Физика равновесие тел: Равновесие тел — Класс!ная физика – Урок по физике в 10 классе «Равновесие тел. Виды равновесия.»

Урок по физике в 10 классе "Равновесие тел. Виды равновесия."

Равновесие тел. Виды равновесия. 10-й класс hello_html_m3a734ac8.png

Цели урока: Изучить состояние равновесия тел, познакомиться с различными видами равновесия; выяснить условия, при которых тело находится в равновесии.

Задачи урока:

  1. Учебные: Изучить два условия равновесия, виды равновесия (устойчивое, неустойчивое, безразличное). Выяснить, при каких условиях тела более устойчивы.

  2. Развивающие: Способствовать развитию познавательного интереса к физике. Развитие навыков сравнивать, обобщать, выделять главное, делать выводы.

  3. Воспитательные: Воспитывать внимание, умения высказывать свою точку зрения и отстаивать её, развивать коммуникативные способности учащихся.

Тип урока: урок изучения нового материала с компьютерной поддержкой.

Оборудование:

  1. Диск «Движение и взаимодействие тел» из «Электронных уроков и тестов».

  2. Диск «Работа и мощность» из  «Электронных уроков и тестов.

  3. Таблица «Условия равновесия».

  4. Призма наклоняющаяся с отвесом.

  5. Геометрические тела: цилиндр, куб, конус и т.д.

  6. Компьютер, мултимедиапроектор, интерактивная доска  или экран.

  7. Презентация.

Ход урока

Сегодня на уроке мы узнаем,  почему подъёмный кран не падает, почему игрушка «Ванька-встанька» всегда возвращается в исходное состояние, почему Пизанская башня не падает?

I. Повторение и актуализация знаний.

  1. Сформулировать первый закон Ньютона. О каком состоянии говорится в законе?

  2. На какой вопрос отвечает второй закон Ньютона? Формула и формулировка.

  3. На какой вопрос отвечает третий закон Ньютона? Формула и формулировка.

  4. Что называется равнодействующей силой? Как она находится?

  5. Из диска «Движение и взаимодействие тел» выполнить задание № 9 «Равнодействующая сил с разными направлениями» (правило сложения векторов (2, 3 упражнения)).

II. Изучение нового материала.

hello_html_795b0df.jpg

Раздел механики, в котором изучаются условия равновесия тел, называется статикой.

1. Что называется равновесием?

Равновесие – это состояние покоя.

Равновесием тела называют такое состояние, когда любое ускорение тела равняется нулю, то есть все действия на тело сил и моментов сил уравновешены. При этом тело может:

- находиться в состоянии спокойствия;

- двигаться равномерно и прямолинейно;

- равномерно вращаться вокруг оси, которая проходит через центр его тяжести.

2. Условия равновесия. (слайд 2)

а) Когда тело находится в покое? Из какого закона это следует?

Первое условие равновесия: Тело находится в равновесии, если геометрическая сумма внешних сил, приложенных к телу, равна нулю. ∑F = 0

б) Пусть на доску действуют две равные силы, как показано на рисунке.

hello_html_m6f4a3853.jpg

Будет ли она находиться в равновесии? (Нет, она будет поворачиваться)

В покое находится только центральная точка, а остальные движутся. Значит, чтобы тело находилось в равновесии, необходимо, чтобы сумма всех сил, действующих на каждый элемент равнялась 0.

Второе условие равновесия: Сумма моментов сил, действующих по часовой стрелке, должна равняться сумме моментов сил, действующих против часовой стрелки. Моментом силы называют взятый со знаком " " или " - " произведение модуля силы на плечо:

Момент силы положителен, если тело вращается под действием этой силы против часовой стрелки, отрицательный, если тело вращается по часовой стрелке. Единица измерения в СИИ Н-м. Плечо силы d - это кратчайшее расстояние от оси вращения к линии действия этой силы.

Mпо часовой = ∑ Mпротив часовой

Момент силы: M = F L

L – плечо силы – кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы.

3. Центр тяжести тела и его нахождение. (слайд 4)

Центр тяжести тела – это точка, через которую проходит равнодействующая всех параллельных сил тяжести, действующих на отдельные элементы тела (при любом положении тела в пространстве).

Найти центр тяжести следующих фигур:

hello_html_41698e23.jpg

4. Виды равновесия.

