Temat

Masa i ciężar ciała

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Zapoznanie się z pojęciem ciężar ciała.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Rozpoznawanie siły ciężkości.

2. Odróżnianie ciężaru ciała od jego masy.

3. Obliczanie ciężaru ciała w pobliżu Ziemi.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje ciężar ciała,

- określa źródła różnego typu oddziaływań na podstawie obserwowanych skutków.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca z całą klasą.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Pytania wprowadzające.

Przed lotem w kosmos kosmonauta został postawiony na sprężynowej wadze – wskazywała ona 75 kg.

1. A co by się stało, gdyby stanął na tej samej wadze, ale na powierzchni Księżyca lub Marsa (pomińmy kwestię skafandra)?

2. Jakie będą wskazania tej samej wagi, jeśli postawimy na niej kosmonautę lecącego w statku kosmicznym i znajdującego się w stanie nieważkości?

Polecenie 1

Przyjrzyj się zdjęciom i odpowiedz na pytanie:

[Ilustracja 1]

[Ilustracja 2]

[Ilustracja 3]

a) Co przedstawiają te zdjęcia?

b) Jaką wielkość fizyczną można wyznaczyć przy użyciu wagi?

Wniosek:

a) Używamy różnego typu wagi.

b) Waga mierzy masę ciała w gramach i kilogramach.

Realizacja lekcji

Doświadczenie:

Problem badawczy:

Ustalenie związku pomiędzy siłą ciężkości a masą ciała

Hipoteza badawcza:

Ciężar ciała zależy od siły z jaką jest przyciągany przez Ziemię (planetę) oraz od masy ciała.

Co będzie potrzebne:

a) osiem odważników o masie 50 g każdy z haczykami do podwieszania,

b) siłomierz o zakresie 5 N,

c) statyw,

d) przybory do pisania,

e) tabela pomiarów.

[Tabela 1]

Instrukcja:

1) Zamocuj siłomierz na statywie.

2) Zawieś jeden ciężarek na siłomierzu, odczytaj wskazanie siłomierza i zanotuj wynik w tabeli pomiarów (siłę w kolumnie czwartej, masę w kolumnie 2).

3) Dołóż kolejny ciężarek, odczytaj wskazanie siłomierza i zanotuj wynik.

Czynność 3) powtarzaj do momentu aż wszystkie ciężarki zawisną na siłomierzu.

4) Oblicz masę ciężarków w kilogramach, wyniki zapisz w kolumnie trzeciej.

5) Oblicz ilorazy siły i masy ciężarków wyrażonej w kilogramach $\frac{Q}{m}\left[\frac{N}{kg}\right]$. Wyniki zaokrąglij do liczby całkowitej.

Wniosek:

1. Po zaokrągleniu wyników do liczby całkowitej (piąta kolumna tabeli) we wszystkich wierszach otrzymałeś liczbę $10\frac{N}{kg}$, oznaczmy ją symbolem g.

2. Oznacza to, że ciężar ciała jest wprost proporcjonalny do masy ciała. Innymi słowy: jeśli masa ciała jest dwa razy większa, to ciężar ciała też jest dwa razy większy.

3. Liczba $10\frac{N}{kg}$ (pamiętaj, że jest to jej przybliżona wartość) jest wielkością charakteryzującą oddziaływanie grawitacyjne Ziemi z ciałami znajdującymi się w pobliżu jej powierzchni, nosi nazwę przyspieszenia ziemskiego i oznaczana jest literą g.

Znając masę ciała, możemy obliczyć ciężar ciała, korzystając ze wzoru:

I odwrotnie, znając ciężar ciała Q, możemy obliczyć masę ciała:

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

4. Ciężar ciała powinien być różny na różnych planetach i powinien zależeć od siły grawitacji.

Polecenie 2

Dlaczego na Ziemi, Marsie i Księżycu wskazania wagi sprężynowej ważącej tego samego człowieka są różne?

[Ilustracja 4]

Wniosek:

1. Wagi sprężynowe nigdy nie mierzą bezpośrednio masy ciał.

2. Waga sprężynowa mierzy siłę nacisku jaka jest wywierana na jej szalkę. Siłę tą nazywamy ciężarem ciała.

3. Siła grawitacji, jest to siła z jaką Ziemia (lub inna planeta) przyciąga każde ciało o dowolnej masie. Jest ona zwrócona do środka planety.

W odniesieniu do ciała umieszczonego na powierzchni planety wartość tej siły zależy zarówno od masy planety, jak i od masy ciała, a także od rozmiarów samej planety (jej promienia). 

4. Wskazania tej samej wagi w przypadku tego samego człowieka były różne na różnych planetach, ponieważ inna jest tam wartość  siły grawitacji.

Ciało o tej samej masie przeniesione na Marsa jest słabiej przyciągane przez tę planetę niż przez Ziemię i jeszcze słabiej przez Księżyc, jeśli znajdzie się ono na powierzchni Księżyca.  

Kliknij w znacznik a uzyskasz informacje.

[Grafika interaktywna]

Podsumowanie lekcji

1. W trakcie lekcji poznaliśmy jaka jest zależność pomiędzy masą ciała a siłą ciężkości. Zatem wzór na siłę ciężkości możemy zapisać w formie ogólnej:

2. Wagi sprężynowe nigdy nie mierzą bezpośrednio masy ciał.

3. Waga sprężynowa mierzy siłę nacisku jaka jest wywierana na jej szalkę. Siłę tą nazywamy ciężarem ciała. Prawidłowe ważenie (wyznaczanie masy za pomocą pomiaru siły nacisku) wymaga, aby ważone ciało było nieruchome (ujmując to precyzyjniej, dozwolony jest tylko taki ruch, który nie zmienia nacisku na szalkę)

4. Siła grawitacji, jest to siła z jaką Ziemia (lub inna planeta) przyciąga każde ciało o dowolnej masie. W odniesieniu do ciała umieszczonego na powierzchni planety wartość tej siły zależy zarówno od masy planety, jak i od masy ciała, a także od rozmiarów samej planety (jej promienia).

5. Wskazania tej samej wagi w przypadku tego samego człowieka są różne na różnych planetach, ponieważ inna jest tam siła grawitacji.