Learning objectives - general requirements: 1) Using physical concepts and quantities to describe phenomena and to indicate their examples in the surrounding reality.
II. Motion and forces. The student:
13) describes the interaction of bodies using the third Newton’s law;
14) analyses the behaviour of bodies based on the first Newton’s law;
15) uses the concept of mass as a measure of inertia of bodies; analyses the behaviour of bodies based on the second Newton’s law and applies to the calculation the relation between force and mass and acceleration;
16) describes free fall as an example of uniformly accelerated motion;
17) uses the concept of gravity; uses the relation between force, mass and gravitational acceleration for calculations.
a) Provide the content of I, II and III Newton’s law. b) Give what is the measure of the inertia of the bodies. c) List the types of frictionfrictionfriction forces. d) Specify what the friction force depends on. e) Provide ways to change the friction force.
Answer:
a.
First Newton's law: If no force or forces act on the body, the body remains at rest or moves in a uniform linear motion relative to the inertial reference frame.
Second Newton's law: If the body has a constant unbalanced forceunbalanced forceunbalanced force (or net force), the body moves in a uniformly accelerated motion with acceleration directly proportional to the applied force and inversely proportional to the mass of this body.
Third Newton's law: When the body A acts on the body B with a certain force , the body B acts on the body A with the force with the same magnitude but opposite direction. These forces cannot be balanced because they are applied to two different bodies.
The third Newton's law is often called action‑reaction law.
b) The measure of body's inertia is its mass.
c) We distinguish two basic types of frictionfrictionfriction: static friction and dynamic friction.
d) The friction force depends on how large is the force which presses the two surfaces together and on the type of the two surfaces.
e) The friction force can be changed by varying the force which presses the surfaces together or by changing the coefficient of friction by changing the roughness of the surfaces (e.g. by smoothing) or by using a lubricant to reduce friction, grease or oil.
Check what the different letters in the formula mean:
[Interactive graphics]
Task 3
The Earth attracts a body with a mass of 2 kg with a force of 20 N, and a body with a mass of 0,5 kg with a force of 5 N. Calculate the acceleration that these bodies get.
Analysis:
Given:
m = 2 kg F = 20 N mIndeks dolny 11 = 0,5 kg FIndeks dolny 11 = 5 N
Unknown:
aIndeks dolny 11 = ? aIndeks dolny 22 = ?
Solution:
Answer:
Acceleration with which the body falls to Earth is , it is gravitational acceleration.
Task 4
The forces shown in the figure act on a block with a mass of 10 kg moving on a horizontal surface. Calculate the acceleration of this block.
[Illustration 1]
Analysis:
Given:
FIndeks dolny 11 = 10 N FIndeks dolny 22 = 20 N FIndeks dolny 33 = 30 N m = 10 kg
Unknown:
a = ?
Solution:
Answer:
The block acceleration is .
Task 5
The platform on which there is a 200 kg box moves with an acceleration of 2,5 . What is the frictionfrictionfriction force if the box does not move on the platform? What fraction of the normal forcenormal forcenormal force is the friction force in this case?
Analysis:
Given:
m = 200 kg a = 2,5 g = 10
Unknown:
FIndeks dolny TT = ? FIndeks dolny NN = ?
Solution:
Answer:
The magnitude of the friction force is 500 N. The friction force is of the normal forcenormal forcenormal force.
Task 6
Passengers on a moving bus have shifted to the right, this means that:
a) the bus suddenly braked, b) the bus suddenly moved forward, c) the bus suddenly turned right, d) the bus suddenly turned left.
Answer:
a) True. b) False. c) True. d) True.
Task 7
The body moves with a constant acceleration of 3 . This means that:
a) body speed increased by 1 in 3 seconds, b) body speed increased by 6 in 2 seconds, c) body speed increased by 3 in 3 seconds, d) body speed increased by 3 in 1 second.
Answer:
a) False. b) True. c) False. d) True.
Task 8
If a body with a mass of 1 m acts on a body with a mass of 4 · m, with a certain force it means that a body with a weight of 4 · m acts on a body with a mass of 1 m with a force:
a) 4 times larger, b) 4 times smaller, c) the magnitude of the force is the same in both cases, d) the magnitude of the force is the same, but opposite direction, e) the magnitude of the force cannot be determined because there not enough information.
