Визначення прискорення вільного падіння за допомогою фізичного маятника

Визначення довжини світлової хвилі

Визначення прискорення вільного падіння за допомогою фізичного маятника.

Мета роботи.З’ясувати роль сили тяжіння в природі, освоїти метод визначення g за допомогою математичного маятника, визначити чисельне значення g.
Прилади і приладдя: математичний маятник зі змінною довжиною нитки, масштабна лінійка, годинник.
Матеріал, який необхідно засвоїти перед виконанням роботи: 1) Прискорення поступального руху. 2) Закони Ньютона. 3) Сили тяжіння. 4) Вага тіл. 5) Прискорення вільного падіння. 6) Невагомість. 7) Коливальний рух та його характеристики. 8) Динаміка коливального руху. 9) Маятник

 Теоретичні відомості.

Коливанням – це процес, який повторюється з часом. В механіці прикладом коливань є коливальний рух маятників, який являє собою періодичне відхилення маятника від положення рівноваги то в один, то в протилежний бік. При цьому відбуваються також періодичні зміни швидкості, прискорення, кінетичної та потенціальної енергії маятника. Коливання, які відбуваються тільки під дією внутрішніх сил коливальної системи, називаються вільними. Якщо при цьому в системі відсутні сили тертя, то енергія системи з часом не змінюється і коливання є незгасаючими. Розглянемо вільні незгасаючі коливання фізичного маятника. Фізичним маятником називається тіло довільної форми, здатне здійснювати коливання під дією сили тяжіння навколо нерухомої горизонтальної осі ОО', яка не проходить через центр тяжіння цього тіла С (рис. 1). 

Прискоренням вільного падіння називають прискорення, з яким тіло рухається до Землі, коли на нього діє тільки сила земного тяжіння.

Прискорення вільного падіння тіл (g) – одна з фундаментальних фізичних величин, що пояснює низку важливих процесів в оточуючому людину світі. Зокрема, його чисельне значення, разом із значенням маси (m), визначає вагу тіла (P = mg). Прискорення, з якими рухаються тіла, в тому числі й прискорення вільного падіння, завжди зумовлені силами, що діють на тіла. Прискорений рух може викликати такі особливі стани тіл, як перевантаження і невагомість. Перевантаження суттєво впливають на процеси в живих організмах, змінюючи тиск внутрішніх органів один на одного, викликають відтік крові, деформацію складових частин тощо. Невагомість має місце при вільному падінні тіл, або коли діючі на тіло сили взаємо компенсуються. Як і перевантаження, невагомість змінює хід процесів у біологічних об’єктах.

Прискорення, з яким тіла падають на Землю, зумовлене силою їх притягання до неї. Притягання фізичних тіл одне до одного є загальною властивістю матерії й існує як між макроскопічними тілами (зірками, планетами), так і між мікроскопічними тілами (атоми, молекули). Узагальнюючи відомі експериментальні факти, Ньютон сформулював закон всесвітнього тяжіння.

Дві матеріальні точки притягуються одна до другої із силою F, прямо пропорційною їх масам m₁ і m₂ і обернено пропорційною квадрату відстані r між ними:

, (1)

де γ – гравітаційна стала, що дорівнює 6,67×10^-11.

Гравітаційна стала чисельно дорівнює силі взаємодії двох матеріальних точок з масами 1 кг, що знаходяться одна від одної на відстані 1 м.

Формула (1) справедлива і для реальних тіл, що мають сферичну форму. У цьому випадку r – відстань між центрами сфер.

Вона справедлива і для взаємодії тіл сферичної форми з великим радіусом і тіл будь-якої форми, але невеликих, порівняно зі сферою, розмірів. Тоді r – відстань від центру сфери до тіла.

Маса m у формулі (1) є характеристикою гравітаційних властивостей взаємодіючих тіл. Ця взаємодія між тілами здійснюється через гравітаційне поле за наступною схемою: перше тіло створює поле, яке діє на друге тіло, а друге тіло своїм полем діє на перше тіло.

Гравітаційна взаємодія Землі з будь-яким тілом, що знаходиться біля її поверхні, проявляється в притягуванні його Землею. Якщо тіло знаходиться на висоті (h) від поверхні Землі, то на нього діє сила тяжіння:

, (2)

де R – радіус Землі, приблизно рівний 6400 км; М – маса Землі; m – маса тіла.

