Тема 3. Тема 3

матеріал 6

Інерція та інертність тіл

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 31. Інерція та інертність тіл

Очікувані результати навчання

формулює самостійно або у співпраці з іншими проблему дослідження [12 ПРО 1.1.1]
формулює самостійно або у співпраці з іншими мету дослідження [12 ПРО 1.2.1]
здійснює самостійно або у співпраці з іншими дослідження, фіксує результати [12 ПРО 1.4.2]
опрацьовує та аналізує самостійно або у співпраці з іншими результати дослідження [12 ПРО 1.5.1]
виявляє ціннісне ставлення до набутих дослідницьких навичок для пізнання природи [12 ПРО 1.6.3]
інтерпретує самостійно або у співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену в різний спосіб [12 ПРО 2.2.2]
порівнює, аналізує самостійно або у співпраці з іншими природні і техногенні об’єкти, явища і процеси на основі наукових методів пізнання та законів природи [12 ПРО 3.1.1]
визначає самостійно або у співпраці з іншими аргументи/твердження, теорії, що ґрунтуються на наукових фактах і доказах [12 ПРО 4.1.1]

Мета уроку: сформувати уявлення про інерцію та інертність тіл як фундаментальні властивості матерії, показати їхнє значення у природі та техніці.

Очікувані результати для вчителя:

учні пояснюють інерцію як властивість тіл зберігати стан руху або спокою
наводять приклади прояву інерції в повсякденному житті
порівнюють інертність різних тіл залежно від їх маси
аналізують ситуації, у яких інерція впливає на безпеку, техніку, спорт чи природні явища

Очікувані результати для учнівства:

учні знають, що таке інерція та інертність тіл
проводять спостереження та роблять висновки щодо проявів інерції в побуті, техніці та природі
аналізують фізичні ситуації з позиції інерції
застосовують знання про інерцію для аналізу та вирішення практичних ситуацій

Ключові слова:

інерція
інертність
рух
маса
взаємодія
сила

План уроку:

Мотиваційна частина
Теоретичний блок
2.1. Інерція як явище збереження стану руху
2.2. Інертність як міра опору зміні швидкості
2.3. Маса як міра інертності тіла
2.4. Перший закон Ньютона
Практичний блок
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Дружня порада вчителю

Тривалість до 3 хв

Проблемне питання

Чому пасажири в автобусі нахиляються вперед, коли він раптово гальмує?

Джерело: https://gemini.google.com/

Відповідь:

Пасажири в автобусі нахиляються вперед під час раптового гальмування через інерцію: коли автобус рухається, тіла пасажирів також рухаються з тією ж швидкістю, і при різкій зупинці автобуса їхні тіла прагнуть продовжувати рух вперед за інерцією, оскільки нижня частина тіла сповільнюється разом з автобусом, а верхня частина зберігає попередній рух.

Як пояснити, що важке тіло складніше зрушити з місця, ніж легке?

Джерело: https://gemini.google.com/

Відповідь:

Важке тіло складніше зрушити з місця, ніж легке, через його більшу інерцію, яка є мірою опору тіла зміні його стану руху; чим більша маса тіла, тим більша його інерція, а отже, потрібна більша сила, щоб подолати цю інерцію та надати йому прискорення, тобто змінити його стан спокою на рух.

Чому важко раптово зупинити футбольний м’яч, що котиться з великою швидкістю?

Джерело: https://gemini.google.com/

Відповідь:

Футбольний м’яч, що котиться з великою швидкістю, має значний імпульс, який є результатом його маси та швидкості. Інерція проявляється тут у тому, що м’яч «хоче» продовжувати свій рух з тією ж швидкістю та в тому ж напрямку. Для того, щоб раптово зупинити м’яч, необхідно прикласти значну зовнішню силу, яка б швидко змінила його імпульс до нуля, подолавши його інерцію руху.

Посилання на відео джерела:

https://youtu.be/RpCVozjXG8k?feature=shared

Відео

https://youtu.be/P-E0aBx77HA?feature=shared

Відео

https://youtu.be/zZGVsZa3s1o?feature=shared

Відео

2. Теоретичний блок

Дружня порада вчителю

Тривалість до 20 хв.

2.1. Інерція як явище збереження стану руху

Дружня порада вчителю

Створіть проблемну ситуацію: наприклад, продемонструйте рух книжки на парті й запитайте, чому вона зупиняється, хоча її штовхнули.

