Урок 4. Енергія. Потенціальна енергія тіла.

Мета: з’ясувати фізичний зміст поняття енергії, сформувати поняття потенціальної енергії, розвивати логічне мислення під час осмислення фізичного змісту досліджуваних явищ, виховувати уміння доброзичливо спілкуватися під час проведення дискусії.

Тип уроку: урок – дискусія, урок засвоєння нового матеріалу.

Обладнання: прилади для дослідів, карточки.

Хід уроку

1.     Організація класу (5 хв)

Сьогодні дуже гарний день, та і всі ви прийшли на урок повні сили, повні енергії, готові пізнавати новий матеріал і добре його засвоїти. Ваше головне завдання на сьогоднішній день – вчитися, ви виконуєте свою роботу – навчаєтеся. А скажіть будь-ласка, які засоби вам потрібні, щоб покращити засвоєння нового матеріалу.

1.     Наявність обладнання , підручників, зошитів.

2.     У  вас повинне бути бажання вчитися.

3.     Фізичні сили, міцне здоров’я.

Таких факторів можна назвати значно більше, але я зупинюся на фізичній силі. Ви прекрасно розумієте, якщо ваш організм здоровий, якщо ви приходите на урок не виснажені, не втомлені, а бадьорі, зосереджені, наповнені енергією, то вам легко і вчитися. Якщо ви помітили, то я вже вкотре вживала таке слово, як енергія. Сьогодні на уроці ми повинні дати визначення, що таке енергія, але з точки зору фізики. Хоча це слово ми вживаємо дуже часто, але пояснити його не так і просто. Тому сьогодні ми проведемо дискусію, для того, щоб кожен зміг висловити свою точку зору по цьому питанню. Ви всі можете висловлюватися, але дотримуючись певних правил ведення дискусії.

1.     Сперечатися по суті.

2.     Не допускати образливих реплік, не нав’язувати свою точку зору.

3.     Чітко формулювати свої думки.

4.     Намагатися встановити істину.

5.     Уміти визнавати свою неправоту.

2.     Вивчення нового матеріалу ( 25хв).

Питання для дискусії:

1.     Що таке енергія?

2.     Для чого тілу потрібна енергія?

3.     Що треба для поповнення енергії?

4.     Які тіла здатні виконати роботу?

Кожен учень висловлює свою точку зору, що таке енергія. З виступів можна зрозуміти, що енергія – це здатність тіла виконувати роботу.

Учні знову називають приклади тіл, здатних виконати роботу. Натягнута стріла лука, бурулька, звисаюча з даху, стиснута пружина, машина, яка їде по дорозі і т.д..

Робота пов’язана з переміщенням, тому вона може відбуватися тільки за умови, що тіла рухаються. Якщо робота виконується під час руху тіл, які взаємодіють, змінюється їхнє взаємне розташування. Крім того, при виконанні роботи може змінюватися швидкість тіла.

Висновок: тіло виконує роботу тільки в разі зміни свого механічного стану: змінюється або взаємне розташування тіл або їхні швидкості, або те й друге.

Приклади: зігнута жердина може під час розправлення надати швидкості метальному снаряду, деформація при цьому зменшиться; кинутий м’яч  збиває кеглі, зменшуючи свою швидкість; стиснута пружина надасть швидкості кульці, яка покладена на неї.

Якщо на нитці до штатива підвісити тягарець, коли він виконає роботу?  Виконає роботу, коли перепалимо нитку, на якій він висить і тягар падаючи виконає роботу, наприклад утвориться ямка у піску.

Якщо тіла або система тіл можуть виконати роботу, то кажуть, що вони мають енергію.

Здатність тіла виконувати роботу внаслідок зміни свого стану характеризують фізичною величиною, що називається енергією.

Енергія позначається символом W. Одиницею енергії в СІ є джоуль (Дж). Чим більшу роботу виконує тіло, тим більшу енергію воно має. Під час виконання роботи енергія тіла змінюється. Тому, механічна робота є мірою зміни енергії тіла.

