Вес тела. Невесомость

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вес тела. Невесомость

I этап. Подготовительный. За неделю до урока 2 группы готовят выступления. Группы состоят из докладчика, содокладчика, экспериментатора, оформителя.

Вопросы группам.

1 группа.

· Что такое вес тела? К каким типам сил относится (по виду взаимодействия)?

· Как определить вес тела? Как направлена, куда приложена?

· Причины возникновения?

· Что такое невесомость? Когда возникает данное состояние? Что для него характерно?

· Меняется ли вес тела и если да, то при каких условиях?

· Опыты на невесомость "шар падает - лампа загорается" (компьютерная программа Открытая физика).

Вывод: можно, если двигаться с ускорением, сонаправленным и равным по модулю g. невесомость сопротивление трение

2 группа.

· Условия возникновения невесомости?

· Движение тел в газах (жидкое трение).

· Расчет сопротивления воздуха при падении в воздухе.

· Условия, при которых сопротивлением воздуха можно пренебречь.

· Опыты на движение тел в воздухе: компьютерная программа "тело, прикрепленное к пружине, при освобождении от крепления падает, пружина выпрямляется".

Вывод: Любые тела, движущиеся вблизи поверхности Земли, испытывают сопротивление, следовательно, ускорение меньше ускорения свободного падения. Невесомость невозможна на Земле.

Ход урока.

II. Организационный момент. Здравствуйте, садитесь!

Открываем тетради, записываем число, классная работа.

Тема сегодняшнего семинара: Может ли человек вблизи поверхности Земли находиться в состоянии невесомости? Записали.

Подготовьте таблицу для работы на семинаре:

Может ли человек вблизи поверхности Земли находиться в состоянии невесомости?

III. Проблемная ситуация. Наш семинар я хочу начать с одной задачи.

Вот тебе и невесомость!

Космонавт вышел из корабля в космос и с помощью индивидуального ракетного двигателя совершает прогулку по окрестностям. Возвращаясь, он несколько передержал двигатель включенным, подошел к кораблю с избытком скорости и стукнулся об него коленом. Будет ли ему больно?

Возможные ответы учащихся. В невесомости - нет.

Прежде чем определиться с ответом на данный вопрос, нам нужно разобраться с тем, что такое "невесомость"?

IV. Неделю назад, мы с вами ввели понятие веса тела. Две группы к уроку должны были подготовить материалы для аргументации своей позиции при ответе на вопрос семинара.

Задача остальных фиксировать факты, подтверждающие ту и иную точку зрения с помощью заготовленной таблицы.

Сегодня на уроке нашим экспертом будет Худяков Артем. По итогам обсуждения он подведет итог.

Может ли человек вблизи поверхности Земли находиться в состоянии невесомости?

V. Выступления групп.

И так, предоставляю слово первой группе: состояния невесомости можно добиться в пределах Земли.

Невесомость - это состояние, когда отсутствует сила - вес тела. Т.е. Р =0. Вес - это сила, с которой тело (вследствие притяжения к Земле) действует на опору или подвес. Следовательно, если данная сила равна нулю, мы можем говорить о том, что тело находится в состоянии невесомости.

Рассмотрим случай, когда тело покоится или движется равномерно прямолинейно по неподвижной опоре, в этом случае вес тела равен силе тяжести: Р=mg. Это следует из третьего закона Ньютона. (P=N)

Если же опора движется, вес тела будет либо больше, либо меньше силы тяжести. Нас интересует второй случай!

Рассмотрим движение тела с ускорением направленным вниз.

Если a=g вес тела становится равным нулю - что соответствует состоянию невесомости.

Опыт. 1,2. Слад - шоу "Движение тела в лифте".

Движение тела на пружине при перерезании нити.

Следовательно, стоит добиться движения тела с ускорением равным g - состояние невесомости будет достигнуто.

Это используется для подготовки космонавтов к невесомости.

Вопросы для обсуждения.

А почему к состоянию невесомости необходимо готовиться заранее? Исходя из Вашего выступления, я так поняла, что мы с вами, прыгнув вниз с 1 метра высоты, будем в полете находиться в невесомости. Так ли это? Тогда я хочу спросить: Почему же мы не летаем? Да и ощущения, которые мы испытываем, вряд ли требуют тренировки. Зачем готовить для этого космонавтов?

Слово второй группе: состояния невесомости нельзя добиться в пределах Земли.

Мы согласны с первой группой, что состояние невесомости возможно при условии, что a=g. А следовательно, тело должно двигаться только под действием силы тяжести.

Возможно ли это в пределах Земли?

