Введение

В окружающем нас мире бесчисленное множество тел, которые взаимодействуют друг с другом. Но, несмотря на многообразие сил, несколько их видов принято выделять особо.

Глава 1. Виды сил

Силой упругости называют силу, которая возникает в теле при изменении его формы или размеров. Это происходит, если тело сжимают, растягивают, изгибают или скручивают. Например, сила упругости возникла в пружине в результате ее сжатия и действует на кирпич.

Сила упругости всегда направлена противоположно той силе, которая вызвала изменение формы или размеров тела. В нашем примере упавший кирпич сжал пружину, то есть подействовал на нее с силой, направленной вниз. В результате в пружине возникла сила упругости, направленная в противоположную сторону, то есть вверх. Мы можем это утверждать, наблюдая отскок кирпича.

Силой тяготения называют силу, с которой все тела в мире притягиваются друг к другу. Разновидностью силы тяготения является сила тяжести - сила, с которой тело, находящееся вблизи какой-либо планеты, притягивается к ней. Например, на ракету, стоящую на Марсе, тоже действует сила тяжести.

Сила тяжести всегда направлена к центру планеты. На рисунке показано, что Земля притягивает мальчика и мяч с силами, направленными вниз, то есть к центру планеты. Как видите, направление «вниз» различно для различных мест на планете. Силой трения называют силу, препятствующую проскальзыванию одного тела по поверхности другого. Рассмотрим рисунок. Резкое торможение автомобиля всегда сопровождается «визгом тормозов». Этот звук возникает из-за проскальзывания шин по асфальту. При этом между колесом и дорогой действует сила трения, препятствующая проскальзыванию.

Сила трения всегда направлена противоположно направлению (возможного) проскальзывания рассматриваемого тела по поверхности другого. Например, при резком торможении автомобиля его колеса проскальзывают вперед, значит, действующая на них сила трения о дорогу направлена в противоположную сторону, то есть назад.

Сила трения возникает не только при скольжении одного тела по поверхности другого. Существует также сила трения покоя. Например, отталкиваясь ботинком от дороги, мы не наблюдаем его проскальзывания. При этом возникает сила трения покоя, благодаря которой мы движемся вперед. В отсутствие этой силы мы бы не смогли сделать и шага, как, например, на льду.

Силой Архимеда (или, выталкивающей силой) называют силу, с которой жидкость или газ действуют на погруженное в них тело - выталкивают его. На рисунке показано, что вода действует на пузырьки выдыхаемого рыбой воздуха - выталкивает их на поверхность. Вода также действует на рыбу и камни - подталкивает их вверх, уменьшая их вес (силу, с которой камни давят на дно).

Архимедова сила обычно направлена вверх, противоположно силе тяжести.

Уравновешенные силы и равнодействующая

Проведём так называемый мысленный эксперимент с пружиной и подвешенной к ней корзинкой, в которую будем помещать груз.

На рисунке «а» на корзинку действуют две силы: сила тяжести со стороны Земли (зеленый вектор) и сила упругости со стороны пружины (красный вектор). Поскольку корзинка находится в покое, считаем, что эти силы уравновешивают друг друга: то есть равны по значению и противоположно направлены.

Затем в корзинку положили груз, и действующая сила тяжести увеличилась (рис. «б»). Теперь она больше, чем сила упругости, поэтому корзинка движется вниз (синяя стрелка - рис. «в»).

По мере растяжения пружины сила упругости возрастает и вскоре вновь уравновешивает силу тяжести (рис. «г»). Казалось бы, корзинка должна остановиться. Но из-за свойства инертности она не может мгновенно уменьшить скорость до нуля. Следовательно, корзинка продолжает двигаться вниз. Пружина растягивается, и сила упругости становится больше, в итоге поднимая корзинку вверх. Немного покачавшись вверх-вниз (рис. «д»), она остановится. С этого момента сила упругости пружины вновь уравновешивает силу тяжести (рис. «е»).

Итак, мы выяснили, что если на тело действуют две равные и противоположно направленные силы, то тело может покоиться, но может и двигаться прямолинейно (рис. «г»). Рассмотрим второй случай более подробно.

Обратимся к рисунку. На нём условно изображена кабина лифта, висящая на тросе, и двигатель, который может наматывать трос.

Сначала кабина неподвижна (рис. «а»). На неё действуют два тела: трос и Земля. Когда лифт «стоит», сила натяжения троса (F_упр ) равна силе тяжести (F_тяж ). Чтобы кабина поднималась, двигатель наматывает трос. Из-за свойства инертности кабина не может мгновенно прийти в движение. Поэтому трос натягивается сильнее, и сила упругости возрастает (рис. «б»). Если сила упругости все время Итак, мы обнаружили следующую закономерность: если на тело действуют только уравновешенные силы, то наблюдается либо покой, либо прямолинейное и равномерное движение тела. Закономерность будет верной и наоборот: если тело покоится или движется прямолинейно и равномерно, значит, на него действуют только уравновешенные силы (или не действуют совсем).

