Поняття сили та її характеристики
Матеріал
Урок 27. Поняття сили та її характеристики
Мета уроку: сформувати в учнів розуміння поняття сили як фізичної величини, розкрити її основні характеристики (модуль, напрям, точка прикладання); навчити знаходити рівнодійну силу у випадках, коли на тіло діє кілька сил; у процесі уроку сприяти усвідомленню значення сили в реальних життєвих ситуаціях.
Очікувані результати для вчителя:
Очікувані результати для учнівства:
Ключові слова:
- сила
- характеристики сили
- рівнодійна сила
- динамометр
- силомір
План уроку:
- Мотивація
- Теоретичний блок
- Практичний блок
- Попрактикуймо самостійно
- Рефлексія
Дружня порада вчителю
Тривалість: до 3 хв
Проблемне питання
У фільмах «Зоряні війни» Обі-Ван Кенобі описує ЦЕ як «енергетичне поле, створене всіма живими істотами. Воно оточує нас і проникає в нас; воно об’єднує галактику». Про що саме говорив Обі-Ван Кенобі?
| _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Посилання на відео джерела:
Відео
Відео
Дружня порада вчителю
Тривалість: до 12 хв
Коли вводите визначення сили, нехай учні спробують:
- штовхнути один одного (акуратно!),
- розтягнути гумку,
- натиснути на пружину — це допоможе усвідомити, що сила змінює рух і форму.
Наочність краще дозволяє учням засвоїти навчальний матеріал. Наголосіть, що сила є векторною величиною, тому важливо не лише «скільки», а й «куди» та «де саме» вона прикладена. Слід окремо пояснити кожну характеристику і підкреслити, що всі три впливають на результат дії. Для прикладу можна штовхати якийсь предмет по столу прикладаючи різне значення сили, точку прикладання та напрямок. Не робіть це самостійно, нехай будуть задіяні учні.
Важливо також акцентувати, що в реальних ситуаціях на тіло майже завжди діє не одна, а кілька сил, і учні мають навчитися їх розрізняти та аналізувати їхню сумарну дію.
Перед введенням поняття рівнодійної сили переконайтесь, що учні пам’ятають, як працювати зі степенями.
Акцентуйте увагу учнів на тому, що під час зображення сил потрібно враховувати масштаб.
Використовуйте візуальні матеріали, демонстрації, чіткі позначення. Постійно повертайтесь до базових понять і контролюйте розуміння.
Що змушує поїзд рушати з місця, яблуко — падати з дерева, а серце людини — скорочуватися знову й знову протягом життя? У всіх цих явищах діє одна з фундаментальних фізичних величин — сила. Саме завдяки силам м’язи стискаються, кров рухається судинами, кістки витримують навантаження, а протези в медицині — точно повторюють рухи суглобів. Без розуміння поняття сили та її характеристик неможливо пояснити, як працює не лише двигун машини, а й людський організм.
Сила (force) — це фізична величина, яка є мірою дії одного тіла на інше (мірою взаємодії тіл).
Результатом дії сили може бути:
- зміна швидкості руху тіла;
- деформація (зміна форми та (або) розмірів тіла);
Одиниця сили в СІ – ньютон:
(1) ![\begin{equation*} [F] = 1\text{ H}\end{equation*}](https://zmistprofilna.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-feb148ee872b45b163ac09f0898901d1_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Щоб описати силу — недостатньо сказати просто: «велика» чи «сильна». У фізиці сила має три важливі характеристики (табл.1), і кожна з них впливає на результат дії. Якщо хоча б одну проігнорувати — наслідки можуть бути несподіваними або навіть небезпечними.
| № | Характеристика сили | Приклад |
|---|---|---|
| 1 | Модуль (величина) | М’яз серця створюють певну силу, щоб штовхати кров по судинах. Якщо ця сила замала — тканини не отримують кисню. У спорті — сила удару м’яча в бейсболі визначає, наскільки далеко він полетить. |
| 2 | Напрям дії сили (Сила — це векторна величина. Тобто важливо не лише скільки, а й у який бік вона діє.) | При масажі потрібно натискати в напрямку венозного відтоку — інакше замість поліпшення кровообігу можна порушити його.В автомобілі неправильне регулювання кута сили на колеса (розвал-сходження) призводить до нерівномірного зношення шин і втрати керованості. |
| 3 | Точка прикладання (Це місце на тілі, куди саме прикладено силу.) | Точка прикладання сили в ортопедичних пристроях має бути точно розрахована — інакше буде не користь, а шкода.У боксі ефективність удару залежить не тільки від м’язів, а й від того, куди саме прикладено силу |
У реальному житті на тіло майже ніколи не діє лише одна сила. Навпаки — завжди є декілька сил, що діють на тіло одночасно. Чи можна всі дії описати однією силою? Так!