а) (слайды 5–8)

hello_html_4900d8ec.jpg 


hello_html_6d173b00.jpg

Вывод: Равновесие устойчиво, если при малом отклонении от положения    равновесия есть сила, стремящаяся вернуть его в это положение.

Устойчиво то положение, в котором его потенциальная энергия минимальна. (слайд 9)

б) Устойчивость тел, находящихся на точке опоры или на линии опоры. (слайды 10–17)

hello_html_92065e6.jpg

Вывод: Для устойчивости тела, находящегося на одной точке или линии опоры необходимо, чтобы центр тяжести находился ниже точки (линии) опоры.

в) Устойчивость тел, находящихся на плоской поверхности. 

(слайд 18)

1) Поверхность опоры – это не всегда поверхность, которая соприкасается с телом (а та, которая ограниченна линиями, соединяющими ножки стола, треноги)

hello_html_m35e71869.jpg

2) Разбор слайда из «Электронных уроков и тестов», диск «Работа и мощность», урок «Виды равновесия».

Рисунок 1.

  1. Чем различаются табуретки? (Площадью опоры)

  2. Какая из них более устойчивая? (С большей площадью)

  3. Чем различаются табуретки? (Расположением центра тяжести)

  4. Какая из них наиболее устойчива? (Укоторой центр тяжести ниже)

  5. Почему? (Т.к. её можно отклонить на больший угол без опрокидывания)

3) Опыт с призмой отклоняющейся

  1. Поставим на доску призму с отвесом и начнём её постепенно поднимать за один край. Что мы видим?

  2. Пока линия отвеса пересекает поверхность, ограниченную опорой, равновесие сохраняется. Но как только вертикаль, проходящая через центр тяжести, начнёт выходить за границы поверхности опоры, этажерка опрокидывается.

Разбор слайдов 19–22.

hello_html_m35ef6d06.jpg

Выводы:

  1. Устойчиво то тело, у которого площадь опоры больше.

  2. Из двух тел одинаковой площади устойчиво то тело, у которого центр тяжести расположен ниже, т.к. его можно отклонить без опрокидывания на большой угол.

Разбор слайдов 23–25.

hello_html_m2385b243.jpg

Какие корабли наиболее устойчивы? Почему? (У которых груз расположен в трюмах, а не на палубе)

hello_html_7fe144a8.jpg

Какие автомобили наиболее устойчивы? Почему? (Чтобы увеличить устойчивость машин на поворотах, полотно дороги наклоняют в сторону поворота.)

Выводы: Равновесие может быть устойчивым, неустойчивым, безразличным. Устойчивость тел тем больше, чем больше площадь опоры и ниже центр тяжести.

III. Применение знаний об устойчивости тел.

  1. Каким специальностям наиболее необходимы знания о равновесии тел?

  2. Проектировщикам и конструкторам различных сооружений (высотных зданий, мостов, телевизионных башен и т.д.)

  3. Цирковым артистам.

  4. Водителям и другим специалистам.

(слайды 28–30)

  1. Почему «Ванька-встанька» возвращается в положение равновесия при любом наклоне игрушки?

  2. Почему Пизанская башня стоит под наклоном и не падает?

  3. Каким образом сохраняют равновесие велосипедисты и мотоциклисты?

Выводы из урока:

  1. Существует три вида равновесия: устойчивое, неустойчивое, безразличное.

  2. Устойчиво положение тела, в котором его потенциальная энергия минимальна.

  3. Устойчивость тел на плоской поверхности тем больше, чем больше площадь опоры и ниже центр тяжести.

Домашнее задание: § 5456 (Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский)

Использованные источники и литература:

  1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н.Сотский. Физика. 10 класс.

  2. Диафильм «Устойчивость» 1976 г. (отсканирован мною на плёночном сканере).

  3. Диск «Движение и взаимодействие тел» из «Электронных уроков и тестов».

  4. Диск «Работа и мощность» из «Электронных уроков и тестов».

Равновесие тел. О ВАНЬКЕ-ВСТАНЬКЕ, ЦЕНТРЕ ТЯЖЕСТИ И РАВНОВЕСИИ

Равновесие тел. О ВАНЬКЕ-ВСТАНЬКЕ, ЦЕНТРЕ ТЯЖЕСТИ И РАВНОВЕСИИ

Если тело в покое, значит оно находится в состоянии равновесия. Тогда геометрическая сумма сил, а также сумма моментов, действующих на тело, равны нулю.

