Цели и задачи изучения темы

Цель изучения материала этой темы заключается в обобщении и расширении знаний учащихся о силе и массе тел.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие конкретные задачи:

1. Ввести понятие «сила» и единицы ее измерения.

2. Показать принципиальную возможность измерения сил.

3. Объяснить способ сложения сил.

4. Ввести понятие равнодействующей.

5. Дать четкое определение силы.

6. Ввести понятие массы и напомнить учащимся единицу измерения массы.

7. Объяснить способ сложения масс (аддитивность).

8. Ввести понятие центра масс.

9.Дать четкое описание массы как меры инертности.

О введении понятия сила

А.Эйнштейн в своей статье «Эволюция физики» писал: «Что такое сила? Интуитивно мы чувствуем, что именно обозначается этим термином. Это понятие возникает из усилий, которые мы производим при толчке, броске или тяге, из того мускульного усилия, которое сопровождает все эти действия» (Эйнштейн А. Собр. научных трудов. — М., 1967. — С. 365). Введение понятия «сила» не составит труда, если опираться на те интуитивные представления о силе, которые учащиеся имеют из жизненного опыта. Но введение термина — лишь отправная точка в длительном пути формирования физических представлении о силе. (пример)

Следующий этап связан с установлением способа измерения силы. В учебнике это сделано на доступном для учащихся уровне строгости. Экспериментально установлено, что под действием подвешиваемых к пружине грузов удлинение пружины пропорционально силе тяжести этих грузов. На основании этих опытов делается вывод, что удлинение пружины может служить мерой действующей на нее силы.

Измерение любой физической величины в конечном итоге связано со сравнением данной величины с однородной с ней величиной, принятой за единицу. Выбор единицы в принципе произволен, но для измерения необходимо выбрать эталон, принятый за единицу.

О сложении сил

В результате изучения учебного материала о силах учащиеся должны усвоить, что:

• силы — величины векторные;

• в твердом теле силы можно переносить по линии их действия;

— сложение сил производится геометрически.

После изучения третьего закона Ньютона к перечисленным выше трем свойствам добавится четвертое: силы всегда появляются парами. При слове «сила» у учащихся всегда должно возникать представление о двух силах, приложенных к взаимодействующим телам.

О методике введения понятия массы

Понятие массы (вопреки расхожему убеждению) может быть введено без использования законов динамики. Покажем это.

Первоначально на опытах демонстрируется, что инертность разных тел различна. Для характеристики инертности тел вводится первоначальное понятие массы: масса тела — мера его инертности. _тшэ

Вводится понятие об эталоне массы - килограмме. Для установленного способа сравнения массы данного тела с эталоном массы можно использовать взаимодействие данного тела и тела, масса которого принята за эталон с одной и той же одинаково деформированной пружиной. Установка для такого сравнения показана на рисунке 5.

Будем считать, что если тело с неизвестной массой m_x в результате взаимодействия с одинаково деформированной эталонной пружиной получит скорость, одинаковую со скоростью эталона массы, то их массы равны, а если скорости будут разными, то массы тел будут обратно пропорциональны скоростям:

m_x/m_э = v_э /v_x

Это пока предположение. Но, как покажет последу­ющее изучение материала, — предположение правильное. Аналогично поступают при введении любой физической величины, и предположение не является исключением.

Так как скорость в горизонтальном направлении ν = l/t’,

а время падения тел t с высоты Η одинаково, то

v_э =l_э/t; v_x =l_x/t.

поэтому

m_х/m_э = l_x/t : l_э/t = l_x/l_э , m_э/m_х = l_x/l_э и m_х = m_эl_э/l_х

Принципиально важно подчеркнуть, что этот способ сравнения массы тела с массой эталона не опирается ни на один из законов динамики, так как в его основе лежит лишь действие на тело эталонной одинаково деформированной пружины (по существу одинакова сила).