Силу, яка здійснює на тіло таку саму дію, як декілька сил, що діють одночасно, називають рівнодійною цих сил.
Для знаходження рівнодійної сили, потрібно розуміти:
- Скільки сил діє на тіло
- У яких напрямках діють сили
В яких випадках і як шукати рівнодійну силу:
- Якщо сили напрямлені вздовж однієї осі в одному напрямку, то вони додаються (рис.1).
- Якщо сили напрямлені вздовж однієї осі в різних напрямках, то вони віднімаються (рис.2).
- Якщо сили перпендикулярні одна одній, то використовується теорема Піфагора (рис.3).
- Якщо сили знаходяться під кутом один до одного, то потрібно шукати проєкцію сили на вісь. А потім в залежності від ситуації скористатися п. 1 чи п.2 (рис. 4).
Дві сили зрівноважать одна одну, якщо вони рівні за значенням, протилежні за напрямком і прикладені до одного тіла. В такому випадку рівнодійна дорівнює нулю (рис. 5).
Для вимірювання сили існують спеціальні прилади: динамометр (рис.6 а), силомір (рис.6 б).
Джерело: https://grandinstrument.ua/ua/info/dinamometri-vse-chto-neobhodimo-znat-o-nih/
Дружня порада вчителю
Тривалість: до 15 хв
Завдання №1
Футбол – один з найпопулярніших видів спорту. Правильне поводження з м’ячем гравців захоплює погляди мільйонів вболівальників. Як і чому гравці під час гри у футбол враховують характеристики сили (рис.7)?
Джерело:https://chatgpt.com
Дружня порада вчителю
https://drive.google.com/file/d/1i1nptYcIpP0Y2XKM1mQmCJN7IvwXXwcK/view
| _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Завдання №2
Футбол – не єдина гра, де потрібно зважати на характеристики сили (значення, точка прикладання, напрямок). Приміром, у більярді без них не обійтися, бо від цього буде залежати результат партії (рис.8). Поясни чому так.
Джерело:https://chatgpt.com
| _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Приведи приклади, коли ще потрібно враховувати характеристики сили в спорті, побуті чи техниці.
| _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Завдання №3
Знайди рівнодійну сил на рис. 9, рис. 10, рис.11, рис.12
Завдання №4
Світлофор висить на тросах, як показано на рис.13: F1=200 H, F2=180 H, α=40, β=60. Знайдіть значення F3.
Завдання №5
Визначить проєкцію кожної з сил на кожну з осей. Знайдіть рівнодійну всіх сил (рис.14)
Дружня порада вчителю
Тривалість: до 12 хв
Візьміть окремий аркуш паперу в клітинку та намалюйте по центру нього квадрат. Зобразіть на аркуші сили (дві з яких знаходяться на одній прямій, а інша під кутом). Для кожного з дослідів знайдіть значення результуючої сили.
- Рівень А: №1,2.
- Рівень В: №1,2,3,4.
- Рівень С: №1,2,3,4,5,6
| Дослід № | F1, Н | F2, Н | F3, Н | Кут | Напрямок результуючої сили | Значення результуючої сили |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 30 | 50 | 60 | 300 між F1 та F2 | Праворуч | |
| 2 | 25 | 40 | 80 | 450 між F1 та F3 | Ліворуч | |
| 3 | 60 | 90 | 120 | 600 між F2 та F3 | Ліворуч | |
| 4 | 20 | 40 | 50 | 200 між F2 та F3 | Праворуч | |
| 5 | 50 | 20 | 90 | 500 між F2 та F3 | Праворуч | |
| 6 | 70 | 60 | 50 | 400 між F1 та F2 | Ліворуч |
Дружня порада вчителю
Тривалість: до 3 хв
Завдяки цьому завданню ми можемо плавно перейти до теми види сил, якщо учні почнуть конкретизувати сили.
