Temat

Równowaga sił. Siła wypadkowa

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.

II. Ruch i siły. Uczeń:

10) stosuje pojęcie siły jako działania skierowanego (wektor); wskazuje wartość, kierunek i zwrot wektora siły; posługuje się jednostką siły;

11) rozpoznaje i nazywa siły, podaje ich przykłady w różnych sytuacjach praktycznych (siły: ciężkości, nacisku, sprężystości, oporów ruchu);

12) wyznacza i rysuje siłę wypadkową dla sił o jednakowych kierunkach; opisuje i rysuje siły, które się równoważą.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Posługiwanie się pojęciami siły wypadkowej i sił równoważących się.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Rozpoznawanie obecności sił równoważących się w różnych sytuacjach praktycznych.

2. Określanie wartości siły wypadkowej dla sił działających na ciało.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje siły równoważące się,

- prezentuje graficznie obraz siły wypadkowej.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca z całą klasą.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Przygotuj odpowiedzi do pytań wprowadzających do lekcji.

1. Co to jest siła?
2. Czy siła jest wektorem? Odpowiedź uzasadnij.
3. Jakie są cechy wektora?
4. Jaka jest definicja kierunku i zwrotu wektora. Jaka jest różnica między tymi pojęciami?

Realizacja lekcji

Rozpatrzmy sytuację z życia wziętą. Chłopiec z pewnych powodów chce przesunąć szafę.

[Ilustracja 1]

Siła wywierana przez chłopca na szafę podczas jej przesuwania jest przyłożona do szafy. Jest ona zaznaczona na ilustracji kolorem zielonym.

Sytuacja ulega zmianie, gdy z pomocą przychodzi kolega.

[Ilustracja 2]

Kiedy w przesuwaniu szafy biorą udział dwie osoby, działa dodatkowa siła, która jest przyłożona również do szafy. Jej kierunek i zwrot jest dokładnie taki sam jak pierwszej siły.

Rozpatrzmy przykład.

Jeśli przyjmiemy, że siła wywierana przez pierwszą osobę wynosiła 200 N, a przez drugą – 250 N, to efekt ich wspólnego wysiłku byłby taki sam, jak gdyby jedna osoba pchała szafę z siłą 450 N. Dwie siły można zatem w tym przypadku zastąpić jedną – będącą ich sumą.

[Ilustracja 3]

Siła wypadkowa daje taki sam efekt jak dwie siły składowe.

Siła wypadkowa jest sumą wektorową wszystkich sił składowych działających na ciało.

[Ilustracja 4]

Ciężar sportowca (wektor niebieski) jest równoważony sumą dwóch sił działających na jego dłonie (wektory zielone) i pochodzących od przyrządu gimnastycznego.

Definicja siły wypadkowej:

Siła, która zastępuje działanie kilku innych sił działających jednocześnie na dane ciało i wywołuje taki sam skutek, jak one nazywana jest siłą wypadkową.

Poszczególne siły nazywamy siłami składowymi.

Jeśli siły składowe działające na ciało się równoważą, to siła wypadkowa będąca ich sumą jest równa 0 N.

Polecenie 1

a) Obejrzyj slideshow „dodawanie wektorów”.

[Slideshow]

b) Uzupełnij tabelę

[Tabela 1]

Polecenie 2

Wybierz zdania prawdziwe.

Równowaga sił oznacza, że:

a) Dwie siły się zawsze równoważą, gdy mają takie same wartości.

b) Siła wypadkowa ma wartość różną od 0 N.

c) Suma wektorów sił  składowych jest równa 0 N.

d) Suma sił działających na ciało jest równa 0 N.

Odpowiedź:

a) Fałsz. b) Fałsz. c) Prawda. d) Prawda.

Polecenie 3

Narysuj wektory 2 dowolnych sił działających na ciało i mających taki sam kierunek, które się nie równoważą.

a) Przedstaw cztery cechy wektorów tych sił.

b) Wyznacz wartość siły wypadkowej działającej na ciało.

Polecenie 4

Narysuj wektory 3 dowolnych sił działających na ciało, mających jednakowy kierunek, przyłożonych w taki sposób aby wektor siły wypadkowej miał wartość:

a) 0 N,

b) większą od 0 N.

Podaj cechy sił składowych, które realizują oba podane warunki.

Polecenie 5

Narysuj wektory dwóch sil przyłożonych do dwóch różnych ciał. Wektory tych sił mają taki sam kierunek lecz przeciwne zwroty.

Odpowiedz na pytania:

a) Czy wypadkowa tych dwóch wektorów ma wartość 0 N?

b) Czy są to siły równoważące się?

Podsumowanie lekcji

Wartość siły wypadkowej jest sumą wartości sił składowych, jeżeli zwroty tych sił są zgodne. Jeżeli zwroty są przeciwne, to siła wypadkowa jest różnicą wartości sił składowych. Kierunki tych sił muszą być równoległe.

Jeśli siły działające na ciało się równoważą, to siła wypadkowa będąca ich sumą jest równa 0 N. Równoważyć mogą się tylko siły przyłożone do tego samego ciała.