Scenariusz
Temat
Trzecia zasada dynamiki Newtona – wzajemne oddziaływanie ciał
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:
13) opisuje wzajemne oddziaływanie ciał posługując się trzecią zasadą dynamiki;
18) doświadczalnie: ilustruje: I zasadę dynamiki, II zasadę dynamiki, III zasadę dynamiki.
Czas
45 minut
Ogólny cel kształcenia
Prezentowanie III zasady dynamiki Newtona i jej zastosowania.
Kształtowane kompetencje kluczowe
1. Podawanie treści III zasady dynamiki.
2. Przedstawianie różnych możliwości wykorzystania w praktyce III zasady dynamiki.
Cele (szczegółowe) operacyjne
Uczeń:
- podaje treść III zasady dynamiki,
- przedstawia praktyczne wykorzystanie III zasady dynamiki.
Metody kształcenia
1. Uczenie przez eksperyment.
2. Uczenie się przez rozwiązywanie problemów empirycznych.
Formy pracy
1. Praca indywidualna.
2. Praca w grupie - rozwiązywanie problemów badawczych.
Etapy lekcji
Wprowadzenie do lekcji
Odpowiedz na pytania:
1. Co to jest oddziaływanie?
2. Czy można oddziaływać tylko bezpośrednio na drugie ciało?
3. Jakie znasz rodzaje oddziaływań?
4. Kiedy siły równoważą się?
Odpowiedź:
1. Interakcja jest rodzajem działania, które zachodzi, gdy dwa lub więcej obiektów wpływa na siebie.
2. Nie, można oddziaływać bezpośrednio lub na odległość.
3. Podstawowe rodzaje oddziaływań to oddziaływania grawitacyjne, elektryczne, magnetyczne i sprężyste.
4. Jeżeli na ciało działają różne siły i wartość ich siły wypadkowej równa jest 0 N, to ciało znajduje się w stanie równowagi, mówimy wówczas o równoważeniu się sił.
Realizacja lekcji
[Slideshow]
Wniosek:
Na podstawie przedstawionych slajdów można napisać następujące wnioski:
1. Arek przyciąga Bolka, ale jednocześnie Bolek przyciąga Arka.
2. Chłopcy działają na siebie z pewną siłą.
3. Siły te mają ten sam kierunek, tę samą wartość, ale przeciwne zwroty. Są to siły akcji i reakcji.
4. Siły akcji i reakcji nie równoważą się, ponieważ zostały przyłożone do dwóch różnych ciał.
[Ilustracja 1]
Doświadczenie 1
Hipoteza badawcza:
Wartość siły akcji i reakcji są sobie równe.
Pomoce:
- dwa wózki (dwa samochodziki zabawkowe),
- dwa płaskie magnesy o niewielkich rozmiarach,
- dwa siłomierze,
- plastelina,
- silna nić lub cienki sznurek.
Instrukcja:
1. Przeprowadź doświadczenie na płaskiej powierzchni, np. na ławce o gładkim blacie lub szynach o odpowiednio dobranym rozstawie.
2. Za pomocą plasteliny zamocuj magnesy na przodzie wózków.
3. Wózki zwrócone do siebie przodem (magnesami) powinny się do siebie przyciągać.
4. Do tylnej części każdego z nich przymocuj nić.
5. Do końców obu nici przymocuj siłomierze.
6. Przy pomocy kolegi lub koleżanki nie pozwól zbliżyć się do siebie wózkom, ciągnąc za końce siłomierzy. Staraj się, aby siłomierze były (o ile to możliwe) ustawione równolegle do powierzchni blatu.
7. Zatrzymaj wózki w niewielkiej odległości od siebie.
8. Odczytaj wartość siły, którą wskazały siłomierze.
9. Doświadczenie powtórz kilkakrotnie.
Obserwacja:
- Oba siłomierze w naszym doświadczeniu wskazały te same wartości sił.
- Wózki przyciągały się wzajemnie siłami o tej samej wartości, kierunku, ale o przeciwnych zwrotach.
- Były to siły działania i przeciwdziałania pochodzące od magnesów (siły magnetyczne).
- Siły przyłożone były do dwóch różnych magnesów, a więc nie mogły się równoważyć.
III zasada dynamiki Newtona:
Gdy ciało A działa na ciało B pewną siłą , to ciało B oddziałuje na ciało A siłą o tej samej wartości, tym samym kierunku, lecz przeciwnym zwrocie.
Uwaga:
Trzecia zasada dynamiki nazywana jest często zasadą równej akcji i reakcji.
Siły te nie mogą się równoważyć, ponieważ przyłożone są do dwóch różnych ciał.
Polecenie 1
Człowiek o masie 80 kg stoi na przystanku mając na plecach plecak o masie 30 kg. Jaką siłą naciska na podłoże? Jaka siła podłoża naciska na jego stopy ? Podaj cechy tych sił.
Odpowiedź:
Człowiek na podłoże 1100 N, cechy siły kierunek pionowy, zwrot w dół wartość 1100 N. Podłoże na człowieka 1100 N, cechy siły kierunek pionowy zwrot ku górze, wartość 1100 N.
Polecenie 2
Który z przedstawionych rysunków prawidłowo przedstawia układ sił wynikający ze wzajemności oddziaływań:
[Ilustracja 2]
Odpowiedź:
C.
Polecenie 3
Korzystając z ilustracji przedstawiającej budowę silnika rakiety kosmicznej podaj zasadę działania tego typu silników:
[Ilustracja 3]
[Ilustracja 4]
Odpowiedź:
Paliwo w atmosferze tlenu spala się w komorze spalania. Gaz, który jest produktem spalania gwałtownie się rozpręża uchodząc przez dyszę wylotową. Rakieta wyrzuca produkt reakcji spalania paliwa przez dyszę tylko w jednym kierunku. Opuszczając rakietę spalone paliwo wywiera na rakietę siłę akcji zwaną siłą ciągu. Siła ta powoduje przyspieszanie rakiety w kierunku przeciwnym do kierunku odrzucanych gazów.
Podsumowanie lekcji
- W przyrodzie występuje wiele rodzajów oddziaływań. Wartość siły jest miarą oddziaływania. Oddziaływania są wzajemne, to znaczy jeśli wywołujemy pewną akcję za pomocą działającej siły, musimy się spodziewać reakcji ciała, na które działamy.
- Fakt, że oddziaływania są wzajemne, dostrzegł żyjący na przełomie XVII i XVIII wieku angielski uczony Izaak Newton. Wyniki swoich badań w tym zakresie sformułował w postaci trzeciej zasady dynamiki.
- III zasada dynamiki Newtona głosi, że gdy ciało A działa na ciało B pewną siłą, to ciało B oddziałuje na ciało A siłą o tej samej wartości, tym samym kierunku, lecz przeciwnym zwrocie. Siły te nie mogą się równoważyć, ponieważ przyłożone są do dwóch różnych ciał.
- III zasadę dynamiki Newtona nazywamy też zasadą akcji i reakcji. Każdej akcji towarzyszy reakcja równa co do wartości i kierunku, lecz o przeciwnym zwrocie. Należy jednak pamiętać, że siły się nie równoważą, gdyż mają inny punkt przyłożenia.