Русская Народная Школа
МКОУ-СОШ №6 им. К.Д.УШИНСКОГО
Конспект урока
Закон сохранения импульса.
Реактивное движение.
Учитель: Зимина А.В.
Цели урока:
٭ продолжить формирование понятий об импульсе тела, законе сохранения импульса, а так же применять их к анализу явления взаимодействия тел; ٭ ٭ добиться усвоение учащимися формулировки закона сохранения импульса и уметь его применять для решения задач;
٭ сформировать понятие реактивного движения, наблюдение реактивного движения в природе и технике.
٭ раскрыть философский смысл закона сохранения импульса (ЗСИ) в целях формирования диалектико- материалистического мировоззрения.
Воспитательная цель:
С целью патриотического воспитания ознакомить учащихся с применением ЗСИ в космической и военной технике.
Учитель: цель нашего урока продолжить формирование импульса тела, уметь применять его к анализу явлению взаимодействия тел в простейших случаях. Сформулировать ЗСИ и научится применять его к решению задач. Дать понятие реактивного движения и рассмотреть примеры, где мы можем с ним встретиться.
Но прежде я хотела бы проверить, как вы усвоили материал, изученный на прошлом уроке, для этого вы должны ответить на тест. Тесты лежат перед вами на столе, решать задачи вы можете в тетради, а ответы записываем на отдельном листочке. На выполнение работы вам отводится 7 минут.
Листочки с ответом сдаете мне, а правильность ответов проверите, сверив сои, ответы с ответами, написанными на доске (учитель открывает доске, где заранее написаны ответы на тесты).
Теперь приступим к новой теме урока.
Мысль, о какой то неизменности, которая должна быть в мире, где все меняется, и что ничто не вечно родилась еще в глубокой древности, но существовала в виде философских и религиозных идей до 17 века, когда
впервые были указаны величины, сохраняющиеся в тех или иных явлениях. Началось научно-естественное осмысление идей сохранения. Началось с догадок, ошибок, споров, неясностей в терминологии. Интересно было бы проследить работу первопроходцев науки, учиться у них не только мыслить, но и излагать мысли. Но, к сожалению, у нас мало времени, поэтому краткую историю становления ЗСИ нам расскажет следующий докладчик.
Смотреть приложение.
Ученики делают доклад о развитии теории ЗСИ (задание дается заранее).
Учитель: почему же столько внимания уделяется ЗС? Вроде бы казалось, созданы законы классической механики, которые успешно описывают движение тел. Но оказалось, что предсказания сделанные на основе законов Ньютона в микромире не подтверждаются практикой, а законы сохранения справедливы.
Но всякое сохранение возможно лишь при выполнении некоторых условий. Вспомните, сколько усилий надо приложить, что бы сохранить памятники культуры, урожай. Не являются исключением и законы сохранения.
Сейчас мы с вами выведем закон сохранения импульса и выясним условия, при каких он выполняется.
Для этого мы решим следующую задачу.
Задача. Два бильярдных шара катящихся навстречу друг другу со скоростями v1 и v2 , имеют массу m1 и массу m2 соответственно, сталкиваются. Найти сумму импульсов до взаимодействия и сумму импульсов шаров после взаимодействия.
Ученик около доски решает задачу.
Учитель. Что мы получили?
Ученик. Сумма импульсов до взаимодействия равна сумме импульсов после взаимодействия.
Учитель. Мы с вами почти сформулировали закон сохранения импульса. Не хватает только условия, при котором этот закон будет выполняться. А условие вытекает из законов Ньютона. Оно одно, но довольно жесткое. Импульс системы тел сохраняется, если тела взаимодействуют только друг с другом. Такие системы называют замкнутыми, а силы действующие в них - внутренними.
Теперь мы можем полностью сформулировать закон сохранения импульса.
Суммарный импульс в замкнутой системе остается постоянным.
Этот закон можно на несколько взаимодействующих тел.
Давайте вернемся к нашей задаче. Выделите систему взаимодействующих тел?
Ученик. Это два шара.
