Temat

Wpływ oporów ruchu na poruszające się ciała

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

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

2) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.

II. Ruch i siły. Uczeń:

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

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Prezentowanie sił związanych z ruchem ciał.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Rozpoznawanie przyczyn występowania oporów ruchu.

2. Określanie od czego zależą opory ruchu.

3. Określanie pozytywnych i negatywnych skutków występowania oporów ruchu.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje przyczyny i skutki występowania oporów ruchu,

- określa sposoby zmian oporów ruchu.

Metody kształcenia

1. Dyskusja.

2. Rozwiązywanie problemów.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca z całą klasą.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie 1

a) Podaj definicję ruchu.
b) Podaj wielkości opisujące ruch ciała.
c) Wymień czynniki utrudniające ruch ciała.

Odpowiedź:

a) Ruch polega na zmianie położenia ciała względem wybranego obiektu. Ta zmiana zachodzi w czasie.
b) Podstawowe wielkości fizyczne opisujące ciało będące w ruchu to: tor ruchu, przemieszczenie, droga, prędkość i przyspieszenie ciała.
c) Ruch ciała utrudnia opór powietrza, tarcie, działanie innych sił oporu.

Realizacja lekcji

[Slideshow]

Na podstawie prezentowanych slajdów można wyciągnąć następujące wnioski:

1. Kulka w chwili początkowej miała prędkość maksymalną.
2. Prędkość kulki malała ponieważ w równych odstępach czasu droga przebywana przez kulkę była coraz mniejsza.
3. Ruch kulki był ruchem opóźnionym.
4. Kulka po trzech sekundach ruchu zatrzymała się.
5. Powodem zatrzymania się kulki były oddziaływania bezpośrednie, które przeciwdziałają ruchowi kulki.
6. Siły oddziaływań bezpośrednich, które przeciwdziałają ruchowi kulki noszą nazwę sił oporów ruchu.

Definicja:

Wszystkie poruszające się w naszym otoczeniu ciała napotykają siły, które przeciwdziałają ich ruchowi. Mogą one być na przykład wynikiem oporu, który stawia poruszającemu się ciału ośrodek, lub tarcia między powierzchnią podłoża i ciała znajdującego się w ruchu. Określamy je jedną wspólną nazwą – sił oporu ruchu.

Doświadczenie 1

Badanie od jakich czynników zależą siły oporów ruchu.

Pomoce:
- deska do krojenia chleba,
- głęboka miska z wodą.

Instrukcja:
Nalej do miski wodę.
1. Ustaw deskę prostopadle do powierzchni wody, a następnie ją zanurz.
2. Zacznij nią powoli poruszać w kierunku prostopadłym do jej powierzchni.
3. Poruszaj deską coraz szybciej.
4. Ustaw deskę równolegle do powierzchni wody, następnie ją zanurz.
5. Zacznij poruszać deską równolegle do powierzchni wody.
6. Wykonaj podobne doświadczenie w powietrzu.

Obserwacje:
Gdy poruszasz zanurzoną deską coraz szybciej, opór wody staje się coraz większy. Gdy poruszasz deską prostopadle do jej powierzchni, czujesz większe opory ruchu, niż gdybyś ustawił deskę równolegle. W powietrzu doświadczenie ma podobny przebieg – jedynie stawiany przez nie opór jest mniejszy.

Wniosek:

Opory ruchu:
- zwiększają się wraz ze wzrostem wartości prędkości ciała względem ośrodka,
- zależą od kształtu ciała,
- są większe w cieczach niż w gazach,
- zależą od gęstości ośrodka, w którym porusza się ciało.

Polecenie 2

Która odpowiedź jest prawdziwa?

Samolot leci nie zmieniając ani prędkości ani wysokości. Silniki popychają go do przodu z siłą 150 kN. Jaką wartość ma siła oporu ruchu wywołana przez opór powietrza F?

a) F > 150 kN.
b) F < 150 kN.
c) F = 150 kN.

Odpowiedź:

a) Fałsz.
b) Fałsz.
c) Prawda.

Polecenie 3

Skoczek spadochronowy spada ruchem jednostajnym. Ciężar skoczka ze spadochronem wynosi 800 N. Ile wynosi wartość siły oporu powietrza?

Narysuj te siły działające na skoczka.

Odpowiedź:

[Ilustracja 1]

Przyczyną ruchu skoczka w kierunku Ziemi jest oddziaływanie grawitacyjne, które przejawia się jako siła ciężkości skoczka. Na początku ruch jest jednostajny przyspieszony, a następnie jednostajny. Aby skoczek poruszał się ruchem jednostajnym, siła oporu powietrza F powinna być równa sile ciężkości skoczka Q. Siła oporu powietrza jako siła oporu ruchu powinna mieć zwrot przeciwny do siły ciężkości skoczka, wartość obu sił powinna być jednakowa.
Q = F = 800 N.

Polecenie 4

Podaj przykład urządzenia mechanicznego, w którym wykorzystując zmianę jego kształtu można zmienić opory ruchu.

Odpowiedź:

Samolot odrzutowy podczas hamowania w trakcie lądowania otwiera klapy hamujące oraz otwiera spadochron hamujący co zwiększa jego opory ruchu względem powietrza.

Podsumowanie lekcji

Opory ruchu:

- zwiększają się wraz ze wzrostem wartości prędkości ciała względem ośrodka,
- zależą od kształtu ciała,
- są większe w cieczach niż w gazach,
- zależą od gęstości ośrodka, w którym porusza się ciało.