Виды равновесия презентация. Презентация по физике на тему: «Равновесие тел, условия равновесия тел» - PowerPoint PPT Presentation

Статика Раздел механики, изучающий условия, при которых тело находится в состоянии покоя Виды равновесия Виды равновесия устойчивое неустойчивое безразличное Виды равновесия устойчивое Виды равновесия устойчивое Виды равновесия устойчивое Виды равновесия устойчивое Виды равновесия устойчивое Виды равновесия устойчивое Виды равновесия неустойчивое Виды равновесия безразличное Виды равновесия устойчивое неустойчивое Eп= min Eп= max безразличное Eп= const Определите, к какому виду равновесия относится каждый случай. Нарисуйте вектор силы тяжести. Как можно увеличить устойчивость тела? Какое тело более устойчиво: массивное или легкое? Площадь опоры меньше или больше? У которого центр тяжести низко или высоко? В каком случае тело будет находится в покое? Условия равновесия ЛЕБЕДЬ, ЩУКА И РАК Когда в товарищах согласья нет, На лад их дело не пойдет, И выйдет из него не дело, только мука. Однажды Лебедь, Рак, да Щука Везти с поклажей воз взялись, И вместе трое все в него впряглись; Из кожи лезут вон, а возу все нет ходу! Поклажа бы для них казалась и легка: Да Лебедь рвется в облака, Рак пятится назад, а Щука тянет в воду. Кто виноват из них, кто прав,- судить не нам; Да только воз и ныне там. i Fi 0 Условия равновесия Достаточно ли этого условия? Fi 0 i Не всегда. F2 F1 F1 F 2 Необходимое и достаточное условие равновесия M i 0 i d1 d2 F1 F2 M 1 F1 d 1 M1 M F2 d 2 M 2 2 0 Необходимое и достаточное условие равновесия Для равновесия тела необходимо и достаточно, чтобы моменты всех сил относительно оси вращения были уравновешены: M i i 0 Будет ли самолет находится в равновесии? х Fпод Fтяж Какой брусок опрокинется раньше при увеличении угла наклона? Алгоритм определения опрокидывания тела Начало Определите примерно положение центра тяжести тела Нарисуйте вектор силы тяжести тела (вектор идет вертикально вниз из центра тяжести) Да Линия действия сил проходит через площадь опоры? Тело не опрокинется Нет Тело опрокинется Конец Какой брусок опрокинется раньше при увеличении угла наклона? Где должен находиться центр тяжести автомобиля, чтобы он не опрокинулся на повороте? Экспериментальная задача Экспериментальная задача Экспериментальная задача Задача на опрокидывание С В А α Fтяж β 1. Тело опрокинется в том случае, если вектор силы тяжести не проходит через площадь опоры. 2. Найдем угол наклона плоскости α, при котором начнется опрокидывание тела: он должен быть равен углу β . 3. Угол β найдем из геометрических соображений (треугольник АВС): Алгоритм решения задачи на скольжение тела Начало Нарисуйте векторы всех сил, действующих на тело (Fтяж, N, Fтр) Проведите оси координат (ось х удобно направить вдоль наклонной плоскости, ось у – перпендикулярно ей) Запишите второй закон Ньютона в проекциях на оси координат (поскольку тело не движется, его ускорение равно нулю) По определению силы трения откуда выражаем коэффициент трения в зависимости от угла наклона Конец Алгоритм решения задачи на скольжение тела Fтяж x= Fтяж sinα Fтяж y= Fтяж cosα N Fтр Fтр ≤ Fтяж x Fтяж x Fтр = μ N N= Fтяж y α х α Fтяж Fтяж y Fтяж x ≥ μ Fтяж y Fтяж sinα ≥ μ Fтяж cosα tg α ≥ μ Центр тяжести Центром тяжести тела называют геометрическую точку, через которую проходит сила тяжести тела при любом его положении в пространстве. Понятие о центре тяжести было впервые изучено примерно 2200 лет назад греческим геометром Архимедом, величайшим математиком древности. С тех пор это понятие стало одним из важнейших в механике, а также позволило сравнительно просто решать некоторые геометрические задачи. Методы определения центров тяжести Метод симметрии. При определении центров тяжести широко используется симметрия тел. Для однородного тела, имеющего плоскость симметрии, центр тяжести находится в плоскости симметрии. Для однородного тела, имеющего ось или центр