Две силы можно заменить равнодействующей силой (см. рис.).

Если силы сонаправлены, то равнодействующая сила равна их сумме и направлена в ту же сторону. Если силы противонаправлены, то равнодействующая сила равна их разности и направлена в сторону большей силы. Следствие: равнодействующая уравновешенных сил равна нулю. будет больше силы тяжести, то разгон никогда не прекратится. Однако обычно лифт разгоняется одну-две секунды, а затем движется прямолиннейно и равномерно. Значит, сила упругости уменьшается и становится равной силе тяжести (рис. «г»).

Глава 2. Методические разработки по теме «Виды сил»

Задачи:

Образовательные

· Обобщить знания о силах.

· Способствовать приобретению умений работать в дополнительной литературой, Интернет-источниками;

· готовить сообщения.

Развивающие

· Развивать логическое мышление, устную речь.

· Интеллектуальные умения: обобщение, систематизация, сравнение и т.п.

Воспитательные

· Формировать уважение к народному творчеству.

· Содействовать проявлению творческих способностей.

· Воспитывать ответственное отношение к поручениям и чувства долга перед товарищами.

Оборудование: мультимедийная презентация (Приложение 1), индивидуальные карты.

Подготовительная работа

Класс перед уроком разделен на 3 группы, каждая готовит задания по одной из сил. Представить силу.

Подобрать пословицы и поговорки о силе трения, силе тяжести, силе упругости.

Вступительное слово учителя: Сегодня мы с вами вновь отправимся в путешествие по Физическому океану и посетим архипелаг Сил. Мы сделаем остановки на о.Упругости, о.Трения, о.Тяжести. Перед путешествием сделаем разминку.

Повторение

· Что называют силой?

· Как обозначается сила?

· В каких единицах измеряется сила?

· Каким прибором измеряется сила?

· Какие силы вы знаете?

Учитель: Итак, отправляемся в путешествие. На пути у нас остров Тяготения. Сделаем здесь остановку. Как вы думаете, почему остров так называется? Правильно. Здесь живет сила тяжести. Давайте вспомним, какую силу называют силой тяжести, как она действует, какие явления наблюдаются вследствие действия силы тяжести?

Сообщение учащегося "Сила тяжести". Приложение 2

Учитель: Народное творчество не обошло стороной влияние тех или иных сил на окружающие тела и выразилось в пословицах, поговорках и других сочинениях устного творчества.

Учащиеся называют пословицы, поговорки о силе тяжести и поясняют их смысл.

Обобщим: Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести. Она приложена ко всему телу, направлена вниз:.

Решим задачи:

1. Масса одного тела вдвое больше массы другого.

Сравните силы тяжести, действующие на эти тела.

2. Определите силу тяжести , действующую на тело массой 500 г.

Продолжим наше путешествие. Остановка - остров "Упругости". Название острова говорит само за себя. Здесь правит Сила Упругости. Вспомним: какую силу называют силой упругости, как она действует, приведем примеры действия этой силы.

Сообщение учащегося "Сила упругости". Приложение 3

Учащиеся называют пословицы, поговорки о силе упругости и поясняют их смысл.

Обобщим: Сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение, называется силой упругости. Прилагается к телу и направлена противоположно. :..

Задачи:

1. Назовите силы, действующие на шарик, подвешенный к концу стальной пружины. Сделайте рисунок и изобразите а нем , куда направлены силы.

2. Найдите жесткость пружины, которая под действием силы 1- Н удлинилась на 10 см.

Продолжим путешествие. На пути у нас остров Веса, а значит, здесь живет сила, которую мы называем Вес тела. Дайте определение этой силы. Может ли быть такое, чтобы вес тела отсутствовал. Когда такое бывает? Может ли вес тела быть больше или меньше силы тяжести? Мы не будем делать остановки на этом острове и направимся к острову Трения.

Сообщение учащегося "Сила трения". Приложение 4

Учащиеся называют пословицы, поговорки о силе трения и поясняют их смысл.

Обобщим: Силой трения называется сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого. Она направлена противоположно движению тела. Причинами возникновения силы трения являются ::

Задачи:

1. Объясните, почему лыжник после спуска с горы катится дальше, если поверхность поля не бугристая, а горизонтально ровная?

2. Зачем делают протектор на автомобильных шинах?

3. Где течение реки быстрее: на поверхности или на дне? У берегов или на середине? Почему?

4. Почему шуруп, смазанный мылом, легче ввинчивается в дерево?

5. Зачем штангист пред выходом на помост натирает руки тальком?

