Инерция - Взаимодействие тел

Цели урока: провести проверочное тестирование по теме «Механическое движение»; выяснить физическое содержание такого физического явления как инерция.

Оборудование: металлический шарик; желоб; песок; деревянный брусок.

Демонстрация: движение стального шара по гладкому желобу и по участку желоба, на котором насыпан песок.

Ход урока

I. Проведение проверочного тестирования

Ученикам раздаются карточки с проверочным тестом № 2 (см. раздел «Проверочные тесты» в конце данного пособия).

Тест рассчитан на 15 минут работы, после чего работы собираются, и учитель начинает объяснение новой темы.

II. Демонстрация опытов

Вопрос, связанный с введением понятия инерция, является очень важным для понимания сути возникновения механического движения и его протекания.

Демонстрируя опыты с движением шарика по желобу, следует подвести учеников к пониманию, что движение возникает только как результат действия одних тел на другие.

Иногда, правда, действие одних тел на данное не вызывает движения. Например, брусок, который лежит на горизонтальной опоре, может сколь угодно долго покоиться.

Но стоит железному шарику удариться о брусок, как он сместится.

При этом взаимодействии изменяется и скорость шарика.

Следовательно, изменение скорости связано с взаимодействием тел.

Основной вывод: для изменения скорости тел необходимо действие других тел.

III. Изучение нового материала

Как отметил в IV веке до н. э. Аристотель, «причина движения кроется в действии, оказываемом на данное тело каким-либо другим телом».

Правда, это утверждение было не совсем верным.

Аристотель считал, что естественным положением тела является покой, — конечно, по отношению к Земле. Всякое же перемещение тела по отношению к Земле должно иметь причину — силу. Если же причины двигаться нет, то тело должно остановиться, перейти в свое естественное состояние покоя. При этом теория Аристотеля никак не объясняет, почему тело, двигающееся по шероховатой поверхности, останавливается гораздо быстрее, чем то же тело, двигающееся по гладкой поверхности.

Открытием истины мы обязаны великому итальянскому ученому Галилео Галилею (1564-1642). Галилей установил, что равномерное и прямолинейное движение может быть и при отсутствии действия каких-либо сил. Он утверждал, что если тело движется прямолинейно и равномерно, и нет сопротивления этому движению, оно происходит бесконечно.

Движение, не поддерживаемое никакими телами, называется движением по инерции. Автомобиль, выключив двигатель, движется по инерции, шарик по горизонтальной опоре также движется по инерции.

Наш реальный мир накладывает жесткое ограничение на движение по инерции. Из-за сил трения и сопротивления среды скорость тел при движении по инерции быстро уменьшается.

При рассмотрении этого вопроса ученики должны усвоить, что инерция — физическое явление, тогда как инертность, о чем будет говориться позже, - свойство тел.

Рассмотрим практическое применение инерции. Демонстрация катапульты изготовленной из кастрюли и ложки и куска резины. Стреляем. Ложка, притягиваемая резинкой, подскочит вверх и ударится о край кастрюли. Может быть, вылетит и ложка. Но она не улетит так далеко.

Почему же полетел наш снаряд? Как и в настоящей катапульте, он вначале двигался вместе с ложкой. Но ложка ударилась о преграду и остановилась. А на пути снаряда преграды нет. И он продолжает двигаться по инерции, он летит, покинув катапульту!

Кстати сказать, в последние годы катапульта снова нашла применение в военном деле. С ее помощью запускают самолеты с авианосцев и с палуб других кораблей, где не хватает места для обычного разбега. И на реактивных самолетах используются катапультой, чтобы в случае аварии выбросить летчика с парашютом. Сам он при такой скорости выскочить не может: слишком велико сопротивление воздуха.

Конечно, устройство современных катапульт другое. Но принцип тот же: инерция движения.

IV. Закрепление изученного. Решение задач

Заключительная часть урока может быть посвящена разбору примеров использования явления инерции в быту, технике, спорте.

