К вопросу о теме Вес тела



К вопросу о теме «вес тела»

Некрасов Александр Григорьевич, учитель физики

Статья относится к разделу : преподавание физики

Цели:

Образовательная. Дальнейшее формирование понятия веса тела. Рассмотреть некоторые примеры веса тела.

Развивающая. Совершенствовать умения, активизировать познавательную деятельность учащихся через решение проблем в понимании веса тела.

Воспитательная. Прививать культуру умственного труда, аккуратность, умение анализировать, видеть практическую ценность получаемых знаний, продолжить формирование коммуникативных умений.

Вид урока: обзорная лекция.

Методическое обоснование темы



С термином «вес тела» учащиеся знакомятся в 7 классе. Тема «вес тела» является очень серьезной и непростой, требующая внимания и размышления. При подготовке к уроку учитель знакомиться с разными формулировками определения веса тела, а их много, фактически в каждом учебнике и пособии наблюдаются расхождения. Конечно, можно дать определение, как написано в учебнике и никаких проблем. Однажды мой коллега спросил, чему равен вес тела на наклонной плоскости для случаев, когда тело покоиться и в случае ускоренного движения? Возможно кто-то из читателей скажет, что тут ничего сложного нет. Возможно. Но все же давайте разберемся. Прежде всего выясним, что общего и в чем различие в определении веса тела в разных литературных источниках. Приведем некоторые из них. «ВЕС ТЕЛА – сила, с которой тело действует вследствие тяготения к Земле на опору (или подвес), удерживающую его от свободного падения. Если тело и опора неподвижны относительно Земли, то вес тела равен его силе тяжести» (Большой энциклопедический политехнический словарь) [1]. «Вес – сила, с которой тело действует на горизонтальную опору (или подвес), препятствующую его свободному падению. Численно равен произведению массы тела на ускорение свободного падения (то есть силе тяжести)» (Энциклопедический словарь) [2] . Другое определение: «ВЕС – численная величина силы тяжести, действующей на тело, находящееся вблизи земной поверхности: где масса тела, ускорение свободного падения (или ускорение силы тяжести)» (Физическая энциклопедия) [3]. Дорогой читатель, наверное и вы встречались с различными определениями веса тела. Найдем, что общего и в чем отличия в приведенных выше определениях:

Причиной проявления веса тела является сила тяжести. Это подчеркивается во всех определениях, что очевидно.

В некоторых определениях говорится о горизонтальной опоре, в других просто об опоре. Подвес присутствует во всех определениях.

А как быть с другими видами крепления!

В [4] дается вроде неплохое определение веса тела: «Вес – сила воздействия тела на опору (или подвес или другой вид крепления), препятствующую падению, возникающая в поле сил тяжести. (В случае нескольких опор под весом понимается суммарная сила, действующая на все опоры). Вес тела, покоящегося в инерциальной системе отсчета, совпадает с силой тяжести». Читаем далее «При движении системы тело – опора (или подвес) относительно инерциальной системы отсчета с ускорением вес перестает совпадать с силой тяжести: ». Другие проблемы в определении термина веса тела можно найти в [5]. Вспомним, что если сила тяжести приложена к телу, то вес приложен к опоре или подвесу. Полезно помнить, что веса тела обуславливается взаимодействием между атомами и носит природу упругой силы.

Рассмотрим некоторые примеры изображения веса тела в случае неподвижной системы тело – опора (или подвеса)

Тело покоится на неподвижной (или движущейся равномерно и прямолинейно) горизонтальной опоре или подвесе. В этих случаях (а именно он и рассматривается в 7 классе) вес тела равен силе тяжести , где масса тела.

Понятие веса телаПонятие веса тела

Рассмотрим неподвижное тело, находящееся на наклонной плоскости. (Именно об этом случае и спрашивал меня коллега).

Понятие веса телаРасставим силы. Сила сухого трения направлена в сторону ,противоположную предполагаемому направлению движения. Сила тяжести . Сила реакции опоры . Так как тело находится в покое, то

.

По третьему закону Ньютона сила трения на тело со стороны наклонной плоскости равна по модулю силе трения со стороны тела на наклонную плоскость. Сила трения, действующая на наклонную плоскость направлена в сторону, противоположную силе и равна . C другой стороны на наклонную плоскость действует сила нормального давления, которая по модулю равна и противоположно направлена силе Найдем по модулю результирующую силу, действующую на наклонную плоскость со стороны тела. Именно она и будет весом тела [6].

