ЧАСТЬ 3. СИЛЫ В ПРИРОДЕ.
Задача 1. Два человека тянут груз, прикладывая горизонтальные силы и , направленные вдоль одной прямой. Каким может быть модуль равнодействующей этих сил? Чему равна сила трения, действующая на груз, если он не сдвигается с места? Рассмотрите все возможные случаи и изобразите на рисунке все горизонтальные силы, действующие на груз. [pic]
Решение.
Шаг 1.
равнодействующая сил – сила, которая производит на тело такое же действие как несколько одновременно действующих сил;
сила трения – сила, возникающая между поверхностями соприкасающихся тел и препятствующая их относительному перемещению.
Шаг 2. Реконструкция текста: последовательность учебно-поисковых действий, открывающих смысловую часть задачи.
1. Рассмотрим случай, когда обе силы направлены одинаково. Их равнодействующая [pic]
[pic] [pic]
3. Если силы направлены противоположно, их равнодействующая [pic]
[pic] [pic]
2. По условию задачи груз не сдвигается с места, следовательно, на него действует сила трения покоя, направленная в противоположную сторону:
[pic]
[pic]
[pic]
4. Т.к. груз не сдвигается с места, то на него действует сила трения покоя, направленная в сторону меньшей силы:
[pic] [pic]
[pic]
[pic]
Решение.
Сила давления (вес тела) – сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес; Равнодействующая сила – сила, которая производит на тело такое же действие как несколько одновременно действующих сил.
Шаг 2. Реконструкция текста: последовательность учебно-поисковых действий, открывающих смысловую часть задачи.
1. Представим ситуацию, описываемую в задаче (рис 1): ананас действует на чашку весов с силой . Изобразим на рисунке вес тела синей стрелкой. [pic]
2. При надавливании рукой вес увеличивается, обозначим его .
(рис 2) [pic]
3. При надавливании вес увеличится на величину силы давления [pic]
[pic]
[pic]
Шаг 2. Математическая модель решения.
Дано:
[pic]
[pic] [pic] [pic] [pic]
При надавливании на ананас вес увеличивается на значение силы давления
Т.к.
Тогда
Ответ: 5,3Н
[pic]
Задача 4. На рисунке приведены графики зависимости силы упругости от деформации для двух пружин. Какую из пружин надо растянуть сильнее, чтобы значения силы упругости были одинаковыми? [pic]
Решение.
Шаг 1. Система определений, раскрывающих физические понятия познавательной ситуации:
Сила упругости – сила, возникающая при деформации тела и стремящаяся вернуть тело в первоначальное состояние;
Закон Гука – модуль силы упругости при растяжении (или сжатии тела) прямо пропорционален изменению длины тела (удлинению)
, где удлинение тела (изменение его длины),
коэффициент пропорциональности, жесткость тела.
Шаг 2. Реконструкция текста: последовательность учебно-поисковых действий, открывающих смысловую часть задачи.
[pic]
1. Выделим ключевые точки на графиках зависимости силы упругости от удлинения. Определим удлинение каждой пружины, при силе упругости :
[pic] [pic]
2. Представим данные графика в виде графической модели.
В состоянии 1 пружины не растянуты. В состоянии 2 на пружины действуют силы . Пружины уравновешены, значит, сила упругости, действующая на каждое тело, равна весу тела. При этом первая пружина удлинилась на величину , удлинение второй пружины .
Из рисунка видно, что вторая пружина растянута сильнее.
Ответ: вторую пружину необходимо растянуть сильнее, чтобы значения силы упругости были одинаковыми.
Задача 6. На диаграмме представлены результаты экспериментальных измерений силы трения при скольжении по горизонтальной поверхности двух брусков, имеющих одинаковые коэффициенты трения скольжения.
Для масс брусков справедливо соотношение
1) 2) 3) 4) [pic]
[pic]
Решение.
Шаг 1. Система определений, раскрывающих физические понятия познавательной ситуации:
Диаграмма - графическое представление данных, позволяющее быстро оценить соотношение нескольких величин; представляет собой геометрическое символьное изображение информации.
Сила трения – сила, возникающая между поверхностями соприкасающихся тел и препятствующая их относительному перемещению;
Сила трения скольжения – сила, возникающая при скольжении одного тела по поверхности другого, приложена к движущемуся телу и направлена в сторону противоположную движению.
Шаг 2. Реконструкция текста: последовательность учебно-поисковых действий, открывающих смысловую часть задачи. 1. Анализируя диаграмму, определим силу трения, действующую на первый и второй брусок
[pic]
[pic]
2. Представим данные диаграммы в виде графической модели.
3. Сила трения прямо пропорциональна весу тела (коэффициенты трения одинаковые): [pic]
т.к.
то
Шаг 3. Математическая модель решения.
Дано: [pic]
[pic] [pic] [pic] [pic]
Сила трения, действующая на каждый брусок
Ответ:
Задача 7. Имеется деревянная доска и два кубика одинакового размера: деревянный и металлический. Коэффициент трения между деревом и металлом 0,1, а коэффициент трения между деревом и деревом 0,4. Плотности металла и дерева отличаются в 10 раз. Когда кубик дерева прикрепляют к крючку динамометра и равномерно тянут по горизонтальной доске, то динамометр показывает 1,4Н. Что покажет динамометр, если деревянный кубик заменить на металлический? [pic]
Решение.
Шаг 1. Система определений, раскрывающих физические понятия познавательной ситуации:
Сила трения – сила, возникающая между поверхностями соприкасающихся тел и препятствующая их относительному перемещению;
вес тела – сила, с которой тела, вследствие притяжения к Земле, действует на опору или подвес;
плотность – физическая величина, равная отношению массы тела к его объему (масса вещества в единице объема);
динамометр – прибор для измерения силы.
Шаг 2. Реконструкция текста: последовательность учебно-поисковых действий, открывающих смысловую часть задачи. [pic]
1. Представим ситуацию, описываемую в задаче: кубики одинакового размера имеют одинаковый объем (рис. 1)
[pic] [pic] [pic]
2. Сравним массы кубиков. Обозначим: - масса деревянного кубика,
- масса железного кубика (рис. 2).
По условию задачи плотность железного кубика в 10 раз больше, чем деревянного (), следовательно, и масса железного кубика в 10 раз больше ().
[pic]
3. Сравним вес деревянного и железного кубика (рис. 3).
Вес тела
вес железного кубика в 10 раз больше веса деревянного тела
4. При равномерном движении бруска по доске сила трения равна силе упругости, которую показывает динамометр
[pic]
[pic]
Шаг 3. Математическая модель решения.
Дано:
[pic]
[pic] [pic] [pic] [pic]
Сила трения, действующая на каждый брусок
Ответ:
6