Большинство тел покоится на опорах, в том числе и человек. Стоящий предмет (тело на опоре), не опрокидывается, если вертикаль, проведенная через центр тяжести, пересекает площадь опоры тела.

Падающая башня в итальянском городе Пиза не падает, несмотря на свой наклон, т.к. отвесная линия, проведенная из центра тяжести, не выходит за пределы основания.

Предел устойчивости тела, стоящего на наклонной плоскости удобно оценивать углом наклона. Предельный угол наклона можно определить геометрически: tag альфа = L / 2h

Чем больше L, тем ниже располагается центр тяжести тела (т.е. меньше h), и тем устойчивей тело на опоре.

Существуют три вида равновесия:

Безразличное равновесие.

И шар, и линейка, подвешенная на гвоздике, находятся в состоянии безразличного равновесия.

Лежащий на горизонтальной поверхности цельный однородный или полый шар сам по себе (без воздействия посторонних сил) с места не сдвинется, и расстояние от точки опоры до центра тяжести будет всегда одинаково.

Линейка, подвешенная на горизонтальной оси вращения в точке, где расположен её центр тяжести, будет висеть в любом положении, в каком её оставили, не стремясь повернуться.

Устойчивое равновесие.

Если попытаться вывести тело из состояния устойчивого равновесия, то обязательно возникнет сила, возвращающая его в исходное равновесное состояние.

Шарик на дне чаши находится в единственном состоянии устойчивого равновесия. В этом положении линия, соединяющая точку опоры и центр тяжести тела, вертикальна.

У неваляшки внутреннее устройство таково, что создает смещенный вниз центр тяжести. Поэтому такое положение равновесия является устойчивым: центр тяжести корпуса неваляшки и точка её опоры лежат на вертикали, причем расстояние между центром тяжести и точкой опоры всегда наименьшее.

Если тело подвешено на нити, то, как не изменяй его положение, оно будет стремиться занять положение устойчивого равновесия, когда линия, соединяющая центр тяжести тела и точку подвеса, принимает вертикальное положение.


При этом центр тяжести всегда будет находиться ниже точки подвеса. Создатели архитектурных сооружений стремятся, чтобы созданные ими конструкции находились в состоянии устойчивого равновесия. Эйфелева башня в Париже, телевышки во всех странах мира имеют расширение при основании и смещенный вниз центр тяжести. Так Александрийская колонна на Дворцовой площади Санкт-Петербурга при её огромной высоте не имеет врытого в землю фундамента, а спокойно стоит на земле. И это состояние устойчивого равновесия объяснимо: смещенный вниз центр тяжести колонны.

Неустойчивое равновесие.

Если чуть-чуть сдвинуть или отклонить тело, находящееся в состоянии неустойчивого равновесия, то возникает сила, стремящаяся ещё больше отклонить его от равновесного состояния.

В качестве примера можно привести шарик, лежащий на выпуклой поверхности или неваляшку, поставленную с "ног на голову".

Как надо положить книги, чтобы составить наклонную стопку?

Стопка книг не рассыплется, если расставлять их так, чтобы центр тяжести всех книг, находящихся выше некоторой произвольно выбранной книги, лежал на вертикали, проходящей через эту книгу. Это условие должно выполняться для любой книги в стопке.

Опыты

1. Невероятно, но держится!

Соединим поварёшку с ее подружкой - чумичкой - и установим новый рекорд равновесия: перевернутая тарелка будет лежать своим краем на краю графина в прочном, устойчивом положении.

2. Как в цирке!

Если стол совершенно горизонтален и прочно стоит на полу, ты сможешь выстроить эдакую фигуру из "доминошек".

Сперва поставь стоймя три косточки домино, - на них возвести такую хрупкую постройку легче, чем на одной кости. Потом, когда все будет построено, ты осторожно уберешь две крайние косточки, которые служили подпорками, и поставишь их на вершину своего непрочного здания. Равновесие здесь вполне возможно; нужно только, чтобы перпендикуляр, опущенный из центра тяжести всей конструкции, прошел через основание нижней косточки домино.

Для сохранения в неизменном положении предметов при движении их опоры уже много столетий применяется так называемый карданов подвес – устройство, в котором центр тяжести тела располагают ниже осей, вокруг которых оно может вращаться. В качестве примера можно рассмотреть корабельную керосиновую лампу. При любой качке на море благодаря вращающемуся карданову подвесу лампа всегда сохраняет вертикальное положение.