Предложите ученикам объяснить, почему, споткнувшись, человек падает вперед (ноги резко останавливаются, а тело продолжает двигаться по инерции в прежнем направлении), а, поскользнувшись, человек падает назад (ноги начинают двигаться с большей скоростью, чем тело).

Можно предложить ученикам качественные задачки на сообразительность, например:

1. Придет ли в движение парусная лодка под действием потока воздуха от вентилятора, установленного на ней?

2. Барон Мюнхгаузен рассказывал, как он однажды разбежался и прыгнул через болото. Во время прыжка он заметил, что не допрыгнет до берега. Тогда он в воздухе повернул обратно и вернулся на тот берег, с которого прыгал. Возможно ли это?

3. А. П. Гайдар. Чук и Гек «Весело взвизгнув, Чук и Гек вскочили, но сани дернули, и они дружно плюхнулись в сено» Почему мальчики «плюхнулись в сено»?

4. М. М. Пришвин. Кладовая солнца. Эпизод, в котором собака Травка преследует зайца. «Травка за кустом можжевельника присела и напружинила задние лапы для могучего броска и, когда увидела уши, бросилась. Как раз в это время заяц, большой, старый, матерый русак, вздумал внезапно остановиться и даже, привстав на задние ноги, послушать, далеко ли тявкает лисица. Так вот одновременно сошлось— Травка бросилась, а заяц остановился. И Травку перенесло через зайца. Объясните случившееся.

5. Объясните эксперимент. Положите на стакан кусок картона с монетой наверху. Резко ударьте по ребру картона. При этом он вылетит, а монета упадет на дно стакана. Почему?

Домашнее задание

§ 17, вопросы к параграфу, задачи №№ 171—176, 188, 189 из задачника.

Домашние опыты: наблюдение инертности тела

На лист бумаги положите монету. Резко дернув за лист, вы легко вытащите его, оставив монету лежать на столе. Повторите опыт многократно, с каждым разом все медленнее выдергивая лист. Наконец, наступит такой повтор, когда время вытаскивания листа будет достаточным, чтобы сообщить монете такую же скорость, как и у листа. С этого момента времени монета будет двигаться вместе с листом.

Дополнительный материал

Галилео Галилей (1564-1642)

Великий итальянский физик и астроном, впервые применил экспериментальный метод исследования в науке. Галилей ввел понятие инерции, установил относительность движения, исследовал законы падения тел и движения тел по наклонной плоскости, законы движения при бросании предмета под углом к горизонту, применил маятник для измерения времени.

Впервые в истории человечества Галилей направил «зрительную трубу» на небо, открыл множество новых звезд, открыл спутники Юпитера, солнечные пятна, вращение Солнца, исследовал строение лунной поверхности.

Галилей активно поддерживал запрещенную в те времена католической церковью гелиоцентрическую систему Коперника. Гонения со стороны инквизиции омрачили последние десять лет жизни великого ученого.

Суд над инерцией

Встать! Суд идет.

Главный судья. Сегодня слушается дело №1 по обвинению Инерции. Она обвиняется в том, что по ее вине происходит масса транспортных катастроф: мотоциклы, велосипеды разбиваются на гонках, происходят крушения составов, и в множестве других преступлений. Мы призываем сегодня обстоятельно разобраться в поставленном нами вопросе, со справедливостью и беспристрастностью выслушать показания свидетелей и вынести справедливый приговор.

Ввести подсудимую.

Главный судья. Установим личность подсудимой. Подсудимая, Ваша фамилия, имя, отчество.

Инерция. Инерция физическая.

Главный судья. Ваши родители?

Инерция. Галилео Галилей и Исаак Ньютон.

Главный судья. Ваша биография?

Инерция. Древнегреческий ученый Аристотель считал, что движение тела, вызванное действием какого-то другого тела, должно само собой прекратиться, так как именно покой является естественным состоянием физического тела, и всем телам свойственно стремление к покою. Он поражался, почему камень, выпущенный из его руки, продолжает двигаться, отделившись от руки. Ответ на этот вопрос был дан моим рождением спустя 2000 лет в Италии великим ученым Галилео Галилеем, а позднее в 1678 г. его точнее сформулировал Исаак Ньютон.