.

Понятие веса телаВидим, что в случае неподвижности тела на наклонной плоскости его вес равен силе тяжести. То самое будет и в случае, когда тело двигается равномерно и прямолинейно вдоль наклонной плоскости. Найдем вес тела на наклонной плоскости в отсутствии трения, но привязанного с помощью легкой и нерастяжимой нитью к подвесу, как показано на рисунке. Здесь сила со стороны нити на тело, со стороны тела на нить. По третьему закону Ньютона Нетрудно видеть, что . (Силы — составляющие силы тяжести ). Найдем суммарную силу и (она и будет весом):

.

И в этом случае вес тела равен силе тяжести (как суммарная сила, действующая одновременно на опору (наклонную плоскость) и на подвес).

Рассмотрим, чему равен вес тела в случае, когда опора (или подвес), движется с ускорением относительно инерциальной системы отсчета. Эта задача )задача с лифтом) подробно решается в курсе физики 10 класса [6]. В этом случае вес тела перестает совпадать с силой тяжести:

Знак «+» соответствует движению лифта вверх, а знак « — « при движении вниз. Результат не изменится и в случае наклонной плоскости. Также вес тела меняется при движении тела в вертикальной плоскости в поле тяжести по окружности.

Понятие веса телаРассмотрим соскальзывание тела с наклонной плоскости с ускорением . На рисунке расставлены силы: сила реакции опоры, — сила давления тела опору (плоскость наклонной плоскости). Причем по третьему закону Ньютона. Как следует из второго закона Ньютона , а значит и . Сила — сила, с которой тело действует на наклонную плоскость. Таким образом, на наклонную плоскость действует две силы: и . По определению, сумма этих сил и будет весом:

, (1)

где — коэффициент трения. В учебнике [6] для этого случая дается вес тела, равный

. Внимательный читатель скажет, что коэффициент трения невелик (~0,1…0,3), а значит и поправка небольшая. Согласен. В случае отсутствия трения вес тела равен . Именно этот ответ и приводится в [6] при наличии силы трения!

Понятие веса телаСделаем небольшое исследование выражения (1). Если , то . Этот случай соответствует весу тела, движущегося по горизонтальной плоскости с ускорением с учетом силы трения. Если , . Рассмотрим еще один пример. Пусть тело движется горизонтально под действием внешней силы , направленной под углом к горизонту. Коэффициент трения равен Укажем силы, которые действуют на горизонтальную опору. На рисунке указано много сил. Давайте разделим их. На тело действуют сила тяжести , сила реакции опоры , внешняя сила и сила трения На опору со стороны тела действуют сила трения сила давления По третьему закону Ньютона и

В силу того, что вдоль оси движения нет, получим , откуда . По определению, .

Модуль суммы сил, (а значит вес тела) действующих на опору равен:

= .

И здесь вес тела отличается от приведенного в [6].

Конечно, можно договориться и считать раз и навсегда, что вес тела – сила, с которой это тело действует на горизонтальную опору или растягивает подвес.

ВЫВОДЫ:

Вес тела возникает вследствие притяжения к Земле.

Если тело воздействует на несколько опор или подвесов (или других видов крепления), то под весом понимается суммарная сила, действующая на эти опоры или подвесы.

Если тело неподвижно или движется равномерно и прямолинейно, то вес тела равен силе тяжести.

В случае ускоренного движения тела вес тела не совпадает с силой тяжести.

Наиболее полное определение веса дано в Википедии [4].

Список использованной литературы

Большой энциклопедический политехнический словарь. –М.: АСТ, 2008.-1248 с.

Энциклопедический словарь. -М.: Астрель, 2009\-1280 с.

Физическая энциклопедия. –М.: Советская энциклопедия, 1988-1999. -701 с.

http://ru.wikipedia.org/

Каган И. Е. Вес тела (IX класс)// Фiзiка: праблемы выкладяння. – 2001. — №3. – С.58-74. http://www.alsak.ru/

Касьянов В. А. Физика 10 класс. — М.: Дрофа, 2002. — 413 с.








sitemap
sitemap