Включаем "соображалку"!

Поставьте неваляшку (Ваньку-встаньку) на шероховатую доску и слегка приподнимите один из концов доски. Как Вы думаете, в какую сторону отклонится голова игрушки при сохранении её равновесия?



Презентация к уроку по физике (10 класс) на тему: Статика. Равновесие тел

Слайд 1

Выполнила ученица 10 класса Шек Екатерина. Статистика. Равновесие тел.

Слайд 2

СТАТИКА – раздел механики, изучающий условия равновесия сил.

Слайд 3

РАВНОВЕСИЕ ТЕЛ «Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю.» Архимед

Слайд 4

Условия равновесия. I условие равновесия: Тело находится в равновесии, если геометрическая сумма внешних сил, приложенных к телу, равна нулю. ∑ F=0. II условие равновесия: Сумма моментов сил, действующих по часовой стрелке, должна равняться сумме моментов сил, действующих против часовой стрелки. ∑ M по час. =∑ M против час. М = F l , где М – момент силы, F - сила, l – плечо силы – кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы.

Слайд 5

Центр тяжести тела. Центр тяжести тела- это точка, через которую проходит равнодействующая всех параллельных сил тяжести, действующих на отдельные элементы тела. Найти центр тяжести данных фигур.

Слайд 6

ВИДЫ РАВНОВЕСИЯ Устойчивое Неустойчивое Безразличное

Слайд 7

Если на тело, имеющее опору, действуют уравновешивающие силы , то тело находится в положении равновесия.

Слайд 8

При отклонении тела от положения равновесия нарушается и равновесие сил. Если тело под действием равнодействующей силы возвращается в исходное положение, то это - устойчивое равновесие . Если же тело под действием равнодействующей силы, ещё сильнее отклоняется от положения равновесия, то это - неустойчивое равновесие .

Слайд 9

Возможен случай, когда при любом положении тела, равновесие сил сохраняется. Это состояние называется безразличным равновесием .

Слайд 10

Вывод : Равновесие устойчиво, если при малом отклонении от положения равновесия есть сила, стремящаяся вернуть его в это положение. Устойчиво такое положение, в котором его потенциальная энергия минимальна.

Слайд 12

Если центр тяжести находится выше точки опоры, то в этом случае осуществить равновесие сил практически невозможно. При малейшем отклонении карандаша от вертикального положения, его центр тяжести понижается и карандаш падает.

Слайд 13

В случае если центр тяжести расположен ниже точки опоры , равновесие тела или системы тел – устойчивое . При отклонении тела, центр тяжести повышается, и тело возвращается в исходное состояние.

Слайд 14

Равновесие тела, имеющего точку опоры ниже центра тяжести , неустойчиво . Но равновесие может восстанавливаться путём смещения точки опоры тела в сторону смещения центра тяжести.

Слайд 15

Хождение на ходулях (две точки опоры или линия опоры) осуществляется путём непрерывного смещения центра тяжести относительно линии, соединяющей точки опоры(АВ).

Слайд 16

По положению центра тяжести можно судить о виде равновесия. Например езда эквилибриста по канату на велосипеде с противовесом является примером устойчивого равновесия .

Слайд 17

Вывод : Для устойчивости тела, находящегося на одной точке или линии опоры необходимо, чтобы центр тяжести находился ниже точки (линии) опоры.

Слайд 19

Под площадью опоры понимают площадь соприкосновения тела с опорой или площадь, ограниченную возможными осями, относительно которых может происходить опрокидывание ( поворот) тела под действием внешних сил.

Слайд 20

F т F т Если при отклонении тела, имеющего площадь опоры, происходит повышение центра тяжести, то равновесие будет устойчивым. При устойчивом равновесии вертикальная прямая, проходящая через центр тяжести, всегда будет проходить через площадь опоры.

Слайд 21

F т F т F т F т F т Два тела, у которых одинаковы вес и площадь опоры, но разная высота, имеют разный предельный угол наклона . Если этот угол превысить, то тела опрокидываются. A = F т h

Слайд 22

F т F т F т F т F т A = F т h При более низком положении центра тяжести необходимо затратить большую работу для опрокидывания тела. Следовательно работа по опрокидыванию может служить мерой его устойчивости .

Слайд 23

F т F т F т F т F т Неустойчивое равновесие Устойчивое равновесие

Слайд 24

Чем ниже центр тяжести корабля, тем больше его устойчивость.

