Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Gimnazjum nr 1 w Gryficach Gimnazjum nr 58 w Poznaniu ID grupy: 98/22_mf_g2 98/62_mf_g1 Kompetencja: matematyczno-fizyczna Opiekunowie: Elżbieta Grządziel, Anna Walkowiak Temat projektowy: „Dynamika Newtona” Semestr II Rok szkolny 2010/2011

W PREZENTACJI… Sylwetka Isaaca Newtona Zasady dynamiki Newtona jako przyczyny ruchu jednostajnego Pęd i zasada zachowania pędu Bezwładność ciał Wyjaśnienie ciekawych zjawisk z wykorzystaniem praw Newtona Doświadczenia Zadania

Sir Isaac Newton Urodził się 4 stycznia 1643, a zmarł 31 marca 1727. Angielski historyk, fizyk, matematyk, filozof, astronom, badacz Biblii i alchemik. Profesor fizyki i matematyki uniwersytetu w Cambridge 1669-1701, członek Royal Society od 1672 i jego prezes od 1703, członek paryskiej AN od 1699. W 1705 otrzymał tytuł szlachecki. W następnych slajdach przedstawimy prawa które opublikował w 1687 w swojej pracy Philosophiae naturalis principia mathematica.

I Zasada Dynamiki Newtona Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły równoważą się, to ciało to pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. O takim ruchu mówimy czasem jako o ruchu swobodnym. W oryginale brzmiało to następująco: Lex I. Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus illud a viribus impressis cogitur statum suum mutare.

I Co z niej wynika… Jeśli na ciało działają siły o kierunku poziomym i pionowym, ich równoważenie rozpatrujemy oddzielnie. Zmiana kierunku prędkości ciała (objawiająca się zakrzywieniem toru) wymaga działania siły.

Bezwładność ciał Bezwładnością(lub inercją) nazywamy zjawisko zachowania przez ciało prędkości, gdy nie działają na nie żadne siły lub gdy działające siły wzajemnie się równoważą. Im większa bezwładność ciała tym trudniej je zatrzymać

Doświadczenia I Doświadczenie 1. Basia włożyła rolki, ustawiła się i złapała sznurek. 2. Trzymała się mocno, gdyż została mocno pociągnięta przez kolegę. 3. Próbowała się poruszać, utrzymując równowagę. 4. Po zakończonym doświadczeniu dokonaliśmy jego analizy. Basia zaczęła poruszać się ruchem jednostajnym prostoliniowym w kierunku Krzysia.

Obserwacja zachowania prędkości kulki Potrzebne przedmioty: Okrągła, przezroczysta miska Kulka Odwracamy miskę do góry dnem i wkładamy pod nią kulkę. Wprawiamy miskę w taki ruch, by kulka toczyła się po okręgu wzdłuż jej obwodu. Nagle podnosimy szybko miskę do góry i obserwujemy ruch kulki.

Kulka przestała poruszać się po okręgu, ponieważ miska przestała na nią oddziaływać

II zasada dynamiki

Doświadczenie: Kolejne nasze doświadczenie polegało na trzymaniu przez Ulę książki, którą potem upuściła z pewnej wysokości na podłogę.

Wniosek: Swobodne spadanie ciał jest ruchem jednostajnie przyspieszonym, zachodzącym pod wpływem stałej siły grawitacji (pomijając opory ruchu powietrza).

Ruch jednostajnie opóźniony Przyczyną ruchu jest siła, ciało się zatrzymało co oznacza że siła tarcia była większa niż siła powodująca ruch. Mamy tu do czynienia z ruchem jednostajnie opóźnionym, czyli takim który wynika z II zasady dynamiki, ale przyspieszenie w tym ruchu ma wartość ujemną stąd jego nazwa ruch jednostajnie opóźniony.

III zasada dynamiki Jeżeli ciało A działa na ciało B z pewną siłą F to ciało B działa na ciało A siłą F z taką samą siłą co do wartości kierunku, ale o przeciwnym zwrocie i innym punkcie przyłożenia.