Запитання: «Що було б, якби тертя не існувало?»

Дайте учням можливість сформулювати свої версії поняття інерції.

Історичний контекст: Арістотель → Галілей → Ньютон.

Інерція – це властивість тіл зберігати стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо на них не діють зовнішні сили або дії інших тіл скомпенсовані. Інакше кажучи, тіло «не хоче» змінювати свій стан руху. Якщо об’єкт перебуває в стані спокою, він прагне залишатися в стані спокою.

Історичний контекст:

Арістотель вважав, що для збереження руху потрібна постійна дія сили. Якщо сила припиняється – тіло зупиняється.

Галілео Галілей у XVII ст. спростував це, досліджуючи рух тіл на похилих площинах. Він дійшов висновку, що в ідеальних умовах (без тертя) тіло, розігнане одного разу, буде рухатися безкінечно.

Ісаак Ньютон пізніше сформулював це явище у вигляді першого закону – закону інерції.

Прикладом інерції є куля, що котиться по гладкій горизонтальній поверхні – поступово зупиняється лише через тертя, але без нього рух триватиме.

Пасажир в автобусі відчуває рух або зупинку теж через інерцію, коли автобус різко гальмує, тіло пасажира через інерцію продовжує рухатися вперед.

2.2. Інертність як міра опору зміні швидкості

Дружня порада вчителю

Підкресліть різницю між інерцією (якість усіх тіл) і інертністю (ступінь цієї якості).

Візьміть два предмети різної маси (м’ячик і пляшка з водою) – нехай учні спробують штовхнути їх однаково.

Інертність – це кількісна характеристика інерції. Вона виявляється як здатність тіла протидіяти будь-якій зміні його швидкості (прискоренню або гальмуванню). Цей опір виникає не через силу чи зовнішній вплив, а є внутрішньою характеристикою тіла.

Чим більша інертність, тим важче змінити стан руху тіла. Наприклад, порожній візок легко розігнати чи зупинити, а навантажений візок рухається складніше – для зміни його швидкості потрібна більша сила (див. рис. 1).

Рис. 1 Тіла різної маси мають різну інертність

Джерело: https://gemini.google.com/

2.3. Маса як міра інертності тіла

Дружня порада вчителю

Коротко згадайте, що таке маса.

Техніка «Твоя маса – твоя інертність»:

Учні обчислюють власну масу й обговорюють:

«Хто з нас має більшу інертність? Чи означає це, що тебе важче зупинити, якщо ти біжиш?»

Уточніть приклади одиниць маси в побуті.

Згадайте про історичний еталон, але зосередьтеся на практичному значенні маси.

Маса – це фізична величина, яка є кількісною мірою інертності тіла, тобто вона показує, наскільки сильно тіло опирається зміні своєї швидкості під дією сили.

Якщо двом тілам прикласти однакову силу, тіло з більшою масою змінює свою швидкість менше – отже, воно має більшу інертність.

Одиниці вимірювання маси в системі SI – кілограм, кг.

Інші одиниці:

грам, г: 1 г = 0,001 кг
тонна, т: 1 т = 1000 кг
міліграм, мг: 1 мг = 0,000001 кг

Історично еталоном маси є циліндр з платини та іридію, який зберігається у Франції – міжнародний прототип кілограма (див. рис. 2).

Джерело: https://uk.wikipedia.org/

Сучасне визначення маси з 2019 р. через фундаментальні фізичні константи, зокрема постійну Планка – маса тепер визначається незалежно від фізичного об’єкта.

Маса – скалярна величина (не має напрямку).

Не залежить від розташування у просторі (на Землі, Місяці, в космосі).

Не змінюється з часом або внаслідок звичайних фізичних процесів.

На відміну від ваги (яка залежить від гравітації), маса – постійна.

2.4. Перший закон Ньютона

Дружня порада вчителю

Дайте точне формулювання закону. Поясніть поняття інерціальної та неінерціальної систем відліку.

Вкажіть практичне значення закону.

Ісаак Ньютон узагальнив ідеї Галілея та сформулював перший закон у своїй праці «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» (1687):

«Існують такі системи відліку, що називаються інерціальними, відносно яких тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо на нього не діють інші тіла або дія цих тіл скомпенсована».