Слайд 25

Чтобы увеличить устойчивость машин на поворотах, полотно дороги наклоняют в сторону поворота.

Слайд 26

Вывод : 1. Устойчиво то тело, у которого площадь опоры больше. 2. Из двух тел одинаковой площади устойчиво то, у которого центр тяжести расположен ниже, т.к. его можно отклонить без опрокидывания на большой угол.

Слайд 27

Почему Пизанская башня стоит под наклоном и не падает?

Слайд 28

Почему «Ванька-встанька» возвращается в положение равновесия при любом наклоне игрушки?

Слайд 29

Каким образом сохраняют равновесие велосипедисты и мотоциклисты?

Слайд 30

Выводы Существует три вида равновесия: устойчивое, неустойчивое, безразличное. Устойчиво положение тела, в котором его потенциальная энергия минимальна. Устойчивость тел на плоской поверхности тем больше, чем больше площадь опоры и ниже центр тяжести.

Статика твёрдого тела - материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

 


Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: момент силы, условия равновесия твёрдого тела.

Статика изучает равновесие тел под действием приложенных к ним сил. Равновесие - это состояние тела, при котором каждая его точка остаётся всё время неподвижной в некоторой инерциальной системе отсчёта.

Условием равновесия материальной точки является равенство нулю равнодействующей (т. е. векторной суммы) всех сил, приложенных к точке. В этом случае наша точка будет двигаться равномерно и прямолинейно в произвольной инерциальной системе отсчёта. Значит, система отсчёта, связанная с точкой, также будет инерциальной, и в ней точка будет покоиться.

В случае твёрдого тела ситуация сложнее. Прежде всего, важно учитывать точку приложения каждой силы.

-Сила тяжести приложена в центре тяжести тела. Для тела простой формы центр тяжести совпадает с центром симметрии.

-Силы упругости и трения приложены в точке или в плоскости контакта тела с соприкасающимся телом.

Прямая линия, проходящая через точку приложения вдоль вектора силы, называется линией действия силы. Оказывается, точку приложения силы можно переносить вдоль линии её действия - от этого механическое состояние тела не изменится (в частности, равновесие не нарушится).

Для равновесия твёрдого тела недостаточно потребовать равенства нулю векторной суммы всех приложенных к телу сил.

В качестве примера рассмотрим пару сил - так называются две равные по модулю противоположно направленные силы, линии действия которых не совпадают. Пусть пара сил и приложена к твёрдому стержню (рис. 1).

\vec{F_{2}}
Рис. 1. Пара сил

 

Векторная сумма этих сил равна нулю. Но стержень покоиться не будет: он начнёт вращаться. В данном случае не выполнено второе условие равновесия твёрдого тела. Чтобы его сформулировать, нужно ввести понятие момента силы.

Как должна быть направлена линия действия силы, чтобы тело стало вращаться вокруг неподвижной оси? Для начала заметим следующее.

- Если линия действия силы параллельна данной оси, то вращения не будет.
- Если линия действия силы пересекает данную ось, то вращения не будет.

В каждом из этих случаев действие силы вызывает лишь деформацию твёрдого тела.

Чтобы началось вращение, линия действия силы и ось вращения должны быть скрещивающимися прямыми.

Без ограничения общности можно считать эти прямые перпендикулярными друг другу. Мы всегда можем этого добиться, разложив силу на две составляющие - параллельную и перпендикулярную оси вращения - и отбросив параллельную составляющую как не вызывающую вращения. Поэтому везде далее мы считаем, что все силы, действующие на тело, перпендикулярны оси вращения.

Момент силы.

 

Плечо силы - это расстояние от оси вращения до линия действия силы (т. е. длина общего перпендикуляра к двум этим прямым).

В качестве примера на рис. 2 изображён диск, к которому приложена сила . Ось вращения перпендикулярна плоскости чертежа и проходит через точку . Плечом силы является величина , где - основание перпендикуляра, опущенного из точки на линию действия
силы.

O
Рис. 2. Плечо силы

 

Момент силы относительно оси вращения - это произведение силы на плечо:

.

Чтобы учесть также направление вращения, вызываемого действием силы, моменту силы приписывают знак. Именно, момент силы считается положительным, если сила стремится поворачивать тело против часовой стрелки, и отрицательным, если по часовой стрелке.

Условия равновесия.

