Сила упругости. Закон Гука.

Цель урока: выяснить природу силы упругости, сформулировать закон Гука.

Оборудование: прибор для демонстрации видов деформации; лабораторный динамометр; деревянный брусок; упругая пластина; шарик, подвешенный на нити.

Демонстрации:

1. Виды деформации;

2. Зависимость силы упругости от деформации.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания. Повторение изученного.

Один из учеников объясняет решение задач № 354, 355, 356. Затем проводится краткий фронтальный опрос в виде беседы по вопросам к § 13 учебника.

II. Новый материал.

Начиная изложение нового материала, следует заметить, что сила тяжести, которая действует на тела, никогда не исчезает. Но это не всегда приводит к движению тел.

Б русок лежит на столе, снег лежит на крыше, шарик висит на нити — все это подтверждает наше утверждение. Возникает вопрос, почему это происходит?

Должна быть другая сила, которая равна по величине силе тяжести, но направлена противоположно ей. Эту силу принято называть силой упругости F_уп.

Сила упругости возникает при деформации тел.

Деформация — изменение формы или размеров тела под действием внешних сил.

III. Демонстрация опытов по деформации тел.

На примере действия прибора для деформации следует показать виды деформации. Это — деформация изгиба, сгиба, кручения, сжатия и растяжения.

Рассматривая взаимодействие бруска и поверхности стола или шарика, подвешенного на прочной нити, мы не может визуально увидеть деформацию опоры или нити. В этих случаях силу упругости называют силой реакции опоры.

Если к пружине динамометра подвешивать разные грузы, то можно заметить, что растяжение становится тем больше, чем больше масса, а значит

сила тяжести грузов.

Продолжение лекции.

Английский ученый Р. Гук в 1660 г. установил закон, названный его именем.

Сила упругости, возникающая при деформации растяжения, или сжатия, пропорциональна удлинению.

F_уп = kx (1),

где х — смещение,

k — коэффициент пропорциональности, или коэффициент жесткости.

Значение k зависит от размеров тела и материала, из которого тело изготовлено. В системе СИ k измеряется в Н/м.

k = [Н/м]

Деформация, при которой тело восстанавливает свою форму после снятия нагрузки, называется упругой.

Но есть и другой тип деформации — пластическая деформация.

Изменив форму шарика из пластилина внешней силой, мы наблюдаем, как шарик принимает новую форму, которая остается после прекращения действия силы.

Пластические деформации нашли широкое применение при лепке из глины и пластилина, а также при обработке металлов.

Закон Гука выполняется лишь для упругих деформаций.

Формулу для вычисления силы упругости легко запомнить с помощью стихотворения:

Закон Гука

Для каждой ситуации

В упругой деформации

Закон везде один:

Все силы, как и водится.

В пропорции находятся

К увеличенью длин.

А если при решении

У длин есть уменьшение,

Закон и тут закон:

Пропорции упрямые

Прямые (те же самые),

Но знак у них сменен.

Ну что это за мука:

Закон запомнить Гука

Но мы пойдем на риск.

Напишем слева силу,

А справа, чтобы было

Знак «минус», «k» и «x».

Упругие деформации также нашли широкое применение. Это — спортивные луки, батуты, различные пружины.

IV. Итоги урока и первичное закрепление изученного.

Предложите ученикам ответить на вопросы, вроде:

— Что такое деформация?

— Когда это явление происходит?

— Какие бывают деформации?

— Какой физической величиной характеризуют деформацию?

— Если деформированное тело, например растянутая пружина, остается в покое, то о чем это говорит? Как в этом случае соотносятся между собой внешняя сила и сила упругости?

— О чем говорит закон Гука?

V. Домашнее задание: §14. С. 35-38; вопросы к параграфу; задачи № 324—326. Желающие могут попытаться решить более сложную задачу:

Если растягивать пружину силой 10 Н, ее длина равна 16 см, если растягивать ее силой 30 Н, ее длина становится 20 см. Какова длина недеформированной пружины? (Ответ: 14 см)