- Назви ситуацію, де наслідки дії сили були небажаними (наприклад, щось зламалося, хтось упав, техніка дала збій).
- Поясни, яку характеристику сили не врахували.
- Як можна було передбачити або уникнути результату?
| _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Яка сила діє на зуб і куди вона напрямлена (рис. 15), якщо натяг дроту становить 25,0 Н?
Рис. 15 Брекети використовуються для прикладання сил до зубів з метою їх вирівнювання. На цьому рисунку показано натяг, що прикладається дротом до виступаючого зуба.
https://openstax.org/books/college-physics/pages/4-problems-exercises#import-auto-id1569692
| _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Два м’язи задньої частини ноги тягнуть ахіллове сухожилля вгору, як показано на рис.15 . (Ці м’язи називаються медіальною та латеральною головками литкового м’яза.) Знайдіть величину та напрямок загальної сили, що діє на ахіллове сухожилля.
| _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Урок 27. Поняття сили та її характеристики
Мета уроку: сформувати в учнів розуміння поняття сили як фізичної величини, розкрити її основні характеристики (модуль, напрям, точка прикладання); навчити знаходити рівнодійну силу у випадках, коли на тіло діє кілька сил; у процесі уроку сприяти усвідомленню значення сили в реальних життєвих ситуаціях.
Очікувані результати для учнівства:
Ключові слова:
- сила
- характеристики сили
- рівнодійна сила
- динамометр
- силомір
План уроку:
- Мотивація
- Теоретичний блок
- Практичний блок
- Попрактикуймо самостійно
- Рефлексія
Проблемне питання
У фільмах «Зоряні війни» Обі-Ван Кенобі описує ЦЕ як «енергетичне поле, створене всіма живими істотами. Воно оточує нас і проникає в нас; воно об’єднує галактику». Про що саме говорив Обі-Ван Кенобі?
| _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Посилання на відео джерела:
Відео
Відео
Що змушує поїзд рушати з місця, яблуко — падати з дерева, а серце людини — скорочуватися знову й знову протягом життя? У всіх цих явищах діє одна з фундаментальних фізичних величин — сила. Саме завдяки силам м’язи стискаються, кров рухається судинами, кістки витримують навантаження, а протези в медицині — точно повторюють рухи суглобів. Без розуміння поняття сили та її характеристик неможливо пояснити, як працює не лише двигун машини, а й людський організм.
Сила (force) — це фізична величина, яка є мірою дії одного тіла на інше (мірою взаємодії тіл).
Результатом дії сили може бути:
- зміна швидкості руху тіла;
- деформація (зміна форми та (або) розмірів тіла);
Одиниця сили в СІ – ньютон:
(2)
Щоб описати силу — недостатньо сказати просто: «велика» чи «сильна». У фізиці сила має три важливі характеристики (табл.1), і кожна з них впливає на результат дії. Якщо хоча б одну проігнорувати — наслідки можуть бути несподіваними або навіть небезпечними.
| № | Характеристика сили | Приклад |
|---|---|---|
| 1 | Модуль (величина) | М’яз серця створюють певну силу, щоб штовхати кров по судинах. Якщо ця сила замала — тканини не отримують кисню. У спорті — сила удару м’яча в бейсболі визначає, наскільки далеко він полетить. |
| 2 | Напрям дії сили (Сила — це векторна величина. Тобто важливо не лише скільки, а й у який бік вона діє.) | При масажі потрібно натискати в напрямку венозного відтоку — інакше замість поліпшення кровообігу можна порушити його.В автомобілі неправильне регулювання кута сили на колеса (розвал-сходження) призводить до нерівномірного зношення шин і втрати керованості. |
| 3 | Точка прикладання (Це місце на тілі, куди саме прикладено силу.) | Точка прикладання сили в ортопедичних пристроях має бути точно розрахована — інакше буде не користь, а шкода.У боксі ефективність удару залежить не тільки від м’язів, а й від того, куди саме прикладено силу |
У реальному житті на тіло майже ніколи не діє лише одна сила. Навпаки — завжди є декілька сил, що діють на тіло одночасно. Чи можна всі дії описати однією силою? Так!