 

Если тело имеет неподвижную ось вращения и если алгебраическая сумма моментов всех сил относительно этой оси обращается в нуль, то тело будет находиться в равновесии. Это так называемое правило моментов . Оказывается, что в этом случае обращается в нуль алгебраическая сумма моментов всех сил относительно любой другой оси, параллельной оси вращения.

В общем случае, когда твёрдое тело может совершать как поступательное, так и вращательное движение, мы имеем два условия равновесия.

1. Равна нулю векторная сумма всех сил, приложенных к телу.
2. Равна нулю алгебраическая сумма моментов всех сил, приложенных к телу, относительно данной оси вращения или любой другой оси, параллельной данной.

Так, в примере на рис. 1 алгебраическая сумма моментов пары сил не обращается нуль (оба момента положительны). Поэтому стержень не находится в равновесии.

При решении задач удобно использовать сформулированные выше условия равновесия в следующем виде.

1'. Силы уравновешены вдоль любой оси.
2'. Суммарный момент сил, вращающих тело в одну сторону, равен суммарному моменту сил, вращающих тело в другую сторону.

Сейчас мы разберём одну достаточно содержательную задачу по статике и посмотрим, как работают наши условия равновесия.

Задача.
Однородная лестница опирается на гладкую вертикальную стену, образуя с ней угол . При каком максимальном значении лестница будет покоиться? Коэффициент трения между лестницей и полом равен .

Решение.
Пусть лестница опирается о пол и стену в точках и соответственно (рис. 3). Расставим силы, действующие на лестницу.

B
Рис. 3. К задаче

 

Поскольку лестница однородная, сила тяжести приложена в середине лестницы. Сила упругости пола и сила трения приложены в точке . На рис. 3 точка приложения этих сил немного смещена от точки внутрь лестницы; тем самым мы однозначно указываем, что силы приложены именно к лестнице (а не к полу).

Точно так же сила упругости стены приложена в точке . Поскольку стена гладкая, сила трения между стеной и лестницей отсутствует.
Воспользуемся условием 1'. Вдоль горизонтальной оси силы уравновешены:

. (1)

Вдоль вертикальной оси силы также уравновешены:

. (2)

Теперь переходим к правилу моментов - условию 2'. Какую ось вращения выбрать? Удобнее всего взять ось, проходящую через точку (перпендикулярно плоскости рисунка). В таком случае моменты сразу двух сил и обратятся в нуль - ведь плечи этих сил относительно точки равны нулю (поскольку линии действия сил проходят через эту точку). Ненулевые моменты относительно точки имеют силы и , которые стремятся вращать лестницу в разные стороны; стало быть, моменты данных сил должны быть равны друг другу.

Плечо силы - это длина перпендикуляра , опущенного из точки на линию действия силы . Плечо силы - это длина перпендикуляра , опущенного из точки на линию действия силы . Согласно правилу моментов имеем:

Пусть длина лестницы равна . Тогда . Подставляем эти соотношения в равенство моментов:

откуда

(3)

С учётом равенства (1) имеем вместо (3):

(4)

Вспомним теперь, что в условии спрашивается максимальное значение . При максимальном угле лестница пока ещё стоит, но уже находится на грани проскальзывания. Это означает, что сила трения достигла своего максимального значения, равного силе трения скольжения:

.

Теперь из (4) получаем:

,

а с учётом равенства (2):

.

Отсюда получаем искомую максимальную величину :

.

 

Равновесие тел - начальные классы, уроки

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Киришская средняя общеобразовательная школа №8»

Районный фестиваль исследовательских проектов

«Виват, наука!»

Номинация конкурсной работы:

«Я - исследователь»


Тема: Равновесие тел

Автор: Боярин София

4 г класс

Куратор: учитель начальных классов

Есипова Людмила Владимировна

г. Кириши

2016г.

Проект « Равновесие тел»

Проект: «Равновесие тел»

Участник проекта: Боярин София

Куратор проекта: Есипова Людмила Владимировна

Класс: 4 г

Предметная область: окружающий мир

Время работы над проектом: апрель 2015г. – март 2016г.

Проблема проекта: применение знаний, полученных на уроках окружающего мира, в практической деятельности.

Цель проекта: рассмотреть влияние равновесия тел на нашу жизнь.

Задачи:

  1. Изучить условия равновесия тел.

  2. Познакомиться с видами равновесия.

  3. Научиться определять центр тяжести тел произвольной формы.

  4. Рассмотреть практическое применение и учет равновесия тел.

