Temat

Ciężar i nieważkość

Etap edukacyjny

Trzeci, poziom rozszerzony

Podstawa programowa

IV. Grawitacja i elementy astronomii. Uczeń:

8) opisuje stan nieważkości i stan przeciążenia oraz podaje warunki i przykłady jego występowania.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Zapoznanie się z pojęciem nieważkości.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Rozpoznawanie stanu nieważkości ciała.

2. Określanie warunków stanu nieważkości.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje stan nieważkości.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

2. Pogadanka przedstawiająca nowe wiadomości.

Formy pracy

1. Praca samodzielna i grupowa podczas rozwiązywania zadań problemowych.

2. Formułowanie problemów i pomysłów ich rozwiązywania.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie 1

Obejrzyj pokaz slajdów „Ciężar ciała”.

[Slideshow]

Wiemy, że ciężar ciała Q na Ziemi można wyznaczyć znając masę ciała m oraz wartość przyspieszenia grawitacyjnego na powierzchni Ziemi zwanego przyspieszeniem ziemskim g stosując wzór:

Jednostką ciężaru jest niuton [N], masy - kilogram [kg], natomiast przyspieszenia ziemskiego [$\frac{N}{kg}$], zatem:

Ponieważ na każdej planecie wartość przyspieszenia grawitacyjnego jest inna to ciężar ciała powinien być różny na różnych planetach.

Uwaga: Wartość g jest charakterystyczna dla każdej planety.

Wniosek:

Waga sprężynowa nigdy nie mierzy bezpośrednio masy ciała.

Waga mierzy siłę nacisku wywieraną na szalkę wagi. Siła ta nazywana jest ciężarem ciała.

Realizacja lekcji

Polecenie 2

Wykorzystując dane umieszczone w pokazie slajdów oblicz swój ciężar ciała na różnych planetach. Uszereguj obliczony ciężar od najmniejszego do największego.

Polecenie 3

Jak na Ziemi zmieniłby się nacisk ciała na szalkę wagi gdyby waga spadała w dół z przyspieszeniem a rosnącym od a = 0 $\frac{m}{s^2}$ do a = 10 $\frac{m}{s^2}$.

Dla uzyskania wskazówki w tym zakresie wykonaj poniższe polecenie. Obliczysz wartość siły nacisku wywieraną przez ciało o masie m umieszczone na wadze sprężynowej, która spada z przyspieszeniem a.

Wartość siły nacisku ciała na podłoże można wyliczyć ze wzoru:

Załóż, że przyspieszenie ziemskie jest równe 10 $\frac{m}{s^2}$.

Korzystając z powyższego wzoru uzupełnij tabelę:

[Tabela 1]

[Tabela 2]

[Tabela 3]

Polecenie 4

Odpowiedz na pytania:

1. Dla jakiej wartości a pojawia się nieważkość.

2. Czy pojawienie się stanu nieważkości (to jest gdy siła nacisku N, jest równa zero) zależy od masy ważonego ciała?

Wniosek:

1. Stan nieważkości ciała nie zależy od jego masy.

2. Stan nieważkości to jest stan, w którym nacisk N ciała na podłoże jest równy zero.

3. Stan nieważkości uzyskuje się w trakcie swobodnego spadku, to jest wtedy, gdy ciało spada z przyspieszeniem a takim samym jak wartość przyspieszenia ziemskiego, czyli g.

Polecenie 5

Odpowiedz na pytanie, czy jabłko spadając z drzewa jest w stanie nieważkości.

Odpowiedź:

Jabłko spadając z drzewa jest w stanie nieważkości, ponieważ spada na powierzchnię Ziemi z przyspieszeniem a = g.

Polecenie 6

Odpowiedz na pytanie, dlaczego astronauci w spadającym swobodnie na Ziemię statku kosmicznym (przed rozwinięciem spadochronów hamujących) są w stanie nieważkości.

Odpowiedź:

Astronauci w spadającym swobodnie na Ziemię statku kosmicznym są w stanie nieważkości, ponieważ spadają z przyspieszeniem równym g. W takiej sytuacji nie ma nacisku astronauty na podłogę statku kosmicznego.

Podsumowanie lekcji

1. Pojawienie się stanu nieważkości nie zależy od masy ciała będącego w tym stanie.

2. Stan nieważkości w pobliżu Ziemi pojawia się w chwili, gdy przyspieszenie spadającego ciała wynosi g.

3. Stan nieważkości pojawia się wtedy, gdy siła nacisku ciała na podłoże jest równa zero.

4. Podczas spadku ciała z przyspieszeniem a, mniejszym niż grawitacyjne g, siła nacisku N ulega zmniejszeniu.