Рассмотрим движение тела обтекаемой формы (в этом случае сопротивление воздуха наименьшее). Можно ли пренебречь этой силой - т.е. считать, что невесомости можно добиться в пределах Земли?

Экспериментально было обнаружено, что при весьма незначительных скоростях, подобных скоростям движения маятника часов, сопротивление воздуха возрастает пропорционально первой степени скорости. При возрастании скорости движения сопротивление воздуха начинает увеличиваться пропорционально более высокой степени скорости и при скорости движения тела, равной 10 м/с (36 км/ч) достигает в точности квадрата этой скорости. Это соотношение сопротивления воздуха и скорости движения с весьма большой точностью остается постоянным вплоть до скорости в 100 м/с. После этого оно начинает расти заметно быстрее квадрата скорости, особенно при приближении к скорости звука, равной 333 м/с.

Суммарная сила сопротивления воздуха движению тела (в Н) выражается формулой

F = kSV2/13, (2)

где k - коэффициент сопротивления среды (безразмерная величина, зависящая от формы тела, движущегося в воздушной среде, от гладкости его поверхности; плотности воздуха); S - площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению его движения (лобовая площадь), в м 2; V - скорость движения автомобиля относительно воздушной среды, м/с (при попутном ветре

V = Vавт -Vв,

при встречном ветре V = Vавт + Vв, где Vв - скорость ветра.

Произведение cс=kв - коэффициент сопротивления воздуха, определяемым экспериментально.

Значения коэффициентов сопротивления воздуха для различных типов автомобилей

За счет силы сопротивления, скорость движения тела в воздухе сначала растет, а затем, достигая значения установившейся скорости, остается практически постоянной.

Рассмотрим условия возможности пренебрежения сопротивлением воздуха. При квадратичной зависимости силы сопротивления от скорости зависит от средней скорости движения тела и скорости установившегося движения в поле тяжести. Так, например, скорость установившегося движения при падении человека в воздухе . Если допустимая погрешность расчета времени падения 1%, то при оценке высоты, при которой можно использовать рассматриваемую модель, получим

,

при больших высотах учет сопротивления воздуха необходим.

Таким образом, уравнение движения будет иметь вид: - N - Fc + mg = ma,

P=N= m (g-a) - Fc.

Проведем эксперимент. На динамометр подвесим тела, если при падении тело движется с ускорением g - динамометр покажет ноль. Показания близкие к нулю, но не равны ему.

А, следовательно, в пределах Земли не достаточно условия a=g для нахождения тела в состоянии невесомости!

Есть ли вопросы к группам?

Вопросы для обсуждения.

1. В самолете, если попадаешь в воздушную яму, человек будет находиться в состоянии невесомости? Тогда почему не летаем как в космическом корабле?

2. Многие люди хотят похудеть. Можно ли считать, что масса тела (человека) тоже меняется при уменьшении веса? Как вы думаете, решился бы вопрос с лишним весом при помещении человека в состояние невесомости? (Весы показывают ноль!!!)

VI. Обсуждение и решение проблемы. Какие факты Вы отметили в таблице?

Слово эксперту. Невесомость, как указала первая группа, - это не полет тел, а состояние, при котором отсутствует вес тела, а не его масса. Действительно, при расчете ускорения движения тела следует учитывать силу сопротивления воздуха. А поэтому состояние невесомости может быть достигнуто только на очень короткий срок (доли секунд) в пределах Земли. Можно добиться лишь состояния близкого к невесомости, что используют при подготовке космонавтов к полётам.

Ну а теперь вернемся к задаче, предложенной вам в начале урока.

Ответ к задаче.

Невесомость и весомость не имеют отношения к удару. Здесь важны "масса" и "скорость", а не "вес".

Будем считать удар о землю неупругим (при упругом ударе тело отскакивает, как мячик). При неупругом ударе вся ваша кинетическая энергия относительного движения обращается в нуль. Она расходуется частично на нагрев ударившихся тел, частично на их деформацию - на перелом ноги, например. Но в формулу кинетической энергии входят только масса и относительная скорость и совсем не входит сила тяжести. Правда, при падении с забора причиной вашей скорости было ускорение свободного падения. Но скорость есть скорость, независимо от причины, ее породившей. Поэтому не имеет значения, что при падении на корабль скорость определялась не ускорением свободного падения, а ускорением тяги ракетного двигателя. Ведь и на Земле вы могли удариться и при падении с высоты, и при быстром беге, - с одинаковыми последствиями.

VII. Рефлексия. Подведение итогов.

Рефлексия

· Что нового для себя Вы узнали на уроке?

· Что больше всего удивило?

· Насколько для Вас был полезным данный урок (получили ли какой-либо опыт работы)?

Давайте подведем итог.

Размещено на Allbest.ru