I. The use of physical concepts and quantities to describe phenomena and to indicate their examples in the surrounding reality.
II. Motion and forces. The student:
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 relationship between force and mass and acceleration.
a) Provide the definition and unit of acceleration. b) Provide the definition of uniformly accelerated rectilinear motionuniformly accelerated rectilinear motionuniformly accelerated rectilinear motion. c) What conditions must be met for the body to remain at rest? d) What condition must be fulfilled by forces acting on the body so that it moves in uniform rectilinear motionuniform rectilinear motionuniform rectilinear motion?
a) Acceleration is a vector physical quantity equal to the change of body speed per unit of time. The unit of acceleration in the SI system is . b) Uniformly accelerated motion is a motion that takes place in a straight line (the trajectory is a straight line) and in each unit of time the speed increases by the same value (the acceleration is constant). c) The body remains at rest if the sum of forces acting on this body is equal to zero and the speed of the body relative to the selected reference frame is 0 . d) The body moves in uniform rectilinear motion if any forces doesn't act or sum of all forces acting on this body is equal to zero. In this case we are talking about inertial reference frame that is, such in which the forces don't act on the body, they balance out.
What motion will the body move under the influence of external, unbalanced forceunbalanced forceunbalanced force?
Hypothesis:
The action of unbalanced force on the body causes a change in its speed, or giving it a specific accelerationaccelerationacceleration. This acceleration can be constant, and thus body motion - uniformly accelerated.
Requisites:
1. a cart with a weight of approx. 200 g, 2. tape measure, 3. stopwatch, 4. a table with a length of approx. 2 m, 5. paper tape, 6. marker for marking, 7. pulley, 8. weight of 5 g - 10 g, 9. durable thread.
Instruction:
1. Build the system according to the drawing below. 2. Attach the paper tape to the table. 3. Place the cart at the beginning of the table.
[Illustration 1]
4. Turn on the stopwatch, release the weight. 5. At equal time intervals, mark the distance travelled. 6. Measure the length of the marked segments on the tape. 7. Record the results in the table.
[Table 1]
Conclusion:
The average speed increases.
The ratio of the change of speed of a moving body to the time when this change occurred within the limits of measurement errors is constant.
It follows that the action on the body of a constant, unbalanced external forceexternal forceexternal force causes the body to move with constant accelerationaccelerationacceleration, i.e. it moves in a uniformly accelerated motion.
[Slideshow]
Task 2
Provide conclusions that you could draw after seeing the drawings below.
Conclusions:
1. The mass of the entire system has not changed. 2. Under the influence of the applied force, the body system moved in a uniformly accelerated motion. 3. If the force increases, the acceleration of the system increases. This means that the acceleration value is directly proportional to the value of the acting force.
The second Newton's law:
If a constant unbalanced forceunbalanced forceunbalanced force acts on the body, the body moves in a uniformly variable motion with an acceleration directly proportional to the applied force and dependent on the body mass. If body weight is greater the acceleration of the body is lesser. This means that the mass is inversely proportional to the acting unbalanced force.
We write the second Newton's law as:
or
where:
a [] - acceleration, F [N] - force, m [kg] - body mass.
- If different forces act on a body of constant mass, the higher the magnitude of the resultant forceresultant forceresultant force, the larger the acceleration of the body. - If the same force acts successively on bodies with different masses, the smaller the mass of the body, the larger the accelerations of the body. - If the same forces is applied on bodies with different masses, smaller acceleration is obtained by a body with a larger mass.
The second Newton's law allows us to define a unit of force.
1 N (newton): - 1 newton is the magnitude of the force that causes acceleration of 1 of a body with a mass of 1 kg:
Task 3
A body with a constant mass under the influence of a constant unbalanced forceunbalanced forceunbalanced force can move in:
a) uniform rectilinear motionuniform rectilinear motionuniform rectilinear motion, b) uniformly accelerated motion, c) uniformly decelerated motion, d) none of these motions.
To each of the above statements, assign true or false.
Answer:
a) False. b) True. c) True. d) False.
Task 4
A resultant force giving this body an accelerationaccelerationacceleration of 4 acts on the body with a mass of 10 kg. Calculate the magnitude of the resultant forceresultant forceresultant force.
- In the 17th century, an outstanding physicist and mathematician Sir Isaac Newton formulated three laws of dynamics. A special role in the development of physics was played by the second one: „If a constant unbalanced forceunbalanced forceunbalanced force acts on the body, the body moves in a uniformly variable motion with an acceleration directly proportional to the applied force and dependent (inversely proportional) on the body mass”.
- The second Newton’s law shows that if different forces act on a body with a constant mass, the higher the magnitude of the resultant force, the larger the acceleration of the body. In turn, if the same force acts successively on bodies with different masses, the smaller the mass of the body, the larger the acceleration of the body.
- The second Newton’s lawsecond Newton’s lawsecond Newton’s law is written using the formulas:
where:
a [] - acceleration, F [N] - force, m [kg] - body mass.