Питання для дискусії:

1.     Які тіла мають енергію?

2.     Підняте тіло над поверхнею Землі зазнає взаємодію?

Частина механічної енергії, що визначається взаємним розташуванням тіл, які взаємодіють, називається потенціальною енергією. Тобто, потенціальна енергія – це енергія взаємодії.

Приклади:

1)    сила тяжіння виконує роботу під час руху вантажу вниз, - отже, система „піднятий вантаж і Земля” має потенціальну енергію;

2)    сила пружності виконує роботу, коли деформована пружина повертається у вихідний стан, - отже, деформована пружина має потенціальну енергію.

Під час підняття вантажу масою m на висоту h виконується робота mgh, тому потенціальна енергія системи „вантаж і Земля” збільшується на mgh. Якщо взяти за нульовий рівень потенціальної енергії стан системи, коли вантаж розташований на поверхні землі, тоді  E_п= mgh. (W= mgh)

Мірою зміни енергії є робота, тому енергія вимірюється в тих самих одиницях, що і робота (Дж).

У пружно деформованому тілі частини цього тіла взаємодіють силами пружності.

Наприклад, чим більшою є сила пружності, що виникає під час натягування тятиви лука, тим більшу потенціальну енергію має лук і тим більшу роботу виконає – надасть стрілі більшої швидкості.

Потенціальна енергія деформованої пружини використовується для виконання роботи в більшості механічних годинників, автоматизованих клапанах, для автоматичного закриття дверей.

Зробимо висновки до яких ми прийшли під час дискусії.

1.     Якщо тіло може виконати роботу, то воно має енергію.

2.     Механічна робота є мірою зміни енергії тіла.

3.     Енергію, зумовлену взаємодією тіл або частин одного тіла називають потенціальною енергією.

4.     Потенціальну енергію мають пружно деформоване тіло і тіло, підняте над Землею.

5.     Потенціальна енергія тіла залежить від висоти, на якій воно перебуває, тому треба вибирати нульовий рівень ( рівень, відносно якого буде вимірюватись висота).

3.     Закріплення нового матеріалу ( 15 хв)

                   Фінальна естафета „ В спорі народжується істина”

Задача: Обчисліть потенціальну енергію портфеля, що лежить на парті, відносно підлоги. Маса портфеля 3 кг, висота парти 80 см.

( Відповідь: 24 Дж)

Задача: Людина витягла з колодязя завглибшки 12 м відро води масою 10 кг і поставила на лаву. Порівняйте потенціальну енергію відра до і після підняття. Збільшилась вона чи зменшилась? На скільки?

Задача: Яким молотком – легким чи важким – можна забити цвях за меншу кількість ударів? Чому? (Відповідь: важким)

Задача: На столі лежить мармуровий і свинцевий бруски однакового об’єму. Яке з цих тіл має більшу потенціальну енергію відносно підлоги?

( Відповідь: свинцевий брусок)

Задача: На скільки збільшилась потенціальна енергія хлопчика масою 48 кг, який піднявся сходами свого будинку на висоту 10 м?

( Відповідь: 4800 Дж)

Домашнє завдання: §28, Вправа №28 1,2.

Урок 5. Кінетична енергія тіла. Повна механічна енергія.

Мета: дати визначення кінетичної енергії тіла, сформулювати уявлення про повну механічну енергію, розвивати уміння розв’язувати задачі, пов’язані з енергією тіла, виховувати дбайливе відношення до приладів під час проведення експериментів.

Тип уроку: комбінований

Обладнання: демонстрація руху кульки, що скочується по похилій площині з різної висоти, руху тіла різної маси.

Хід уроку:

1.                 Активізація опорних знань ( 5хв)

Фізичний бумеранг:

1.     Чи змінюється потенціальна енергія човна, який пливе за течією річки?