Якщо h << R, то h можна знехтувати і формула (2) приймає вигляд:

 (3)

Цю ж силу можна виразити і через прискорення a, з яким тіло падає на Землю:

 (4)

Із формул (3) і (4) випливає:

 (5)

Оскільки γ, M, R – сталі, то і прискорення, з яким тіла падають на Землю у вакуумі, є сталою величиною. Його позначають буквою g, а чисельно воно приблизно дорівнює 9,8 м/с²

Взагалі значення g залежить від висоти h над рівнем моря і географічної широти. Остання залежність зумовлена тією обставиною, що Земля являє собою "приплюснутий" з полюсів шар, що обертається. Внаслідок добового обертання Землі з кутовою швидкістю ω навколо власної осі, що проходить через її полюси, виникає відцентрова сила інерції, яка зменшує величину прискорення вільного падіння g.

Неідеальна кулеподібність Землі та її добове обертання зумовлює те, що величина g в різних місцях Землі змінюється від 9,8м/с² на полюсах, до 9,78м/с² на екваторі.

Якщо тіло знаходиться на якійсь опорі, чи підвішене, то внаслідок притягання до Землі воно діє з певною силою на опору, або розтягує підвіс.

Вагою тіла називають силу, з якою тіло діє на опору або розтягує підвіс, внаслідок притягання тіла до Землі.

Вагу тіла позначають буквою Р і відповідно до другого закону Ньютона, вона дорівнює:

P = mg.

Якщо тіло вільно падає на Землю, тобто не діє на опору і не підвішене, то його вага дорівнює нулю, тобто тіло знаходиться в стані невагомості.

Існують різні методи експеримен-тального визначення g. Одним із таких є метод, в якому використовують вимірювання характеристик коливань математичного маятника.

Математичним маятником нази-вають матеріальну точку, що коли-вається на тонкій, невагомій нитці, яка не деформується.

Математичний маятник здійснює гармонійні коливання під дією квазіпружної сили – сили тяжіння Р (рис. 1.1). Рис. 1. 1.

При гармонійних коливаннях фізична величина х, що коливається, змінюється з часом за законом:

х = A sin (ωt + α₀),

де А – амплітуда коливань; ωt + α₀ – фаза коливань; α₀ – початкова фаза; ω – кругова частота; t – час коливань. У випадку коливань математичного маятника, х – зміщення від рівноважного положення.

Амплітудою коливань називають найбільше абсолютне значення фізичної величини, що коливається.

Частотою періодичних коливань ν називається число повних коливань, що відбуваються за одиницю часу.

Частота ν і кругова частота ω зв’язані співвідношенням:

ω = 2πν.

Періодом коливань називають час T, за який відбувається одне повне коливання.

Період Т при малих відхиленнях маятника залежить від довжини маятника l:

 . (5)

 Порядок виконання роботи 

1. Визначити l– довжину маятника за допомогою вертикальної шкали. 

2. Відхилити маятник на малий кут (5°–10°) і визначити час 10 повних коливань t. Знайти період коливань Т за формулою: Т = t/10. Виміри повторити тричі при різних значеннях

3. Дані вимірювань занести в таблицю. 

4. За формулою (6) знайти значення g, підставляючи в неї l та Т. g = g0± ∆g0. 

 Контрольні питання 

1. Прискорення поступального руху (фізичний зміст і одиниці вимірювання). 

2. Другий закон Ньютона. 

3. Закон всесвітнього тяжіння. 

4. Сила взаємодії Землі з тілами, що знаходяться поблизу її поверхні. 

5. Фізичний зміст гравітаційної сталої. 

6. Вага тіл. Невагомість. Вплив невагомості на біооб'єкти. 

7. Коливальний рух і його характеристики (амплітуда, частота, період). 

8. Математичний маятник, формула для знаходження його періоду коливань. 

9. Виведення робочої формули для знаходження g.

Формування здоров'язберігаючої компетентності та екологічне виховання на уроках фізики. (частина 1)

С.Заріцька Викладач фізики

Формування здоров'язберігаючої компетентності та екологічне виховання на уроках фізики.

Матеріали статті розкривають систему роботи з розв’язання проблеми формування здоров'язберігаючої компетентності та екологічне виховання на уроках природничого циклу. Використання форм методів і прийомів, які сприяють формуванню в учнів здоров’єзбережувальної компетенції.

Актуальним завданням для вчителя э формування ключових компетентностей учнів.

Компетентність (від латинського competentia) означає коло питань, у яких людина добре обізнана, має знання та досвід.

Однією з ключових компетентностей визначених Державним стандартом базової і повної загальної середньої освіти є екологічна грамотність і здорове життя.

Вивчення предметів природничого циклу забезпечує ефективне сприйняття учнями цілісної науково-природничої картини світу, розуміння ролі та місця, яке відіграє людина в природі. На сьогоднішньому етапі розвитку людського суспільства, як ніколи актуальним є питання екологічної грамотності. Стан навколишнього середовища є одним із чинників стану здоров’я людей.