- The second Newton’s law allows us to define a unit of force - 1 N (newton). 1 newton is the magnitude of the force that causes accelerationaccelerationacceleration of 1 of a body with a mass of 1 kg.
Selected words and expressions used in the lesson plan
a) Przyspieszenie jest wektorową wielkością fizyczną równą co do wartości zmianie prędkości ciała w jednostce czasu. Jednostką przyspieszenia w układzie SI jest .
b) Ruch jednostajnie przyspieszony to taki ruch który odbywa się po linii prostej (torem ruchu jest linia prosta) oraz w każdej jednostce czasu wartość prędkości wzrasta o tą samą wartość (przyspieszenie ma stałą wartość).
c) Ciało pozostaje w spoczynku jeżeli suma sił działających na to ciało jest równa zero, a prędkość ciała względem wybranego układu odniesienia ma wartość 0 .
d) Ciało porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym jeżeli nie działa na nie żadna siła lub suma wszystkich sił działających na to ciało jest równa zero. W takim przypadku mówimy o inercjalnym układzie odniesienia, czyli takim w którym na ciało nie działają siły lub siły działające równoważą się.
Siły oporów ruchu działające na samochód mają wartość 400 N, natomiast siła napędowa ma wartość 1000 N. Masa samochodu wynosi 1,5 t. Oblicz wartość przyśpieszenia jakie uzyska samochód pod działaniem stałej siły.
mdb64d16a974403ef_1528449000663_0
Druga zasada dynamiki Newtona
mdb64d16a974403ef_1528449084556_0
Drugi
mdb64d16a974403ef_1528449076687_0
I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.
II. Ruch i siły. Uczeń:
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.
mdb64d16a974403ef_1528449068082_0
45 minut
mdb64d16a974403ef_1528449523725_0
Poznanie treści II zasady dynamiki.
mdb64d16a974403ef_1528449552113_0
1. Rozpoznawanie rodzaju ruchu ciała w oparciu o działające siły.
2. Obliczanie wartości przyśpieszenia ciała w oparciu o II zasadę dynamiki.
mdb64d16a974403ef_1528450430307_0
Uczeń:
- podaje treść II zasady dynamiki,
- oblicza wartość przyśpieszenia w oparciu o II zasadę dynamiki.
mdb64d16a974403ef_1528449534267_0
1. Ćwiczenia uczniowskie.
2. Doświadczenia.
mdb64d16a974403ef_1528449514617_0
1. Praca indywidualna i grupowa.
2. Praca z całą klasą.
mdb64d16a974403ef_1528450127855_0
Polecenie 1
a) Podaj definicję oraz jednostkę przyśpieszenia. b) Podaj definicję ruchu prostoliniowego jednostajnie przyśpieszonego. c) Jakie warunki muszą być spełnione, aby ciało pozostawało w spoczynku? d) Jaki warunek muszą spełniać siły działające na ciało, aby poruszało się ono ruchem jednostajnym prostoliniowym?
Odpowiedź:
a) Przyspieszenie jest wektorową wielkością fizyczną równą co do wartości zmianie prędkości ciała w jednostce czasu. Jednostką przyspieszenia w układzie SI jest . b) Ruch jednostajnie przyspieszony to taki ruch który odbywa się po linii prostej (torem ruchu jest linia prosta) oraz w każdej jednostce czasu wartość prędkości wzrasta o tą samą wartość (przyspieszenie ma stałą wartość). c) Ciało pozostaje w spoczynku jeżeli suma sił działających na to ciało jest równa zero, a prędkość ciała względem wybranego układu odniesienia ma wartość 0 . d) Ciało porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym jeżeli nie działa na nie żadna siła lub suma wszystkich sił działających na to ciało jest równa zero. W takim przypadku mówimy o inercjalnym układzie odniesienia, czyli takim w którym na ciało nie działają siły lub siły działające równoważą się.
mdb64d16a974403ef_1528446435040_0
Doświadczenie:
Problem badawczy:
Jakim ruchem będzie poruszało się ciało pod wpływem zewnętrznej, niezrównoważonej siły?
Hipoteza:
Działanie niezrównoważonej siły na ciało powoduje zmianę jego prędkości, czyli nadanie mu określonego przyspieszenia. Przyspieszenie to może być stałe, a tym samym ruch ciała – jednostajnie przyspieszony.
Pomoce:
1. wózek o masie ok. 200 g, 2. taśma miernicza, 3. stoper, 4. stół o długości ok. 2 m, 5. taśma papierowa, 6. mazak do zaznaczania, 7. bloczek, 8. ciężarek o masie 5 g - 10 g, 9. wytrzymała nić.
Instrukcja:
1. Zbuduj układ według poniższego rysunku. 2. Przymocuj do stołu taśmę papierową. 3. Ustaw wózek na początku stołu.
[Ilustracja 1]
4. Włącz stoper, puść ciężarek. 5. W jednakowych odstępach czasu zaznaczaj przebytą drogę. 6. Zmierz długość zaznaczonych odcinków na taśmie. 7. Wyniki zapisz w tabeli.