симметрии, центр тяжести находится соответственно на оси симметрии или в центре симметрии. Центр тяжести тела произвольной формы Квадрат Центр тяжести тела произвольной формы Прямоугольник Центр тяжести тела произвольной формы Круг Центр тяжести тела произвольной формы Треугольник Методы определения центров тяжести Метод разбиения на части. Некоторые тела сложной формы можно разбить на части, центры тяжести которых известны. В таких случаях центры тяжести сложных фигур вычисляются по общим формулам, определяющим центр тяжести, только вместо элементарных частиц тела берутся его конечные части, на которые оно разбито. Центр тяжести тела произвольной формы Экспериментальный метод Центр тяжести тела произвольной формы Экспериментальный метод Центр тяжести тела произвольной формы Расчетный метод xцт 3m F1 m l F2 Задача на определение центра масс двойной звездной системы Самая яркая звезда северного полушария неба – Сириус из созвездия Большого Пса Задача на определение центра масс двойной звездной системы На самом деле это не одна звезда, а две, вращающиеся вокруг общего центра масс: Сириус А – белая звезда главной последовательности (спектральный класс А1),– и Сириус B – белый карлик. Задача на определение центра масс двойной звездной системы Масса Сириуса А 214% от массы Солнца, масса Сириуса B составляет 98% от массы Солнца, расстояние между ними 19,8 а.е. Определить, где находится центр масс этой звездной системы. Задача на определение центра масс двойной звездной системы Ответ: центр масс двойной звезды Сириус находится примерно на трети расстояния между ними ближе к Сириусу А. Методы определения центров тяжести Метод отрицательных масс. Fтяж2 xцт Fтяж1 Методы определения центров тяжести Метод отрицательных масс. Fтяж2 xцт Fтяж1 Ответ: центр тяжести фигуры находится на расстоянии R/6 от центра большого круга. Прочитайте текст и ответьте на вопросы Зачем центр тяжести располагают как можно ниже? Что заставляет плавающее тело поворачиваться, если центр тяжести не находится над точкой опоры? Какая сила опрокидывает корабль в шторм, если грузы сместились? Где должна располагаться точка приложения подъемной силы самолета, чтобы он был устойчивым? Какая энергия минимальна у устойчивого тела? Домашнее задание учебник «Физика-10» Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н., §54-56, упр.10 №3, 5, 7. 1. Придумать и решить задачу на нахождение центра тяжести сложной фигуры; 2. Найти центр тяжести системы тел; 3. Придумать эксперимент по определению центра тяжести объемного тела произвольной формы (картофелины); 4. Сделать воздушного змея и привязать к нему бечевку так, чтобы он хорошо слушался управления. Почему нелегко ходить по канату? Потому, что площадь опоры резко уменьшается. Ходить по канату нелегко, и не даром награждают аплодисментами искусного канатоходца. Однако иногда зрители впадают в ошибку и признают за вершину мастерства хитрые трюки, облегчающие задачу. Артист берёт сильно изогнутое коромысло с двумя вёдрами воды; вёдра оказываются на уровне каната. С серьёзным лицом, при замолкшем оркестре, артист совершает переход по канату. Как усложнён трюк, думает неопытный зритель. На самом же деле артист облегчил свою задачу, понизив центр тяжести. Равновесие тела, имеющего площадь опоры для равновесия необходимо, чтобы вертикальная линия, проведенная через центр тяжести тела, проходила внутри контура, образованного точками опоры (или внутри плоскости, на которую опирается тело). Это правило распространяется и на равновесие подъемных кранов. Подъемные краны для тяжелых грузов устанавливают на платформах, снабженных противовесом. Благодаря противовесу, когда кран поднимает тяжелый груз, общий центр тяжести крана, груза и противовеса не выступает за четырехугольник, ограниченный точками опоры колес на рельсах. Как лучше всего класть книги, если Вы хотите составить из них стопку, причем так, чтобы наклон был как можно больше? До новых встреч!