Учитель. Какие силы в этой системе будут внутренними?
Ученик. Силы, возникающие при ударе шаров.
Учитель. А какие силы будут внешними?
Ученик. Сила тяжести, сила реакции опоры, сила трения.
Учитель. Можно такую систему считать замкнутой?
Учитель. Нет.
Учитель. Действительно, на Земле нет замкнутых систем. Но как же тогда применить закон сохранения импульса? Дело, в том что возможны ситуации когда незамкнутую систему можно принять за замкнутую систему. Какие же это ситуации?
ТСО. КОДОСКОП.
1. Сумма проекций внешних сил, на какую либо ось равна нулю (силы компенсируют друг друга).
2. Сумма внешних сил много меньше внутренних.
Давайте рассмотрим эти условия при решении конкретных задач.
Задача 1. В тележку с песком массой m1? Движущуюся со скоростью v1
( трение отсутствует), падает по вертикали камень массой m2 со скоростью v2. найти скорость тележки после застревания камня.
Учитель. Выделим систему взаимодействующих тел.
Ученик. Пуля – тележка.
Учитель. Какие силы будут внутренними?
Ученик. Сила, с которой пуля действует на песок и песок на пулю.
Учитель. А внешние силы?
Ученик. Сила тяжести, сила реакции опоры.
Учитель. Можно ли считать систему замкнутой?
Ученик. Нет.
Учитель. А что мы можем сказать о силе тяжести и силе реакции опоры?
Ученик. Они будут друг друга компенсировать.
Учитель. Значит, мы можем воспользоваться условием, позволяющей считать систему замкнутой и применить закон сохранения импульса. Выберем систему координат, запишем импульсы до взаимодействия и после взаимодействия.
Учитель. Решим следующую задачу.
Задача 2. горизонтально летящая пуля массой 10г, двигаясь со скоростью 100 м/с, попадает в лежащий на горизонтальном столе брусок массой 100 г, пробив его, движется со скоростью 90м/с. найти скорость бруска после пробивания его пулей. Сравнит внешние силы с внутренними, если время движения пули в бруске 0,001 с, а коэффициент трения между бруском и столом 0,1.
При решении этой задачи нам необходимо сравнить значение внутренних сил внешних сил системы. При сравнении мы видим, что внутренние силы во много раз превышают внешние силы. Такое бывает при кратковременном взаимодействии пули на брусок, подобное действие называют – ударным. Примером таких взаимодействий может быть столкновение движущихся тел или частиц, разрыв на части. Сделаем вывод: при кратковременных взаимодействиях (ударных) внутренние силы во много раз превышают внешние силы, поэтому внешними силами можно пренебречь и считать систему замкнутой.
Учитель. Теперь давайте рассмотрим задачу, в которой после взаимодействия тела разлетаются под некоторым углом 0° < [pic] <90°.
Задача 3. граната массой 1кг на высоте 7 м разорвалась на два осколка. В момент разрыва ее скорость была равна 1м/с и направлена горизонтально. Один из осколков массой 0,6 кг полетел вертикально вниз и достиг земли через1с после взрыва. Найдите скорости обоих осколков сразу после взрыва гранаты
Учитель. Мы с вами наметим план решения задачи, а решите вы её дома.
Учитель. Мы можем применять закон сохранения импульса? Почему?
Ученик. В данной задаче говорится об ударном взаимодействии, то внешние силы меньше внутренних и ими можно пренебречь.
Учитель. Какой будет первый пункт плана?
Ученик. 1. Записать закон сохранения импульса.
Учитель. 2. Зная, направление и время перемещения первого осколка из основного уравнения кинематики мы можем найти его скорость после взаимодействия( [pic] 1).
3. Затем мы можем определить импульс первого тела после взаимодействия [pic] 1.
4. Изобразим векторы [pic] и [pic] 1, достраиваем до параллелограмма и находим вектор [pic] 2.
5. Решаем прямоугольный треугольник и находим [pic] 2.
6. Вычисляем [pic] 2 и угол [pic] .
