Разделы: Физика

Цели урока:

• образовательные : раскрыть понятие центра тяжести тела, экспериментально подтвердить изученные теоретические знания.
• развивающие : развивать умение обучающихся работать в группе, формировать умение наблюдать, исследовать.
• воспитательные: воспитывать юбознательность, внимательность, усидчивость, формировать бережное отношение к оборудованию.

Тип урока: изучение нового материала, лабораторная работа.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран, презентация, дидактический материал, фигуры плоских пластин, деревянный брусок, линейка, карандаш, штатив, подвес.

Структура урока:

1. Организационный момент.
2. Учет знаний.
3. Изучение нового материала.
4. Физкультминутка.
5. Выполнение лабораторной работы.
6. Подведение итогов.
7. Домашнее задание.

Ход урока

1. Организационный момент. Приветствие класса, проверка готовности класса к уроку, сообщение темы и целей урока.

2. Учет знаний.

На прошлом уроке мы изучали вес тела и формулу силы тяжести. А можете ли вы ответить на вопрос. Правильно ли мы говорим, что вес тела составляет 50 кг?

Предлагаю вам проверить, хорошо ли вы усвоили материал. Для этого выполните тест. На экране вы увидите вопрос и три варианта ответа, выберете один правильный. На партах возьмите приготовленные листочки и подпишите их.

1. Какую силу называют весом?

а) сила с которой Земля притягивает к себе тела;

б) сила, возникающая при деформации растяжения или сжатия;

в) сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

2. Вес тела определяется формулой:

а) Fупр =k ∆l;

б) Р=m g;

3. Как направлен вес тела?

а) вертикально вниз;

б) вертикально вверх;

в) вправо.

4. Вес тела обозначается

5. Какую примерно массу имеет тело весом 120Н?

б) ≈ 12 кг;

Вижу, что данное задание не оказалось для вас сложным, и вы все хорошо разобрались с понятием веса тела и с формулой силы тяжести.

3. Изучение нового материала.

Изучая движение тел под действием различных сил, мы пока не обращали внимание на то, что тела имеют размеры, мы считали их материальными точками. Такое упрощение верно, если все точки тела перемещаются одинаково, т.е. если тело движется поступательно. Надо выяснить к какой точке тела должна быть приложена сила для того, чтобы его движение было действительно поступательным.

Проведем демонстрацию.

Возьмём линейку, прикрепим к её концу нить и потянем в направлении, перпендикулярном оси линейки. Она повернётся. При таком повороте разные точки линейки проходят различные пути и движутся с различными скоростями, т.е. их движение неодинаковы и линейка движется не поступательно. Изменим направление, будем тянуть вдоль её длины. Линейка движется так, что все ее точки имеют одинаковые скорости и проходят одинаковые пути. Подобные опыты приводят нас к выводу, что в каждом теле существует такая точка, в которой пересекаются направления действия сил, сообщающих телу поступательное движение. Эта точка получила название центра масс.

Рассмотрите дидактические карты. (Рисунок 1, 2)

Рисунок 1

Рисунок 2

Зачем нам нужно знать положение центра масс? Если тело движется поступательно под действием одной или нескольких сил, что эта сила или равнодействующая всех сил проходит через центр масс тела. Центр масс тела в этом случае движется так, как будто в нем сосредоточена вся масса тела и к нему приложены все силы, действующие на него. Поэтому, когда мы видим, что тело движется поступательно, то это значит, что равнодействующая всех сил, приложенных к телу, проходит через его центр масс. Центр масс часто называют и центром тяжести тел. Слайд 9-11, приложение .

Центром тяжести называют точку приложения равнодействующей сил тяжести, действующих на отдельные части тела. Для того, чтобы найти центр тяжести, надо подвесить фигуру несколько раз (2–З раза), прикрепляя нитку подвес сначала в одной, а затем в другой точке тела. Точка пересечения нитей-подвесов и будет являться искомым центром тяжести.

От положения центра тяжести зависит условие равновесия тела. Равновесие, при котором выведенное из положения равновесия тело вновь к нему возвращается, называют устойчивым.

Равновесие, при котором выведенное из положения равновесия тело не возвращается в начальное положение, называют неустойчивым .

Лабораторная работа. Определение центра тяжести плоской пластины.

Порядок выполнения работы:

1. С помощью иголки, которая вкалывается в пробку, подвесить пластину и отвес.
2. Отточенным карандашом отметить линию отвеса на нижнем и верхнем краях пластины.
3. Сняв пластину, провести на ней линию, соединяющую отмеченные точки.
4. Повторить опыт, подвесив пластину в другой точке.
5. Убедиться в том, что точка пересечения проведенных прямых является центром тяжести пластины.