Главный судья. Что Вы собой представляете?

Инерция. Свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, когда на тело не действуют другие тела.

Главный судья. Есть ли вопросы к обвиняемому у обвинения?

Главный обвинитель. Нет.

Главный судья. У защиты?

Защитник. У меня есть вопрос к суду: будет ли приниматься во внимание тот факт, что родителями Инерции были такие великие люди, как Галилео Галилей и Исаак Ньютон?

Главный судья. Суд рассмотрит все факты.

Защитник. В таком случае будут ли судьи снисходительны к подсудимой, учитывая заслуги ее родителей?

Отавный судья. Суд учитывает все факты.

Защитник. У меня пока все.

Равный судья. Есть ли вопросы к подсудимой у заседателей?

Заседатель 1. Кому Вы принадлежите?

Инерция. Всем телам, абсолютно всем.

Заседатель 2. Область применения ваших сил?

Инерция. Физика, техника, жизнь.

Заседатели и ученый секретарь суда по очереди зачитывает телеграммы, поступившие в распоряжение суда.

Телеграмма 1. Я, Аристотель, один из величайших мыслителей древности, заявляю, что суд этот считаю неправомерным. Все описанные вами заслуги и преступления не имеют никакого отношения к так называемой вами Инерции. После прекращения действия на тело других тел первое не должно двигаться.

Телеграмма 2. Я, Галилео Галилей, великий физик средних веков, приветствую ваш суд, ибо каждый, кто стремиться постичь тайны природы, достоин уважения. Пусть наука даст вам мужество устоять перед любыми пытками мерзкой жестокой инквизиции. Успеха вам, друзья и коллеги!

Телеграмма 3. Я, сэр Исаак Ньютон, английский физик и математик, рад, что законы природы не оставили ваши души равнодушными. Спорьте. В споре родится истина, и если вы ее отыщете, то 1 закон механики, закон инерции, откроет вам двери в чудесный мир науки.

Главный судья. Теперь переходим к заслушиванию показаний свидетелей. Свидетель Н...., пожалуйста.

Свидетель Н.... Я очень волнуюсь, я никогда не выступал на суде, но то, что я видел, было ужасно. И я не могу молчать. Дорогу переходила женщина. Внезапно из-за поворота появилась громадная машина МАЗ. Женщина была сбита машиной, потому что из-за инерции машину внезапно остановить нельзя.

Главный судья. Вызывается свидетель Ю....

Свидетель Ю. Я очень люблю спорт и часто по телевизору смотрю спортивные передачи. Недавно транслировались велогонки. Я видел, как велосипедист, натолкнувшись на камень, случайно попавший на трассу, перелетел через руль велосипеда. Велосипед отлетел в другую сторону и попал на трассу. Остальные гонщики, не сумев затормозить из-за инерции, налетели на него. Гонки были сорваны.

Главный обвинитель. Я прошу всех сидящих в этом зале отнестись очень серьезно к этому вопросу (ибо многие из вас страдали по вине обвиняемой) и вспомнить факты, примеры из вашей жизни, изобличающие эту преступницу.

Свидетель Р. Я ехала в автобусе. Вдруг он внезапно затормозил, а люди по инерции продолжали двигаться и многие из них ударились. Я тоже не удержалась, налетела на впереди стоящего мужчину, наступила ему на ногу, он ругал меня, а виновата во всем инерция.

Свидетель К. Меня мама попросила накрыть на стол перед обедом. Я несла тарелку с супом, поставила на стол, а суп по инерции выплеснулся на скатерть. Мама ругала меня, но ведь не я виновата.

Свидетель Н. Моя бабушка лежит в больнице со сломанной ногой. Она шла по дороге, а дорога была скользкой. Ноги бабушки поехали вперед, а сама она из-за инерции не могла двигаться так быстро, упала и сломала ногу.