[Tabela 1]
Wniosek:
- Wartość średniej prędkości rośnie. - Stosunek zmiany prędkości poruszającego się ciała do czasu, w którym ta zmiana nastąpiła, w granicach błędów pomiarowych, jest stały. - Wynika z tego, że działanie na ciało stałej, niezrównoważonej siły zewnętrznej powoduje ruch ciała ze stałym przyspieszeniem, czyli porusza się ono ruchem jednostajnie przyspieszonym.
[Slideshow]
Polecenie 2
Podaj wnioski jakie mogłeś wyciągnąć po obejrzeniu poniższych rysunków.
Wnioski:
1. Masa całego układu nie uległa zmianie. 2. Pod wpływem przyłożonej siły układ ciał poruszał się ruchem jednostajnie przyśpieszonym. 3. Jeżeli wartość siły nadającej przyspieszenie wzrasta, to rośnie także przyspieszenie układu. Oznacza to, że wartość przyspieszenia jest wprost proporcjonalna do wartości działającej siły.
II zasada dynamiki Newtona:
Jeśli na ciało działa stała niezrównoważona siła, to ciało porusza się ruchem jednostajnie zmiennym z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do działającej siły i zależnym od masy ciała. Im masa ciała będzie większa tym przyspieszenie ciała będzie mniejsze. Oznacza to, że masa jest odwrotnie proporcjonalna do działającej niezrównoważonej siły.
Drugą zasadę dynamiki Newtona zapisujemy jako:
lub
gdzie:
a [] – przyspieszenie, F [N] – siła, m [kg] – masa ciała.
Z drugiej zasady wynika, że jeżeli:
- Różne siły działają na ciało o stałej masie, to ciało uzyskuje tym większe jest przyspieszenie, im większa jest wartość siły wypadkowej. - Taka sama siła działa kolejno na ciała o różnych masach, to uzyskane przyspieszenia są tym większe, im mniejszą masę ma dane ciało. - Taka sama siła będzie działać na ciała o różnych masach, to mniejszą wartość przyspieszenia uzyska ciało o większej masie.
Druga zasada dynamiki pozwala nam zdefiniować jednostkę siły.
1 N (niuton):
– 1 niuton jest wartością siły, która ciału o masie 1 kg nadaje przyspieszenie 1 .
Polecenie 3
Ciało o stałej masie pod wpływem stałej niezrównoważonej siły może poruszać się ruchem:
a) jednostajnym prostoliniowym, b) jednostajnie przyśpieszonym, c) jednostajnie opóźnionym, d) żadnym z tych ruchów.
Każdemu z powyższych stwierdzeń przyporządkuj prawdę albo fałsz.
Odpowiedź:
a) Fałsz. b) Prawda. c) Prawda. d) Fałsz.
Polecenie 4
Na ciało o masie 10 kg działa siła wypadkowa nadająca temu ciału przyśpieszenie o wartości 4 . Oblicz wartość działającej siły.
Analiza
Dane:
Szukane:
Rozwiązanie:
Odpowiedź:
Wartość siły wypadkowej wynosi 40 N.
Polecenie 5
Siły oporów ruchu działające na samochód mają wartość 400 N, natomiast siła napędowa ma wartość 1000 N. Masa samochodu wynosi 1,5 t. Oblicz wartość przyśpieszenia jakie uzyska samochód pod działaniem stałej siły.
Analiza
Dane:
Szukane:
Rozwiązanie:
Odpowiedź:
Wartość uzyskanego przyśpieszenia wynosi 0,4 .
mdb64d16a974403ef_1528450119332_0
- W XVII w. wybitny fizyk i matematyk sir Isaac Newton sformułował trzy zasady dynamiki. Szczególną rolę w rozwoju fizyki odegrała druga z nich: „Jeśli na ciało działa stała niezrównoważona siła, to ciało porusza się ruchem jednostajnie zmiennym z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do działającej siły i zależnym (odwrotnie proporcjonalnym) od masy ciała”.
- Z drugiej zasady wynika, że jeżeli na to samo ciało będziemy oddziaływali siłami o różnych wartościach, to tym większe jest przyspieszenie, im większa jest wartość siły wypadkowej. Z kolei, Jeżeli na ciała o różnych masach będziemy oddziaływać siłą o tej samej wartości, to najmniejszą wartość przyspieszenia uzyska ciało o masie największej.
- Drugą zasadę dynamiki zapisujemy za pomocą wzorów:
gdzie:
a [] – przyspieszenie, F [N]– siła, m [kg] – masa ciała.
- Druga zasada dynamiki pozwala na zdefiniowanie jednostki siły – 1 N (niutona).
1 niuton jest wartością siły, która nadaje ciału o masie 1 kg przyspieszenie 1 .