Урок №1. Деформація. Сила пружності. Закон Гука.

Мета уроку: з’ясувати залежність сили пружності від деформації.

Навчальна:Сформувати знання про яивще деформації, про причину виникнення сили пружності, про закон Гука. Розкрити діючі в природі причинно-наслідкові зв’язки між земним тяжінням і деформацією тіл.

Розвивальна: Розвивати логічне мислення через встановлення причинно-наслідкових зв’язків.

Виховна: Формувати науковий світогляд, збуджувати інтерес до вивчення фізики.

Тип уроку: комбінований урок.

Основні поняття: Деформація, Пружна деформація, Пластична деформація, Сила пружності ,  Деформація тіла, Механічна напруга, Закон Гука, Коефіцієнт пропорційності.

Демонстрації:

- презентація:  Сила пружності. Закон Гука.; - відео:Закон Гука; - відео:Деформація. Сила пружності .

                                            Хід уроку

Самостійна робота  «Сили в механіці»

Початковий рівень

1. Виберіть правильне твердження. У результаті дії сили тіло може...

А збільшити свою масу; Б збільшити свою швидкість;  В змінити свій об’єм.

2. Виберіть правильну відповідь. На тіло в горизонтальному напрямку діють дві сили — 5 Н і 7 Н. Чому може дорівнювати рівнодійна цих сил? А 1 Н;  Б 10 Н; В 12 Н.

Середній рівень

1.   На тіло  в  горизонтальному  напрямку  діють  дві  сили   - 10 Н і 20 Н. Зобразіть ці сили. Скільки варіантів рисунка ви можете зробити? Чому дорівнює рівнодійна цих сил?

2.   На тіло уздовж однієї прямої діють дві сили: 2 Н і 5 Н. Чи може рівнодіюча цих сил дорівнювати: а) 10 Н; б) 8 Н; в) 7 Н; г) 5 Н; д) 3 Н; є) 1 Н? Для правильних відповідей зробіть рисунки.

 Достатній рівень

1.   Рівнодійна всіх сил, прикладених до тіла, спрямована вертикально вниз. Чи можна вказати напрямок руху тіла? Наведіть приклад, що підтверджує вашу відповідь.

2.   Одна із двох сил, що діють на тіло уздовж однієї прямої, дорівнює 5 Н. Рівнодійна цих сил дорівнює 8 Н. Якою може бути за величиною інша сила? Як вона має бути спрямована? Виконайте креслення.

 Високий рівень

1.   На тіло діють три сили F1, F2, F3  спрямовані уздовж однії прямої, причому F1 = 4 Н, F2 = 7 Н. Чому дорівнює F3, якщо рівнодійна всіх трьох сил дорівнює 12 Н? Скільки розв'язків має ця задача? Зробіть у зошииті схематичні рисунки, що відповідають кожному з розв'язків.

2.   Три сили прикладені уздовж однієї прямої. Залежно від напрямку цих сил їх рівнодійна може дорівнювати 1 Н, 2 Н, З і 4 Н. Чому дорівнює кожна із цих сил?

Вивчення нового матеріалу

1. Сили пружності

Під дією сили змінюється швидкість руху тіла. При контакті взаємодіючих тіл починають рухатися окремі частини тіла, внаслідок чого обидва тіла деформуються.

Деформація — це зміна форми або розмірів тіла.

Пружна деформація – деформація, яка повністю зникає після припинення дії зовнішньої сили.

Пластична деформація – деформація, яка не зникає після припинення дії зовнішньої сили, тобто тіло не відновлює своєї попередньої форми.

Сила пружності – сила, яка виникає в результаті пружної деформації тіла і напрямлена в бік, протилежний зміщенню частинок тіла під час деформації.

Отже пружні сили виникають завжди під час спроби змінити об’єм чи форму твердого тіла, під час зміни об’єму рідини, а також під час стискання газу.

Існує багато різних видів пружних деформацій: розтяг (стиск), зсув, згин, кручення.

Деформація тіла називається пружною, якщо після зняття навантаження повністю відновлюються розміри й форма тіла.

Деформація тіла називається пластичною, якщо після зняття навантаження розміри й форма тіла не відновлюються.