Система відліку – це уявна система координат, відносно якої ми спостерігаємо рух.

Інерціальні системи відліку – системи, в яких виконується перший закон Ньютона.

Неінерціальні системи – ті, що рухаються з прискоренням (наприклад, авто, що розганяється).

Закон інерції є основою класичної механіки та дозволяє розрізняти реальну дію сили від внутрішньої властивості руху. Це також перший крок до розуміння глибших законів руху тіл – другого та третього законів Ньютона.

У реальних умовах ми не спостерігаємо цей закон безпосередньо бо завжди є сили тертя, опору повітря чи гравітації. Ці сили змінюють рух і маскують інерційний характер.

Але як тільки ми зменшуємо опір – закон інерції проявляється повністю.

3. Практичний блок

Дружня порада вчителю

Тривалість до 15 хв.

Завдання № 1

(Завдання на порівняння)

У кого більша інертність:

а) велосипедиста чи вантажівки?
б) кульки з пінопласту чи металевої кулі однакового діаметру?

Відповідь:

У тіла з більшою масою – вантажівки і металевої кулі.

Завдання № 2

(Завдання з множинним вибором)

Познач правильні твердження:

Інертність залежить від форми тіла.
Маса є мірою інертності.
Інерція – це сила.
Інертність проявляється під час спроби змінити швидкість тіла

Відповідь:

Познач правильні твердження:

Маса є мірою інертності.
Інертність проявляється під час спроби змінити швидкість тіла.

Завдання № 3

(Завдання на застосування закону)

Застосовуючи перший закон Ньютона, поясни, чому футбольний м’яч зупиняється, навіть якщо ніхто його не торкається?

Відповідь:

М’яч зупиняється через дію зовнішніх сил – тертя із землею та опір повітря. Без них рух тривав би далі.

Завдання № 4

(Завдання на класифікацію)

Розподіли наведені приклади на дві групи:

а) прояв інерції у стані спокою
б) прояв інерції у стані руху

Приклади:

М’яч продовжує котитись після удару
Тарілка стоїть на столі
Людина гойдається на гойдалці
Монета падає в склянку при висмикуванні папірця
Пасажир нахиляється вперед при гальмуванні автобуса
Автомобіль, що котиться на нейтральній передачі
Книга лежить на полиці
Листя падає з дерева і продовжує рухатись за вітром
Склянка залишається нерухомою, коли скатертина різко висмикується
Людина на ковзанах рухається далі після поштовху
Кулька залишається на місці, поки її не штовхнуть
Велосипедист зупиняє рух, лише натискаючи на гальма

Таблиця для класифікації:

№ прикладу	Спокій (а)	Рух (б)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Відповідь:

№ прикладу	Спокій (а)	Рух (б)
1		✅
2	✅
3		✅
4	✅
5		✅
6		✅
7	✅
8		✅
9	✅
10		✅
11	✅
12		✅

Завдання № 5

(Дослідницьке запитання)

«Чи завжди інерція заважає?»

Мета: розвинути критичне мислення.

Завдання: склади таблицю з прикладами позитивних і негативних проявів інерції в житті.

Позитивні ефекти	Негативні ефекти

Відповідь:

Позитивні ефекти	Негативні ефекти
Автомобіль продовжує рух без додаткового газу	Складно зупинити важкий об’єкт, що швидко рухається
М’яч, кинутий у ворота, не зупиняється в повітрі	Вантаж у кузові зміщується при гальмуванні авто
Стріла летить по інерції до мішені	Під час аварії автомобіля пасажирів викидає вперед
Запущений штучний супутник довго рухається за інерцією	Пасажир нахиляється вперед під час раптового гальмування

4. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада вчителю

Тривалість до 5 хв.

Заздалегідь підготуйте 2 однакові пляшки (одна порожня, інша наповнена водою). Альтернатива – дві іграшкові машинки, одна з яких має вантаж.

Забезпечте достатньо вільного місця для руху предметів (довгий стіл, підлога).

Розмітьте стартову лінію ізоляційною стрічкою або скотчем.

Для забезпечення приблизно однакової сили поштовху запропонуйте учням використовувати лінійку як пружину.

Покажіть приклад одного поштовху самі.

Проведіть дослід в парах або групах по 3 учні: один фіксує лінійкою, другий штовхає, третій занотовує.