6. Подведение итогов.

7. Домашнее задание. Слайд 21, приложение .

1. § 10, 11 (материал из чтения)

2. Найти центры тяжести геометрических фигур: квадрата, треугольника, круга.

Учебник для 7 класса

§ 25.3. Как найти центр тяжести тела?

Напомним, что центром тяжести называют точку приложения силы тяжести. Рассмотрим, как найти на опыте положение центра тяжести плоского тела - скажем, вырезанной из картона фигуры произвольной формы (см. лабораторную работу № 12).

Подвесим картонную фигуру с помощью булавки или гвоздя так, чтобы она могла свободно вращаться вокруг горизонтальной оси, проходящей через точку О (рис. 25.4, а). Тогда эту фигуру можно рассматривать как рычаг с точкой опоры О.

Рис. 25.4. Как найти на опыте центр тяжести плоской фигуры

Когда фигура находится в равновесии, действующие на нее силы уравновешивают друг друга. Это сила тяжести F т, приложенная в центре тяжести фигуры Т, и сила упругости F упр, приложенная в точке О (эта сила приложена со стороны булавки или гвоздя).

Эти две силы уравновешивают друг друга только при условии, что точки приложения этих сил (точки Т и О) лежат на одной вертикали (см. рис. 25.4, а). В противном случае сила тяжести будет поворачивать фигуру вокруг точки О (рис. 25.4, б).

Итак, когда фигура находится в равновесии, центр тяжести лежит на одной вертикали с точкой подвеса О. Это и позволяет определить положение центра тяжести фигуры. Проведем с помощью отвеса вертикаль, проходящую через точку подвеса (синяя линия на рис. 25.4, в). На проведенной линии лежит центр тяжести тела. Повторим этот опыт при другом положении точки подвеса. В результате мы получим вторую линию, на которой лежит центр тяжести тела (зеленая линия на рис. 25.4, г). Следовательно, на пересечении этих линий находится искомый центр тяжести тела (красная точка Г на рис. 25.4, г).

Выпуск 11

В видеоуроке физики от Академии занимательных наук профессор Даниил Эдисонович расскажет о центре тяжести тела. Этот центр есть у всех предметов. И от его положение зависит очень многое. Например, устоит ли башня или рухнет, может ли человек сохранить равновесие и многое другое. Чтобы поближе познакомиться с этим физическим понятием, смотрите одиннадцатый видеоурок физики от Академии занимательных наук.

Центр тяжести тела

Центр тяжести есть у всех тел. Центром тяжести тела называется точка, относительно которой суммарный момент сил тяжести, действующих на тело, равен нулю. Например, если подвесить предмет за его центр тяжести, то он останется в покое. То есть, его положение в пространстве не изменится (он не перевернётся вверх ногами или на бок). Почему одни тела опрокидываются, а другие — нет? Если из центра тяжести тела провести линию, перпендикулярную полу, то в случае, когда линия выходит за границы опоры тела, тело упадёт. Чем больше площадь опоры, чем ближе расположен центр тяжести тела к центральной точке площади опоры и центральной линии центра тяжести, тем более устойчивым будет положение тела. Например, центр тяжести знаменитой Пизанской башни расположен всего в двух метрах от середины её опоры. А падение случится лишь тогда, когда это отклонение составит около 14 метров. Центр тяжести тела человека находится примерно на 20,23 сантиметра ниже пупка. Воображаемая линия, проведённая отвесно из центра тяжести, проходит ровно между ступнями. У куклы-неваляшки секрет заключается также в центре тяжести тела. Её устойчивость объясняется тем, что центр тяжести у неваляшки находится в самом низу, она фактически стоит на нём. Условием сохранения равновесия тела является прохождение вертикальной оси его общего центра тяжести внутри площади опоры тела. Если вертикаль центра тяжести тела выходит из площади опоры, тело теряет равновесие и падает. Поэтому чем больше площадь опоры, чем ближе расположен центр тяжести тела к центральной точке площади опоры и центральной линии центра тяжести, тем более устойчивым будет положение тела. Площадь опоры при вертикальном положении человека ограничена тем пространством, которое находится под подошвами и между стопами. Центральная точка отвесной линии центра тяжести на стопе находится на 5 см впереди от пяточного бугра. Сагиттальный размер площади опоры всегда преобладает над фронтальным, поэтому и смещение отвесной линии центра тяжести легче происходит вправо и влево, чем назад, а особенно трудно — вперед. В связи с этим устойчивость на поворотах при быстром беге значительно меньше, чем в сагиттальном направлении (вперед или назад). Нога в обуви, особенно с широким каблуком и жесткой подошвой, устойчивее, чем без обуви, так как приобретает большую площадь опоры.

