Вага тіла. Невагомість. Перевантаження


1-й семестр

МЕХАНІКА

2. Динаміка

Урок 8/28

Тема. Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

Мета уроку: дати учням уявлення про поняття ваги тіла, невагомість, перевантаження

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

Контроль знань

6 хв.

1. Рух тіла по вертикалі.

2. Рух тіла, кинутого горизонтально.

3. Рух тіла, кинутого під кутом до горизонту

Демонстрації

6 хв.

1. Демонстрація стану невагомості.

2. Два відео-фрагменти:

а) “Невагомість”; б) “Перевантаження”

Вивчення нового матеріалу

25 хв.

1. Вага тіла.

2. Багатіла, що рухається з прискоренням.

3. Невагомість.

4. Перевантаження

Закріплення вивченого матеріалу

8 хв.

1. Тренуємося розв’язувати задачі.

2. Контрольні запитання

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Вага тіла

Унаслідок земного тяжіння усі тіла стискають або прогинають опору (рис. а) або розтягують підвіс (рис. б).

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

Для характеристики такої дії вводиться поняття ваги тіла.

O Вагою

тіла називають силу, з якою тіло, унаслідок його притягання до Землі, тисне на опору або розтягує підвіс.

З’ясуємо причину виникнення ваги тіла. Для цього розглянемо тіло, що лежить на горизонтальній опорі.

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

На це тіло діють дві сили: сила тяжіння Вага тіла. Невагомість. ПеревантаженняТ = mВага тіла. Невагомість. Перевантаження, і сила реакції опори Вага тіла. Невагомість. Перевантаження. Оскільки ці сили прикладені до різних точок цього тіла, то внаслідок дії цих сил тіло деформується (стискається). У результаті виникає сила пружності Вага тіла. Невагомість. Перевантаження, яка й діє на опору.

Сили Вага тіла. Невагомість. Перевантаження і Вага тіла. Невагомість. Перевантаження – це сили взаємодії тіла й опори, тому, відповідно до третього закону Ньютона, вони однакові за модулем і протилежні за напрямом:

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

Якщо тіло й опора нерухомі відносно Землі (або спільно рухаються рівномірно й прямолінійно), то, відповідно до другого закону Ньютона, Вага тіла. Невагомість. Перевантаження + mВага тіла. Невагомість. Перевантаження = 0.

Отже, Вага тіла. Невагомість. Перевантаження = mВага тіла. Невагомість. Перевантаження.

З останньої рівності випливає, що вага тіла в стані спокою дорівнює силі тяжіння, що діє на це тіло. Звідси помилково можна зробити висновок про те, що вага й сила тяжіння – це та сама сила. Розглянемо, чим відрізняються ці сили.

По-перше, вага тіла й сила тяжіння, що діють на це тіло, прикладені до різних тіл: сила тяжіння прикладена до тіла, а вага – до опори або підвісу.

По-друге, сила тяжіння й вага мають різну фізичну природу: сила тяжіння є окремим випадком сили всесвітнього тяжіння, а вага зазвичай є силою пружності.

По-третє, сила тяжіння дорівнює вазі тіла лише в тому випадку, якщо тіло перебуває в стані спокою або рухається з постійною швидкістю.

2. Вага тіла, що рухається з прискоренням

Тепер розглянемо випадок, коли тіло, яке знаходиться на опорі, рухається з прискоренням, спрямованим угору.

Якщо опора, на якій лежить брусок, почне рухатися з прискоренням Вага тіла. Невагомість. Перевантаження, спрямованим вертикально вгору, то сили mВага тіла. Невагомість. Перевантаження і Вага тіла. Невагомість. Перевантаження уже не зрівноважуватимуть одна одну, тому що їх рівнодійна mВага тіла. Невагомість. Перевантаження + Вага тіла. Невагомість. Перевантаження надаватиме бруску прискорення Вага тіла. Невагомість. Перевантаження.

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

Відповідно до другого закону Ньютона, mВага тіла. Невагомість. Перевантаження + Вага тіла. Невагомість. Перевантаження = mВага тіла. Невагомість. Перевантаження. Спроектувавши цей вираз на вісь Оу, дістаємо:

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

З урахуванням того, що Р= N, остаточно отримуємо:

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

O Якщо прискорення тіла спрямоване вгору, то вага тіла більша за силу тяжіння.

Міркуючи аналогічно, можна показати вагу тіла, якщо прискорення тіла спрямоване вниз:

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

O Якщо прискорення тіла спрямоване вниз, то вага тіла менша за силу тяжіння.

Необхідно звернути увагу учнів на те, що вага тіла залежить тільки від прискорення й не залежить від швидкості.

3. Невагомість

Під час вільного падіння вантажу його прискорення g = а, тому P = m(g – a) = 0, тобто вага тіла дорівнює нулю. Говорять, що тіло перебуває в стані невагомості.

O Стан, за якого вага тіла дорівнює нулю, називається станом невагомості.

