double arrow

Изучение движения тела, брошенного горизонтально


Цель работы: экспериментально проверить, что движение тела, брошенного горизонтально в поле силы тяжести, происходит по параболе и измерить начальную скорость этого тела.

Тип урока:лабораторная работа.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, лоток для пуска шарика, фанерная доска, шарик, бумага, кнопки, копировальная бумага, линейка с миллиметровыми делениями.

План урока: 1. Вступительная часть 1-2 мин.

2. Вводный инструктаж 5 мин.

3. Выполнение работы 30 мин.

4. Подведение итогов 5 мин.

5. Задание на дом 2-3 мин.

II. Инструктаж учащегося.

Как определить время движения тела, брошенного горизонтально?

Как определить начальную скорость тела, брошенного горизонтально?

Как экспериментально доказать, что движение тела, брошенного горизонтально в поле силы тяжести, происходит по параболе? Определите дальность полета при другой высоте и сравните полученное значение с экспериментальным значением. О чем говорит факт их совпадения?

III. Ход работы:

Таблица 1

h, м ℓ, м ср, м о ср, м/c
1. 2. 3. 4. 5.        
 
 
 
 

Таблица 2

t, c 0,05 0,10 0,15 0,2 0,25
х, м          
y, м 0,012 0,049 0,110 0,190  

IV. Выводы:




V.

Упр. 17. № 7, 8

1. Положив камешек на край стола и, щелкнув по нему пальцем, определите максимальную скорость пальца руки.

2. Небольшое тело соскальзывает без начальной скорости с вершины гладкой горизонтальной горки высотой Н, имеющей горизонтальный трамплин высотой h. При какой высоте h тело пролетит наибольшее расстояние по горизонтали? Чему равно это расстояние?

Земля – колыбель человечества. Но нельзя же вечно жить в колыбели.

К. Циолковский


Урок 40/20. ИСКУССТВЕННЫЕ СПУТНИКИ ЗЕМЛИ

Цель урока: дать представление о первой космической скорости и рассчитать ее для тела, находящегося на Земле.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование:

План урока: 1. Вступительная часть 1-2 мин.

2. Опрос 10 мин.

3. Объяснение 20 мин.

4. Закрепление 10 мин.

5. Задание на дом 2-3 мин.

II. Задачи:

1. С балкона, расположенного на высоте 20 м, бросили мяч по углом 30о вверх от горизонта со скоростью 10 м/c. Найти время полета и горизонтальную дальность полета.

2. Самолет пикирует на цель под углом 60о к горизонту вниз со скоростью 720 км/ч и сбрасывает груз на высоте 1000 м. На каком расстоянии от цели (по горизонтальному направлению) надо сбросить груз, чтобы он упал в заданный пункт?

3. Спортсмен прыгает с 10-метровой вышки и погружается в воду на расстоянии 3 м по горизонтали от края вышки через 2 с. Определить скорость спортсмена в момент прыжка.

4. Поливальная установка, установленная у земли, разбрызгивает капли воды на дачном участке. Максимальная высота подъема капель 2 м. Определите площадь орошаемого участка.



5. Камень, выпущенный из рогатки, через 0,5 с после броска пролетел через дырку в заборе, а ещё через 1 с упал на землю. На какой высоте находилась дырка в заборе?

6. Преследуя добычу со скоростью 108 км/ч, гепард движется по прямой горизонтальной тропе прыжками длиной 8 м. Внезапно на пути гепарда встречается овраг глубиной 4/3 м. Оттолкнувшись от края оврага точно так же, как и при движении по тропе, гепард прыгает в овраг. Найдите горизонтальное перемещение гепарда при этом прыжке.

7. На листе бумаги с уменьшением в 10 раз нарисовали траекторию камня, брошенного под углом 45о к поверхности земли со скоростью 20 м/с. По нарисованной кривой ползет с неизменной по величине скоростью 0,02 м/с маленький жучок. Чему равно ускорение жучка в точке, соответствующей вершине траектории камня?

Вопросы:

1. Как движется тело, уравнение движения которого имеет вид y = 12 + 6t – 4,9t2?