Dynamics describes the movement of a physical body under the influence of forces. The first Newton's law is that in the inertial reference frame a body can change its speed only an external force acts on it. The second Newton's law determines that the acceleration a which the body with the mass m under the influence of the unbalanced force F is experiencing is equal to:
The third Newton's law is that bodies always act on each other with equal forces but on opposite directions. Each action is accompanied by reaction equal in magnitude, but with opposite direction. All bodies during their movement experience the forces of resistance to movement. Friction is the resistance to motion (force) associated with the interaction occurring on the contact surface of two bodies when a force acting on the body is trying to set the body in motion. To calculate the friction forces we can use the following formula:
FIndeks dolny TT = f · FIndeks dolny NN
where: FIndeks dolny TT [N] - friction force; FIndeks dolny NN [N] - normal force; f - coefficient of friction.
Selected words and expressions used in the lesson plan
a) Zwrot siły tarcia jest zawsze zwrócony przeciwnie do kierunku prędkości ciała. b) Chcąc zatrzymać samochód należy użyć siły. c) Tarcie które działa w czasie ruchu jest większe niż to tarcie które należy pokonać aby wprawić ciało w ruch. d) Gdy stoimy na Ziemi to my naciskamy na Ziemię ona na nas nie. e) Samochód porusza się ze stałą prędkością wtedy gdy wypadkowa wszystkich sił działających na niego jest stała i większa od zera. f) Siła o wartości 10 N nadała przyśpieszenie 2 o masie 0,5 kg.
Dynamika opisuje ruch ciała materialnego pod wpływem działania sił. Pierwsza zasada dynamiki Newtona głosi, że w układzie inercjalnym ciało może zmienić swoją prędkość jedynie wskutek działania na niego zewnętrznej siły. Druga zasada dynamiki określa, że przyspieszenie a jakie doznaje ciało o masie m pod wpływem niezrównoważonej siły F, jest równe:
Trzecia zasada dynamiki Newtona stanowi, że ciała działają na siebie zawsze siłami równymi co do wartości ale przeciwnie skierowanymi. Każdej akcji towarzyszy reakcja równa co do wartości i kierunku, lecz przeciwnie zwrócona.
Wszystkie ciała podczas swego ruchu doznają działania sił oporu ruchu. Tarcie to opór ruchu (siła) związany z oddziaływaniem występującym na powierzchni styku dwóch ciał wraz z pojawieniem się siły działającej na ciało starającej się wprawić to ciało w ruch. Do obliczenia sił tarcia możemy posłużyć się następującym wzorem:
FIndeks dolny TT = f · FIndeks dolny NN
gdzie: FIndeks dolny TT [N] – siła tarcia; FIndeks dolny NN [N] – siła nacisku; f – współczynnik tarcia.
md2feddeefd6f8a41_1528449000663_0
Podsumowanie wiadomości z dynamiki
md2feddeefd6f8a41_1528449084556_0
Drugi
md2feddeefd6f8a41_1528449076687_0
Cele kształcenia – wymagania ogólne: 1) Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.
II. Ruch i siły. Uczeń:
13) opisuje wzajemne oddziaływanie ciał posługując się trzecią zasadą dynamiki;
14) analizuje zachowanie się ciał na podstawie pierwszej zasady dynamiki;
15) posługuje się pojęciem masy jako miary bezwładności ciał; analizuje zachowanie się ciał na podstawie drugiej zasady dynamiki i stosuje do obliczeń związek między siłą i masą a przyspieszeniem;
16) opisuje spadek swobodny jako przykład ruchu jednostajnie przyspieszonego;
17) posługuje się pojęciem siły ciężkości; stosuje do obliczeń związek między siłą, masą i przyspieszeniem grawitacyjnym.
md2feddeefd6f8a41_1528449068082_0
45 minut
md2feddeefd6f8a41_1528449523725_0
Utrwalenia wiadomości i umiejętności z zakresu dynamiki.