Тип проекта: творческий, исследовательский.

Используемые технологии: мультимедиа.

Форма продукта проекта: мультимедийная презентация.

Содержание: Равновесие тела — состояние покоя тела относительно какой-либо системы отсчета, в частном случае — неподвижность тела относительно окружающей его среды.

Исследование: определение центра тяжести тел, определение условий устойчивости тел.

Область применения результата проекта: учебная (окружающий мир), внеклассная работа, основа для дальнейшего исследования физических явлений, встречающихся в нашей жизни.

Результативность: проводимые домашние эксперименты повышают интерес к изучению предмета физики.

Здравствуйте!

Я хочу рассказать вам о равновесии тел. Однажды мне подарили удивительную птицу: она маленьким клювом держалась на кончике пальца и не падала. Папа сказал, что эта птица – игрушка балансир, а не падает она потому, что находиться в состоянии равновесия.

Вот тут-то я и решила исследовать: когда и почему предметы (то есть тела) находятся в равновесии.

Зачем канатоходцу требуется длинный шест?

Почему в быстродвижущемся транспорте легче устоять, имея в руках тяжелые сумки?

Почему столы и стулья имеют по четыре ножки?

Как построить высокое и устойчивое здание?

Каким образом Этьен Фальконе обеспечил равновесие скульптуры « Медный всадник» в Санкт- Петербурге?

На все эти вопросы можно дать ответ, если рассмотреть равновесие тел.

Если я скажу вам: «Сейчас вы сядете на стул так, что не сможете встать, хотя и не будете привязаны», вы примете это, конечно, за шутку.

Хорошо. Сядьте же так, как сидит человек, изображенный на рисунке, т.е. держа туловище отвесно и не пододвигая ног под сиденье стула. А теперь попробуйте встать, не меняя положения ног и не нагибая корпуса вперед.

Рис. 1. В таком положении невозможно подняться со стула.

Что, не удается? Никаким усилием мускулов не удастся вам встать со стула, пока вы не пододвинете ног под сиденье или не подадитесь корпусом вперед.

Чтобы понять, почему это так, нам придется побеседовать немного о равновесии тел вообще и, человеческом, в частности.

Актуальность: вопросы равновесия интересуют строителей, машиностроителей, альпинистов, артистов цирка и многих-многих других.

Мы поражаемся исключительной способности гимнастов сохранять равновесие в самых рискованных положениях. Вспомнить, например, эквилибристов на качающемся тросе. Многие из них делают акробатические трюки, переворачиваясь в воздухе, а потом снова возвращаются на трос, сохраняя при этом равновесие.

Цель проекта: рассмотреть влияние равновесия тел на нашу жизнь.

Задачи:

1. Изучить понятия равновесие тел, центр тяжести тела.

2. Познакомиться с видами равновесия.

3. Рассмотреть практическое применение и учет равновесия тел в жизни человека.

Оказывается, если тело в покое, значит оно находится в состоянии равновесия.

Большинство тел покоится на опорах, в том числе и человек. Стоящий предмет (тело на опоре) не падает, если отвесная линия, проведенная из центра тяжести, не выходит за пределы его основания.

(Вот, например, Пизанская башня, ее историческая ценность как раз в том, что она стоит под наклоном и не падает, потому, что отвесная линия не выходит за пределы ее основания).

А теперь, я расскажу вам о состоянии равновесия, на примере человека.

Человек – это тоже «тело на опоре». Центр тяжести человека расположен в нижней части живота, так как вес ног составляет около половины веса тела. Устойчивость тела зависит от положения центра тяжести и от величины площади опоры: чем ниже центр тяжести и больше площадь опоры, тем тело устойчивее. Расположение центра тяжести тоже очень важно. Человек не падает до тех пор, пока вертикальная линия из центра тяжести проходит через площадь, ограниченную его ступнями.

Морякам на качающейся палубе придает устойчивость походка «в развалку». При такой ходьбе ноги специально ставятся шире, чтобы захватываемая ступнями площадь опоры была как можно больше.

Если встать на одну ногу, то площадь опоры уменьшится, и сохранить равновесие будет труднее.

А еще сложнее удерживать равновесие или, как говорят, балансировать на узком канате или проволоке артистам цирка. Ведь площадь опоры в этом случае очень мала.

Существует три вида равновесия:

Безразличное равновесие – это когда тело само по себе (без воздействия посторонних сил) с места не сдвинется, и расстояние от точки опоры до центра тяжести будет всегда одинаково.