2. В каком случае выпавший из окна вагона предмет упадет на землю раньше: когда вагон стоит на месте или когда он движется?

3. Доказать, что максимальная дальность полета камня в два раза больше максимальной высоты полета.

4. Какую максимальную скорость вы можете щелчком сообщить пластмассовому шарику, лежащему на столе?

5. Под каким углом должна стрелять пушка, чтобы ее снаряд пролетел половину максимального расстояния до цели?

6. Под каким углом к горизонту нужно направить струю воды, чтобы высота ее подъема была равна дальности?



7. Охотник целится из карабина в куропатку, сидящую на дереве. В момент выстрела куропатка начинает свободно падать. Куда целился охотник, если пуля все-таки попала в куропатку?

8. С вершины брошены с одинаковой скоростью четыре камня: один - отвесно вверх, второй – отвесно вниз, третий – горизонтально, четвертый – горизонтально влево. Какую форму имеет тот четырехугольник, в вершинах которого будут находиться камни во время падения?

III. Движение тела, брошенного горизонтально с некоторой высоты. Мы подразумевали, что Земля плоская, но она круглая. Можно ли сообщить такую скорость телу, чтобы оно двигалось по окружности?

Fт = ma, , Fт = G .

Не забывайте: G·М = g R2.

Брошенное с такой скоростью тело будет двигаться по окружности вокруг Земли!

Первая космическая скорость минимальная скорость, которую необходимо сообщить телу на поверхности Земли, чтобы оно стало её спутником: υ = = 8 км/с.

Космонавты летают на высоте h ≈ 300 км, υ ≈ 7,8 км/с, Т ≈ 1,5 ч.

Если спутник будет запущен со скоростью 9 км/с, то такова будет его траектория? Каким образом искусственный спутник Земли можно перевести на более низкую орбиту?

Геостационарные спутники (спутники системы ″Орбита″, военные спутники): Т = 24 ч, h ≈ 36000 км.

Космонавт в космическом корабле, движущемся с выключенными двигателями на большом удалении от других тел, будет находиться в состоянии невесомости.

Космонавт в космическом корабле, движущемся по орбите вокруг Земли, также будет находиться в состоянии невесомости, поскольку эффекты, связанные с отклонением тела (космонавта) от прямолинейности, в точности компенсируются силой тяжести.

При движении тела по любой траектории можно подобрать такое гравитационное поле, которое будет компенсировать эффекты, связанные с отклонением от прямолинейности (калибровочная симметрия).

С какой скоростью движется Луна вокруг Земли (естественный спутник)? Теория Ньютона позволила объяснить загадку движения Луны вокруг Земли или Земли вокруг Солнца. Само движение Луны не требует объяснений; в объяснении нуждается только отклонение от равномерного прямолинейного движения, вызванное притяжением Земли.

Почему Луна не падает на Землю?

Движение планет. Открытие на «кончике пера» планеты Нептун и планеты Плутон, открытие спутников у других звезд (Сириус, звезда Бернарда).

IV. Задачи:

1. Средняя высота спутника над поверхностью Земли равна 1700 км. Определить его скорость и период обращения, если радиус Земли равен 6400 км.

2. Чему будет равен период обращения искусственного спутника Земли по круговой орбите на расстоянии в три раза меньшем, чем расстояние от Земли до Луны? Период обращения Луны равен 27 сут 7 ч.

3. 10-тонный космический корабль дальнего назначения движется к периферии Солнечной системы. С него запущен небольшой экспериментальный спутник, обращающийся вокруг корабля на расстоянии 120 м под действием их взаимного гравитационного притяжения. Каковы скорость спутника и период его обращения?

V.

§ 34. Упр. 17, № 1-5

1. Что будет с камнем, брошенным в прорытый сквозь Землю колодец?

2. С какой скоростью движется Земля вокруг Солнца? Что бы произошло с Землей и другими планетами, если бы Солнце «внезапно» исчезло?

