Тема: Механічна робота

Мета: Ввести поняття «механічна робота»; ознайомити з одиницями роботи; формувати вміння аналізувати та описувати фізичні процеси;     розвивати   вміння  аналізувати  навчальний  матеріал; розвивати 

               інтерес учнів до фізики,  використовуючи розрахункові задачі .

                Виховати вміння і навички колективної роботи, виховувати в учнів

               уважність і акуратність на уроках фізики.

 Тип: засвоєння нових знань.

Хід уроку:

І. Постановка навчальної проблеми.

У повсякденному житті слово «робота» вживається дуже часто. Роботою називають будь-яку корисну працю робітника, вченого, учня. У побуті цим словом ми називаємо будь-який вид людської діяльності: фізичну, розумову, творчу.

Поняття роботи у фізиці має певний сенс. І на сьогоднішньому уроці ми з вами про це поговоримо.

ІІ. Вивчення нового матеріалу.

Бесіда.

У фізиці насамперед  вивчають механічну роботу. Механічна робота (або робота сили) відбувається в тому випадку, коли відбувається рух тіла під дією сили. Прикладів можна навести багато: щораз, коли ми самі що-небудь піднімаємо, пересуваємо, переносимо, відбувається механічна робота.

Французький учений Віктор Понселе на початку XIX століття писав: «Дії, виконувані різними двигунами, нескінченно різноманітні. Щоб мати можливість порівнювати їх між собою, треба ввести величину, що для всіх двигунів служила б загальною мірою». Такою мірою Понселе запропонував уважати добуток сили на переміщення точки її прикладання. Таку величину він назвав  механічною роботою.

Запис у зошиті: Механічна робота виконується тоді, коли на тіло діє сила і тіло під дією цієї сили рухається.

Наявність прикладеної сили й переміщення – основні ознаки механічної роботи . Немає переміщення – немає роботи, немає прикладеної сили – немає і роботи.

Питання класу:

1.     У яких із наведених прикладів слово «робота» вживається як фізичне поняття:

·        Конструктор виконує роботу в галузі літакобудування;

·        Піднімальний кран виконує роботу з підйому вантажу;

·        Сила тертя виконує роботу при гальмуванні автомобіля.

2.     У яких з наведених прикладів тіла виконують механічну роботу:

·        Хлопчик з’їжджає з гори на санчатах;

·        Учень розв’язує задачу, сидячи за партою;

·        Штангіст піднімає штангу;

·        Штангіст тримає штангу над головою;

·        Трактор оре землю;

·        Піаніст грає п’єсу.

3.     Наведіть приклади, коли на тіло діє сила, однак роботу вона не виконує.

Висновок. Чим більша сила діє на тіло і чим довший шлях, пройдений тілом під дією сили, тим більша робота виконується.

Вводимо позначення роботи і записуємо формулу:

Механічну роботу позначаємо літерою А. Якщо напрям сили F збігається з напрямом переміщення s точки прикладання сили, робота А дорівнює добутку модуля сили на модуль переміщення: А = Fs.

Одиницею роботи є Дж. 1 Дж = 1 Н ∙ м.

Запитання класу: коли робота дорівнює нулю?

Робота дорівнює нулю, якщо переміщення тіла дорівнює нулю або сила, яка діє на тіло, напрямлена перпендикулярно до переміщення.

         Щоб дістати уявлення про одиницю роботи, розв’яжемо задачу.

Робота з підручником. Учень коментує розв’язання задачі з підручника.

Задача. Яку роботу необхідно виконати для рівномірного піднімання повного відра води на 1 м? Будемо вважати, що маса відра з водою дорівнює 10 кг.

Розв’язання.

Для рівномірного піднімання до відра треба прикласти силу F, яка дорівнює за модулем силі тяжіння mg. Отже, щоб підняти відро на висоту h, треба виконати роботу A = Fh = mgh.

Перевіривши одиниці величин і підставивши числові дані, маємо:

А = 10 ∙ 9,8 ∙ 1 ≈ 100 (Дж).

Приклади класу:

1.     У сусіднє місто один автомобіль перевіз 100 кг вантажу, а другий – 500 кг. Чи однакову роботу вони виконали? Чому?

2.     Два однакових за масою вантажі були доставлені на автобусах у приміське селище й у Київ. Чи однакова робота була виконана у першому і другому випадках? Чому?

Робота сили тяжіння.

1.     Коли тіло рухається вниз, напрям сили тяжіння збігається  напрямом переміщення. Тому під час руху тіла вниз робота сили тяжіння додатна.

Наприклад, якщо тіло масою m опускається з висоти h, робота сили тяжіння A = mgh.

2.     Коли тіло рухається вгору, сила тяжіння напрямлена протилежно переміщенню. Тому під час руху тіла вгору робота сили тяжіння  від’ємна.

Так, під час піднімання тіла масою m на висоту h робота сили тяжіння

A = -mgh.

Фронтальний експеримент. За допомогою динамометра учні піднімають тягарець масою 100 г на висоту 1 м. Виконана робота приблизно дорівнює

1 Дж.

ІІІ. Закріплення нового матеріалу

Розв’язування задач.

Задача 1. У якому із випадків виконана робота є більшою: при переміщенні тіла на відстань 80 см під дією сили 250 Н чи при переміщенні тіла на відстань 20 м під дією сили 5 Н?

Дано:                                           Розв’язання

S₁ =  80 см = 0,8 м                    A₁ = F₁ ∙ S₁;

F₁ = 250 Н                                A₂ = F₂ ∙ S₂;

S₂ = 20 м                                   A₁ = 250 H ∙ 0,8 м = 200 Дж;

F₂ = 5 Н                                    A₂ = 5 H ∙ 20 м = 100 Дж.

                                                  Таким чином, А₁ > A₂.

Порівняти А₁ та А₂                                      

Відповідь: А₁ > A₂.

Задача 2. Визначте роботу, виконану піднімальним краном при рівномірному підйомі тіла масою 4 т на висоту 5 м.

  Дано:                       СІ                    Розв’язання

m = 4 т                      m = 4000 кг         А = F ∙ S;

S =  5 м                                                 F = mg.

                                                             A = mg ∙ S

   A - ?                                                      A = 4000 кг ∙ 9,8  ∙ 5 м ≈ 200 кДж.

Відповідь: А ≈ 200 кДж.

Задача 3. Сила тяги трактора під час оранки дорівнює 10 000 Н, а його швидкість – 7 км/год. Яку роботу виконає трактор за 6 год?

Дано:                                           Розв’язання  

F = 10 000 Н                                А = F ∙ S;

v = 7 км/год                                  S = v ∙ t;  

t = 6 год                                    S = 7 км/год ∙ 6 год = 42 км = 42 000 м

                                                    А = 42 000 м ∙ 10 000 Н = 420 МДж.

А - ?

Відповідь: А = 420 МДж.

IV. Підсумок уроку

Підсумок уроку роблять учні.

V. Домашнє завдання

Параграф 17.

Творче завдання.

Розрахуйте механічну роботу, яку ви виконуєте, рівномірно піднімаючись із першого на другий поверх школи. Всі необхідні дані одержіть самі.