Людство порушило зв'язок з навколишнім світом, наслідком чого стало загострення проблем екології. Їжа вже не здатна наповнювати організм усіма поживними речовинами, в ній забагато шкідливих для здоров’я компонентів. Ослаблення імунітету, народження хворих людей – закономірний результат руйнування навколишнього середовища.

Поняття «здоров’я» є фундаментальною проблемою сучасної медико-біологічної науки. Це поняття має багато аспектів, обумовлене низкою чинників та вимагає до себе комплексного підходу. Всі добре розуміють, що «здоров’я – добре, а хвороба – погано».

Збереження і зміцнення здоров’я дітей є однією з актуальних проблем охорони здоров’я. Рішення даної проблеми має високе соціальне значення і входить у число найважливіших завдань держави, оскільки здоров’я дітей становить фундаментальну основу для формування громадянського здоров’я, трудового потенціалу країни і є фактором національної безпеки.

Особливого значення стан здоров’я дітей набуває в період несприятливої демографічної ситуації. А в Україні протягом останніх десятиріч склалася ситуація, коли кожне покоління народжених за чисельністю менше покоління своїх батьків.  Тому формування і збереження здоров’я дітей України стає важливою справою, оскільки – це наше майбутнє і одне з головних джерел повноцінного життя, щастя, успіху. Всім відома істина, що зорові діти мають  кращі шанси прожити продуктивне життя. При цьому діти мають право на захист і збереження здоров’я, як громадяни,, що живуть у сьогоднішньому світі, а не тільки як «внесок» у суспільство майбутнього. Тому такими важливими на даному етапі є застосування пізнавально-творчого процесу здоров’є зберігаючи технологій.

Здоров’язберігаючі технології дозволять зберегти наявний фізичний стан учнів, сформувати вищий рівень здоров’я, навичок здорового способу життя. 

Впровадження здоров’язберігаючих  технологій потребує від учителя не допускати перевантаження учнів, визначати оптимальний обсяг навчальної інформації й способи її надання, враховуючи інтелектуальні та фізіологічні особливості кожного учня, намагатися планувати такі види роботи, які сприяють зниженню втоми. Здоров’язберігаючі технології передбачають: зміну видів діяльності, чергування інтелектуальної, емоційної, рухової видів діяльності; групової й парної форм роботи, які сприяють підвищенню рухової активності, вчать вмінню поважати думки інших, висловлювати власні думки, правилам спілкування; проведення ігор та ігрових ситуацій, нестандартних уроків, інтегрованих уроків.

Ставлення учнів до свого здоров’я основою для його збереження, так через мотивацію цього ставлення можна здійснити цініснно-орієнтовану діяльність дітей та підлітків по збереженню та зміцненню здоров’я.

Використання здоров’язберігаючих технологій на уроках фізики дозволяє створити ситуацію успіху для кожного учня. Фізика це не той предмет де можна вивчати комплекс вправ, який буде сприяти поліпшенню здоров’я. Але й на уроках фізики можна виховувати свідомість великої цінності здоров’я. Викладання предмету дозволяє органічно вписувати принципи здоров’язбереження в теми уроку, в різних завданнях як під час уроку, так і під час виконання домашнього завдання. Під час уроку фізики вчитель використовує опорний конспект, демонстраційний експеримент, фронтальний лабораторний експеримент, використання ігрових моменті,в фізкультхвилинок, які певною мірою можуть стосуватися теми уроку, аудіо та відеоматеріали для демонстрації цікавих навчальних матеріалів, вирішення практичних завдань у тому числі пов’язаних зі збереженням здоров’я – все це дозволяє змінювати види діяльності учнів на уроці, що сприяє зниженню втоми під час уроку отже і збереженню здоров’я.

Людина є частиною природи, живе в природньому середовищі, постійно спостерігає її явища, відчуває на собі їх вплив. Здавна вона вивчала явища, що впливають на її здоров’я, більшість з яких мають фізичну природу. Це  дозволило людині вижити і розвиватися, знання природи допомогло їй перетворити навколишнє середовище в інтересах свого здоров’я.

«Здоров’я і безпека» торкається всіх без винятку тем програми з фізики, оскільки використання здобутків фізики упродовж усього життя людини тісно пов’язано зі здоров’ям і життєзабезпеченням.

Як результат під час уроку учень повинен беззастережно дотримуватися правил безпечного поводження з приладами, матеріалами та речовинами. Учень який обізнаний із заходами безпеки, усвідомлює залежність здоров’я від чистоти води, повітря, складу харчових продуктів, дотримується здорового способу життя. Під час проведення ряду уроків я застосовую здоров’язберігаючі  технології.

