Методическая разработка по теме: "Равновесное состояние тел"

 

 

ГОБПОУ «ЛИПЕЦКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗРАБОТКА УРОКА

ПО ФИЗИКЕ

на тему: «Равновесие тел.  Виды равновесия.»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трущинская Юлия Ивановна,

 преподаватель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Липецк, 2021 г.

 

Тема урока: «Равновесие тел.  Виды равновесия».

 

Тип урока: Урок изучения нового материала.

Цель урока:  Изучить состояние равновесия тел, познакомиться с различными видами равновесия

Задачи:

Образовательная: Выяснить условия, при которых тело находится в равновесии.

Воспитательная: Воспитывать внимание, умения высказывать свою точку зрения и отстаивать её, развивать коммуникативные способности учащихся

Развивающая: Способствовать развитию познавательного интереса к физике.

Оборудование: учебник, раздаточный материал.

Ход урока.

I.Организационный момент.

Сегодня на уроке мы узнаем,  почему подъёмный кран не падает, почему игрушка «Ванька-встанька» всегда возвращается в исходное состояние.

II.Актуализация.

Все мы знаем, что такое держать равновесие. Но как это объяснить научно? На этом уроке мы познакомимся с понятием равновесия в физике. Мы рассмотрим, что обуславливает равновесие твердых тел, и какие виды равновесия существуют.

III.Изучение нового материала.

Статика - раздел механики, в котором рассматривается равновесие тел .

1.Что называется равновесием?

Равновесие – это состояние, при котором сумма всех сил, действующих на тело равна нулю и тело при этом находится в состоянии покоя.

В физике под равновесием понимается состояние покоя. Например, дом и большинство его частей покоятся относительно Земли, несмотря на то, что этот дом находится под воздействием различных сил. Любое реальное тело деформируется под воздействием тех или иных сил. Если эти силы вызывают значительные деформации, такие, как растяжение пружины или изгиб металлической линейки, ни в коем случае нельзя считать, что эти тела находятся в равновесии. Если тело двигается и при этом существенно деформируется, то, по мере его движения, меняется его форма и, некоторые силы начинают действовать на данное тело по-разному. Кроме того, с изменением формы постоянно меняется модуль и направление внутренних сил. Вы можете себе представить, насколько сложно описать такое движение математически.

 

Однако, во многих случаях на практике эти деформации незначительны. В таких случаях мы можем говорить о равновесии абсолютно твердых тел, тем самым пренебрегая их деформацией.

 

Скажем, бревенчатый дом, находясь на Земле, разумеется, находится в состоянии равновесия.

 

2. Виды равновесия.

Равновесие называется устойчивым, если при малом отклонении от положения равновесия система возвращается в первоначальное положение, как только будет устранена причина, вызывающая это отклонение.

Равновесие называется неустойчивым, если система не возвращается в исходное положение, а отклоняется от него еще больше.

Равновесие называется безразличным, если новое положение системы после отклонения от исходного остается положением равновесия и после удаления внешнего воздействия.

Эти три формы равновесия можно проиллюстрировать примерами положения шарика на дне чаши, на выпуклой поверхности и на горизонтальной плоскости. В первом случае (а) шарик находится в положении устойчивого равновесия, так как при малых отклонениях он возвратится в первоначальное положение, как только будет устранена причина, вызвавшая отклонение. Во втором случае (б) исходное положение шарика может служить примером неустойчивого равновесия, а в третьем (в) – безразличного равновесия. Речь идет о малых отклонениях потому, что устойчивое равновесие при малых отклонениях может стать неустойчивым при больших отклонениях от исходного положения.

Вывод: Равновесие устойчиво, если при малом отклонении от положения    равновесия есть сила, стремящаяся вернуть его в это положение.

Устойчиво то положение, в котором его потенциальная энергия минимальна.

б) Устойчивость тел, находящихся на точке опоры или на линии опоры.

 

Вывод: Для устойчивости тела, находящегося на одной точке или линии опоры необходимо, чтобы центр тяжести находился ниже точки (линии) опоры.

в) Устойчивость тел, находящихся на плоской поверхности.

1) Поверхность опоры – это не всегда поверхность, которая соприкасается с телом (а та, которая ограниченна линиями, соединяющими ножки стола, треноги)

 

 

ПОСТАНОВКА ОПЫТА

 

 

 

 

 

 

 

3. Условия равновесия.