Главный судья. Вызываются свидетели защиты. Свидетель Е...., пожалуйста.

Свидетель Е. Меня мама попросила вытряхнуть ковер. Я палкой ударяла по ковру, он отходил в сторону, а пыль из-за инерции оставалась на месте. Если бы не инерция, не вычистила бы я ковер.

Свидетель С. Благодаря инерции велосипедисты не все время крутят педалями. Набрав скорость, они прекращают работать ногами, а велосипед продолжает ехать по инерции.

Защитник. Товарищи, сидящие в зале! Постарайтесь вспомнить, сколько хорошего сделала для вас подсудимая, и сообщите эти факты суду.

Свидетель К. Мой дядя — столяр. И мне много раз приходилось видеть, как он насаживает молоток на ручку. Он ударяет ручкой по столу, а молоток, по инерции продолжая двигаться, насаживается прочно и надежно на ручку.

Свидетель Ф. Инерция помогает и в толкании ядра! спортсмен отталкивает ядро, и оно летит дальше по инерции.

(Защитники приводят еще ряд фактов)

Главный судья. Слово предоставляется главному обвинителю.

Главный обвинитель. Уважаемый суд! Дорогие товарищи! Зачем мы здесь собрались? Ведь вина подсудимой очевидна. Я не могу понять, как здравомыслящий человек, при всем моем уважении к защитнику, может защищать эту закоренелую преступницу. Каждый из нас ощущал на себе издевательства подсудимой. Кто из нас не падал, споткнувшись? Не по ее ли вине сталкиваются машины, ударяются о причалы корабли? Посмотрите на нее. Ей стыдно! Она знает, сколько трудов понадобилось штурманам, чтобы точно рассчитать, где сбросить елочку полярникам на Новый год. А сколько по ее вине зарегистрировано травм?

Для большей убедительности здесь следует привести конкретные цифры.

И кто-то еще пытается говорить о ее невиновности. Остановите это, товарищи!

Главный судья. Слово предоставляется главному защитнику.

Защитник. Если рассматривать поступки инерции с юридической точки зрения, то нужно заметить, что достоинств у инерции больше, чем недостатков, так как вышеуказанная используется как в быту, так и в технике. Приведем пример: хороший, очень хороший шофер благодаря инерции сохраняет литры бензина. Правда, если неосторожный, легкомысленный и чересчур задумчивый пешеход, к тому же не знающий элементарных правил уличного движения, внезапно появляется перед движущейся машиной, то она после торможения, проезжая несколько метров (особенно в гололед) из-за инерции, может сбить его. Но в приведенном выше примере виновата не инерция, а пешеход. Споткнувшийся человек обычно обвиняет инерцию, а не самого себя и свою неосторожность. А именно инерция в данном случае помогает человеку, заставляет его смотреть под ноги, быть внимательным, когда он идет по улице. Можно привести еще множество примеров (часть из них вы уже слышали), показывающих помощь инерции человеку, например, в спорте: трамплин, прыжки, метание. Это инерция устанавливает мировые рекорды, именно инерция, а не что другое. Более того, я считаю, что мы должны инерцию поблагодарить, так как, если бы вышеуказанная не существовала, все планеты сошли бы со своих орбит, Луна упала бы на Землю, а Земля в свою очередь упала бы на Солнце. У меня все.

Главный судья. Суд удаляется на совещание.

Главный судья (зачитывает решение суда). Наш суд был скорым и правым. Внимательно выслушав обе стороны, суд пришел к следующему решению. Учитывая некоторые отрицательные стороны деятельности подсудимой, суд тем не менее, полагаясь на свой собственный опыт, на речь уважаемой защиты и показания свидетелей зашиты, считает большую часть обвинений преувеличенными, а посему постановляет: С учетом полезности положительных сторон действия инерции и вредности отрицательных, всемерно расширять использование положительных и вести борьбу с отрицательными, для чего неустанно изучать и глубоко осмысливать законы физики, проникать в тайны природы и ставить их на службу человеку!

Заседание суда считаю законченным.