Силу, яка здійснює на тіло таку саму дію, як декілька сил, що діють одночасно, називають рівнодійною цих сил.
Для знаходження рівнодійної сили, потрібно розуміти:
- Скільки сил діє на тіло
- У яких напрямках діють сили
В яких випадках і як шукати рівнодійну силу:
- Якщо сили напрямлені вздовж однієї осі в одному напрямку, то вони додаються (рис.1).
- Якщо сили напрямлені вздовж однієї осі в різних напрямках, то вони віднімаються (рис.2).
- Якщо сили перпендикулярні одна одній, то використовується теорема Піфагора (рис.3).
- Якщо сили знаходяться під кутом один до одного, то потрібно шукати проєкцію сили на вісь. А потім в залежності від ситуації скористатися п. 1 чи п.2 (рис. 4).
Дві сили зрівноважать одна одну, якщо вони рівні за значенням, протилежні за напрямком і прикладені до одного тіла. В такому випадку рівнодійна дорівнює нулю (рис. 5).
Для вимірювання сили існують спеціальні прилади: динамометр (рис.6 а), силомір (рис.6 б).
Джерело: https://grandinstrument.ua/ua/info/dinamometri-vse-chto-neobhodimo-znat-o-nih/
Завдання №1
Футбол – один з найпопулярніших видів спорту. Правильне поводження з м’ячем гравців захоплює погляди мільйонів вболівальників. Як і чому гравці під час гри у футбол враховують характеристики сили (рис.7)?
Джерело:https://chatgpt.com
| _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Завдання №2
Футбол – не єдина гра, де потрібно зважати на характеристики сили (значення, точка прикладання, напрямок). Приміром, у більярді без них не обійтися, бо від цього буде залежати результат партії (рис.8). Поясни чому так.
Джерело:https://chatgpt.com
| _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Приведи приклади, коли ще потрібно враховувати характеристики сили в спорті, побуті чи техниці.
| _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Завдання №3
Знайди рівнодійну сил на рис. 9, рис. 10, рис.11, рис.12
Завдання №4
Світлофор висить на тросах, як показано на рис.13: F1=200 H, F2=180 H, α=40, β=60. Знайдіть значення F3.
Завдання №5
Визначить проєкцію кожної з сил на кожну з осей. Знайдіть рівнодійну всіх сил (рис.14)
Візьміть окремий аркуш паперу в клітинку та намалюйте по центру нього квадрат. Зобразіть на аркуші сили (дві з яких знаходяться на одній прямій, а інша під кутом). Для кожного з дослідів знайдіть значення результуючої сили.
- Рівень А: №1,2.
- Рівень В: №1,2,3,4.
- Рівень С: №1,2,3,4,5,6
| Дослід № | F1, Н | F2, Н | F3, Н | Кут | Напрямок результуючої сили | Значення результуючої сили |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 30 | 50 | 60 | 300 між F1 та F2 | Праворуч | |
| 2 | 25 | 40 | 80 | 450 між F1 та F3 | Ліворуч | |
| 3 | 60 | 90 | 120 | 600 між F2 та F3 | Ліворуч | |
| 4 | 20 | 40 | 50 | 200 між F2 та F3 | Праворуч | |
| 5 | 50 | 20 | 90 | 500 між F2 та F3 | Праворуч | |
| 6 | 70 | 60 | 50 | 400 між F1 та F2 | Ліворуч |
- Назви ситуацію, де наслідки дії сили були небажаними (наприклад, щось зламалося, хтось упав, техніка дала збій).
- Поясни, яку характеристику сили не врахували.
- Як можна було передбачити або уникнути результату?
| _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Яка сила діє на зуб і куди вона напрямлена (рис. 15), якщо натяг дроту становить 25,0 Н?
Рис. 15 Брекети використовуються для прикладання сил до зубів з метою їх вирівнювання. На цьому рисунку показано натяг, що прикладається дротом до виступаючого зуба.
https://openstax.org/books/college-physics/pages/4-problems-exercises#import-auto-id1569692
| _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
- Два м’язи задньої частини ноги тягнуть ахіллове сухожилля вгору, як показано на рис.15 . (Ці м’язи називаються медіальною та латеральною головками литкового м’яза.) Знайдіть величину та напрямок загальної сили, що діє на ахіллове сухожилля.
| _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Ділись та обговорюй важливе