2.     За рахунок якої енергії збільшується швидкість стріли, що вилітає з лука?

3. За допомогою понтонів із дна моря підіймають затонулий корабель. За рахунок якої енергії відбувається підняття?

4.  Яке з двох тіл, що лежать на балконі п’ятого поверху, має більшу потенціальну енергію – сталева кулька чи свинцева такого самого розміру?

Відповіді не ці запитання пов’язані з потенціальною енергією, але в житті частот спостерігаються й інші явища.

2.                                         Вивчення нового матеріалу : ( 20 хв)

Згадаємо приклад із кулею в боулінгу: вона котиться, розкидає в різні боки кеглі й зменшує швидкість свого руху. Куля виконала механічну роботу і зменшила свою енергію. Проте потенціальна енергія кулі до і після зіткнення з кеглями залишається незмінною, змінюється лише швидкість її руху. Отже, енергія, яка дозволила кулі виконати роботу, була пов’язана з рухом кулі. У фізиці цю енергію називають кінетичною.

Кінетична енергія – це енергія, яка зумовлена рухом тіла.

Дослід : кулька, яка скочується з різної висоти по похилому жолобку і штовхає циліндр. Якщо кулька скочується з верхньої точки жолоба, то котиться з більшою швидкістю і циліндр переміщує далі.

Кінетична енергія залежить від швидкості тіла. Ця залежність нелінійна.

Ек

Якщо взяти для досліду масивніше тіло, то побачим, що переміщення циліндрика буде залежати від маси кульки і така залежність лінійн_а.

Кінетична  енергія тіла дорівнює добутку маси тіла на квадрат швидкості його руху, поділеному на два:

W_к = .

      Кінетична енергія того самого тіла для різних спостерігачів може бути різною, оскільки різною відносно них може бути швидкість руху цього тіла. Тобто, значення кінетичної енергії залежить від вибору системи відліку: адже кінетична енергія тіла залежить від його швидкості, а швидкості тіла в різних системах відліку різні. Якщо система відліку явно не зазначена, зазвичай мають на увазі систему відліку, пов’язану із Землею.

Досить часто тіло має як потенціальну, так і кінетичну енергію. Наприклад, літак, який летить над Землею на певній висоті, має і потенціальну енергію, і кінетичну енергію.

Суму потенціальної і кінетичної енергії тіла називають повною механічною енергією тіла.    

3.                                         Закріплення матеріалу: ( 15 хв )

1.                 Швидкість автомобіля збільшилась від 10 до 20 м/с. У скільки разів збільшилася його кінетична енергія?

2.                 Після удару об стіну напрям швидкості м’яча змінився, але модуль швидкості залишився тим же. Як змінилася кінетична енергія м’яча?

3.                 Які перетворення енергії відбуваються під час руху каменя, кинутого вгору? Опором повітря можна знехтувати.

4.                 Опишіть, не роблячи розрахунків, як змінюється потенціальна і кінетична енергія літака під час зльоту та посадки.

5.                 Два електропоїзди рухаються відносно землі з однаковою швидкістю, але перший має шість, а другий – дев’ять вагонів. Який з них має більшу кінетичну енергію?

6.                 М’яч під час баскетбольного матчу кинуто в напрямку кільця. Обчисліть повну механічну енергію м’яча на висоті 3м, якщо на цій висоті він рухається зі швидкістю 10 м/с. Маса м’яча становить 400г. за нульовий рівень потенціальної енергії візьміть рівень підлоги спортивної зали.

4.                                         Підсумок уроку: ( 5 хв)

Гра „ Продовжте речення”

1.   Кожне тіло має __________( енергію).

2.  За рахунок енергії тіло може виконати ________ ( роботу ).

3.   Тіло, підняте над Землею має ________________ (потенціальну енергію).

4.    Рухоме тіло має ________________( кінетичну енергію).

5.    Потенціальна енергія залежить від ___________ ( висоти ).

6.  Кінетична енергія залежить від __________( маси ) і _________(швидкості).