    Іноді деформацію тіла легко помітити, наприклад, при розтяганні або стиску пружини. Але часто деформація не помітна для наших очей, наприклад, ми не помічаємо, як прогинається стіл під книгою.

 Сили пружності виникають при деформації тіла, тобто при зміні його форми.

Причиною виникнення сил пружності у тілі є взаємодія його молекул, які розташовані на певній відстані одна від одної. Молекули тіла однозначно відштовхуються і притягаються одна до одної. У недеформованому тілі молекули перебувають саме на такій відстані, за якої сили притягання й відштовхування врівноважуються. Коли ми розтягуємо або стискаємо тіло, відстані між молекулами змінюються, тому починають переважати або сили притягання, або сили відштовхування. У результаті й виникає сила пружності, що завжди спрямована так, аби зменшити величину деформації тіла.

Механічна напруга – це відношення модуля сили пружності до площі поперечного перерізу тіла.

У випадку стискування твердого тіла напруга аналогічна тиску в газах і рідинах.

При малих деформаціях тіл зв’язок між , і досліджував англійський фізик Роберт Гук.

2. Закон Гука

Із практики відомо, що чим більшу деформацію ми бажаємо створити, тим більше навантаження потрібно прикласти до тіла, що деформується. Отже, за величиною деформації можна судити про величину прикладеної сили.

Знайдемо на досліді співвідношення між деформацією тіла й силою пружності. Підвісимо до пружини спочатку один важок й виміряємо видовження пружини. Додамо ще один важок — тоді сила пружності збільшиться вдвічі: адже тепер вона врівноважує силу ваги, що діє на два важки. Ми побачимо, що видовження пружини теж стало вдвічі більшим.

Співвідношення між силою пружності й видовженням пружини вперше було встановлено дослідним шляхом англійським фізиком Робертом Гуком. Тому його називають законом Гука: модуль сили пружності Fпр прямо пропорційний видовженню тіла x.  Fx = Fупр = –kx.

Коефіцієнт пропорційності k називають жорсткістю тіла. Він чисельно дорівнює силі, яку необхідно прикласти для того, щоб розтягти тіло на одиницю довжини. Одиницею виміру жорсткості в СІ є Н/м.

Закон Гука: Сила пружності прямо пропорційна до зміни довжини шнура (видовження).

 σ = F / S = –Fупр / S    – напрямлена у протилежний бік деформації (зовнішньої сили), – коефіцієнт жорсткості пружного тіла, з залежно від форми і розмірів тіла від матеріалу, з якого виготовлено тіло.

 3. Вимірювання сил за допомогою сили пружності

Отже, за величиною деформації тіла можна судити про величину сили пружності. Тому силу пружності часто використовують для вимірювання сил. Прилад для вимірювання сили називають динамометром. При градуюванні (нанесенні шкали) пружинного динамометра використовується закон Гука.

За допомогою динамометра можна порівнювати сили за модулем, а також визначати напрямок дії сили.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

1. Що таке деформація? 2. У яких випадках виникає деформація? 3. Які причини виникнення сили пружності?

4. Від чого залежить сила пружності? 5. Чому пружини для динамометрів виготовляють зі сталі, а не з міді або свинцю?

Закріплення вивченого матеріалу

1. Навчаємося розв’язувати задачі

1. Сила F1 = 40 H розтягує пружину на x1 = 8cм. Яка сила розтягне пружину ще на Δx = 6cм? Відповідь: 70 Н.

2. Під дією якої сили пружина жорсткістю 1500 Н/м укоротилася на 5 см?

3. До пружини довжиною 8 см підвісили вантаж масою 100 г. Довжина пружини стала 12 см.

Якої маси вантаж необхідно підвісити до пружини, щоб її довжина стала 9 см?

 Поміркуй і відповідай

1. Чи завжди при збільшенні сили, що розтягує пружину, у стільки ж разів збільшується її

деформація?  2. На столі лежить куля. Зобразіть графічно силу пружності, що діє на кулю. До чого

прикладена сила пружності? Яка причина виникнення сил пружності?

Домашнє завдання

1. § 10 ( підручник).

задачі:  10.1, 10.5, 10.6, 10.7, 10.8.