Siły równoważące się, siła wypadkowa, składanie sił.

Scenariusz lekcji

1. Cele lekcji

   1. Wiadomości Uczeń wie:

      • jaki jest warunek równoważenia się sił,

      • co to jest siła wypadkowa,

      • że można przesuwać wektory wzdłuż jednej prostej do wspólnego punktu przyłożenia.

   2. Umiejętności Uczeń umie:

      • dokonać (graficznie) składania sił działających wzdłuż jednej prostej,

      • obliczyć wartość siły wypadkowej.

2. Metoda pracy

   • pogadanka,

   • wykładu z elementami pokazu.

3. Środki dydaktyczne

   • statyw,

   • siłomierz,

   • klocek, np. drewniany,

   • sznurek,

4. Przebieg lekcji

   3. Faza przygotowawcza

      1. Sprawy organizacyjno – porządkowe:

         • sprawdzenie obecności,

      2. Przypomnienie wiadomości i umiejętności z poprzednich lekcji:

         • co to jest siła, jak ją oznaczamy, jaka jest jej jednostka,

         • co jest wielkość wektorowa i skalarna.

      3. Określenie celu i formy pracy na lekcji.

      4. Podanie tematu lekcji.

   4. Faza realizacyjna

      5. Przeprowadzenie doświadczeń:

         • **Doświadczenie1.

           a)** Klocek zawieszamy na sznurku, a następnie na siłomierzu, który jest zawieszony na statywie. Klocek powinien zwisać swobodnie i nie dotykać powierzchni biurka. Odczytujemy wskazania siłomierza.
           b) Obniżamy ramię statywu tak, aby klocek dotykał stołu i aby sznurek był naprężony. Odczytujemy wskazania siłomierza.

           • Nauczyciel zadaje uczniom pytania dotyczące przeprowadzonego doświadczenia:

             1. co zaobserwowaliście?

             2. na sznurek i klocek leżący na stole działa siła, co wynika z podpunktu a) – dlaczego siłomierz wskazuje wartość równą 0 niutonów?

           • Uczniowie naprowadzani przez nauczyciela powinni dojść do wniosku, że na klocek musi działać jeszcze jakaś siła, która równoważy siłę z podpunktu a).

         • Doświadczenie 2. (myślowe)

           Wyobraźmy sobie, że chcemy ulepić bałwana. Śniegową kulę najpierw lepi jedna osoba, a gdy nie może już sobie poradzić pomaga jej druga.

           • Nauczyciel zadaje uczniom pytania:

             3. czy można zastąpić te dwie osoby jedną?

             4. z jaką siłą musiałaby toczyć tę kulę śnieżną jedna osoba?

         • Doświadczenie 3. (myślowe)

           Dwa psy, duży i mały, ciągną kapcia w różne strony, wzdłuż jednego kierunku. W którą stronę przesunie się kapeć?

      6. Nauczyciel wprowadza pojęcie siły wypadkowej.

      7. Uczniowie naprowadzani przez nauczyciela formułują wnioski i zapisują notatkę w zeszytach:
         Siła wypadkowa jest to taka siła, która może działać zamiast kilku sił, a efekt tego działania jest taki sam.

      8. Nauczyciel wyjaśnia pojęcie siły wypadkowej na podstawie wcześniej przeprowadzonych doświadczeń:

         • W doświadczeniu 1. siły się równoważą, gdy składowe mają ten sam kierunek, wartość ( FIndeks dolny 1₁=FIndeks dolny 2₂ ) i punkt przyłożenia, ale przeciwny zwrot. Wówczas siła wypadkowa $F_w=0$.
           

           RuUPfdRcXYif2

           

         • W doświadczeniu drugim siła wypadkowa dwóch sił mających ten sam kierunek, zwrot i punkt przyłożenia ma taki sam kierunek i zwrot jak jej składowe, a wartość jest równa sumie składowych $F_w=F_1+F_2$.
           

           R119dPqBJof3Y

           

         • W doświadczeniu trzecim siła wypadkowa dwóch sił o zwrotach przeciwnych, lecz takim samym kierunku i punkcie przyłożenia ma kierunek i zwrot taki sam jak siła o większej wartości, a jej wartość jest równa $F_w=F_2-F_1$
           

           RLXN2cIASuUEx

           

      9. Rozwiązywanie zadań:

         Zadanie1. Na klocek działa siła ${\vec{F}}_1$. Dorysuj wektor obrazujący siłę równoważącą działanie siły ${\vec{F}}_1$.Określ cechy siły równoważącej.

         REf5DvqWXobBc

         

         Zadanie 2. Jak zachowa się ciało pod działaniem sił przedstawionych na rysunkach? Narysuj wektory obrazujące siły wypadkowe i określ ich cechy. Przeprowadź rachunek algebraiczny na wartościach sił.

   5. Faza podsumowująca

      10. Utrwalenie pojęcia siły wypadkowej i sił równoważących.

      11. Zadanie pracy domowej $\to$ załączniki.

5. Bibliografia

   6. G. Francuz - Ornat, T. Kulawik, M. Nowotny - Różańska „Fizyka i astronomia dla gimnazjum”, Wydawnictwo Nowa Era, Warszawa 1999

6. Załączniki
   Praca domowa
   Zadanie 1 Rysunki przedstawiają siły działające na pięć różnych ciał. W którym przypadku wypadkowa sił działających na to ciało jest równa zero.

   Ra5IpMFdS95SC

   

   Zadanie 2. Na międzyklasowych zawodach szkolnych chłopcy ciągną linę w przeciwne strony. Jeden ciągnie z siłą 150N, a drugi z siłą 170 N. Jaka jest wartość siły wypadkowej działającej na linę? Czy lina pozostaje w spoczynku? Jeśli się porusza, to w którą stronę?

7. Czas trwania lekcji 45 minut

8. Uwagi do scenariusza