Scenariusz
Temat
Praca jako wielkość fizyczna
Etap edukacyjny
Drugi
Podstawa programowa
I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości. Uczeń:
III. 1) posługuje się pojęciem pracy mechanicznej wraz z jej jednostką; stosuje do obliczeń związek pracy z siłą i drogą, na jakiej została wykonana.
Czas
45 minut
Ogólny cel kształcenia
Kształcenie myślenia analitycznego.
Kształtowane kompetencje kluczowe
1. Kształcenie umiejętności definiowania wielkości fizycznej.
2. Wprowadzenie pojęcia pracy.
3. Stosowanie pojęcia pracy w sytuacjach typowych.
Cele (szczegółowe) operacyjne
Uczeń:
- definiuje pojęcie pracy,
- wyznacza pracę w prostych przypadkach.
Metody kształcenia
1. Uczenie się przez obserwację.
2. Uczenie się przez stosowanie poznanych reguł.
Formy pracy
1. Praca indywidualna.
2. Praca grupowa.
Etapy lekcji
Wprowadzenie do lekcji
Polecenie
1. Wymień cechy wielkości wektorowej.
2. Jaka wielkość fizyczna odpowiada za zmianę ruchu ciał?
3. Podaj jednostkę siły.
Odpowiedź:
1. Wielkość fizyczna posiadająca 4 cechy: kierunek, zwrot, wartość liczbową i punkt przyłożenia, to wektor. Siła, prędkość, przyspieszenie to wielkości wektorowe.
2. Zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki Newtona tylko niezrównoważona siła może dokonać zmianę ruchu ciała.
3. Jednostką siły w układzie SI jest niuton [N].
Realizacja lekcji
Polecenie
Obejrzyj pokaz slajdów „Czy to jest praca w rozumieniu fizyki?” i odpowiedz na pytanie.
1. Czy pojęcie pracy w potocznym rozumieniu i w rozumieniu mechaniki są zbieżne?
[Slideshow]
Wnioski:
- W potocznym rozumieniu, pojęciem pracy określa się zwykle wysiłek podjęty przez człowieka w celu osiągnięcia jakiegoś zamierzonego skutku.
- W pojęciu fizycznym o pracy mówimy wtedy kiedy do układu ciał jest przyłożona siła, która powoduje przesuniecie.
Definicja pracy
Praca to wielkość fizyczna, która jest iloczynem siły i przemieszczenia ciała w kierunku równoległym do kierunku działania siły:
gdzie:
F - wartość siły działającej wzdłuż kierunku przemieszczenia,
s - przemieszczenie ciała.
Pracę wyrażamy w dżulach [J].
Polecenie
Otwórz aplet, przesuwając ciężarek zbadaj jaka praca jest wykonywana.
1) Przesuwaj ciężarek o takiej samej masie na różne odległości.
2) Przesuwaj ciężarki o różnych masach na taką samą odległość.
3) Działaj siłą pod różnymi kątami i obserwuj jaka praca jest wykonywana.
[Geogebra aplet]
[Galeria]
Polecenie
Przedstaw 3 przypadki, dla których praca nie jest wykonywana.
Polecenie
Obejrzyj poniższe rysunki i odpowiedz na pytania.
[Ilustracja 1]
1. Która z osób wykonała większą pracę?
2. Od czego zależy wartość pracy wykonywanej przez osoby przedstawione na poszczególnych ilustracjach.
Odpowiedź:
1. Na rysunku 1a większą pracę wykonała wyższa osoba, gdyż uniosła piłkę wyżej. Na rysunku 1b większą pracę podnosząc piłkę wykonała ta osoba, której piłka miała większą masę.
2. Wielkość wykonanej pracy zależy od wysokości na jaką podniesiono piłkę (droga) i od masy piłki (ciężar). Im większa droga tym większa praca i im większa siła działania tym większa praca.
Polecenie
Obejrzyj poniższe rysunki i odpowiedz na pytania.
1. Przedstaw siły działające na sztangę i turystę.
2. Czy sztangista wykonuje pracę trzymając sztangę w górze?
3. Czy chłopiec trzymający balon wykonuje pracę?
4. Czy turysta idąc po płaskim terenie z plecakiem wykonuje pracę?
5. Czy niosąc zakupy wykonujesz pracę w sensie fizycznym?
[Ilustracja 2]
Odpowiedź:
1. Siły działające na sztangę.
[Ilustracja 3]
Siły działające na turystę.
[Ilustracja 4]
2. W tym przypadku nie ma tu przemieszczenia. Praca fizyczna wynosi zero. Sztangista nie wykonuje pracy fizycznej.
3. Balonik opada swobodnie w dół. Siła z jaką chłopiec oddziałuje na balonik wynosi 0. Praca nie została wykonana przez chłopca.
4. Siła ciężkości jest skierowana pionowo w dół, siła reakcji podłoża na nacisk nie pozwala na ruch turysty w kierunku pionowym, Turysta nie przemieszcza się w pionie, zatem nie wykonuje pracy związanej z przemieszczeniem pionowym.
Turysta pokonuje drogę w kierunku poziomym, więc jego przemieszczenie jest w kierunku poziomym. Jednakże wypadkowa sił działających na niego w kierunku poziomym jest równa zero (siły tarcia skierowane są w przeciwne strony ze względu na ruch stóp przy chodzeniu). Ponieważ siłą wypadkowa jest równa zero to praca wykonywana przez turystę w kierunku poziomym też jest równa zero.
5. Niosąc zakupy przemieszczasz się w kierunku poziomym, a ciężar zakupów skierowany jest pionowo w dół. Ze względu na to że przemieszczenie i ciężar skierowane są do siebie prostopadle a nie równolegle, w sensie fizycznym wykonywana praca wynosi zero.
Polecenie
Poniżej różne sytuacje związane z wykonywaniem pracy. Jeżeli w sensie fizycznym praca jest wykonywana przypisz stwierdzeniu prawdę, jeżeli nie – fałsz.
a) Mama prasuje koszulę.
b) Janek czyta książkę.
c) Marysia słucha muzyki.
d) Karol ciągnie sanki.
e) Marek naciąga łuk.
f) Babcia przekłada wazonik z wyższej półki na niższą.
g) Wojtek trzyma 2 kg piłkę nad głową.
Odpowiedź:
a) Prawda. b) Fałsz. c) Fałsz. d) Prawda. e) Prawda. f) Prawda. g) Fałsz.
Polecenie
Oblicz pracę jaką wykona człowiek pchając wózek z siłą 300 N na drodze 10 m. Załóż, że siła i przesunięcie maja taki sam kierunek.
Odpowiedź:
Analiza
Dane:
Szukane:
Rozwiązanie:
Odpowiedź:
Praca człowieka wynosi 3000 J.
Polecenie
Opisz sytuację, w której wykonano taką samą pracę przesuwając tę samą szafę na taką samą odległość, ale działając różnymi siłami.
Podsumowanie lekcji
W języku fizyki praca W to ściśle zdefiniowana wielkość fizyczna, będąca iloczynem siły F i przemieszczenia s, jeśli przemieszczenie ciała jest zgodne z kierunkiem i zwrotem działającej siły:
Jednostką pracy jest dżul [J]:
Praca ma wartość 1 dżula, jeśli siła o wartości 1 niutona skierowana równolegle do toru ruchu przesunie ciało na odległość 1 metra.
Praca nie jest wykonywana, gdy:
- nie ma przemieszczenia,
- siła ma wartość zero,
- siła skierowana jest prostopadle do przemieszczenia.