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

3 слайд

Описание слайда:

Задачи урока Дать определение равновесия тел, выяснить условия, при которых тело находится в равновесии. Познакомиться с различными видами равновесия. Научиться определять центр тяжести тел. Рассмотреть практическое применение и учет условий равновесия тел в различных областях жизни.

4 слайд

Описание слайда:

Статика – раздел физики, изучающий условия равновесия тела или системы тел. Равновесие тела – это состояние покоя или равномерного прямолинейного движения тела. Абсолютно твёрдое тело – тело, у которого деформации, возникающие под действием приложенных к нему сил, пренебрежимо малы.

5 слайд

Описание слайда:

В сочинении «О плавающих телах» изложил закон рычага, метод определения центров тяжести треугольника, параллелограмма, трапеции и привёл открытый им закон о выталкивающей силе, действующей на тела, погружённые в жидкость. Архимед (287-212 до н. э.)

6 слайд

Описание слайда:

7 слайд

Описание слайда:

СИМОН СТЕВИН ДОКАЗАЛ, ЧТО СИЛЫ СКЛАДЫВАЮТСЯ КАК ВЕКТОРЫ РЕШИЛ ПРОБЛЕМУ РАВНОВЕСИЯ ТЕЛА НА НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ

8 слайд

Описание слайда:

9 слайд

Описание слайда:

Аэростатика - равновесие газообразных сред, в основном атмосферы. Гидростатика - равновесие жидкостей в поле тяжести. Кинетостатика - способы решения динамических задач с помощью аналитических или графических методов статики. Электростатика - взаимодействие неподвижных электрических зарядов.

10 слайд

Описание слайда:

11 слайд

Описание слайда:

Плечо силы - это расстояние от оси вращения до линии действия силы. Момент силы будем считать положительным, если сила приводит к вращению тела (например, колеса или рычага) против часовой стрелки, и отрицательным, если - по часовой стрелке.

12 слайд

Описание слайда:

13 слайд

Описание слайда:

Равновесие называется устойчивым, если после небольших внешних воздействий тело возвращается в исходное состояние равновесия. Это происходит, если при небольшом смещении тела в любом направлении от первоначального положения равнодействующая сил, действующих на тело, становится отличной от нуля и направляется к положению равновесия. В устойчивом равновесии находится, например, шар на дне углубления или маятник часов.

14 слайд

Описание слайда:

Равновесие называется неустойчивым, если при небольшом смещении тела из положения равновесия равнодействующая приложенных к нему сил отлична от нуля и направлена от положения равновесия. В неустойчивом равновесии находится, например, сноубордист на склоне горы.

15 слайд

Описание слайда:

Если при небольших смещениях тела из первоначального положения равнодействующая приложенных к телу сил остается равной нулю, то тело находится в состоянии безразличного равновесия. В безразличном равновесии находится шар на горизонтальной поверхности или велосипедист.

16 слайд

Описание слайда:

«Центром тяжести каждого тела является некоторая расположенная внутри него точка - такая, что если за неё мысленно подвесить тело, то оно остается в покое и сохраняет первоначальное положение». Архимед. «О равновесии плоских тел» « Люди, как известно, твари прямоходящие, а посему их центр масс при стоянии занимает наивысшее положение. Центр тяжести человека расположен в нижней части живота, т.к. вес ног составляет около половины веса тела. Устойчивость тела зависит от положения центра тяжести и от величины площади опоры: чем ниже центр тяжести и больше площадь опоры, тем тело устойчивее».