Аромотерапія – це стародавнє, вдосконалене віками мистецтво використання ефірних олій рослин та інших ароматичних речовин для укріплення фізичного та психічного здоров’я. Використання ароматичних речовин відоме з часів стародавніх культур Єгипту, Індії, Китаю, Греції та Риму. Ефірні олії використовують в аромалапах. Такий метод дозволяє корисним речовинам проникати в організм через органи дихання. Уроки з використання аромаламп з ефірними оліями є корисними та доцільними в міжсезоння та зимовий період, коли йде погіршення стану здоров’я в наслідок поширення гострих распіраторних захворювань. Також використанні таких засобів під час проведення уроків з теми: «Властивості газів, рідин, твердих тіл».

Заняття на свіжому повітрі.

Сучасні діти все менше бувають на свіжому повітрі. Вони віддають перевагу телебаченню, комп’ютерними іграм або слуханню музики. Можливо причина підвищення стресів та депресій криється саме в цьому. Людині необхідно бувати на свіжому повітрі не менше 2-3 годин на добу. Це зміцнює організм, нормалізує нервову систему, укріплює пам’ять та уяву. Крім того у весняний період коли йде активний сокорух у дерев їх цвітіння, повітря насичене натуральними фітоциндами. Тому досить корисними для зміцнення здоров’я буде проведення деяких уроків на свіжому повітрі. Цей прийом дуже часто використовується вчителями американських шкіл. Яскравими, дієвими та наочними, до того ж корисними для здоров’я стануть уроки проведені на свіжому повітрі при вивченні таких тем, як «Фізичне тіло та матеріальна точка. Система відліку. Відносність механічного руху. Траєкторія руху. Шлях та переміщення», «Вільне падіння тіл. Прискорення вільного падіння» «Рівновага тіл. Момент сил. Умова рівноваги тіл», «Механічна енергія. Кінетична та потенціальна енергії», «Коливальний рух. Вільні коливання. Гармонічні коливання. Амплітуда, період і частота коливань» «Відбивання й заломлення світла. Закони заломлення світла» і т.д. Цінність таких уроків полягає в тому, що учні самі стають дослідниками вивчають всі процеси, які відбуваються безпосередньо знаходячись на свіжому повітрі.

Дихальна гімнастика та фізкультхвилинки.

Оздоровчі хвилинки під час уроків повинні комбінувати в собі фізичні вправи для осанки, вправи для очей, рук, шиї, ніг. Фізичні вправи краще проводити під музичний супровід. Цей прийом допомагає зняти втому. Такі вправи можна досить успішно надавати проводити самим учням та поєднувати з елементами ігор. Знову ви використання таких вправ можна вдало поєднувати з цілим рядом уроків, а саме: Рівномірний рух по колу. Період і частота обертання. Кутова швидкість», «Механічна взаємодія тіл. Сила. Види сил у механіці», «Електричний струм. Електричне коло. Джерела та споживачі електричного струму» тощо.

Кольоротерапія.

З самого народження кожного з нас оточують кольори.  Колір значно впливає на нас: притягує нас і до нас, змушує робити покупки та викликає різноманітні емоції. Зумовлює раптові почуття і навіть фізіологічні рекції, від приливу крові до почуття холоду. Колір може навіть лікувати. Наприклад, біль знімають відтінки блакитного. А сил надає помаранчевий. Зелений заспокоює. Недарма ми так намагаємося хочаб ненадовго вирватися із міста – ближче до природи і її зеленого кольору.

Але крім безпосереднього використання кольору існують психологічні дуже дієві техніки кольоротерапії – методу психічного лікування з метою розслаблення, зняття стресів, підняття настрою та тонусу за допомогою кольорів.

З кольорами можна та варто працювати застосовуючи їх на різних етапах уроків та в позакласних заходах з фізики

Список використаної літератури

1.     Кириленко С.В. Розвиток педагогічних технологій формування культури здоров’я старшокласників / С. В. Кириленко // Рідна школа. – 2003. – №11 (886). – С. 50 – 55.

2.    Свириденко С. Формування навичок здорового способу життя / С. Свириденко, О. Ващенко // Початкова освіта. – 2007. – №16. – С. 12 – 15.

3.    Свириденко С.О. Активізація пізнавальної діяльності учнів у процесі формування здорового способу  життя / С.О. Свириденко // Сучасні технології навчання в початковій освіті : Матер. Всеукр. наук.-практ. конф. (13-14 квітня 2006 р.) / Ред. кол.: З.Сіверс, О.Кононко, Е.Белкіна та ін. – К. : КМПУ ім. Б.Д.Грінченка, 2006. – С. 125 – 127.

Сертифікація вчителів

МОН розробило положення про сертифікацію вчителів