Механическая работа и мощность

Класс

Урок №21-22

Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

Механическая работа и мощность.

Запишите, пожалуйста, тему урока в тетрадь

Прежде чем мы начнём рассматривать тему сегодняшнего урока, я хочу предложить вам решить задачу. Прочтите задачу, запишите к ней «дано» и попробуйте решить.

Вагонетка, масса которой 400 кг и скорость движения 3 сцепляется с неподвижной вагонеткой массой 0,6т. Какова скорость вагонеток после их сцепки?

Ну как? Наверняка вы скажете : «Не хватило данных в задаче». И вы правы! Законы Ньютона позволяют решить много задач, связанных со взаимодействием тел. Но определить силы, которые действуют на тело, нередко, достаточно сложно. А без значения сил невозможно найти ускорение, а, соответственно, и скорость, и перемещение. Такая ситуация складывается и с этой задачей. А вот решить её вы сможете, познакомившись с таким понятием, как импульс тела. К решению этой задачи мы вернёмся после изучения понятия импульс тела. Т.е. тема сегодняшнего урока позволит вам значительно расширить спектр задач, которые вы сможете решать.

Изучение нового материала

Какие ассоциации у вас вызывает слово «импульс»?

«Импульс» в переводе с латинского означает толчок. Поэтому эта величина характеризует тело, которое движется, и является мерой механического движения.

Импульс тела – это физическая величина, которая является мерой механического движения и численно определяется произведением массы тела на скорость его движения.

р = m v

= 1

Импульс тела – это векторная величина, ее направление совпадает с направлением скорости движения тела.

Как вы считаете, зависит ли результат взаимодействия тел от времени либо определяется только силой?

Для обоснованного ответа на этот вопрос введем еще одно физическое понятие.

Давайте запишем II закон Ньютона.

F =ma

Теперь вспомним, чему равняется ускорение?

а =

Формулу ускорения подставим во II закон Ньютона. Что получили?

Ft = m (v - v )

А теперь откроем скобки. Что вы имеете в правой части уравнения?

Ft = mv- mv

Конечно, изменение импульса тела. А вот левая часть, то есть произведение силы на время, называется импульсом силы. Импульс силы – это векторная величина, которая равна произведению силы, действующей на тело, на время её действия. Эту запись еще называют записью II закона Ньютона в импульсной форме: импульс силы, которая действует на тело, равна изменению импульса тела.

Таким образом, мы видим, что результат взаимодействия зависит от времени, в течение которого действует сила, согласно II закону Ньютона в импульсной форме.

А теперь я прошу вас просмотреть видеофрагмент, который демонстрирует передачу импульсу от одного тела к другому. (Он представлен в приложении к уроку №21-22.)

Видеофрагмент «Передача импульса»

Какой вывод можно сделать из демонстрации этого опыта?

В видеофрагменте демонстрируют упругий удар шариков. Систему шариков рассматриваем как изолированную или замкнутую, т.е. систему, в которой тела взаимодействуют только между собой. Шарики взаимодействуют и в результате передают импульс друг другу. Значит через момент времени их скорости изменяются. А вот векторная сумма импульсов шариков остается неизменной.В этом и заключается суть закона сохранения импульса. Его математическое выражение имеет такой вид:

m v + m v = m v + m v

В замкнутой системе тел векторная сумма импульсов тел остается постоянной.

В левой части мы видим сумму импульсов тел в начальный момент времени, то есть до взаимодействия, а в правой – сумму импульсов тел в конечный момент времени, то есть после взаимодействия. Поэтому закон сохранения импульса имеет еще другую формулировку: векторная сумма импульсов тел замкнутой системы тел до взаимодействия равна векторной сумме импульсов тел после взаимодействия. Такой формулировкой закона очень удобно пользоваться при решении задач.

С проявлениями закона сохранения импульса мы постоянно встречаемся в природе, технике, быту. Я предлагаю вам посмотреть видеофрагмент «Выстрел из пушки», который ярко демонстрирует эффект отдачи огнестрельного оружия. И именно законом сохранения импульса объясняется этот эффект.

Видеофрагмент «Выстрел из пушки»

Законом сохранения импульса объясняется реактивное движение.

Реактивное движение – это движение тела, которое возникает в результате отделения от него части или выбросов им вещества с некоторой скоростью относительно тела.