md2feddeefd6f8a41_1528449552113_0
1. Wykorzystanie zasad dynamiki do opisu ruchu ciał.
2. Obliczanie przyśpieszenia z II zasady dynamiki.
md2feddeefd6f8a41_1528450430307_0
Uczeń:
- opisuje ruch ciał wykorzystując zasady dynamiki,
- oblicza wartość przyśpieszenia z II zasady dynamiki.
md2feddeefd6f8a41_1528449534267_0
1. Ćwiczenia uczniowskie.
md2feddeefd6f8a41_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca z całą klasą.
md2feddeefd6f8a41_1528450127855_0
Polecenie 1
a) Podaj treść I, II i III zasady dynamiki. b) Podaj co jest miarą bezwładności ciał. c) Wymień rodzaje sił tarcia. d) Podaj od czego zależy siła tarcia. e) Podaj sposoby zmian siły tarcia.
Odpowiedź:
a.
I zasada dynamiki Newtona: Jeżeli na ciało nie działa żadna siła lub działające siły się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym względem nieruchomego układu odniesienia.
II zasada dynamiki Newtona: Jeśli na ciało działa stała niezrównoważona siła (lub siła wypadkowa), to ciało porusza się ruchem jednostajnie zmiennym z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do działającej siły i odwrotnie proporcjonalnym do masy tego ciała.
III zasada dynamiki Newtona: Gdy ciało A działa na ciało B pewną siłą , to ciało B oddziałuje na ciało A siłą o tej samej wartości, tym samym kierunku, lecz przeciwnym zwrocie. Siły te nie mogą się równoważyć, ponieważ przyłożone są do dwóch różnych ciał.
Trzecia zasada dynamiki nazywana jest często zasadą akcji i reakcji.
b) Miarą bezwładności ciała jest jego masa.
c) Rozróżniamy dwa podstawowe rodzaje tarcia: tarcie statyczne i tarcie dynamiczne.
d) Siła tarcia zależy od nacisku trących powierzchni i od rodzaju trących powierzchni.
e) Siłę tarcia można zmienić zmieniając nacisk trących o siebie powierzchni lub też przez zmianę współczynnika tarcia za pomocą zmiany chropowatości trących powierzchni (np. przez wygładzenie) lub za pomocą środka smarnego zmniejszającego tarcie, smaru lub oliwy.
md2feddeefd6f8a41_1528446435040_0
Polecenie 2
Sprawdź co oznaczają poszczególne litery we wzorze:
[Grafika interaktywna]
Polecenie 3
Ziemia przyciąga ciało o masie 2 kg z siłą 20 N, a ciało o masie 0,5 kg z siłą 5 N. Oblicz przyśpieszenie jakie uzyskają te ciała.
Analiza: Dane:
m = 2 kg F = 20 N mIndeks dolny 11 = 0,5 kg FIndeks dolny 11 = 5 N
Szukane:
aIndeks dolny 11 = ? aIndeks dolny 22 = ?
Rozwiązanie:
Odpowiedź:
Przyśpieszenie z jakim ciało spada na Ziemię wynosi , jest to przyspieszenie ziemskie.
Polecenie 4
Na klocek o masie 10 kg poruszający się po poziomej powierzchni działają siły przedstawione na rysunku. Oblicz przyśpieszenie tego klocka.
[Ilustracja 1]
Analiza: Dane:
FIndeks dolny 11 = 10 N FIndeks dolny 22= 20N FIndeks dolny 33= 30N m = 10kg
Szukane
a = ?
Rozwiązanie:
Odpowiedź:
Przyśpieszenie klocka wynosi .
Polecenie 5
Platforma na której znajduje się skrzynia o masie 200 kg porusza się z przyśpieszeniem 2,5 . Ile wynosi siła tarcia jeżeli skrzynia nie przesuwa się na platformie? Jaką część wartości siły nacisku stanowi siła tarcia w tym przypadku?
Analiza:
Dane:
m = 200 kg a = 2,5 g = 10
Szukane
FIndeks dolny TT = ? FIndeks dolny NN = ?