Путешествие подошло к концу. Давайте подведем итоги. Перед вами индивидуальная карта. Вам необходимо ее заполнить.

Индивидуальная карта по теме: "Силы в природе".

	Сила тяжести	Сила упругости	Сила трения
Определение
Обозначение, единица измерения
Формула
Точка приложения, направление
Прибор для измерения
Примеры (схемой или рисунком)

Подводятся итоги урока и выставляются оценки.

Виды сил. Систематизация знаний

Цель урока: систематизировать и обобщить знания по теме Виды сил»; совершенствовать умения решать задачи.

Задачи:

1. Образовательные:

· заполнить систематизирующую таблицу по видам сил, используя групповой способ работы (название силы, обозначение, характер взаимодействия, зависимость от скорости, точка приложения, направление, рисунок, формула, единица измерения, прибор для измерения);

· продолжить обучение учащихся решать графические и аналитические задачи, используя формулы;

· вовлечение каждого ученика в активный познавательный процесс.

2. Воспитательные:

· продолжить формирование познавательного интереса учащихся;

· продолжить формирование стремления к глубокому усвоения теоретических знаний через решение задач;

· воспитание внимательного, доброжелательного отношения к ответам одноклассников; воспитание личной ответственности за выполнение коллективной работы.

3. Развивающие:

· формировать умение и способностей самостоятельно работать с литературой;

· для развития мышления учащихся продолжить отработку умственных операций анализа, сравнения и синтеза;

· научить применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения графических и аналитических задач;

· продолжить формирование умения рационально решать сложные задачи.

· расширение кругозора, повышение эрудиции.

Место урока в разделе «Взаимодействие тел»: урок проводился в 7 классе после изучения темы «Виды сил».

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Заполнение обобщающей таблицы.

(Таблица заполняется детьми. Класс разбивается на группы по 3-4 человека. Каждой группе дается определенный вид силы. Учащиеся работая группой подбирают материал, затем предоставляют классу. Класс вносит данные в свои таблицы - в тетрадь).

3. Экспериментальные задачи.

Класс разбивается на группы по 2 - 4 человека, на решение задачи отводится не более 10 минут. Каждой группе дается одно задание.

1. С помощью динамометра и масштабной линейки определите удлинение данного резинового шнура под действием силы 1, 2, 3, 4 Н. Сделайте вывод.

2. Имеются флакон (пузырек), вода и динамометр. Определите объем этого флакона.

3. С помощью динамометра измерьте силу трения при движении данного бруска по столу. Изобразите силы графически.

4. Качественные задачи.

Задачи решаются фронтально.

1. Если плотно прижать ружье к плечу, то скорость движения ружья при отдаче уменьшиться. Почему?

2. Что легче: сдвинуть с места тело или продолжать двигать его по горизонтальной поверхности? Почему?

3. Куда лучше положить тяжелый груз, если его перевозит машина с прицепом?

4. Почему при шлифовке соприкасающихся деталей сила трения сначала уменьшается, а затем опять увеличивается?

5. Объясните пословицу «Коси, коса, пока роса, роса долой - и мы домой».

6. В какой известной с детства сказке говориться о сложении сил, действующих по одной прямой? (Сказка про Репку).

5. Расчетные задачи. (см. Приложение 2)

Задачи решаются в парах и затем взаимно проверяются.

1. Масса чугунного столба 200 кг. Вычислите силу тяжести, действующую на столб. Изобразите графически силу тяжести и вес столба (масштаб 1000 Н : 1 см).

2. Измерьте с помощью масштаба силу, действующую на шар (рисунок 5).

Рисунок 5

3. Три силы направлены по одной прямой: влево 16 Н и 2 Н, вправо 20 Н. Найдите модуль равнодействующей этих сил и ее направление.

4. Какая максимальная сила возникает при столкновении двух вагонов, если буферные пружины сжались на 4 см? Жесткость пружин 8000 Н/м.

5. определите жесткость пружины динамометра, если под действием силы 80 Н она удлинилась на 5 см.

6. Хоккеист массой 65 кг равномерно движется по льду на коньках. Коэффициент трения 0,02. Определите силу трения коньков о лед.

7. При равномерном движении по столу деревянной дощечки с гирей массой 2 кг динамометр показывает силу 9 Н. Определите коэффициент трения дощечки по столу.

6. Итог урока.

Каждому ученику выставляется оценка за урок.

7. Домашнее задание.

Творческое задание.

Приготовить доклад, сообщение на одну из тем:

1. Трение в природе.

2. Трение в технике.

3. Жизнедеятельность Исаака Ньютона.

4. Закон Гука

Глава 3. Самостоятельные работы по теме «Виды сил»

Начальный уровень

1. Взяв масштаб 1 см -- 40 Н, изобразите графически силу 200 Н, приложенную к телу и направленную на север.