Слід зазначити, що в стані невагомості вага тіла дорівнює нулю, але сила тяжіння дорівнює mВага тіла. Невагомість. Перевантаження.

Характерною властивістю стану невагомості є відсутність “внутрішніх напружень” у тілі, наприклад, відсутність тиску одних органів на інші в тілі людини.

Тривалого стану невагомості зазнають космонавти в космічному кораблі, коли його двигуни вимкнені. При цьому космонавти разом з космічним кораблем рухаються під дією лише сил тяжіння (з боку Землі, Місяця або інших космічних тіл).

4. Перевантаження

Під час старту космічного корабля космонавти зазнають перевантажень. Цей термін означає, що вага космонавта за модулем стає більшою за силу тяжіння. З’ясуємо, чому це відбувається.

Після ввімкнення ракетного двигуна, коли ракета починає розганятися, її рух і рух космонавта здійснюються з прискоренням, спрямованим вертикально вгору. При цьому вага космонавта буде більшою за силу тяжіння:

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

O Відношення сили, з якою тіло тисне на опору в разі прискореного руху вгору, до його ваги в інерціальній системі відліку називають перевантаженням:

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

Коли вага тіла більша за силу тяжіння, говорять, що тіло зазнає перевантаження. Перевантаження зазнають пасажири ліфтів, космонавти під час зльоту на ракеті в космос, льотчики під час виходу з пікірування тощо. Унаслідок перевантаження збільшується не лише вага людини в цілому, але й кожного її органа. Здорова людина може без шкоди для свого здоров’я витримувати короткочасні трикратні перевантаження, тобто збільшення ваги втричі. Космонавтам же під час старту й посадки космічного корабля доводиться витримувати багаторазові перевантаження.

Запитання до учнів під час викладу нового матеріалу

1. За яких умов вага тіла дорівнює за модулем силі тяжіння, що діє на це тіло?

2. Чи має вагу гиря, що висить на нитці? Чому дорівнюватиме вага, якщо нитку перерізати?

3. Чи є вага в дерева, що росте у дворі?

4. Камінь кинули вертикально вгору. У які моменти польоту він перебуває в стані невагомості, якщо можна знехтувати опором повітря? Чи зміниться відповідь, якщо камінь кинути під кутом до горизонту?

5. Чому необхідно враховувати перевантаження?

6. Що спільного в падінні тіл на Землю, обертанні Місяця навколо Землі, припливах та відпливах?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Тренуємося розв’язувати задачі

1. У ліфті встановили динамометр, на якому підвісили тіло масою 1 кг. Що покаже динамометр, якщо:

А) ліфт рухається рівномірно;

Б) ліфт піднімається вгору з прискоренням 5 м/с2;

В) ліфт опускається вниз з прискоренням 5 м/с2?

2. Літак робить “мертву петлю”, описуючи у вертикальній площині коло радіусом 250 м. У скільки разів вага льотчика в нижній частині траєкторії більша за силу тяжіння, якщо швидкість літака – 100 м/с?

3. Учень стверджує, що вага людини, яка перебуває в ліфті, обов’язково збільшується, коли ліфт рухається вгору, і зменшується, коли ліфт рухається вниз. Чи згодні ви з цим твердженням?

Розв’язок

Твердження невірне: вага залежить не від швидкості ліфта, а від його прискорення.

4. Космічний корабель відразу ж після старту рухається вертикально вгору з прискоренням 40 м/с2. З якою силою космонавт масою 70 кг тисне на крісло кабіни? Чому дорівнює в цьому випадку коефіцієнт перевантаження?

2). Контрольні запитання

1. Наведіть приклади рухів, коли вага тіла дорівнює силі тяжіння, що діє на це тіло.

2. Наведіть приклади рухів, за яких вага тіла менша за силу тяжіння, що діє на нього (більша за силу тяжіння, яка діє на нього).

3. Чи зникає сила притягання тіла до Землі під час переходу тіла в стан невагомості?

4. Коли виникають перевантаження?

5. Чи залежить вага тіла від його місцезнаходження?

Що ми дізналися на уроці

– Вагою тіла називають силу, з якою тіло ( унаслідок його притягання до Землі) тисне на опору або розтягує підвіс.

– Якщо прискорення тіла спрямоване вгору, то вага тіла більша за силу тяжіння:

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

– Якщо прискорення тіла спрямоване вниз, то вага тіла менша за силу тяжіння:

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

– Стан, за якого вага тіла дорівнює нулю, називається станом невагомості.

– Відношення сили, з якою тіло тисне на опору в разі прискореного руху вгору, до його ваги в інерціальній системі відліку називають перевантаженням:

Вага тіла. Невагомість. Перевантаження

Домашнє завдання

1. П.: § 27.

2. 36.:

Р1) – 7.12; 7.24; 7.32; 7.33;

Р2) – 7.39; 7.52; 7.53; 7.57;

Р3) – 7.71; 7.78; 7.80; 7.81.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 votes, average: 5,00 out of 5)



Пунктограми в складному реченні.
Ви зараз читаєте: Вага тіла. Невагомість. Перевантаження