17 слайд

Описание слайда:

Леонардо да Винчи (1452 – 1519) Тело будет в равновесии только тогда, когда центр тяжести находится на вертикали, проходящей через площадь опоры. А само равновесие тем устойчивее, чем дальше эта вертикаль от границ площади опоры.

18 слайд

Описание слайда:

Точку, через которую проходит равнодействующая сил тяжести при любом расположении тела называют центром тяжести.

19 слайд

Описание слайда:

«Определение центра тяжести плоской фигуры неправильной формы». Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, кусочек ластика, декоративная кнопка, самодельный отвес, фигура из бумаги неправильной формы.

20 слайд

Описание слайда:

21 слайд

Описание слайда:

Если вертикальная линия, проведенная из центра тяжести, пересекает площадь опоры, то тело находится в устойчивом равновесии. Если вертикальная линия, проведенная из центра тяжести, не пересекает площадь опоры, то тело опрокидывается

22 слайд

Описание слайда:

23 слайд

Описание слайда:

В положении устойчивого равновесия центр тяжести тела расположен ниже оси вращения, например, у гимнастки, а серфингист или канатоходец поддерживают положение равновесия, смещая часть своего тела, например руку или ногу, в сторону, противоположную той, куда он начинает падать Проекция центра тяжести не должна выходить за площадь опоры, т.е. соответствовать устойчивому равновесию тела. Используя балансирующие движения, а также регулируя опорные усилия, гимнастка способна сохранять равновесие в момент, когда центр тяжести её тела выходит за пределы площади опоры.

24 слайд

Описание слайда:

Равновесие мотоциклиста при движении непрерывно восстанавливается за счёт смещения центра тяжести по отношению к линии, соединяющей точки опоры колёс. Это достигается наклоном корпуса водителя и поворотом руля. Смещение центра тяжести за счёт поворота руля объясняется наклоном оси вращения передней вилки. Чем ниже центр тяжести, тем на повороте мотоцикл устойчивее, так как надо совершить большую работу для его опрокидывания. Поэтому центр тяжести мотоциклов, велосипедов стремятся понизить.

25 слайд

Описание слайда:

Для увеличения устойчивости велосипедов на велотреках и автомобилей на поворотах гоночных трасс полотно наклоняют в сторону поворота, так как при этом возрастает момент устойчивости.

26 слайд

Описание слайда:

В цирке для поддержания равновесия канатоходцы используют большой веер или длинный шест, увеличивая тем самым плечо силы, чтобы при равных моментах уменьшить модуль самой силы, а иногда создают устойчивое равновесие специально занижая центр тяжести, прикрепляя к велосипеду, движущемуся по канату, трапецию с сидящим на ней человеком, свисающую ниже каната Хождение на ходулях (две точки опоры или линия опоры) осуществляется путём непрерывного смещения центра тяжести относительно линии, соединяющей точки опоры.

27 слайд

Описание слайда:

Для обеспечения равновесия тела его опирают на несколько точек. Поэтому подъёмные краны всегда снабжены тяжёлым противовесом Под действием ветра и волн корабль наклоняется и центр тяжести смещается в сторону наклона. Поэтому тяжёлые грузы размещают в трюмах. Чем ниже центр тяжести корабля, тем выше его устойчивость. В пожарной технике определяют устойчивость высотной лестницы при максимальном угле с опорной стеной

28 слайд

Описание слайда:

Человек - это "тело на опоре". Центр тяжести человека расположен в нижней части живота, т.к. вес ног составляет около половины веса тела. Расположение центра тяжести относительно точек опоры влияет на равновесие тела. Человек не падает до тех пор, пока вертикальная линия из центра тяжести проходит через площадь, ограниченную его ступнями. Морякам на качающейся палубе корабля придает устойчивость походка "в развалку". При такой ходьбе ноги специально ставятся шире, чтобы захватываемая ступнями площадь опоры была как можно больше. Если встать на одну ногу, то площадь опоры уменьшится, и сохранять равновесие будет труднее.

