Урок № 27
Клас | | | | | | |
Дата | | | | | | |
Тема уроку: Рівновага тіл. Види рівноваги тіл. Умова рівноваги тіла, що має вісь обертання. Момент сили.
Тип уроку: Комбінований
Мета уроку: Поглиблення знань учнів про види рівноваги та умови рівноваги тіл при різних видах руху.
План-схема уроку.
Організаційний етап – 2 хв.
Повідомлення теми, мети і завдань уроку – 3 хв.
Сприймання і первинне осмислення нового матеріалу – 38 хв.
Домашнє завдання – 2 хв.
Хід уроку.
Організаційний етап.
Повідомлення теми, мети і завдань уроку.
Учитель повідомляє тему уроку, пропонує учням ознайомитися з планом її вивчення, який записано на дошці. Потім учитель просить учнів самостійно сформулювати мету уроку і, якщо потрібно, вносить корективи у їхні відповіді.
План вивчення теми
Умова рівноваги тіла для поступального руху
Умова рівноваги тіла, закріпленого на осі
Види рівноваги
Сприймання і первинне осмислення нового матеріалу.
Фізичний диктант
Що називають вагою тіла?
Як називають коефіцієнт пропорційності у формулі залежності сили тяжіння та маси?
Визначте силу тяжіння, що діє на тіло масою 100 кг.
Запишіть формулу для розрахунку силу пружності.
Про яке явище іде мова, якщо прикладаючи до тіла певну силу, ми не можемо зрушити його з місця?
Яку силу називають силою нормальної реакції опори?
Умова рівноваги тіла для поступального руху
Закони Ньютона дозволяють дізнатися, які прискорення отримують тіла під дією прикладених до них сил. Але дуже часто важливо знати, за яких умов тіла, на які можуть діяти різні сили, не набувають прискорення. Про такі тіла говорять, що вони перебувають у стані рівноваги.
Знати умови, за яких тіла перебувають у стані спокою, дуже важливо для практики, наприклад, для зведення будинків, мостів, різних опор, підвісів, виробництва машин, приладів тощо.
Будь-яке тіло може рухатися поступально і водночас обертатися або повертатися навколо якої-небудь осі.
Знайдемо умову, за якої тіло не може рухатися поступально.
Якщо тіло перебуває в стані спокою, його швидкість дорівнює нулю, тобто прискорення тіла також дорівнює нулю. А для цього відповідно до другого закону Ньютона необхідно, щоб ¾ векторна сума всіх прикладених до тіла сил дорівнювала нулю:
F1 + F2 + F3 +... = 0.
Використовуючи цю умову рівноваги, можна розрахувати сили, що діють з боку тіла, яке перебуває в стані спокою, на кілька опор або підвісів.
Умова рівноваги тіла, закріпленого на осі
Щоб унеможливити поступальний рух тіла, його достатньо за кріпити в одній точці, наприклад так, як можна закріпити дошку на стіні, прибивши її одним цвяхом. Поступальний рух такої «при цвяхованої» дошки стає неможливим, але дошка може повертати ся навколо цвяха, який служить їй віссю повороту.
Повороти (або обертання) можуть спричиняти лише такі сили, лінії дії яких не проходять через вісь обертання. Якщо з осі обертання на лінію дії сили опустити перпендикуляр, то ми отримаємо плече сили.
Довжину перпендикуляра, опущеного з осі обертання на лінію дії сили, називають плечем сили.
Щоб унеможливити поворот (або обертання), потрібно прикласти до тіла принаймні дві сили: одну, що спричиняє поворот по годинниковій стрілці, другу — проти годинникової стрілки. Але ці дві сили можуть бути й неоднаковими (за модулем).
Якщо до тіла, закріпленого на осі, докладені дві сили F1 і F2, які прагнуть обертати тіло в протилежні боки, то, як показує досвід, тіло залишиться в рівновазі, якщо F1l1 = F2l2, де l1 і l2 — плечі сил F1 і F2.
Звідси випливає, що обертова дія сили визначається добутком модуля сили на відстань від осі обертання до лінії дії сили.
Моментом сили відносно осі обертання тіла називають узятий зі знаком плюс або мінус добуток модуля сили на її плече:
М = ± Fl.
У СІ момент сили вимірюється в ньютон метрах (Н*м).
Моментам сил, що обертають тіло проти годинникової стрілки, прийнято приписувати додатній знак, а по годинниковій стрілці — від’ємний.
Поняття моменту сили допомагає сформулювати умову рівно ваги тіла: тіло перебуває в рівновазі, якщо момент сили, що праг не обертати тіло в одному напрямку, дорівнює моменту сили, яка прагне обертати його в протилежному напрямку.
Якщо до тіла, закріпленому на осі, докладено кілька сил, то умова рівноваги тіла має такий вигляд:
тіло, закріплене на осі, перебуває в рівновазі, якщо алгебраїчна сума моментів сил, прикладених до тіла, дорівнює нулю:
М1 +М2 +М3 +... = 0.
Умову рівноваги тіла в такому вигляді називають правилом моментів.
Отже, для того щоб будь-яке тіло перебувало в рівновазі, необхідно, щоб геометрична сума прикладених до тіла сил і сума моментів цих сил відносно осі обертання дорівнювала нулю.
Види рівноваги
Якщо підвісити на цвях учнівську лінійку, то після кількох коливань лінійка зупиниться в стані рівноваги. У цьому випадку сила пружності цвяха й сила тяжіння спрямовані вздовж однієї прямої й зрівноважують одна одну. Моменти цих сил відносно осі обертання дорівнюють нулю.
Якщо відхилити лінійку від положення рівноваги, то лінійка знову повернеться в попередній стан. Таку рівновагу називають стійкою.
Рівновагу тіла називають стійкою, якщо після будь-яких незначних відхилень тіла від положення рівноваги тіло знову повертається в початкове положення.
Аналізуючи зображення (див. рис), можемо зробити висновок, що рівнодійна сил повертає тіло у початкове положення. При цьому центр мас тіла розташований нижче за точку підвісу й займає найнижче положення з усіх можливих.
У загальному випадку тіло перебуває в стані стійкої рівноваги, коли рівнодійна сил повертає тіло в стан рівноваги, або моменти цих сил прагнуть повернути тіло в положення рівноваги.
Рівновагу тіла називають нестійкою, якщо після будь-яких незначних відхилень тіла від положення рівноваги тіло ще більше відхиляється від початкового положення.
У цьому випадку центр мас тіла опускається, а моменти сил, що діють на тіло, прагнуть ще більше відхилити тіло від положення рівноваги.
Рівновагу тіла називають байдужою, якщо після будь-яких значних відхилень тіла від положення рівноваги тіло залишається у своєму новому положенні.
При цьому центр мас тіла в усіх можливих положеннях залишається на тому самому горизонтальному рівні, а сума моментів сил дорівнює нулю.
Домашнє завдання
Повторити конспект