7.   Сума потенціальної і кінетичної енергії _________(повна енергія).

Домашнє завдання: § 29, Вправа №29 1, 2.

Урок 6. Перетворення механічної енергії. Закон збереження механічної енергії.

Мета: розкрити сутність закону збереження енергії в механічних процесах; показати взаємозв’язок потенціальної та кінетичної енергій; розвивати логічне мислення учнів, творчий потенціал; виховувати повагу, культуру поведінки.

Тип уроку: урок узагальнення та систематизації знань, урок – подорож..

Обладнання: прилади для дослідів: струна гітари, металевий циліндр,

                          нитка, штатив.

Хід уроку

1.     Організація класу ( 3хв)

Сьогодні на уроці ми здійснимо подорож на повітряній кулі, відвідавши цікаві місця. Для подорожі нам потрібно взяти з собою чарівну торбинку з деякими знаннями, терпіння, допитливість і саме основне – цікавість. Маршрут подорожі проляже через живописні місця, які нам будуть згадуватись. Оскільки повітряна куля не зможе витримати великого навантаження, то частина екіпажу залишається на Землі для координації нашого польоту і надання необхідної допомоги. Основний екіпаж, у складі восьми чоловік відправляється у подорож. Щасливого польоту і незабутніх вражень

2.     Основна частина ( 20 хв).

Екіпаж розмістившись всередині кошика кулі, приготувався до польоту, але тут виявилося, що здійснити підняття не так і просто. Подолати силу тяжіння і підняти кулю було дуже важко. Спочатку думали , що досить попутного вітру, але виявилося, що вітер не грав ніякої ролі. Прийшлося з’єднатися з експертами, які порадили підігріти повітря в кулі, а ще краще наповнити її газом з меншою густиною, ніж густина повітря. Виконавши запропоновані дії, повітряну кулю вдалося підняти, вона піднялась і попливла по небесному океані. Експерти, які залишились на Землі, бачили, як куля повільно піднімалась вгору, при цьому висота підняття ставала дедалі вищою, проте швидкість зменшувалась. Спостережливий учасник польоту зробив висновок, що потенціальна енергія кулі зростає з підняттям вгору, інший учень зауважив, що кінетична енергія зменшується і , досягнувши верхньої точки,  має мінімальне значення.

Мандрівники вирішили звірити свої годинники, у всіх були звичайні, але в одного хлопчика був старий годинник, який він попросив у дідуся. Годинник був схожий на цибулину і підвішений до ланцюжка. Хлопчик тримав його за ланцюжок і він розгойдувався то в одну сторону, то в іншу під такт коливань кулі. Всім стало цікаво спостерігати за коливаннями такого маятника. Діти вибрали за нульовий рівень найнижче положення годинника (положення рівноваги) і , коли годинник перебував на висоті h,  то мав найбільшу потенціальну енергію. У цьому положенні годинник не рухається, тому кінетична енергія рівна нулю. Коли годинник починає рухатися, швидкість його руху поступово збільшується, відповідно зростає кінетична енергія. Коли годинник проходить положення рівноваги, висота рівна нулю, отже і потенціальна енергія рівна нулю, кінетична енергія в цей момент максимальна, бо швидкість найбільша. За рахунок запасу кінетичної енергії годинник ще деякий час рухається вгору, при цьому зростати починає потенціальна енергія. Таким чином, один вид енергії переходить у інший, і навпаки.

    В цей момент другий учень витягнув гітару і вдарив по струнах зігравши простий акорд. Струни задзвеніли і полинула знайома мелодія. Дівчатка зібралися навколо в тісніше коло і вирішили заспівати, але згадали, що під час подорожі треба запам’ятати всі цікаві явища, то і під час гри помітили цікаве. Відтягнута струна гітари зазнавала деформації і в цей момент мала найбільшу потенціальну енергію. Вона була деформована, але не рухалась. Коли відпустили струну, вона починає рухатися і її кінетична енергія зростає, при цьому деформація зменшувалась. Найбільше значення кінетичної енергії буде в положенні рівноваги, найменше на крайніх точках.