Примерами реактивного движения является движение самолетов, космических ракет, передвижение кальмаров, осьминогов, каракатиц.

По какому закону происходит реактивное движение при выстреле из пушки?По III закону Ньютона. Во время выстрела сила, которая действует на пулю и на пушку одинаковы по модулю, но противоположны по направлению.

Ракета – летательный аппарат, который перемещается в пространстве благодаря реактивной тяге, которая возникает в результате отбрасывания ракетой части собственной массы. При этом масса ракеты уменьшается, и, соответственно, увеличивается скорость ее движения.

Ракеты для полета, которые работают на жидком горючем, впервые предложил К. Циолковский в 1903 году; он также разработал теорию ракетного движения.

Как можно увеличить скорость ракеты?

1. Увеличить массу топлива, которое сгорает.

2. Увеличить скорость газов, которые выбрасываются из сопла ракеты.

Но первый путь, приводит к уменьшению полезной массы ракеты – массе корпуса и массы грузов, которые она перевозит.

Закрепление материала

Я считаю, что вы теперь вооружены необходимыми знаниями для того, чтобы смогли вернуться к задаче, предложенной вам в начале урока.

Задача. Вагонетка, масса которой 400 кг и скорость движения 3 м/с, сцепляется с неподвижной вагонеткой массой 0,6т. Какая скорость вагонеток после их сцепления?

Дано: СИ Решение

m =400 кг В начальный момент времени двигалась вагонетка.

v = 3м/с Её импульс равен : m v . А импульс второй ваго-

m = 0,6т 600 кг нетки равен 0, т.к. она неподвижна. Затем они соеди-

v =0 няются и движутся, как единое целое, т.е. их массы

объединяются, а скорость равна V.

V - ? Запишем закон сохранения импульса для них.

Они движутся в одном направлении, поэтому знаки

векторов мы опустили:

m v = (m + m ) V V =

V = 12 м/с

Для того, чтобы решить эту задачу нам понадобились знания закона сохранения импульса.

А теперь я предлагаю вспомнить материал, который вы изучали в 8 классе, связанный с понятием «механическая работа и мощность».

Механическая работа – это физическая величина, которая характеризует перемещение тела под действием силы.

Как физическая величина, механическая работа имеет единицы измерения и формулу определения численного значения.

А = FS

Механическая работа равнаяется произведению силы и перемещения.

[A] = 1 Дж

Мы видим, что без перемещения нет работы; без воздействия силы работа не совершается.

Единица измерения работы в СИ названна в честь английского ученого XIX века Дж. Джоуля.

Теперь обратимся к такому примеру выполнения работы. Нужно вскопать участок. Как выполнить эту работу быстрее – лопатой или трактором? Одинаковая ли работа будет выполнена?

Да, работа одинакова; но будет потрачено разное время: трактором эта работа будет выполнена быстрее.

На 10 этаж мы поднимемся быстрее лифтом, чем по ступенькам. Подъемный кран поднимает тяжелый кирпич на высоту сооружаемого дома за несколько минут, в то время как рабочие потратили бы на выполнение той же работы целый день. Тот механизм, который выполняет работу быстрее, считается мощнее.

Мощность – это физическая величина, которая характеризует скорость выполнения работы.

Р=

Мощность равна отношению механической работы ко времени, за которое эта работа выполнена.

[Р] = 1 Вт

Единица измерения мощности названа в честь английского ученого – Джеймса Ватта.

Средняя мощность взрослого человека при достаточно длительной работе составляет приблизительно 35 – 75 Вт. Но за достаточно короткое время человек может развивать мощность большую, чем конь. Например, спортсмены, которые толкают штангу массой больше 200 кг на высоту 1,8 м за 1с, развивают мощность приблизительно 3500 Вт.

С помощью расчетов в своих тетрадях проверьте, пожалуйста, этот факт.

N = =

N = 3500 Вт

А мощность насекомого в полете равняется приблизительно 0,00001 Вт.

Конспект темы урока запишите, пожалуйста, в свои тетради

Домашнее задание

Выучить параграфы 28, 29, 31; решить упр. 19 №1 и упр. 20 №1; выполнить экспериментальное задание в рабочей тетради.

Экспериментальное задание

Надуйте воздушный шарик, а затем отпустите его. Пронаблюдайте за его движением. Объясните то явление, которое вы наблюдаете.