урока

I. Анализ итогов контрольной работы.

При анализе результатов контрольной работы особое внимание уделяется разбору типичных ошибок при решении задач. Целью такого анализа является устранение существующих пробелов в изучении материала.

Учащимся, слабо справившимся с контрольной работой, предлагается самостоятельно решить 2-3 простые задачи по пройденным темам.

II. Демонстрация опытов,

Знакомство с понятием силы начинается с проведения демонстрационных опытов. Если на неподвижный брусок, лежащий на опоре, не действуют другие тела, кроме Земли и опоры, он не изменяет своего положения.

Далее демонстрируется опыт с шарами — взаимодействие шаров при столкновении. Делается вывод: если скорость тела изменяется, мы всегда обнаруживаем действие на него другого тела.

Покажите на опытах с шариком и трубкой Ньютона, что все тела на Земле или у ее поверхности испытывают влияние земного притяжения.

Любое тело, брошенное вверх, возвращается в исходную точку.

III. Новый материал — лекция учителя.

Мерой взаимодействия тел между собой является векторная величина, называемая силой.

Сила, как любая векторная величина характеризуется числовым значением и направлением. Обычно направление силы указывают стрелкой.

Силу принято обозначать буквой F.

Бессмысленно говорить о силе, если рассматривают поведение одного тела.

С
ила приложена к определенной точке тела, что всегда указывают на чертежах.

Если сила к телу не приложена (F = 0), то скорость движения тела не меняется. Если к телу приложена некоторая сила, то скорость его движения меняется. Чем больше сила, тем сильнее изменение скорости.

За единицу силы в системе СИ принят ньютон (1 Н) — в честь великого английского ученого И. Ньютона.

Сила в 1 Н — такая сила, которая за 1 с изменяет скорость тела массой 1 кг на 1 м/с.

Кратными и дольными единицами силы являются:

В заключении следует отметить, что все тела, которые находятся на Земле, либо у ее поверхности, всегда испытывают действие хотя бы одной силы, о природе которой мы будем говорить позже.

Обратите внимание учеников на то, что с явлением тяготения каждый знаком с раннего детства. Примеры такого явления — падение капель дождя; падение мяча, подброшенного вверх; шарика после пережигания нити и т.д.

Та сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести. Она обозначается как F_т.

Если сопротивление воздуха мало, то движение тел при падении на Землю, называется свободным падением.

Таким образом, если тело движется только под действием силы тяжести, оно свободно падает.

Демонстрируя опыт с трубкой Ньютона, из которой откачен воздух, мы убеждаемся, что все тела, независимо от формы и массы за единицу времени увеличивают свою скорость на одинаковую величину.

Измерения показали, что у поверхности Земли свободно падающее тело увеличивает за 1 с скорость на 9,8 м/с.

Эта величина называется ускорением свободного падения. Она обозначается буквой g.

Зная массу тела и ускорение свободного падения, можно найти силу земного притяжения для данного тела. Эта сила определяется так:

F_т = mg (1)

Из (1) получаем:

g = F_т (2)

m

Следовательно, g, согласно (2), должно измеряться в Н/кг.

При решении задач значение можно принимать равным 10 Н/кг.

По мере удаления тела от Земли сила тяготения уменьшается. Например, если тело находится на высоте h = 300 км, то ускорение свободного падения уже равно g = 9 Н/кг. Значит и сила тяжести на этой высоте также будет меньше.

Благодаря силе тяжести облик нашей планеты сходят с гор лавины, оползни и сели, движутся камнепады, выпадают дожди, текут реки с холмов на равнины, образуются водопады и т.д.

Все живые существа на Земле чувствуют ее притяжение. Растения также «чувствуют» действие и направление силы тяжести, из-за чего главный корень всегда растет вниз, к центру Земли, а стебель — вверх.

Кроме того, следует отметить, что не только Земля притягивает к себе тела, но и любое тело притягивает к себе Землю с такой же по величине силой. Важно заметить, что сила притяжения существует между любыми телами. Правда, эти силы в повседневной жизни практически себя не проявляют.

IV. Закрепление пройденного материала. Решение задач.

С целью закрепления пройденного материала разберите коллективно решение задач № 285, 291, 301.

Подводя итог уроку, предложите ученикам ответить на вопросы:

— Что такое сила тяжести?

— От чего зависит притяжения тел к Земле?

— Только ли к Земле притягиваются тела? Почему это не заметно?

V. Домашнее задание: § 23, 24 (с. 54-58), Л. № 291-293 [251-253].

Задачи на смекалку:

1. Действует ли сила тяжести на летящего в воздухе стрижа? на перышко, выпав шее из его крыла?

2. Действует ли сила тяжести на деревянный шар, плавающий на поверхности воды?

3. Масса гири на экваторе и на полюсе одинакова. Почему же силы тяжести, действующие на нее на полюсе и на экваторе, разные, ведь величина силы тяжести находится по формуле F_тяж = mg?

Дополнительный материал к уроку

Еще Аристотель считал, что в вакууме все тела должны падать одинаково. Однако из этого умозрительного заключения он делал следующий парадоксальный вывод: «падение разных тел с одинаковой скоростью настолько абсурдно, что ясна невозможность существования вакуума».

Лишь Галилей своими замечательными опытами (он исследовал движение шаров по наклонной плоскости и падение тел, сбрасываемых с вершины наклонной Пизанской башня) показал, что все тела, вне зависимости от массы, падают с одинаковым ускорением.

Закон, связывающий ускорение с массой тела и действующей на него силой, был открыт великим английским ученым Исааком Ньютоном (1643— 1727).

Ньютон сформулировал основные понятия и законы механики, открыл закон всемирного тяготения. Он разработал теорию движения небесных тел, объяснил особенности движения Луны, дал объяснение приливов и отливов. Именно Ньютон разработал могучий метод математического Исследования природы, что оказало огромное влияние на все последующее развитие физики как науки.

Притяжение Луны

Нельзя забывать, что любое тело притягивается не только Землей, но и любыми другими телами, в том числе Луной, Солнцем, другими звездами.

Луна — ближайшее к Земле крупное космическое тело, которое в силу этого оказывает значительное влияние на тела, находящиеся на Земле.

Именно Луна является причиной мощных приливных волн, заставляя перемещаться огромные массы воды. Энергия приливных волн примерно равна энергии воды, несомой всеми реками земного шара.

Особенно большие приливы бывают в узких бухтах, где приливная волна, идущая из океана, сильно повышается. Например, в Гижигинской губе на Охотском море высота прилива несколько метров, а в заливе Фанди в Атлантическом океане высота приливной волны достигает 18м! Если берега океана достаточно плоские, приливная волна может на многие километры затоплять сушу.

Приливные явления, вызываемые Луной, мешают Земле вращаться. Ведь движение приливных волн связано с трением. На преодоление этого трения затрачивается работа, поэтому энергия вращения, а с ней и скорость вращения Земли постоянно падает.

Приливы и отливы бывают не только в океане, но и на суше. В результате влияния Луны происходят вертикальные смещения земной поверхности до 50 см.