   Непосидючий товариш взяв у подорож тенісну ракетку і м’ячик. Поки всі слухали музику він грався м’ячиком раз, заразом підкидаючи його.  Коли м’ячик рухався вгору, його висота відносно поверхні Землі зростала, тому зростала і потенціальна енергія. При піднятті вгору швидкість м’ячика зменшувалась, тому зменшувалася і кінетична енергія. Всім членам екіпажу стало ясно, що за умови відсутності сили опору повітря кінетична енергія м’ячика зменшується на стільки, на скільки збільшується потенціальна енергія, і навпаки, тобто повна механічна енергія не змінюється.

Висновок підвів старший групи. У системі тіл, які взаємодіють тільки одні з одними і тільки силами пружності й силами тяжіння, повна механічна енергія не змінюється, вона перетворюється з кінетичної на потенціальну  і навпаки.

Якщо ж буде сила тертя, то відбуваються втрати механічної енергії, повна механічна енергія з часом зменшується. Відбувається перетворення механічної енергії на інші види енергії.

Куля з екіпажем підхвачена вітром попливла над знайомою місцевістю і всі члени екіпажу на декілька секунд поринули в споглядання за природою рідного краю. Керівник групи запропонував приземлитися і відвідати таємничий острів, де можна відшукати скарби, подолавши незначні перепони, у вигляді задач.

3.     Розв’язування задач (15 хв ).

1.     Пружинний пістолет заряджають і стріляють угору. Які перетворення енергії відбуваються при цьому?

2.     Початкова потенціальна енергія тіла, яке перебуває в стані спокою на певній висоті, дорівнює 400 Дж. Тіло відпускають. Якою буде кінетична енергія тіла в момент, коли потенціальна енергія становитиме 150 Дж? Опором повітря знехтувати. ( Відповідь: 250 Дж)

3.     Тіло кидають угору, надаючи йому кінетичну енергію 300 Дж. На певній висоті його кінетична енергія зменшиться до 120 Дж. Якою буде потенціальна енергія тіла на цій висоті? Опором повітря знехтувати.

     ( Відповідь: 180 Дж)

4.     Тіло, що перебувало в стані спокою, падає з висоти 20 м. на якій висоті швидкість його руху дорівнюватиме 10 м/с? Опором повітря знехтувати.( Відповідь: 15 м)

4.     Підсумок уроку (7 хв)

Розв’язавши задачі, члени експедиції подолали перешкоди і їм відкритий шлях до скарбів. Кожен взяв частинку певних знань, які зможе використати зараз і через деякий час.

Яка якісь знань скарбнички, перевіримо, відповівши на запитання.

1.     Наведіть приклади перетворення потенціальної енергії у кінетичну.

2.     Навести приклад, коли повна механічна енергія не  зберігається.

3.     Дати визначення закону збереження енергії.

       Домашнє завдання: § 30, Вправа № 30 (2)

   Експериментальне завдання: Підкиньте вгору якесь невелике тіло. Виміряйте або оцініть на око висоту. Нехтуючи опором повітря визначте початкову швидкість тіла.

                                            Додатково

                         Самостійна робота. Варіант № 1/2

Початковий рівень

1.     Легковий і вантажний автомобілі рухаються з однаковими швидкостями. Який з них має більшу кінетичну енергію?

2.     Дві однакові автомашини рухаються з різними швидкостями. У якої з них більша кінетична енергія?

Середній рівень

1.     Камінь кинуто вертикально вгору. Які перетворення енергії відбуваються при цьому?

2.     Яка енергія повітря використовується в гальмах залізничних вагонів? Відповідь поясніть.

Достатній рівень

1.     а) За якої умови два тіла різної маси, підняті на різну висоту, матимуть однакову потенціальну енергію?