Полное решение вы выполните дома и на следующем уроке мы проверим решение.
Учитель. Закон сохранения импульса является фундаментальным законом не только механики, но всей современной физики. Он является следствием симметрии пространства, иными словами закон справедлив в любых ИСО, т.е., во всех ИСО закон и тот же.
Импульс изолированной системы остается постоянным не только при механических взаимодействиях, но при любых других процессах: взрывах, химических реакциях, ядерных превращениях. В этом его большой материалистический смысл. Он служит доказательством единства материального мира.
Одним из самых замечательных случаев практического использования ЗСИ является реактивное движение. Реактивное движение – это движение тела, возникающее при отделении от него с какой – либо скоростью его части.
По принципу реактивного движения передвигаются некоторые представители животного мира. И о них нам расскажет следующий докладчик.
Смотреть приложение.
Учитель. Наиболее значительное применение ЗСИ в технике это ракетостроение и космонавтика. Мы с вами посетили музей в городе Калуге.
О своих впечатлениях нам расскажет следующий докладчик.
Учитель. Но ракеты бывают не только космические. Наша родина – город оружейников. Свое сообщение о талантливых сынах нашей родины, вложивших огромный вклад в дело обороны страны, расскажет следующий докладчик.
Учитель. А теперь давайте подведем итоги урока. Достигли мы цели поставленной вначале урока или нет?
Ученики. Да.
Учитель. Тогда как подтверждение этому постараемся ответить на некоторые вопросы, но прежде запишем домашнее задание.
Закрепление материала изученного на уроке.
Задача 1.почему развязанный шарик летает по комнате?
Задача 2. пользуясь ЗСИ, объясните принцип движения рыбы работающей хвостовым плавником?
Задача 3. известна старинная легенда о богаче с мешком золотых, который, оказавшись на абсолютно гладком льду озера, замерз. Но не пожелал расставаться с богатством. Как бы он мог спастись?
Задача 4. При каких условиях автокатастрофа наиболее опасна для пассажиров: когда автомобили после столкновения сцепляются или когда они отталкиваются друг от друга?
ПРИЛОЖЕНИЕ.
Историческая справка о развитии теории
закона сохранения импульса.
Галилео Галилей « День третий» из «Бесед».
«Мы создаем совершенно новую науку о предмете, чрезвычайно старом. В природе нет ничего древнее движения, и о нем философы написали томов немало и немалых, однако я излагаю меньшее присущее ему и достойные изучения свойства, которые до сих пор не были замечены либо не были, дока Продолжателем работ Галилео Галилея был Торричелли. У него слово «вес» заменяется новым определением «количеством материи».
Рене Декарт вопрос о причине движения: «Что касается первопричины, то мне кажется очевидным, что она может быть только богом, чье всемогущество сотворило материю вместе с движением и покоем и своим обычным сохраняет во вселенной столько же движения и покоя, сколько оно вложило при творении». Рене Декарт впервые в физике дает представление о незыблемых и вечных законах, которым он дает название «законы природы». Третий закон природы: «если движущееся тело встречает другое, сильнейшее тело, оно ничего не теряет в своем движении; если оно встречает слабейшее, которое может подвинуть, оно теряет столько, сколько ему сообщает».
В октябре 1666 года проблема соударений привлекла к себе внимание Лондонского Королевского общества: был объявлен конкурс о выяснении проблемы законов движения. В нем приняли участие трое ученых: Уоллис, Рен, Гюйгенс.
Джордж Уиллис разобрал некоторые случаи неупругих соударений тел, в отличие от Декарта он приписал весу и скорости разные знаки в зависимости от направления.
Рен (1668 году) вмести с Руном установил ряд правил для соударения двух тел, сформулированных посредством алгебраической символики. В 1669 году Гюйгенс « О движении тел под влиянием удара». Он ограничился рассмотрением центрального удара абсолютно упругих тел из одинакового материала. «Количество движения, которое имеют два тела – говорит Гюйгенс – может увеличиваться или уменьшаться при столкновении; но его величина остается постоянной в ту же строну (в том направлении), если мы вычитаем количество движения обратного направления» (уточнение Гюйгенсом третьего закона природы Рене Декарта). Далее он формулирует закон сохранения, получивший название « закона живых сил».