O co tu chodzi? Według trzeciej zasady dynamiki Newtona, aby na ciało zadziałała siła, potrzebne jest inne ciało. To drugie ciało musi być w bezpośrednim kontakcie z danym ciałem, na które oddziałuje siłą. Zauważmy, że te dwie siły nie równoważą się wzajemnie, mimo że mają przeciwne zwroty. Siły te są przyłożone do różnych ciał. Zasada ta stwierdza, że siły zawsze występują parami. Samolot odrzutowy działa siłą na odrzucane przez niego spaliny, natomiast spaliny działają na samolot taką samą siłą, ale w stronę przeciwną, dzięki temu samolot uzyskuje przyspieszenie i pokonuje opór powietrza.

Układ odniesienia Układ inercjalny (inaczej inercyjny) – układ odniesienia, względem którego każde ciało, niepodlegające zewnętrznemu oddziaływaniu z innymi ciałami, porusza się bez przyspieszenia. Nieinercjalny układ odniesienia – układ odniesienia poruszający się ruchem niejednostajnym względem jakiegokolwiek inercjalnego układu odniesienia.

Pęd ciała Pęd jest wielkością stosowaną do opisu ciał w ruchu. Pęd definiujemy jako iloczyn masy i prędkości ciała: p=m·v Pęd jest wielkością wektorową. Kierunek i zwrot wektora pędu jest taki sam jak kierunek i zwrot wektora prędkości. Jednostką pędu w układzie SI jest: kilogram razy metr na sekundę [p] = kg · m/s .

Doświadczenia 1. Postawiliśmy dwie deskorolki na przeciwko siebie. 2. Ja stanąłem na jednej z nich, a na drugiej Krzychu. 3. Złapaliśmy się mocnego sznurka. 4. Zaczęliśmy się nawzajem przeciągać. 5. Dokonaliśmy analizy przedstawionego doświadczenia.

Analiza doświadczeń Doświadczenie to jest w całości oparte na III zasadzie dynamiki. Każdej akcji towarzyszy reakcja drugiego ciała. W doświadczeniu przy ciągnięciu drugiej osoby w swoim kierunku towarzyszyło przesunięcie siebie w kierunku drugiej osoby.

Zadanie Koń ciągnie wóz siłą 4kN,a więc wóz działa na konia siłą:  A) 2kN  B) większą od 4kN  C) 4kN tak samo zwróconą  D) 4kN przeciwnie zwróconą 

Rozwiązanie zadania Prawidłowa odpowiedź: D) 4kN przeciwnie zwróconą, ponieważ: jeśli koń działa na wóz siłą 4 kN, to wóz działa na konia siłą o takiej samej wartości, ale o przeciwnym zwrocie i innym punkcie przyłożenia.

Zadanie Trzecia zasada dynamiki Newtona odpowiada również na pytanie dotyczące roli śmigła w śmigłowcu oraz roli śruby w okręcie.

Rozwiązanie Łopatki śmigła i śruby są ustawione pod pewnym kątem. Zarówno powietrze, jak i woda stawiają im opór. Wirnik kręcąc się działa pewną siłą na powietrze, a więc powietrze działa tą samą siłą na śmigło, co powoduje, że helikopter lata. W statku wirnik śruby działa pewną siłą na wodę, a więc woda działa tą samą siłą na śrubę, co powoduje, że statek płynie.

Doświadczenia z równią pochyłą Badaliśmy ruch jednostajnie przyspieszony i puszczaliśmy krążek po równi pochyłej. Krążek przyspieszał, a przyspieszenie miało stałą wartość.

Pęd – doświadczenia z wózkami Mierzyliśmy ciężar wózków za pomocą siłomierzy, następnie puszczaliśmy wózki z pewnym pędem i badaliśmy ich zachowanie. W tych doświadczeniach idealnie przydała się tablica interaktywna do wykresów i mierzenia pędu wózków osobno i razem.

Wnioski Okazało się, że pęd wózków zależy od ich masy i szybkości. Im większa masa wózków tym większy pęd, podobnie z szybkością.

Zasada zachowania pędu Jeżeli ciała układu działają wzajemnie tylko na siebie i na skutek tego zmieniają się ich pędy, to pęd całego układu nie ulega zmianie.

Bibliografia „Świat fizyki” wyd. Zamkor. Podręcznik do klasy 2 Gimnazjum. http://pl.wikipedia.org http://www.sciaga.pl http://www.matematyka.pl