     б) По горизонтальному столу котиться кулька масою 400 г зі сталою

     швидкістю 15 см/с. Чому дорівнює її кінетична енергія? ( Відповідь: 4,5

      мДж.)

2.     а) Автомобіль рухається рівномірно і прямолінійно горизонтальною дорогою. На що витрачається енергія палива?

б) Сталева деталь об’ємом 4 дм³ перебуває на висоті 2 м. визначте потенціальну енергію деталі. ( Відповідь: 624 Дж,)

Високий рівень

1.     а) Із дна водойми спливла бульбашка газу. За рахунок чого збільшилася її потенціальна енергія?

б) Мідний і алюмінієвий бруски однакового об’єму підняли на однакову висоту. Для якого бруска зміна потенціальної енергії є більшою? У скільки разів? ( Відповідь: для мідного більша в 3,3 рази.)

              2. а) Коли автомобіль витрачає більше пального: рухаючись

                   рівномірно чи з зупинками?

                 б) Упавши у воду з висоти 5 м, березове поліно масою 8 кг

                    занурилося на 80 см. якою була середня сила опору води? Опором

                   повітря  знехтувати. ( Відповідь: 500Н.)

Урок 7. Прості механізми „Золоте правило” механіки.

Мета: познайомити учнів із видами простих механізмів; розглянути

          прості механізми, як пристрої, що служать для перетворення сили;

          розвивати в учнів інтерес до техніки; виховувати любов до

          предмета.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань, урок - конференція.

Обладнання: прості механізми: важіль, блок, похила площина, клин,

                       гвинт, карточки.

Хід уроку:

1.     Організація класу ( 3хв)

Вдома ви готувалися до сьогоднішнього уроку, прочитали підручник і додаткову літературу. Ми сьогодні проведемо конференцію, на якій виступить кожна група з підготовленим питанням, продемонструємо досліди, здійснимо подорож у минуле, розв’яжемо декілька прикладних задач. Зараз кожна з груп займає своє місце, а перша група займає місце на підвищенні, щоб презентувати своє питання. Всі учні занотовують той матеріал, який вони не готували, і продумують свої запитання до ведучої групи.

2.     Вивчення нового матеріалу ( 25 хв).

1.     Що таке простий механізм? Важіль?

З давніх-давен людина для того, щоб полегшити свою працю, винаходила  і використовувала різні пристрої. Якщо ми зайдемо на  сучасну кухню, то побачимо різні „машини” – м’ясорубку, тістомішалку, ніж для відкривання консервних банок, часникодавку, кухонний комбайн; у швейній майстерні зустрінемось з різними ножицями, відвідавши майстерню, побачимо набір інструментів - молоток, пасатижі, щіпці, гвинти, коловороти, клини, ножиці по металу; на заводі чи фабриці побачимо ряд машин різних розмірів, починаючи від велетенських пресів до маленьких складних автоматів. Вивчаючи будову всіх цих машин, ми побачимо, що багато з них складається із простих механізмів: важелів, похилих площин, коловоротів, клинів, гвинтів і блоків. З деякими з них ми вже знайомі.
 

Історична довідка  Важелем користувалися в Стародавньому Єгипті під ч ас будівництва пірамід і храмів.. У Росії в 1654 р. майстри ливарники вилили відомий „Цар-дзвін” масою 8000 пудів (128 т), який на дзвіницю за допомогою важелів піднімали 9 місяців. У скелетах тварин і людини всі кістки є важелями. Наприклад, у людини – кістки кінцівок нижня щелепа, череп ( точка опори – перший хребець хребта), фаланги пальців. У котів важелями є рухомі кігті, у багатьох риб – колючки спинного плавника. Багато важелів можна знайти  у тілі комах, птахів, вони є і в рослин. Типовий важіль – стовбур дерева і його продовження – корінь. Важелі в живих організмах дають виграш у силі. Наприклад, довгі ноги оленя дають йому можливість швидко бігати, короткі лапи крота розраховані на затрату великих сил за малої швидкості, довгі щелепи мисливських собак дозволяють їм швидко схопити здобич під час бігу.