Неустойчивое равновесие – это такое равновесие, при котором если тело вывести из этого равновесия, то назад оно уже не вернется, а упадет или укатится прочь.

Устойчивое равновесие – это такое равновесие, что если из него тело немного отклонить, то оно назад вернется.

Например, знакомая нам с детства игрушка – неваляшка. У неваляшки центр тяжести и точка ее опоры лежат на вертикали, причем расстояние между центром тяжести и точкой опоры всегда наименьшее. А еще я сама сделала игрушки балансиры – балерина и бабочка – у них центр тяжести расположен ниже точки опоры, а это самое устойчивое равновесие.

Опыты:

1.Вилки.

2. Стул.

Практическое применение и учет равновесия

Равновесие - процесс динамический: в любой позе тело человека не остается абсолютно неподвижным. Мы как бы теряем на мгновение равновесие и вновь его восстанавливаем. Бег, ходьба и другие действия, даже стояние на месте требуют постоянных усилий для удержания равновесия тела в нужной позе. Это привычный и незаметный для нас процесс. Но стоит только споткнуться во время ходьбы или бега, как мы совершаем так называемые предохранительные движения: подпрыгиваем, оказывая тем самым сопротивление силе инерции, отклоняем туловище, как бы подводя центр тяжести под точку опоры, падая, подставляем руку и т.д. Приглядитесь в метрополитене к людям, которые входят на эскалатор и сходят с него: для большей устойчивости они движутся, образно выражаясь, "утиной походкой", широко расставив ноги и частыми движениями перенося тяжесть тела с одной ноги на другую.

Другой пример. Чтобы удержать равновесие на месте при внезапной остановке транспорта, пассажир невольно отклоняется в сторону, противоположную направлению движения.

Кому не приходилось наблюдать, как идущий рядом человек, поскользнувшись, неуклюже падает, не сделав даже попытки устоять. А как поступит спортсмен, обладающий достаточно развитым чувством равновесия? Он моментально определит направление и скорость отклонения своего тела, чтобы тут же восстановить его, совершив несколько ловких движений, и тем самым избежит падения.

Чем выше тренированность, тем легче человек приспосабливает свои движения и положение тела к изменяющимся условиям. Оптимальный уровень развития способности к управлению равновесием тела позволяет нам выполнять различные бытовые и производственные движения наиболее чётко и экономно.

Хороший спортсмен никогда не жалуется на головокружение и неприятные ощущения во время катания на аттракционах, качелях, поездок на транспорте. А для физически "отсталых" людей это порой настоящий бич. Нередко им приходится отказываться от путешествий на воздушном или морском транспорте. Объясняется это тем, что недостаточно тренированный вестибулярный аппарат под действием изменяющейся скорости, рывков, покачивания приходит в состояние раздражения: учащается пульс, появляется тошнота, головокружение - ухудшается самочувствие. Слабая вестибулярная устойчивость может быть и врожденной. Однако - и это доказано практикой - в любом случае вестибулярный аппарат поддается тренировке. Разумеется, прежде чем приступать к тренировке, надо обязательно проконсультироваться с врачом, нет ли противопоказаний к занятиям.

Заключение

Груз на спине изменяет положение центра тяжести, и человек находится в неустойчивом положении, поэтому он наклоняется вперед, чтобы вертикаль, проходящая через центр тяжести, прошла через площадь опоры.
Трудно стоять на одной ноге из-за того, что значительно уменьшается площадь опоры. При небольшом отклонении от положения равновесия вертикаль, проходящая через центр тяжести, не будет проходить через площадь опоры и человек окажется в неустойчивом положении.
При ходьбе, когда человек перемещает ногу вперед, несколько вперед смещается также центр тяжести. Чтобы сохранить первоначальное положение центра тяжести, руку отводят назад. Такое чередование положений рук и ног повторяется при каждом шаге. И таких примеров множество!

В данной работе я рассмотрела равновесие тел, виды равновесия, и могу применить результат своего исследования, чтобы ответить на вопрос: каким образом Этьен Фальконе обеспечил равновесие скульптуры « Медный всадник» на Сенатской площади в Санкт-Петербурге.

Мы должны научится держать равновесие так, чтоб не тратить на это много сил, а это возможно, если вы знаете физические законы равновесия.

Удачи и равновесия в жизни!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *