Урок 61/6. МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА

Цель урока: ввести понятие "механическая работа".

Тип урока: комбинированный.

Оборудование:

План урока: 1. Вступительная часть 1-2 мин.

2. Опрос 10 мин.

3. Объяснение 20 мин.

4. Закрепление 10 мин.

5. Задание на дом 2-3 мин.

II.Опрос фундаментальный: 1. Реактивное движение. 2. Основные этапы развития космонавтики в мире.

Задачи.

1. В реактивный двигатель самолета поступает 100 кг воздуха, которые сгорают ежесекундно вместе с 4,2 кг топлива. Продукты сгорания в виде газов выбрасываются из сопла со скоростью 550 м/с относительно самолета. Если самолет движется со скоростью 250 м/с, то чему равна сила тяги двигателя?

2. Водометный катер движется с постоянной скоростью, засасывая воду и выбрасывая назад струю со скоростью 20 м/с относительно катера. Площадь поперечного сечения струи 0,01 м². Найти скорость катера, если действующая на него сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости и k = 7,5 Н с²/м².

3. Ракету массой 2500 кг необходимо разогнать на старте с ускорением 3g. С какой скоростью следует выбрасывать газы, если их расход составляет 30 кг/с?

Вопросы:

1. Почему современные ракеты в начальной фазе полета движутся медленно, приобретая максимальную скорость вне атмосферы?

2. Объясните, каким образом вертолет может не только подниматься выше и опускаться ниже, но и двигаться поступательно?

3. Космический корабль снабжен тремя одинаковыми двигателями. Двигатели могут быть включены одновременно, либо последовательно друг за другом, расходуя в обоих случаях одинаковую массу топлива. В каком случае корабль приобретет большую скорость?

4. Почему наиболее экономичный способ полета на Луну – пушечный выстрел?

5. Как зависит ускорение ракеты от времени от ее полета?

6. Ракета массой т зависла над поверхностью Земли. Сколько топлива в единицу времени она должна расходовать при этом, если скорость истечения газа U? Как изменится результат, если ракета поднимается с ускорением а?

7. Почему с увеличением скорости сила тяги воздушно-реактивного двигателя уменьшается?

8. Какими способами можно увеличить силу тяги воздушно-реактивного двигателя?

9. Тренированный пожарный может удерживать в руках груз весом до 900 Н. Оцените, какой максимальной высоты может достичь струя воды, вырывающаяся из шланга, конец которого пожарный держит в руках. Расход воды 30 кг/с.

10. Легче или труднее было бы плыть в сиропе, чем в воде (спор Ньютона с Гюйгенсом)?

III. Импульс является мерой механического движения, но эта величина не является универсальной для всех форм движения. Например, автомобиль, на который действуют равные по модулю сила тяги и сила трения, движется равномерно и прямолинейно. Импульс этого тела не изменяется и, следовательно, с помощью одного этого понятия невозможно объяснить, почему автомобиль необходимо периодически заправлять бензином.

Следовательно, необходимо ввести новую величину. Энергия – единственная мера различных форм движения материи. Различают энергию механическую, внутреннюю, электромагнитную, ядерную.

Энергия – еще одна сохраняющаяся величина, но прежде необходимо ввести понятие механической работы.

Общее выражение для работы:

A = F·Scosα

Единица работы в СИ: [А] = [Н∙м] = [Дж].

Обсуждение формулы:

1. Если = 0, S ≠ 0, то А = 0 (движение по инерции).

2. Если ≠ 0, S = 0, то А = 0. Существование силы вовсе не означает, что будет произведена некоторая работа. Например, плотницкая скоба может длительно удерживать доску (железная плита – магнит), но для этого не нужно топлива.

3. Работа не производится и в тех случаях, когда сила перпендикулярна перемещению и угол . Пример: движение Луны вокруг Земли, спутника.

4. Работа может быть положительной , отрицательной и равной нулю.

5. Работа, производимая данной силой, максимальна, если направление силы совпадает с направлением перемещения: А = F·S.

6. Полная работа, совершаемая над телом, является алгебраической суммой работ каждой из сил, действующих на тело. Пример: подъем груза.

А = FS, А^' = F_т S, A_п = A + A^' = (F - F_т)S.

а) Если F > F_т, > ; б) < _т, то < , в) F = F_т, то = .

7. Геометрическое истолкование работы: Работа равна площади