29 слайд

Описание слайда:

Равновесие человека регулирует его вестибулярный аппарат. Это орган равновесия, который находится во внутреннем ухе. Если его не тренировать, то мы падаем, нас укачивает в транспорте. Кроме того, он напрямую связан с другими чувствами человека, в том числе со зрением. Стоять на одной ноге становится гораздо сложнее, если закрыть глаза. Поэтому предупреждение нарушений органа слуха и равновесия важны для жизнедеятельности всего организма.

30 слайд

Описание слайда:

Равновесие тела – это состояние покоя или равномерного прямолинейного движения тела. Существует три вида равновесия: устойчивое, неустойчивое, безразличное. Устойчивое положение тела определяет положение его центра тяжести. Устойчивость тел на плоской поверхности тем больше, чем больше площадь опоры и ниже центр тяжести.

31 слайд

Описание слайда:

Равновесием тел можно управлять. Выяснить, что такое равновесие и как им можно управлять Пикассо Пабло «Акробат на шаре» , 1905г.

32 слайд

Описание слайда:

П. 54 – 55, упр. 10 № 1 – 3. Творческое задание: На памятнике Мухиной «Рабочий и колхозница» шарф находится в руках у девушки, а не на шее. Обоснуйте такое архитектурное решение с точки зрения физики.

33 слайд

Описание слайда:

1. Перельман Я.И. «Занимательная физика. Книга 1» - Москва «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, 1983 2. Гальперштейн Л. «Забавная физика» - Москва «Детская литература»,1993 3. Том Тит «Продолжаем научные забавы» - Издательский Дом Мещерякова. Москва, 2007 4. Рабиза Ф. В. «Опыты без приборов» - Москва «Детская литература»,1988 5. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия, 2005 6. http://www.rosuchpribor.ru/russian/prof/tehmeh/m5.html 7. http://www.phys.nsu.ru/demolab/CentreGravity.html

34 слайд

Описание слайда:

35 слайд

Описание слайда:

Возьмем два граненых карандаша и будем держать их перед собой параллельно, положив на них линейку. Начнем сближать карандаши. Сближение будет происходить поочередными движениями: то один карандаш движется, то другой. Даже если вмешаться в их движение, ничего не получится. Они все равно будут двигаться по очереди. Почему это происходит? Как только на одном карандаше давление стало больше и трение настолько возросло, что карандаш дальше двигаться не может, он останавливается. Зато второй карандаш может теперь двигаться под линейкой. Но через некоторое время давление и над ним становится больше, чем над первым карандашом, и из-за увеличения трения он останавливается. А теперь может двигаться первый карандаш. Так, двигаясь по очереди, карандаши встретятся на самой середине линейки, у ее центра тяжести. В этом легко убедиться по делениям линейки.

36 слайд

Описание слайда:

Если отвесная линия проходит через точку опоры или подвеса и через центр тяжести, уже можно надеяться, что равновесие будет обеспечено. Мяч, который лежит так как изображено на фотографии, всегда будет находиться в состоянии равновесия, потому что его центр тяжести будет соединен с точкой опоры отвесной линией, как бы мы мяч не передвигали. Другое дело, чтобы шар удержался на кончике пальца. И хотя такое равновесие будет очень неустойчивым, но все- таки, оказывается, и оно возможно.

37 слайд

Описание слайда:

Не только жонглеры в цирке легко держат большие мячики на кончике пальца, но и животные: дрессированные морские львы удерживают шар на кончике своего носа. А можно научиться держать мяч на кончике пальца. Весь секрет заключается в том, чтобы быстро передвигать точку опоры - палец под центр тяжести мячика. Как только мяч начнет падать, он сдвинется с отвесной линии, соединяющей его центр с точкой опоры. Сразу же надо выправить положение - подвести точку опоры под центр мяча. Быстрые движения для восстановления равновесия почти не будут со стороны заметны.

38 слайд

Описание слайда:

Если в предыдущем опыте пришлось искусственно бороться с неустойчивым равновесием, то в этом опыте никакого искусства не понадобится. Это старинный, очень наглядный опыт. Заточим карандаш, чтобы у него был острый конец, и немного выше конца воткнем полураскрытый перочинный нож. Поставим острие карандаша на указательный палец, и карандаш будет стоять на пальце, слегка покачиваясь. Теперь вопрос: где находится центр тяжести карандаша и перочинного ножа? Ответ простой: на пересечении отвесной линии, проведенной через точку опоры и рукоятку ножа. То есть в самой рукоятке, значительно ниже точки опоры.

39 слайд

Описание слайда:

Устойчивое равновесие потому и устойчиво, что стоит его нарушить (например, отклонить неваляшку в сторону), как тут же возникают силы, стремящиеся вернуть систему к исходному положению. Этот вид равновесия используется при создании игрушек, к примеру этой удивительной птички.

40 слайд

Описание слайда:

Поставлю на стол все 28 костей домино так, как показано на фотографии. Сделать это не просто. Прежде всего, нужен хороший, ровный стол. И стоять он должен прочно, не шатаясь. Но и при этом возвести такую хрупкую постройку на одной косточке едва ли удастся. Лучше сначала поставить не одну косточку, а три. И только потом, когда все будет построено, осторожно убрать две крайние косточки, которые служили подпорками. Их нужно поставить на вершину получившегося сооружения. И даже при всех предосторожностях немало придется повозиться, пока удастся закончить постройку. А вот опрокинуть этого «великана на одной ноге» ничего не стоит. Дунь посильнее - и все рассыплется! Вот оно – неустойчивое равновесие!

41 слайд

Описание слайда:

Возьмем бутылочную пробку (из пробкового дерева) и воткнем в ее торец, в самый центр, иголку ушком в пробку. По бокам в пробку воткнем, по возможности симметрично, две вилки с некоторым наклоном, чтобы получилась треугольная фигура с пробкой в ее вершине. Возьмем бутылку, положим на ее горлышко пятирублевую монету и поставим на нее конец иголки. Наши вилки чувствуют себя настолько устойчиво, что их даже можно вращать вокруг горлышка бутылки. Прикрепим теперь к одной из вилок кусочек пластилина или хлебного мякиша. Вся система немного наклонится, но не упадет. На этом принципе работают аптечные и лабораторные весы.

42 слайд

Описание слайда:

Можно ли уравновесить тарелку на острие иглы? Для этого нужно подобрать что-нибудь потяжелее. В нашем опыте взяты четыре вилки. Только они должны быть стальные или мельхиоровые: алюминиевые слишком легки. Разрежем по длине две корковые пробки. В каждую из четырех половинок воткнем по вилке так, чтобы угол между плоскостью среза и вилкой был чуть-чуть меньше прямого. Разместим вилки с пробками по краю тарелки на равных расстояниях одна от другой. Теперь тарелку удастся наконец уравновесить на острие иглы, всаженной в пробку. На глаз кажется, что это невозможно,- и все-таки она стоит! Тарелку можно даже заставить вращаться, если раскрутить достаточно осторожно. И вращаться она будет долго. Ведь трение между кончиком иглы и тарелкой очень невелико.