В технике во многих случаях бывает важно установить, где находится центр тяжести какого-либо предмета. Например, при изготовлении настольной лампы нужно, чтобы ее центр тяжести находился как можно ниже. Попробуем на простом примере разобраться, как можно найти центр тяжести какого-нибудь тела.

Возьмем кусок картона неправильной формы. На один конец крепкой нити привяжем небольшую гирьку иди камень. На другом конце нити завяжем узел. Теперь свободный конец нити выше узла проденем через отверстие, проделанное где-нибудь недалеко от края нашей картонки так, как это показано на рисунке. Узелок должен быть достаточно большим и не проходить через это отверстие. В этом случае картонка повиснет вдоль нити. Отметим направление, по которому наша нить пересекает картонку. Положив картонку на стол, проведем линию, соответствующую этому направлению.

Теперь проделаем еще одно отверстие где-нибудь в другой стороне картонки. Проденем через него нить и повторим наш опыт. Мы получим вторую линию, которая будет пересекать первую линию в точке S. Линии АА’ и ВВ’ называются линиями тяжести. Точка пересечения линий тяжести, обозначенная нами S, является центром тяжести нашей картонки.

Проверить это можно следующим образом. Картонку, имеющую неправильную форму, нужно поместить центром тяжести на конец пальца. Она будет легко удерживаться в таком положении. Ни в одной другой точке сделать этого нельзя. Таким же способом можно найти центр тяжести и какой-нибудь правильной поверхности, например имеющей форму половины круга. Каждая частичка любого тела находится под действием силы тяжести, которая направлена к центру Земли. Все бесчисленное множество этих сил можно рассматривать как действие одной силы, приложенной к определенной точке данного тела. Эта точка и называется центром тяжести. Если мы хотим удержать в равновесии какое-нибудь тело, достаточно поддерживать его центр тяжести.

Центр тяжести неправильной пластинки находится в точке пересечения двух линий тяжести. Таким же способом может быть найден центр тяжести пластинки, имеющей форму половины круга.

Известно, что висящее тело (отвес) будет находиться в состоянии устойчивого равновесия, если его центр тяжести будет лежать на одной вертикали с точкой подвеса и находиться ниже нее. Таким же образом подвешенная нами картонка заняла такое положение, при котором ее центр тяжести оказался точно под точкой подвеса. Значит, центр тяжести должен лежать точно на направлении вертикальной нити; поэтому это направление называется линией тяжести. Две линии тяжести в точке их пересечения определяют центр тяжести плоской поверхности.

Центры тяжести могут быть установлены не только экспериментальным путем, но также вычислены чисто математически. Таким путем можно найти, что центр тяжести какой-либо поверхности, имеющей форму половины круга, лежит на ее радиусе, перпендикулярном к линии среза, на расстоянии от линии среза.

Попробуйте сами вычислить место нахождения центра тяжести нашей картонки и потом проверить это на опыте.

Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей Дмитриев Александр Станиславович

99 Тело с перемещаемым центром тяжести

Тело с перемещаемым центром тяжести

Для опыта нам потребуются: коробочка от «киндер-сюрприза», металлический или стеклянный шарик.

Для этого опыта понадобится любой достаточно тяжелый шарик (можно металлический, можно стеклянный). Такие шарики продают в магазинах для украшений интерьера, аквариумов. И также пластиковая коробочка из «киндер-сюрприза».

На фото: нужные для опыта предметы. Стеклянный шарик и коробочка из-под «киндер-сюрприза».

Собственно, опыт проще некуда. Кладем шарик в коробочку и закрываем ее. Покатайте коробочку в руках. Она будет двигаться как-то странно, рывками. Будет вставать на один конец, потом перекатываться и опять вставать – словно ее дергает изнутри какая-то сила. Словно гномик или маленькое животное.

Если положить ее на наклонную плоскость, например диванную подушку, то вниз она покатится тоже довольно забавно. Почему так происходит? Шарик внутри свободно болтается и перемещается в коробочке. Поэтому центр тяжести всей системы, шарика и коробочки, постоянно перемещается. От этого движения и принимают такой странный характер. Например, можно поставить коробочку на попа?, вертикально. В таком случае шарик, находясь на дне в узкой части коробочки, своим весом придавливает ее и не дает упасть. Совсем как в игрушке «неваляшка», которая выпускалась в советское время.

Когда же коробочка начинает скатываться, шарик перемещается в другой конец и, ударяясь о стенку, заставляет коробочку рывком сдвигаться.