За бажанням, дозвольте записувати відео експерименту для подальшого аналізу.

Після кожної серії даних попросіть учнів зробити усереднення або описову оцінку.

«Порівняння інертності легкого та важкого тіла»

Мета: з’ясувати, як маса тіла впливає на його опір зміні стану руху (інертність)

Обладнання:

2 предмети з різною масою, але подібною формою (наприклад: порожня пластикова пляшка та така ж, але наповнена водою);
рівна поверхня (наприклад, стіл або підлога);
лінійка або рулетка;
однакова сила поштовху (можна штовхати рукою або використовувати гумку).

Хід експерименту:

Розмісти обидві пляшки на стартовій лінії.
Надай однаковий поштовх (старайся робити це з однаковим зусиллям).
Виміряй, яку відстань подолала кожна з пляшок після поштовху.
Повтори експеримент 2-3 рази для кожного тіла, щоб уникнути похибки.
Занотуй результати в таблицю.

Таблиця для результатів:

№ спроби	Відстань (легка пляшка)	Відстань (важка пляшка)
1
2
3

Аналіз:

Яке тіло змінило свій рух легше?

Що це говорить про зв’язок між масою і інертністю?

5. Рефлексія

Дружня порада вчителю

Тривалість до 2 хв.

Заохочуйте учнів бути чесними та відвертими у своїх роздумах.

«5 балів»

Оціни від 1 до 5 балів тезиси:

«Я можу дати визначення інерції та інертності»

Твій бал _________

«Я вмію наводити приклади прояву інерції в різних ситуаціях»

Твій бал _________

«Я розумію, як маса впливає на інертність тіла»

Твій бал _________

«Я можу пояснити перший закон Ньютона»

Твій бал _________

У вільний від відпочинку час

Дружня порада вчителю

Учням корисно дати шаблон логічної побудови:

Вступ (2-3 речення):

Зазначити значення безпеки руху для людини.

Вказати, що одним із ключових фізичних чинників є інерція.

Основна частина (4-6 речень):

Пояснити, що таке інерція.

Навести приклади небезпечних ситуацій (раптова зупинка, ковзання предметів).

Описати, як працюють пристрої безпеки – ремені, подушки, шоломи – і як вони пов’язані з інерцією.

За бажанням: коротко описати реальну подію або гіпотетичний приклад.

Висновок (2–3 речення):

Підсумувати важливість знання фізики для особистої безпеки.

Заклик до відповідального ставлення до правил дорожнього руху.

Написати твір-роздум на тему «Роль інерції в забезпеченні безпеки дорожнього руху»

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 31. Інерція та інертність тіл

Очікувані результати навчання

Мета уроку: сформувати уявлення про інерцію та інертність тіл як фундаментальні властивості матерії, показати їхнє значення у природі та техніці

Очікувані результати для учнівства:

учні знають, що таке інерція та інертність тіл
проводять спостереження та роблять висновки щодо проявів інерції в побуті, техніці та природі
аналізують фізичні ситуації з позиції інерції
застосовують знання про інерцію для аналізу та вирішення практичних ситуацій

Ключові слова:

інерція
інертність
рух
маса
взаємодія
сила

План уроку:

Мотиваційна частина
Теоретичний блок
2.1. Інерція як явище збереження стану руху
2.2. Інертність як міра опору зміні швидкості
2.3. Маса як міра інертності тіла
2.4. Перший закон Ньютона
Практичний блок
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Проблемне питання

Чому пасажири в автобусі нахиляються вперед, коли він раптово гальмує?

Джерело: https://gemini.google.com/

Як пояснити, що важке тіло складніше зрушити з місця, ніж легке?

Джерело: https://gemini.google.com/

Чому важко раптово зупинити футбольний м’яч, що котиться з великою швидкістю?

Джерело: https://gemini.google.com/

Посилання на відео джерела:

https://youtu.be/RpCVozjXG8k?feature=shared

Відео

https://youtu.be/P-E0aBx77HA?feature=shared

Відео

https://youtu.be/zZGVsZa3s1o?feature=shared

Відео

2. Теоретичний блок

2.1. Інерція як явище збереження стану руху

Історичний контекст:

Ісаак Ньютон пізніше сформулював це явище у вигляді першого закону – закону інерції.