3. В рассказе Жюля Верна «Путешествие на Луну» рассказывается, что на участке пути, на котором притяжение Луны равно притяжению Земли, все предметы внутри ядра потеряли вес. Докажите, что такое явление должно было бы наблюдаться на всем протяжении полета.

Ошибочно предполагать, как это думают обычно, что трение двух соприкасающихся тел возрастает с увеличением площади касания. На опыте трение возрастает только с увеличением нагрузки.

Амонтон

Урок 41/21. СИЛА ТРЕНИЯ

Цель урока: дать представление о силе трения. Распространить решение прямой задачи механики на случай учета сил трения.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: динамометр демонстрационный, брусок, набор грузов, линейка демонстрационная. Трибометр лабораторный, кинофильм «Трение».

План урока: 1. Вступительная часть 1-2 мин.

2. Опрос 10 мин.

3. Объяснение 20 мин.

4. Закрепление 10 мин.

5. Задание на дом 2-3- мин.

II. Опрос фундаментальный: 1. Первая космическая скорость. 2. Искусственные спутники Земли.

Задачи:

1. Ускорение свободного падения на поверхность Луны равно 0,14 g, а радиус Луны равен 1,74·103 км. Сколько времени потребуется лунному модулю, чтобы облететь Луну по орбите вблизи ее поверхности?

2. Ракета массой 6 т движется у поверхности Луны с постоянным ускорением 2 м/c2 под углом 30о к горизонту. Найдите силу тяги, если на Луне ускорение свободного падения g/6.

3. Искусственный спутник некоторой планеты движется по низкой круговой орбите (радиус орбиты можно считать равным радиусу планеты) со скоростью υ. Какой скоростью должен обладать спутник, чтобы двигаться вокруг этой же планеты на высоте 2R от ее поверхности?

4. Определите силу натяжения троса, связывающего два космических корабля, которые вращаются вокруг Земли по круговым орбитам радиусами R1 и R2 так, что трос всегда направлен к центру Земли. Массы кораблей одинаковы и равны m, масса Земли М. Гравитационным взаимодействием между кораблями пренебречь.

Вопросы:

1. Как зависит линейная скорость спутника планеты от радиуса его орбиты?

2. Как создать «искусственную тяжесть» на космическом корабле?

3. Как будет изменяться скорость искусственного спутника при его переходе на более низкую орбиту?

4. Барон Мюнхгаузен, привязав конец веревки к Луне, спустился на Землю. В чем главная физическая ошибка такого передвижения?

5. За какое приблизительно время Земля упала бы на Солнце, если бы она прекратила вращаться вокруг него?

6. Почему состояние невесомости на борту орбитальной станции свидетельствует о пропорциональности силы земного тяготения массе тела?

III. До сих пор мы пренебрегали трением, однако в большинстве случаев его приходится учитывать.

Природа силы трения – электромагнитная (шероховатости, взаимодействие молекул, образование «ямки», «выдавливание» электронов). Наложение двух твердых тел одного на другое подобно наложению швейцарских Альп на перевернутые австрийские Альпы – площадь контакта оказывается очень малой. Даже когда тело шарообразной или цилиндрической формы катиться по поверхности другого тела, возникает трение качения (объяснение с использованием механической модели твердого тела).

Трение скольжения. Сила трения скольжения действует всегда в направлении, противоположном направлению движения (демонстрация) тела. Зависимость модуля силы трения скольжения от материалов двух соприкасающихся поверхностей и от силы нормального давления, но не от площади соприкасающихся поверхностей (демонстрация). При движении тела вершины неровностей деформируются, частично разрушаются, площадь контакта увеличивается пропорционально весу тела.

Fтр = μN
Fтр = μP = μN

μ – коэффициент трения скольжения.

µ< 1 – тащить всегда легче, чем поднимать!

Зависимость коэффициента трения скольжения от материала соприкасающихся тел, состояния поверхности, чистоты ее обработки и т.д. (демонстрация). Измерение коэффициента трения скольжения.

«Паспорт» силы трения скольжения:

Природа (электромагнитная);

Модуль (Fтр = μN);

Точка приложения (совпадает с точкой приложения силы реакции);