Мета уроку: дати учням відомості про силу тяжіння й вагу тіла; познайомити із природою цих сил.

Тип уроку: комбінований урок.

План уроку

Вивчення нового матеріалу

1. Падіння тіл

Спостерігаючи падіння тіл, можна помітити, що «важкі» тіла падають звичайно швидше, ніж «легкі». Наприклад, монета падає набагато швидше, ніж паперовий кружок.

Ще в давнину Арістотель стверджував, що легкі тіла мають властивість падати повільніше, ніж важкі.

Це переконання вважалося правильним понад дві тисячі років, поки його не спростував італійський учений Галілей, що перейшов від спостережень до дослідів.

Якщо Арістотель має рацію, то тіла рівної маси повинні падати однаково. Перевіримо на досліді: чи так це?

Відпустимо з однієї й тієї ж висоти аркуш паперу й зроблену з такого ж аркуша паперову грудку. Аркуш падає набагато повільніше від грудки, хоча їхні маси однакові.

Виходить, тіла рівної маси не обов’язково падають однаково — дослід спростовує це положення Арістотеля, а це значить, що воно неправильне.

Галілей припустив, що в ідеальній ситуації — якби опору повітря не було зовсім — всі тіла падали б однаково. Щоб перевірити своє припущення, Галілей кинув з Пізанської вежі одночасно кулю й гарматне ядро. Хоча їхні маси відрізняються в багато разів, куля та ядро впали практично одночасно, підтвердивши припущення Галілея.

Падіння тіл за відсутності опору повітря називають вільним падінням. Отже,

• при вільному падінні всі тіла падають однаково.

Виміри показали, що при вільному падінні швидкість тіла щосекунди збільшується на 9,8м/с.

2. Сила тяжіння

Камінь падає на Землю тому, що його притягує Земля. Камінь теж притягує Землю. Сили взаємодії між каменем і Землею — це сили всесвітнього тяжіння.

Вивчивши відомі на той час дані про рух небесних тіл, Ньютон дійшов висновку, що сила притягання двох тіл пропорційна массам цих тіл й обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Сила тяжіння визначається як сила, з якою тіло притягується до Землі в даному місці. Ознакою дії сили завжди є зміна швидкості руху тіла. Для підтвердження цього можна запропонувати учням візуально порівняти швидкість падаючого тіла на початку й наприкінці падіння.

• Силу, з якою Земля притягує до себе тіло, називають силою тяжіння.

Виходячи з того, що під час вільного падіння швидкість будьякого тіла збільшувалася щосекунди на 9,8 м/с, Ньютон довів, що сила тяжіння прямо пропорційна масі тіла, а коефіцієнт пропорційності — 9,8 Н/кг. Цей коефіцієнт називають прискоренням вільного падіння.

Тому модуль сили тяжіння можна виразити через масу тіла m й прискорення вільного падіння g так:

3. Вага тіла

Покладіть на долоню яблуко. Ви відчуєте, що яблуко тисне на долоню з певною силою, спрямованою вниз. Як ми вже знаємо, ця сила обумовлена притяганням яблука до Землі.

Отже, всі тіла внаслідок притягання до Землі або тиснуть на опору, або розтягують підвіс. Для характеристики такої дії у фізиці вводять фізичну величину — вагу тіла.

• Силу, з якою тіло внаслідок притягання його Землею тисне на опору або розтягує підвіс, називають вагою тіла.

Необхідно звернути увагу учнів, на те, що сила тяжіння визначається як сила, з якою тіло притягується до Землі, а вага — як сила, з якою тіло під дією сили тяжіння діє на опору або розтягує підвіс. Ці сили діють на різні тіла: сила тяжіння — на саме тіло, а вага — на підставку або підвіс. Якщо тіло нерухоме або рухається рівномірно, то сила тяжіння й вага рівні за модулем.

Вагу тіла позначають буквою Р. Розрахунки показують, що

• вага тіла у стані спокою дорівнює силі тяжіння, що діє на це тіло: 

Якщо на столі нерухомо лежить книга масою 500 г, то на цю книгу діє сила тяжіння 5 Н, але й вага цієї книги також дорівнює 5 Н. Однак це не означає, що вага й сила тяжіння — та сама сила. Ці сили істотно відрізняються одна від одної.

По-перше, ці сили прикладені до різних тіл: сила тяжіння прикладена до тіла, а вага тіла — до опори або підвісу. По-друге, ці сили мають різну фізичну природу: сила тяжіння — це прояв сил всесвітнього тяжіння, що діють на відстані, а вага — зазвичай сила пружності, що діє при безпосередньому контакті.

І, нарешті, сила тяжіння діє на тіло, що перебуває поблизу Землі, завжди, а вага тіла може при цьому дорівнювати нулю.

4. Невагомість

З телевізійних передач і кінофільмів ми знаємо, що на орбітальній космічній станції, що рухається навколо Землі, тіла перебувають у стані, який називається невагомістю.

Космонавт, як і всі інші тіла, може вільно ширяти на космічній станції. У цьому випадку він не тисне на опору і його вага дорівнює нулю.

• Стан, за якого вага тіла дорівнює нулю, називають невагомістю.

Характерною властивістю стану невагомості є відсутність «внутрішніх напружень» у тілі, наприклад відсутність тиску одних органів на інші в тілі людини.

Для людини невагомість, як правило, супроводжується розладом вестибулярного апарата, нервовими розладами, нудотою.

Космонавти на орбіті перебувають у стані невагомості тривалий час. Щоб витримати цей стан, вони проходять спеціальну тривалу підготовку.

Якщо ви хочете відчути на собі короткотривалий стан невагомості, для цього необов’язково записуватися в космонавти — достатньо просто підстрибнути.

У тривалому стані невагомості перебувають космонавти в космічному кораблі, коли його двигуни вимкнені. При цьому космонавти разом з космічним кораблем рухаються під дією тільки сил тяжіння (з боку Землі, Місяця або яких-небудь інших космічних тіл).

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

1. Чому камінь, кинутий у горизонтальному напрямку, не летить прямолінійно?
2. Що свідчить про існування сили тяжіння?
3. Від чого залежить сила тяжіння?
4. За якої умови тіло перебуває в стані невагомості?
5. Де можна спостерігати невагомість?

Закріплення вивченого матеріалу

1. Навчаємося розв’язувати задачі

1. Яка сила тяжіння діє на м’яч масою 400 г?

2. Чому дорівнює вага 2 л гасу?

3. Спортсмен утримує на витягнутих руках штангу вагою 800 Н.

Чому дорівнює маса штанги?

2. Поміркуй і відповідай

1. Чи володіє вагою тіло, що плаває на поверхні води?

2. Чи доводилося вам відчувати (хоча б короткочасно) стан невагомості? Якщо так, то коли саме?

3. Чи перебуває в невагомості легкий пух, що навесні й улітку літає в повітрі?

Домашнє завдання-1

1. У-1: § 9.

2. Сб-1:

рів1 — № 11.2, 11.4, 11.9, 11.11, 11.13.

рів2 — № 11.17, 11.18, 11.21, 11.26, 11.27.

рів3 — № 11.31, 11.36, 11.40, 11.41, 11.42.

Домашнє завдання-2

1. У-2: § 12.

2. Сб-2:

рів1 — № 10.1, 10.3, 10.5, 10.7, 10.8.

рів2 — № 10.10, 10.11, 10.13, 10.18, 10.20.

рів3 — № 10.26, 10.28, 10.31, 10.32, 10.33.