Тема. Рівновага тіл. Момент сили
Мета уроку: ознайомити учнів з умовою рівноваги твердого тіла.
Тип уроку: комбінований урок.
ПЛАН УРОКУ
Контроль знань 15 хв Самостійна робота № 7«Сила пружності. Сили тертя»
Демонстрації 3 хв:
1. Рівновага тіл за відсутності обертання.
2. Правило моментів
Вивчення нового матеріалу 22 хв:
1. Умова рівноваги тіла для поступального руху.
2. Умова рівноваги тіла, закріпленого на осі
Закріплення вивченого матеріалу 5 хв
1. Учимося розв’язувати задачі.
2. Контрольні запитання
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Умова рівноваги тіла для поступального руху
Закони Ньютона дозволяють дізнатися, які прискорення отримують тіла під дією прикладених до них сил. Але дуже часто важливо знати, за яких умов тіла, на які можуть діяти різні сили, не набувають прискорення. Про такі тіла говорять, що вони перебувають у стані рівноваги.Знати умови, за яких тіла перебувають у стані спокою, дуже важливо для практики, наприклад, для зведення будинків, мостів, різних опор, підвісів, виробництва машин, приладів тощо.Будь-яке тіло може рухатися поступально і водночас обертатися або повертатися навколо якої-небудь осі.Знайдемо умову, за якої тіло не може рухатися поступально.Якщо тіло перебуває в стані спокою, його швидкість дорівнює нулю, тобто прискорення тіла також дорівнює нулю. А для цього відповідно до другого закону Ньютона необхідно, щоб: - векторна сума всіх прикладених до тіла сил дорівнювала нулю:F1+F2+F3+.....=0. Використовуючи цю умову рівноваги, можна розрахувати сили, що діють з боку тіла, яке перебуває в стані спокою, на кілька опор або підвісів.
2. Умова рівноваги тіла, закріпленого на осі
Щоб унеможливити поступальний рух тіла, його достатньо закріпити в одній точці, наприклад так, як можна закріпити дошку на стіні, прибивши її одним цвяхом. Поступальний рух такої «прицвяхованої» дошки стає неможливим, але дошка може повертатися навколо цвяха, який служить їй віссю повороту.Повороти (або обертання) можуть спричиняти лише такі сили, лінії дії яких не проходять через вісь обертання. Якщо з осі обертання на лінію дії сили опустити перпендикуляр, то ми отримаємо плече сили.
Довжину перпендикуляра, опущеного з осі обертання на лінію дії сили, називають плечем сили.Щоб унеможливити поворот (або обертання), потрібно прикласти до тіла принаймні дві сили: одну, що спричиняє поворот по годинниковій стрілці, другу — проти годинникової стрілки. Але ці дві сили можуть бути й неоднаковими (за модулем).Якщо до тіла, закріпленого на осі, докладені дві сили 1Fr і 2,Fr які прагнуть обертати тіло в протилежні боки, то, як показує досвід, тіло залишиться в рівновазі, якщо 1122FlFl=, де 1l і 2l — плечі сил 1Fr і 2.FrЗвідси випливає, що обертова дія сили визначається добутком модуля сили на відстань від осі обертання до лінії дії сили.
Моментом сили відносно осі обертання тіла називають узятий зі знаком плюс або мінус добуток модуля сили на її плече:.M=± FL. У СІ момент сили вимірюється в ньютон-метрах ()H?.Моментам сил, що обертають тіло проти годинникової стрілки, прийнято приписувати додатній знак, а по годинниковій стрілці — від’ємний.Поняття моменту сили допомагає сформулювати умову рівноваги тіла: тіло перебуває в рівновазі, якщо момент сили, що прагне обертати тіло в одному напрямку, дорівнює моменту сили, яка прагне обертати його в протилежному напрямку.Якщо до тіла, закріпленому на осі, докладено кілька сил, то умова рівноваги тіла має такий вигляд:
тіло, закріплене на осі, перебуває в рівновазі, якщо алгебраїчна сума моментів сил, прикладених до тіла, дорівнює нулю:
M1+M2+M3+.....=0
Умову рівноваги тіла в такому вигляді називають правилом моментів.Отже, для того щоб будь-яке тіло перебувало в рівновазі, необхідно, щоб геометрична сума прикладених до тіла сил і сума моментів цих сил відносно осі обертання дорівнювала нулю.
Запитання до учнів під час викладу нового матеріалу
1. Який стан тіла називають у механіці рівновагою?
2. Чи означає рівновага обов’язково стан спокою?
3. Коли тіло, закріплене на осі, перебуватиме в рівновазі під дією двох сил?
4. Чи можна застосовувати умови рівноваги до тіла, коли явна ось обертання відсутня?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1. Учимося розв’язувати задачі
1. Канат, на якому виступає канатоходець, має витримувати силу, що набагато перевищує вагу канатохідця. Навіщо потрібна така «перестраховка»?
2. Легкий стрижень завдовжки 1 м підвішений на двох тросах так, що точки кріплення тросів знаходяться на відстані 10 і 20 см від кінців стрижня. До середини стрижня підвішений вантаж масою 21 кг. Обчисліть сили натягу тросів. (Відповідь: 88 Н, 120 Н.)
2. Контрольні запитання
1. Чому зігнутою в лікті рукою можна підняти більший вантаж, ніж витягнутою?
2. Чому в автомобілів, велосипедів гальма краще ставити на задні, а не на передні колеса?
3. Довгий стрижень легше утримувати в горизонтальному положенні за середину, ніж за кінець. Чому?
Домашнє завдання