2. Взяв масштаб 1 см -- 30 Н, изобразите графически силу 210 Н, приложенную к телу и направленную вправо.

3.Взяв масштаб 1 см -- 50 Н, изобразите графически силу 300 Н, приложенную к телу и направленную на восток.

4.Взяв масштаб 1 см -- 60 Н, изобразите графически силу 240 Н, приложенную к телу и направленную на юг.

5.Взяв масштаб 1 см -- 25 Н, изобразите графически силу 150 Н, приложенную к телу и направленную на запад.

6.Взяв масштаб 1 см -- 100 Н, изобразите графически силу 400 Н, приложенную к телу и направленную влево.

Средний уровень

1.На тело в горизонтальном направлении действуют две силы -- 10 Н и 20 Н. Изобразите эти силы. Сколько вариантов рисунка вы можете сделать? Чему равна равнодействующая этих сил?

2.На тело вдоль вертикали действуют две силы -- ЮН и 15 Н. Изобразите эти силы. Сколько вариантов рисунка вы можете сделать? Чему равна равнодействующая этих сил?

3.Может ли равнодействующая двух сил 2 Н и 10 Н, действующих на тело, быть равной: а) 5 Н; б) 8 Н; в) 12 Н; г) 20 Н? Для правильных ответов сделайте рисунки.

4.Два человека тянут груз, прикладывая горизонтальные силы Р_г = 100 Н и F2 = 150 Н, направленные вдоль одной прямой. Какой может быть модуль равнодействующей R этих сил? Рассмотрите все возможные случаи и изобразите на рисунке все горизонтальные силы, действующие на груз.

5.На тело вдоль одной прямой действуют две силы: 2 Н и 5 Н. Может ли равнодействующая этих сил быть равной: а) 10 Н; б) 8 Н; в) 7 Н; г) 5 Н; д) 3 Н; е) 1 Н? Для правильных ответов сделайте рисунки.

6.На тело в горизонтальном направлении действуют две силы -- 8 Н и 12 Н. Изобразите эти силы. Сколько вариантов рисунка вы можете сделать? Чему равна равнодействующая этих сил?

Достаточный уровень

1. Какие силы, направленные вдоль одной прямой, могут дать равнодействующую, равную 10 Н? Как они должны быть направлены при этом? Сделайте рисунок.

2. Одна из двух сил, действующих на тело вдоль одной прямой, равна 5 Н. Равнодействующая этих сил равна 8 Н. Какой может быть по величине другая сила? Как она должна быть направлена? Выполните построение.

3. На тело действуют три силы, направленные вдоль одной прямой: 3 Н, 12 Н и 6 Н соответственно. Какой может быть равнодействующая этих сил? Сделайте рисунки для каждого из возможных случаев.

4. На рисунке изображены силы, действующие на шар, плавающий в воде. Взаимодействие с какими телами обусловливает появление этих сил? Чему равна равнодействующая этих сил?

5. На рисунке изображены тело и силы, действующие на него. Равнодействующая каких сил равна нулю? Чему равна равнодействующая всех сил, действующих на тело?

6. На рисунке указаны тела, которые равномерно движутся в воздухе, воде или другой «вязкой» среде. Рядом с каждым телом указано направление вектора его скорости. Укажите, как в каждом случае направлена сила сопротивления движению. Чему равна равнодействующая всех сил, действующих на тело, опускающееся на парашюте?

7. Может ли тело двигаться вверх, если равнодействующая всех сил, приложенных к телу, направлена вниз? Если да, то приведите пример.

8. К телу приложены три силы по 10 Н каждая, направленные вдоль одной прямой. Какой может быть по модулю равнодействующая этих сил? Изобразите на рисунке все возможные случаи.

9.Капля дождя движется вертикально вниз с постоянной скоростью. Изобразите все силы, действующие на каплю. Равнодействующая всех сил, приложенных к телу, направлена вертикально вниз. Можно ли указать направление движения тела? Приведите пример, подтверждающий ваш ответ.

10. На тело действуют три силы Fj, F_z и F₃, направленные вдоль одной прямой, причем Fj = 3 Н, F₂ = 5 Н. Чему равна F₃, если равнодействующая всех трех сил равна ЮН? Сколько решений имеет эта задача? Сделайте в тетради схематические рисунки, соответствующие каждому из решений.

11. Три силы приложены вдоль одной прямой. В зависимости от направления этих сил, их равнодействующая может быть равна 1 Н, 2 Н, 3 Н и 4 Н. Чему равна каждая из этих сил?

Литература:

1. А.В. Перышкин. Физика - 7. Дрофа. Москва, 2006.

2. Н.М. Шахмаев, Ю.И. Дик. Физика - 7. Мнемозина. Москва, 2007.

3. Кирик Л.А. Физика - 7. Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы. - М.: Илекса, 2002.