43 слайд

Описание слайда:

Построим пирамиду (как показано на фото). Для этого положим на стол центральную шашку, окружим ее четырьмя шашками, стоящими так, чтобы образовалась форма креста. Положим теперь шашку на края стоячих шашек, ее внешняя поверхность будет в плоскости, касательной к этим четырем шашкам. Сделав это, положим четыре шашки таким образом, чтобы их центры находились соответственно над центрами нижних шашек. Вот и первый ряд. Продолжаем таким образом до пятого ряда. Дальнейшая работа требует уже особой осторожности и ловкости. Нужно не только убрать шашки, придерживающие стоячие, но еще и освободить две шашки, которые закрыты первым рядом. Выложим из убранных шашек шестой ряд, а затем последние положим на верх пирамиды. Полученное сооружение – пример неустойчивого равновесия.

44 слайд

Описание слайда:

В ходе проведенных исследований я выяснила что такое равновесие и как им можно управлять. Для этого я провела опыты и узнала, что из безличного равновесия можно перейти в неустойчивое, а из неустойчивого в устойчивое. Значит гипотеза о том, что равновесием можно управлять подтвердилась.

Класс: 10

Презентация к уроку

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока: Изучить состояние равновесия тел, познакомиться с различными видами равновесия; выяснить условия, при которых тело находится в равновесии.

Задачи урока:

• Учебные: Изучить два условия равновесия, виды равновесия (устойчивое, неустойчивое, безразличное). Выяснить, при каких условиях тела более устойчивы.
• Развивающие: Способствовать развитию познавательного интереса к физике. Развитие навыков сравнивать, обобщать, выделять главное, делать выводы.
• Воспитательные: Воспитывать внимание, умения высказывать свою точку зрения и отстаивать её, развивать коммуникативные способности учащихся.

Тип урока: урок изучения нового материала с компьютерной поддержкой.

Оборудование:

1. Диск «Работа и мощность» из «Электронных уроков и тестов.
2. Таблица «Условия равновесия».
3. Призма наклоняющаяся с отвесом.
4. Геометрические тела: цилиндр, куб, конус и т.д.
5. Компьютер, мултимедиапроектор, интерактивная доска или экран.
6. Презентация.

Ход урока

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

I. Повторение и актуализация знаний.

1. Сформулировать первый закон Ньютона. О каком состоянии говорится в законе?
2. На какой вопрос отвечает второй закон Ньютона? Формула и формулировка.
3. На какой вопрос отвечает третий закон Ньютона? Формула и формулировка.
4. Что называется равнодействующей силой? Как она находится?
5. Из диска «Движение и взаимодействие тел» выполнить задание № 9 «Равнодействующая сил с разными направлениями» (правило сложения векторов (2, 3 упражнения)).

II. Изучение нового материала.

1. Что называется равновесием?

Равновесие – это состояние покоя.

2. Условия равновесия. (слайд 2)

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

б) Пусть на доску действуют две равные силы, как показано на рисунке.

Будет ли она находиться в равновесии? (Нет, она будет поворачиваться)

В покое находится только центральная точка, а остальные движутся. Значит, 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.

∑ M по часовой = ∑ M против часовой

Момент силы: M = F L

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

3. Центр тяжести тела и его нахождение. (слайд 4)

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:

4. Виды равновесия.

а) (слайды 5–8)

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. (слайд 9)

б) Устойчивость тел, находящихся на точке опоры или на линии опоры. (слайды 10–17)

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.

(слайд 18)

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

2) Разбор слайда из «Электронных уроков и тестов», диск «Работа и мощность», урок «Виды равновесия».

Рисунок 1.

1. Чем различаются табуретки? (Площадью опоры)
2. Какая из них более устойчивая? (С большей площадью)
3. Чем различаются табуретки? (Расположением центра тяжести)
4. Какая из них наиболее устойчива? (Укоторой центр тяжести ниже)
5. Почему? (Т.к. её можно отклонить на больший угол без опрокидывания)

3) Опыт с призмой отклоняющейся

1. Поставим на доску призму с отвесом и начнём её постепенно поднимать за один край. Что мы видим?
2. 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.

Разбор слайдов 19–22 .

Выводы:

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

Разбор слайдов 23–25.