Rozwiązanie:
Odpowiedź:
Wartość siły tarcia wynosi 500 N. Siła tarcia stanowi siły nacisku.
Polecenie 6
Pasażerowie w jadącym autobusie gwałtownie przechylili się w prawo oznacza to, że:
a) autobus gwałtownie zahamował, b) autobus gwałtownie ruszył do przodu, c) autobus gwałtownie skręcił w prawo, d) autobus gwałtownie skręcił w lewo.
Odpowiedź
a) Prawda. b) Fałsz. c) Prawda. d) Prawda.
Polecenie 7
Ciało porusza się ze stałym przyśpieszeniem o wartości 3 . Oznacza to, że:
a) prędkość ciała wzrosła o 1 w czasie 3 sekund, b) prędkość ciała wzrosła o 6 w czasie 2 sekund, c) prędkość ciała wzrosła o 3 w czasie 3 sekund, d) prędkość ciała wzrosła o 3 w czasie 1 sekund.
Odpowiedź:
a) Fałsz. b) Prawda. c) Fałsz. d) Prawda.
Polecenie 8
Jeżeli ciało o masie 1 m działa na ciało o masie 4 · m, z pewną określoną siłą to oznacza, że ciało o masie 4 · m działa na ciało o masie 1 m z siłą:
a) 4 razy większą, b) 4 razy mniejszą, c) wartość siły jest taka sama w obu przypadkach, d) wartość siły ma tą samą wartość, ten sam kierunek ale przeciwny zwrot, e) nie można określić wartości siły, bo jest za mało danych.
Odpowiedź:
a) Fałsz. b) Fałsz. c) Prawda. d) Prawda. c) Prawda.
Polecenie 9
Oceń prawdziwość zdań:
a) Zwrot siły tarcia jest zawsze zwrócony przeciwnie do kierunku prędkości ciała. b) Chcąc zatrzymać samochód należy użyć siły. c) Tarcie które działa w czasie ruchu jest większe niż to tarcie które należy pokonać aby wprawić ciało w ruch. d) Gdy stoimy na Ziemi to my naciskamy na Ziemię ona na nas nie. e) Samochód porusza się ze stałą prędkością wtedy gdy wypadkowa wszystkich sił działających na niego jest stała i większa od zera. f) Siła o wartości 10 N nadała przyśpieszenie 2 o masie 0,5 kg.
Odpowiedź:
a) Prawda. b) Prawda. c) Fałsz. d) Fałsz. e) Fałsz. f) Fałsz.
Polecenie 10
Trzy klocki o masie m = 3 kg poruszają się bez tarcia po poziomym torze. Wartość przyśpieszenia w tym ruchu wynosi.
[Ilustracja 2]
a) b) c) d) e)
Odpowiedź:
a) Fałsz. b) Prawda. c) Fałsz. d) Fałsz. e) Fałsz
md2feddeefd6f8a41_1528450119332_0
Dynamika opisuje ruch ciała materialnego pod wpływem działania sił. Pierwsza zasada dynamiki Newtona głosi, że w układzie inercjalnym ciało może zmienić swoją prędkość jedynie wskutek działania na niego zewnętrznej siły. Druga zasada dynamiki określa, że przyspieszenie a jakie doznaje ciało o masie m pod wpływem niezrównoważonej siły F, jest równe:
Trzecia zasada dynamiki Newtona stanowi, że ciała działają na siebie zawsze siłami równymi co do wartości ale przeciwnie skierowanymi. Każdej akcji towarzyszy reakcja równa co do wartości i kierunku, lecz przeciwnie zwrócona.
Wszystkie ciała podczas swego ruchu doznają działania sił oporu ruchu. Tarcie to opór ruchu (siła) związany z oddziaływaniem występującym na powierzchni styku dwóch ciał wraz z pojawieniem się siły działającej na ciało starającej się wprawić to ciało w ruch. Do obliczenia sił tarcia możemy posłużyć się następującym wzorem:
FIndeks dolny TT = f · FIndeks dolny NN
gdzie: FIndeks dolny TT [N] – siła tarcia; FIndeks dolny NN [N] – siła nacisku; f – współczynnik tarcia.