Властивість важеля давати виграш у силі випливає з умови його рівноваги.

Важіль перебуває у рівновазі в тому випадку, якщо плечі сил обернено пропорційні значенням сил:  

                     

Правило рівноваги важеля було встановлене Архімедом. Прикладаючи меншу силу до довшого плеча, ми виграємо в силі на меншому плечі.

Блоки можна розглядати  як важелі з рівними плечами ( нерухомий блок) та з плечами, які за довжиною відрізняються в 2 рази (рухомий блок). 

Різновидом важеля є коловорот, наприклад, що використовується  у системі рульового керування автомобілем.ї

2.     „ Золоте правило” механіки.

Важелі дозволяють отримати виграш у силі. Але коли в чомусь виграєш, то чимось треба поступитися, щось втратити. Виявляється, що під час застосування важеля довший його кінець проходить більший шлях. Важке тіло підніметься на невелику висоту, а кінець довгого плеча важеля, до якого прикладена мала сила, опуститься на більшу висоту. Таким чином, отримавши перевагу в силі, ми програємо у відстані. Архімед вивів правило, яке можна застосувати до всіх простих механізмів. Це правило отримало назву „ золоте правило” механіки.

У скільки разів простий механізм дає виграш  у силі, у стільки ж разів дає програш у відстані. „Золоте правило” виконується за ідеальних умов, коли рухомі частини простих механізмів не мають ваги, а між тілами, які ковзають або котяться одне по одному немає тертя. Із закону збереження енергії випливає, що прості механізми не дають виграшу в роботі.

Момент сили – добуток модуля сили на її плече.

                     F₁·l₁ = F₂·l₂                              A₁=A₂

Історична довідка Легенда приписує Архімеду такі слова: „ Дайте мені точку опори, і я підійму Землю!” Архімед знав, що немає такого вантажу, якого не можна б підняти найменшою силою, якщо скористатися важелем: досить прикласти цю силу до дуже довгого плеча, а коротке заставити діяти на вантаж. Оскільки маса Землі дуже велика, а людина може, наприклад, підняти вантаж 60 кг, то, щоб підняти такий вантаж, як Земля, треба мати дуже довге плече важеля. Щоб коротке плече разом із вантажем, як Земля піднялось лише на сантиметр, то довге плече опише дугу 1018 км. Щоб так перемістити довге плече треба затратити багато часу 30 тисяч більйонів років. Такого зробити не зможе жодна людина, навіть рухаючись зі швидкістю світла.

Важіль і людина Організм людини містить понад 200 важелів. Вони побудовані таким чином, щоб виконувати великі переміщення в обмін на велику вхідну силу. М’яз передпліччя може підняти вантаж 80 кг, але піднімає 10 кг. Ми втрачаючи у силі виграємо у переміщенні. Є виграш у швидкості: наші руки рухаються у 8 разів швидше, ніж м’язи, що ними керують. Той спосіб прикріплення м’язів, який ми бачимо у тілі тварин, забезпечує кінцівкам швидкість рухів, більш важливу у боротьбі за існування, ніж сила.

3.     Похила площина.

Окрім важеля та блока люди з античних часів використовують ще один простий механізм – похилу площину. За допомогою похилої площини можна піднімати важкі предмети, прикладаючи до них невелику силу.

Історична довідка „ Тіло на похилій площині втримується силою, що ... за величиною у стільки разів менша за вагу цього тіла, у скільки довжина похилої площини більша від її висоти” – так умову рівноваги сил на похилій площині сформулював голландський учений Симон Стевін (1548-1620)                        Дві кулі зрівноважують чотири, бо різні довжини похилих площин.

                 

У разі піднімання котка на висоту h виконується робота A₁= F_тяжh. у разі втягування котка похилою площиною на відстань l виконується робота 
 A₂= Fl . За відсутності тертя A₁ =A₂, тобто F_тяжh= Fl  .

                                                    
4.     Різновиди похилої площини.

Властивості похилої площини реалізуються у використанні. Наприклад , ескалаторів, звичайних сходів і конвеєрів. Одним із різновидів похилої площини є клин. Щоб полегшити рубання дров, у тріщину колоди вставляють клин і б’ють по ньому обухом сокири. Під час ударяння на клин діють три тіла: зверху обух сокири і з боків дві частини колоди. Відповідно клин діє на обух сокири вгору, а на деревину колоди – в боки. Тобто, клин змінює напрям дії сили сокири і ця сила більша від сили удару.

Різновидом похилої площини є гвинт. Нарізка гвинта – це похила площина, яку багато разів обгорнуто навколо циліндра. Гвинт також змінює напрям і числове значення прикладеної сили. Принцип дії гвинта використовується  у багатьох пристроях і механізмах: домкратах і підйомниках, м’ясорубці, лещатах, струбцинах, свердлах, шурупах, різьбових кріпленнях.

5.     Гідравлічний прес.

„ Золоте правило” механіки справджується і для гідравлічного преса. Під час стискання рідина практично не змінює свого об’єму, тому при опусканні малий поршень витісняє з малого циліндра такий самий об’єм рідини, який потрапляє до великого циліндра: V₁ = V₂. оскільки 
V₁= S₁h₁, а V₂=S₂h₂ , то S₁h₁ = S₂h_{2   .}

або           .

У скільки разів прес збільшує силу на великому поршні, у стільки ж разів зменшується відстань, на яку пересувається великий поршень.

Таким чином, одержавши виграш у силі, ми знов програємо у відстані. „Золоте правило” виконується за умови нехтування масою поршнів та силою опору руху рідини під час її перетікання з малого поршня циліндра у великий.

                 

6.     Прості механізми в сучасних машинах.

Прості механізми – це трудівники протягом 30 століть. В сучасних технічних пристроях обов’язково є прості механізми. В конструкціях велосипедів і автомобілів є важелі і коловороти. На будівельних майданчиках працюють підйомні крани – це сполучення важелів, блоків, коловоротів. Важелі та блоки – неодмінні складові шляхо- і трубоукладальників, піднімальних кранів. Транспортери на шахтах та на фабриках – приклади похилих площин. В домкратах використовуються коловорот та гвинт.                

3.     Закріплення нового матеріалу:  (15 хв).

Розв’язування задач відповідно по групах.

Задача 1. Плечі важеля дорівнюють 25 і 40 см. менша з двох вертикальних сил, що діють на важіль, дорівнює 40 Н. чому дорівнює друга сила, якщо важіль перебуває в рівновазі? ( Відповідь: 25 Н.)    

Задача 2 . За допомогою важеля підняли вантаж масою 200 кг. На яку висоту був піднятий вантаж, якщо сила, що діє на довге плече важеля, виконала роботу 400 Дж? ( Відповідь: 0,2 м.)

Задача 3: Візок піднімають по похилій площині, прикладаючи силу 100 Н, напрямлену вздовж цієї площини. Якою є маса візка, якщо довжина похилої площини 2 м, а висота підняття візка 1 м? ( Відповідь: 20 кг.)

Задача 4: У результаті стискання деталі гідравлічним пресом силою 10 кН великий поршень піднявся на 5 мм. Яка сила була прикладена до малого поршня, якщо він опустився на 20 см? ( Відповідь: 250 Н.)

4.     Підсумок уроку ( 2 хв).

На уроці, дякуючи всім групам, ми ознайомилися з різними простими механізмами і їх практичним використанням. Сформулювали умову рівноваги важеля, „золоте правило” механіки, умову рівноваги гідравлічного преса.

Домашнє завдання: §31, Вправа № 31 1, 4.