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

Какие автомобили наиболее устойчивы? Почему? (Чтобы увеличить устойчивость машин на поворотах, полотно дороги наклоняют в сторону поворота.)

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

III. Применение знаний об устойчивости тел.

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

(слайды 28–30)

1. Почему «Ванька-встанька» возвращается в положение равновесия при любом наклоне игрушки?
2. Почему Пизанская башня стоит под наклоном и не падает?
3. Каким образом сохраняют равновесие велосипедисты и мотоциклисты?

Выводы из урока:

1. Существует три вида равновесия: устойчивое, неустойчивое, безразличное.
2. Устойчиво положение тела, в котором его потенциальная энергия минимальна.
3. Устойчивость тел на плоской поверхности тем больше, чем больше площадь опоры и ниже центр тяжести.

Домашнее задание : § 54– 56 (Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский)

Использованные источники и литература:

1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н.Сотский. Физика. 10 класс.
2. Диафильм «Устойчивость» 1976 г. (отсканирован мною на плёночном сканере).
3. Диск «Движение и взаимодействие тел» из «Электронных уроков и тестов».
4. Диск «Работа и мощность» из «Электронных уроков и тестов».

Раздел механики, в котором изучается
равновесие абсолютно твердых тел,
называется статикой.
Равновесие тела – это состояние покоя
или равномерного и прямолинейного
движения тела.
Абсолютно твердое тело – это тело, у
которого деформации, возникающие
под действием приложенных к нему
сил, пренебрежимо малы.
2

Первое условие равновесия
твердого тела: твердое тело
находится в равновесии,
если геометрическая сумма
внешних сил, приложенных
к нему, равна нулю.

Второе условие равновесия
твердого тела: твердое тело
находится в равновесии, если
алгебраическая сумма моментов
внешних сил, действующих на
него относительно любой оси,
равна нулю.
М1+М2+М3+…=0

Центр тяжести тела- это точка
приложения
равнодействующей силы
тяжести.

Виды равновесия

Устойчивое
Неустойчивое
Безразличное
6

Условия устойчивости равновесия

1. Тела находятся в состоянии
устойчивого равновесия, если
при малейшем отклонении от
положения равновесия
возникает сила или момент
силы, возвращающие тело в
положение равновесия.
7

2.Тела находятся в состоянии
неустойчивого равновесия, если
при малейшем отклонении от
положения равновесия
возникает сила или момент
силы, удаляющие тело от
положения равновесия.

3. Тела находятся в
состоянии безразличного
равновесия, если при
малейшем отклонении от
положения равновесия не
возникает ни сила, ни
момент силы, изменяющие
положение тела.

Виды равновесия
d
Fт
N
О
Fт
N
О
Fт
Fт
Fт
N d
О
устойчивое
неустойчивое
безразличное
10

Под площадью опоры понимают площадь соприкосновения тела с
опорой или площадь, ограниченную возможными осями,
относительно которых может происходить опрокидывание (
поворот) тела под действием внешних сил.

Равновесие тел на опорах

ℓ
ℓ
Fт
Fт
Fт
Fт
Тело, имеющее площадь опоры, будет
находиться в равновесии до тех пор, пока
линия действия силы тяжести будет

12

Fт
Fт
Если при отклонении тела, имеющего площадь опоры,
происходит повышение центра тяжести, то равновесие будет
устойчивым. При устойчивом равновесии вертикальная
прямая, проходящая через центр тяжести, всегда будет
проходить через площадь опоры.

A = FFт т h
Fт
Fт
Fт
Fт
Два тела, у которых одинаковы вес и площадь опоры, но
разная высота, имеют разный предельный угол наклона. Если
этот угол превысить, то тела опрокидываются.

A = Fт Fтh
Fт
Fт
Fт
Fт
При более низком положении центра тяжести необходимо
затратить большую работу для опрокидывания тела.
Следовательно работа по опрокидыванию может служить мерой
его устойчивости.