Теперь мы можем понять, почему управление небольшими судами с находящимся в них тяжелым грузом может стать сложной задачей. Рыбак переходит с кормы на нос небольшой лодки – лодка сдвинется! Или, например, маленький космический модуль при перемещении космонавтов внутри изменяет свой общий центр тяжести. Ведь космонавты играют роль шарика, а сам модуль – коробочки. А в космосе все движения должны быть точными, а то стыковка не получится! Но там считают компьютеры – мы пока только учимся и забавляемся.

Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий Павлович

Из книги Самосознающая вселенная. Как сознание создает материальный мир автора Госвами Амит

Из книги Межпланетные путешествия [Полёты в мировое пространство и достижение небесных тел] автора Перельман Яков Исидорович

Невидимые оковы тяжести В старину, говорят, к ноге каторжника приковывали цепь с тяжелой гирей, чтобы отяжелить его шаг и сделать неспособным к побегу. Все мы, жители Земли, незримо отягчены подобною же гирею, мешающей нам вырваться из земного плена в окружающий простор

Из книги Что такое теория относительности автора Ландау Лев Давидович

IV Можно ли укрыться от силы тяжести? Мы слишком привыкли к тому, что все вещи, все физические тела прикованы своим весом к земле; нам трудно поэтому даже мысленно отрешиться от силы тяжести и представить себе картину того, что было бы, если бы мы обладали способностью

Из книги Физика на каждом шагу автора Перельман Яков Исидорович

Заслон от силы тяжести Остроумный английский писатель Герберт Уэльс подробно развил эту мысль в научно-фантастическом романе „Первые люди на Луне".Ученый герой романа, изобретатель Кевор, открыл способ изготовления именно такого вещества, непроницаемого для

Из книги Движение. Теплота автора Китайгородский Александр Исаакович

VI Вопреки тяжести. - На волнах света Из трех мыслимых способов борьбы с тяготением мы рассмотрели и отвергли два: способ защиты от тяготения и способ ослабления земной тяжести. Мы убедились, что ни тот, ни другой не дают человечеству надежды успешно разрешить заманчивую

Из книги Штурм абсолютного нуля автора Бурмин Генрих Самойлович

К главе X 11. Жизнь при отсутствии тяжести По поводу настоящей книжки в печати и в письмах к автору высказывалось опасение, что последствия для живого организма от помещения его в среду без тяжести должны быть роковыми. Опасения эти, однако, ни на чем, в сущности, не

Из книги История лазера автора Бертолотти Марио

Как движется тело в действительности? Из сказанного следует, что относительным является также понятие «перемещение тела в пространстве». Если мы говорим, что тело переместилось, то это означает лишь, что оно изменило свое положение относительно других тел.Если наблюдать

Из книги Распространненость жизни и уникальность разума? автора Мосевицкий Марк Исаакович

Вопреки тяжести Помощью зеркала вы можете удивить товарищей, показав им маленькое чудо: шары, вкатывающиеся вверх по крутому уклону, словно бы тяжесть для них не существовала. Само собою разумеется, что это будет обман зрения. Рис. 96. Кажется, будто шар катится вверхВам

Из книги Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей автора Дмитриев Александр Станиславович

Движение под действием силы тяжести Будем скатывать небольшую тележку с двух очень гладких наклонных плоскостей. Одну доску возьмем значительно короче другой и положим их на одну и ту же опору. Тогда одна наклонная плоскость будет крутой, а другая – пологой. Верхушки

Из книги автора

Как складывать параллельные силы, действующие на твердое тело Когда на предыдущих страницах мы решали задачи механики, в которых тело мысленно заменялось точкой, вопрос о сложении сил решался просто. Правило параллелограмма давало ответ на этот вопрос, а если силы были

Из книги автора

Центр тяжести Все частички тела обладают весом. Поэтому твердое тело находится под действием бесчисленного количества сил тяжести. При этом все эти силы параллельны. Если так, то их можно сложить по правилам, которые мы только что рассматривали, и заменить одной силой.

Из книги автора

9. Сигналы из космоса. «Маленькие зеленые человечки». Когда молчание - золото. Рождение нейтронной звезды. Небесное тело на лабораторном столе. Английский радиоастроном Антони Хьюиш вряд ли мог заранее предугадать, какие удивительные события произойдут после

Из книги автора

Черное тело Мы можем начать с рассмотрения некоторых результатов, полученных немецким физиком Густавом Робертом Кирхгофом. Кирхгоф родился 12 марта 1824 г. в Кенигсберге, там же он проходил обучение в университете под руководством физика Франца Неймана (1798-1895). В 1847 г. после

Из книги автора

Из книги автора

54 Как найти центр тяжести Для опыта нам потребуется: обыкновенная палка. Мы уже знаем правило: чтобы стабилизировать, выровнять полет предмета, надо, чтобы его центр аэродинамического давления находился сзади центра тяжести. Но как быстро найти центр тяжести у палки,