а) Когда тело находится в покое? Из какого закона это следует?

Первое условие равновесия: Тело находится в равновесии, если геометрическая сумма внешних сил, приложенных к телу, равна нулю. ∑F = 0

чтобы тело находилось в равновесии, необходимо, чтобы сумма всех сил, действующих на каждый элемент равнялась 0.

Второе условие равновесия: Сумма моментов сил, действующих по часовой стрелке, должна равняться сумме моментов сил, действующих против часовой стрелки.

Момент силы: M = F L

L – плечо силы – кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы.

4. Центр тяжести тела и его нахождение.

Центр тяжести тела – это точка, через которую проходит равнодействующая всех параллельных сил тяжести, действующих на отдельные элементы тела (при любом положении тела в пространстве).

 

 

Найти центр тяжести следующих фигур:

 

 

 

ОПЫТ С ПРИЗМОЙ

Поставим на доску призму с отвесом и начнём её постепенно поднимать за один край. Что мы видим?

Пока линия отвеса пересекает поверхность, ограниченную опорой, равновесие сохраняется. Но как только вертикаль, проходящая через центр тяжести, начнёт выходить за границы поверхности опоры, этажерка опрокидывается.

 

Выводы:

Устойчиво то, тело, у которого площадь опоры больше.

Из двух тел одинаковой площади устойчиво то,тело, у которого центр тяжести расположен ниже, т.к. его можно отклонить без опрокидывания на большой угол.

 

 

Какие корабли наиболее устойчивы? Почему? (У которых груз расположен в трюмах, а не на палубе)

 

Выводы: Равновесие может быть устойчивым, неустойчивым, безразличным. Устойчивость тел тем больше, чем больше площадь опоры и ниже центр тяжести.

 

5. Потеря устойчивости.

Потеря устройчивости первого рода-

связана с появлением нового вида деформации и характеризуется нарушением равновесия между нагрузкой и внутренними усилиями и свойственна только упругим системам. Она может быть трех типов:

– потеря устойчивости центрального сжатия (б);

– потеря устойчивости симметричной формы деформации (а, б);

– потеря устойчивости плоской деформации (в).

 

 

Потеря устойчивости второго рода наблюдается при потере несущей способности всего сооружения и характеризуется резким возрастанием предыдущих деформаций. В этом случае равновесие между нагрузкой и внутренними усилиями нарушается даже без появления новых видов деформаций (а-в):

 

 

 

IV.Закрепление изученного материала

Задание: сидя на стуле, выпрямить спину, ноги поставить под углом 90°. Не наклоняя корпус вперед и не двигая ноги под стул, попробовать встать.

Вопрос: почему не удается встать?  (потому что центр тяжести человеческого тела, который располагается в районе пупка, не пересекает площадь опоры, т.е. стоп).

Задания группам:

1 вариант -  попробуйте встать со стула  наклоняясь вперед, 

2   вариант -  широко расставив ноги.

Сделайте соответствующие выводы. Учащиеся делают выводы о том, что для того чтобы встать необходимо, чтобы отвесная линия пересекала площадь опоры человека.

Сделать выводы из урока:

1.    Каким специальностям наиболее необходимы знания о равновесии тел? (Проектировщикам и конструкторам различных сооружений (высотных зданий, мостов, телевизионных башен и т.д.),цирковым артистам, водителям и другим специалистам.)

2.    Почему «Ванька-встанька» возвращается в положение равновесия при любом наклоне игрушки? (Центр тяжести у игрушки ванька-встанька расположен очень низко, игрушка находится в устойчивом равновесии и всякий раз при отклонении от вертикали ее центр тяжести поднимается так, что возникающий момент силы тяжести заставляет игрушку возвращаться к положению равновесия.)

3.    Каким образом сохраняют равновесие велосипедисты и мотоциклисты? (человек сидящий на нем держит равновесие, Это достигается с помощью подруливания: если велосипед наклоняется, велосипедист отклоняет руль в ту же сторону. В результате велосипед начинает поворачивать и центробежная сила возвращает велосипед в вертикальное положение. )

V. Домашнее задание: Выучить определения и провести опыты на равновесие тел.