Из истории ракетостроения.
В 1912 году Николай Иванович Тихомиров сконструировал самодвижущуюся торпеду на базе оригинального прямоточного двигателя, он мог работать как в воздухе, так и в воде.
Далее ракетостроение очень быстро развивалось и уже 3 марта 1928 года на Главном Артиллерийском полигоне на Ржеевке. была запущена первая отечественная ракета. Реактивное действие струи выразилось в правильном полете и, увеличила дальность полета. Реактивная струя может служить стабилизатором.
Способ стабилизации является важнейшим вопросом при конструировании реактивных снарядов. Наши конструкторы предпочли оперенные реактивные снаряды.
В декабре 1937 года реактивные снаряды были приняты на вооружении истребителей, а в 1938 – на вооружение бомбардировщиков.
Но была одна очень важная проблема, реактивные снаряды обладали очень маленькой кучностью. Основной причиной этого было смещение вектора тяги от оси ракеты из – за неравномерного горения пороха в шашках. Это явление легко устраняется при вращении ракеты. В этом импульс силы тяги будет всегда совпадать с осью ракеты. Вращение, придаваемое оперенной ракете с целью, улучшения кучности, называется поворотом. Реактивные снаряды с поворотом называются УК – улучшенной кучности.
21 июня 1945 года, за день до начала войны пять боевых машин БМ -13 тех самых легендарных «Катюш», были осмотрены лично Сталиным. В этот же день руководители нашей партии и правительства приняли решение о развертывании производства пусковой установки БМ -13.одними из многочисленных разработчиков этого оружия были Попов и Шитов.
Впервые «Катюши» применили против танков гвардейцы 13 полка отдельного дивизиона капитан – лейтенанта Москвина.
В сентябре 1943 года на фронт было отправлено уже 324 пусковых установок.
Ракетостроение хорошо развивается и в после военные годы.
Конструкторы создают системы залпового огня: «Град», «Прима», «Дождь», «Запад». Среди них выделяется установка «Смерч», не имеющая аналогов в мире. Она была принята на вооружение в 1987 году.
«Смерч» может поражать как живую, так и бронетанковую технику, фортификационные сооружения и пункты управления войсками. Залп всеми 12 снарядами до 40 секунд и покрывает территорию 672000 м2.
Мы понимаем, что это оружие приносит смерть и надеемся, что никогда не будет применено. Но гордость за наших мастеров живет в душе каждого туляка.
Реактивное движение в живой природе.
Морской моллюск – гребешок, резко сжимая створки раковины, рывками может двигаться вперед за счет реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины.
Каракатица движется в воде таким образом: забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. По закону противодействия она получает обратный толчок и довольно быстро плывет задней частью тела вперед. Каракатица может направить трубку воронки в бок или назад и двигаться в любом направлении.
На том же основано движение медузы: сокращением мускулов она выталкивает из – под своего колоколообразного тела воду, получая толчок в обратном направлении.
Личинки стрекоз набирают воду в заднюю кишку, а затем выбрасывают её и прыгают вперед за счет силы отдачи.
Движение кальмара создается за счет засасывания воды внутрь мантийной полости и выбрасывании её через узкое сопло (воронку), имеющее клапан для изменения движения. Кальмары развивают скорость до 70 км/ч, некоторые ученые считают, что даже до150 км/ч. Инженеры создали двигатель подобный двигателю кальмара – водомет. Их поиски направлены на создание конструкции гидрореактивного двигателя. Реактивное движение, да и сам внешний вид кальмара очень схож с каракатицей.
В растительном мире тоже можно встретить реактивное движение. Бешеный огурец в момент отрыва огурца от плодоножки, вверх выстреливаются семена, которые с большой скоростью разлетаются от растения. Таким образом, это растение размножается.