2.2. Інертність як міра опору зміні швидкості

Джерело: https://gemini.google.com/

2.3. Маса як міра інертності тіла

Одиниці вимірювання маси в системі SI – кілограм, кг.

Інші одиниці:

грам, г: 1 г = 0,001 кг
тонна, т: 1 т = 1000 кг
міліграм, мг: 1 мг = 0,000001 кг

Джерело: https://uk.wikipedia.org/

Маса – скалярна величина (не має напрямку).

Не залежить від розташування у просторі (на Землі, Місяці, в космосі).

Не змінюється з часом або внаслідок звичайних фізичних процесів.

На відміну від ваги (яка залежить від гравітації), маса – постійна.

2.4. Перший закон Ньютона

Система відліку – це уявна система координат, відносно якої ми спостерігаємо рух.

Інерціальні системи відліку – системи, в яких виконується перший закон Ньютона.

Неінерціальні системи – ті, що рухаються з прискоренням (наприклад, авто, що розганяється).

Але як тільки ми зменшуємо опір – закон інерції проявляється повністю.

3. Практичний блок

Завдання № 1

(Завдання на порівняння)

У кого більша інертність:

а) велосипедиста чи вантажівки?
б) кульки з пінопласту чи металевої кулі однакового діаметру?

Завдання № 2

(Завдання з множинним вибором)

Познач правильні твердження:

Інертність залежить від форми тіла.
Маса є мірою інертності.
Інерція – це сила.
Інертність проявляється під час спроби змінити швидкість тіла

Завдання № 3

(Завдання на застосування закону)

Завдання № 4

(Завдання на класифікацію)

Розподіли наведені приклади на дві групи:

а) прояв інерції у стані спокою
б) прояв інерції у стані руху

Приклади:

М’яч продовжує котитись після удару
Тарілка стоїть на столі
Людина гойдається на гойдалці
Монета падає в склянку при висмикуванні папірця
Пасажир нахиляється вперед при гальмуванні автобуса
Автомобіль, що котиться на нейтральній передачі
Книга лежить на полиці
Листя падає з дерева і продовжує рухатись за вітром
Склянка залишається нерухомою, коли скатертина різко висмикується
Людина на ковзанах рухається далі після поштовху
Кулька залишається на місці, поки її не штовхнуть
Велосипедист зупиняє рух, лише натискаючи на гальма

Таблиця для класифікації:

№ прикладу	Спокій (а)	Рух (б)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Завдання № 5

(Дослідницьке запитання)

«Чи завжди інерція заважає?»

Мета: розвинути критичне мислення.

Завдання: склади таблицю з прикладами позитивних і негативних проявів інерції в житті.

Позитивні ефекти	Негативні ефекти

4. Попрактикуймо самостійно

«Порівняння інертності легкого та важкого тіла»

Мета: з’ясувати, як маса тіла впливає на його опір зміні стану руху (інертність)

Обладнання:

2 предмети з різною масою, але подібною формою (наприклад: порожня пластикова пляшка та така ж, але наповнена водою);
рівна поверхня (наприклад, стіл або підлога);
лінійка або рулетка;
однакова сила поштовху (можна штовхати рукою або використовувати гумку).

Хід експерименту:

Розмісти обидві пляшки на стартовій лінії.
Надай однаковий поштовх (старайся робити це з однаковим зусиллям).
Виміряй, яку відстань подолала кожна з пляшок після поштовху.
Повтори експеримент 2-3 рази для кожного тіла, щоб уникнути похибки.
Занотуй результати в таблицю.

Таблиця для результатів:

№ спроби	Відстань (легка пляшка)	Відстань (важка пляшка)
1
2
3

Аналіз:

Яке тіло змінило свій рух легше?

Що це говорить про зв’язок між масою і інертністю?

5. Рефлексія

«5 балів»

Оціни від 1 до 5 балів тезиси:

«Я можу дати визначення інерції та інертності»

Твій бал _________

«Я вмію наводити приклади прояву інерції в різних ситуаціях»

Твій бал _________

«Я розумію, як маса впливає на інертність тіла»

Твій бал _________

«Я можу пояснити перший закон Ньютона»

Твій бал _________

У вільний від відпочинку час

Написати твір-роздум на тему «Роль інерції в забезпеченні безпеки дорожнього руху»

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе