Повторительно - обобщающий урок по физике на тему Человек и энергия

ЧЕЛОВЕК И ЭНЕРГИЯ

Повторительно - обобщающий урок в 9 классе

Учитель физики школы № 35

Высоцкая О.Ф.

План урока

1. Велика ли работа?

2. Расчет мощности развиваемой человеком.

3. Загадки древних о правилах рычага.

4. Рассказы «Опыты по трению».

5. Спор, который длился сто лет.

6. Парад отечественных легковых автомобилей.

7. Превращение энергии.

Энергия - это наиболее важное физическое понятие в науке. Ясное представление смысла этого понятия и оценка его важно­сти для физических и биологических процессов - первая тема для обсуждения на этом уроке.

С энергией тесно связаны и понятия механическая работа, и мощность. Как правило, физиологическую работу, производимую человеком, принимают за механическую. Темой одного из конкурсов будет вычисление работы и мощности в различных жизненных си­туациях. Будут задания, в которых физические законы помогают познавать самого себя и свои физические возможности. На этом уроке будут задания, показывающие, как борются ученые, отстаивая свои идеи; конкурсы, де­монстрирующие логику развития любых научных открытий.

И конечно, на данном уроке будут рассмотрены тех­нические данные машин и механизмов, облегчающих труд чело­века.

Для проведения урока класс делится на две команды. В качестве жюри привлекаются старшеклассники (учащиеся 10-11 классов).

1. Конкурс «Велика ли работа?»

Как следует из названия, этот конкурс мы посвящаем анализу физического понятия механическая работа.

Определенную сложность в усвоении этого понятия создает то обстоятельство, что слово работа мы часто употребляем в повсе­дневной речи, где придаем ему иной, отличный от научного зна­чения смысл. Мы говорим: работа машин; поступить на работу, уволить с работы; оросительные и сельскохозяйственные работы; умственная, научная, ответственная, увлекательная работа и, на­конец, физическая, т.е. повседневная, физиологическая работа. Трудно примириться с тем, что человек, удерживающий тяжелый груз на руках или переносящий с по­стоянной скоростью тяжести в горизонтальном направлении, ме­ханической работы не совершает, хотя устает от такой деятель­ности.

Таким образом, необходимо проверить понимание различий механической и физиологической работ.

Вопросы первой команды

1. Ученик проносит вдоль рядов учащихся и ставит около команды сопер­ников чемодан с наклейкой, на которой написано «Масса 15 кг». Затем спра­шивает: «Чему равна работа по переноске этого груза, если я его нес с по­стоянной скоростью и перенес этот груз на 5м?»

2. Изменится ли работа, выполняемая мотором эскалатора, если пассажир, стоящий на лестнице, движущейся вверх, будет сам подниматься вверх с по­стоянной скоростью?

3. Жили себе дед и баба, и была у них курочка-ряба, снесла курочка яич­ко: яичко не простое - золотое. Дед бил-бил - не разбил; баба била-била - не разбила. Мышка бежала, хвостиком махнула - яичко упало и разбилось. Дед и баба плачут; курочка кудахчет: «Не плачь, дед, не плачь, баба, я снесу вам яичко: не золотое-простое». Кто разбил яйцо?

Вопросы второй команды

1. Ученик снимает со спинки стула и опускает на пол спортивную сумку с наклейкой «Масса сумки 7,5 кг». Затем спрашивает: «Какую механическую работу я совершил, если опустил сумку с высоты 1 м?»

2. Первый раз футбольный мяч ударился о штангу ворот и остановился. Второй раз мяч был схвачен вратарем. Мяч и вратарь двигались навстречу друг другу с одинаковой по модулю скоростью. Будет ли разница в работах, произведенных мячом в первый и во второй раз?

3. Медведь - большой любитель меда. Чтобы уберечь от разорения медве­дем дупло, в котором поселились дикие пчелы, над дуплом подвешивают на веревке бревно. Подбираясь к дуплу, медведь наталкивается на бревно и отталкивает его в сторону, а бревно, как маятник, возвращаясь к положению равновесия, ударяет медведя. Все сильнее и сильнее толкает мед­ведь бревно и все больнее и больнее ощущает ответный удар. И так до тех пор, пока обессиливший медведь не упадет на землю. Кто свалил медведя?

2. Конкурс «Расчет мощности, развиваемой человеком при подъеме по лестнице»

В этом конкурсе оценивается мощность человека, взбегающе­го вверх по лестнице.

Учитель. Всем хорошо известно, что механические двигате­ли характеризует мощность: например, мотоцикл М-106 может развить максимальную мощность 7 кВт; автомобиль «Мо­сквич-412» - 56 кВт; дизель тепловоза 2ТЭ-10Л-3000 кВт; са­молет ИЛ-62-100000 кВт.

Можно привести некоторые данные о мощности механизмов, встречающихся в домашнем хозяйстве: например, электродвига­тель компрессора домашнего холодильника ЗИЛ потребляет мощ­ность 150 Вт; электропылесос «Вихрь» - не более 600 Вт.

Какую мощность может развить человек, взбегающий вверх по лестнице?

Затем предлагает двум исполнителям от каждой команды, используя свой повседневный опыт, ответить на этот вопрос. Каж­дый ученик пишет на доске свою фамилию, а под ней - ответ.

Учитель вручает им необходимые приборы и предлагает про­верить достоверность этого ответа с помощью эксперимента. Пос­ле возвращения в класс ученики сравнивают свои ответы, объяс­няют ход эксперимента и сделанные расчеты передают жюри.

Жюри оценивает двумя баллами быстроту и точность выпол­ненного задания.

3. Конкурс «Загадка древних о правилах рычага»

Этот конкурс посвящен рычагу - простому механизму, изве­стному с древних времен. Конкурс состоит из двух частей: тео­ретической и экспериментальной. В теоретической части надо от­ветить на вопросы:

1. Почему простые механизмы дают выигрыш в силе?

2. Почему, пользуясь рычагом, подвижным блоком или воротом, можно поднять большой груз, обладая малой мускульной силой?

3. Правильна ли мысль, высказанная Героном: «Сколько выигрывается в силе, столько же теряется в скорости»?

4. Как читается «золотое правило механики»?

Ученики-экспериментаторы (по два от каждой команды) рас­считывают предельные значения, в которых может меняться вы­игрыш в силе, при работе ножницами с длинными лезвиями для раскроя ткани.

Пока исполнители готовят ответы, учитель рассказывает зри­телям о том, что выигрыш в силе при использовании рычага мно­гим казался загадкой.

Учитель. Он жил так невообразимо давно, что память о нем обросла легендами и теперь трудно отличить правду от вы­мысла. Он впервые сам теоретически вывел правило рычага и считал, что рычаг-мощная машина, при помощи которой можно было бы поднять Землю, если бы нашлась подходящая точка опоры. О каком ученом идет речь? (В классе слышатся ответы.)

Да, это знаменитый Архимед. Он был первый, кто задумался над вопросом: почему простые механизмы дают выигрыш в силе и почему, пользуясь рычагом, подвижным блоком или воротом, можно поднять большой груз, обладая малой силой?

Еще древний философ Аристотель, решая эту задачу, утвер­ждал, что «тела, у которых произведения весов на скорость рав­ны, обнаруживают равное действие».

Через два столетия греческий механик Герон, изобретатель сифона, повторил эту мысль в иной, более доступной форме: «Сколько выигрывается в силе, столько же теряется в скорости».

Знаменитый основатель механики Галилео Галилей не прошел мимо загадки выигрыша в силе. Еще в юности он написал науч­ное сочинение о простых механизмах, в котором убедительно обосновывал «золотое правило механики».

Затем ученики-теоретики дают ответы, получая за каждый верный и полный один балл. Выполнение экспериментального за­дания также оценивается одним баллом.

4. Конкурс «Опыты по трению»

Команды получили задание: приготовить по одному прибору или механизму, при использовании которого силы трения совершают работу.

Рассказ 1 «Опыты по трению»

(Альбина со скрипкой выходит к доске, достает из фут­ляра скрипку и смычок, тщательно натирает смычок канифолью, а затем проводит им по струне.)

Альбина. Продолжительные, поющие звуки мы получаем благодаря трению. Когда скрипач начинает вести смычок вдоль струны, струна под действием силы трения покоя увлекается смычком и выгибается. При этом сила натяжения струны стре­мится вернуть ее в первоначальное положение. Когда эта сила превысит силу трения покоя, струна срывается и приходит в ко­лебание. Скрипач перемещает смычок в противоположную сто­рону. Струна движется в одну сторону вместе со смычком, а за­тем навстречу. Скрипка поет. Если играть на скрипке без смычка, дергая струны пальцами, получится звук, как у балалайки.

(Альбина оттягивает пальцем струну и отпускает ее. Раздается резкий звук, который быстро затухает. Затем Альбина исполняет какую-нибудь мелодию. В заключение своего выступления задает вопрос.)

Альбина. Зачем натирают смычок канифолью? Кто ответит? (Выслушиваются ответы.)

У ч и т е л ь. Я объясню более подробно, какие законы сухого трения помогают музыканту при игре на скрипке.

Струна под смычком движется всегда медленнее смычка. Ког­да смычок и струна движутся в одну сторону, струна отстает от смычка. Сила трения скольжения препятствует отставанию и увле­кает струну за смычком. Сила трения совершает работу, смычок тащит за собой струну, и, наоборот, когда струна движется на­встречу смычку, сила трения скольжения тормозит струну, замед­ляя ее движение. Совершается работа против сил трения. Выхо­дит, что на одной половине пути смычок помогает струне, а на другой - ей мешает. Если бы это было точно так, получилось бы как в известном выражении «Что даем правой рукой, то берем левой». Этого не происходит по двум обстоятельствам. Во-первых, скорость, с которой смычок скользит по струне, относительно струны разная. Когда струна и смычок идут в одну сторону, ско­рость смычка мала. Вспомните, как медленно отстает едущий по дороге попутный автомобиль, если смотреть на него из окна быстроедущего поезда. Когда же струна движется навстречу смычку, его скорость гораздо больше - подобно скорости, с которой мелькает в окне встречный автомобиль.

Второе обстоятельство - сила трения скольжения зависит от относительной скорости трущихся поверхностей. При медленном скольжении она больше, чем при быстром. Выходит, что смычок больше помогает струне при медленном скольжении, когда она движется в одну сторону со струной, а тормозит меньше при бы­стром скольжении, когда струна и смычок движутся в разные стороны. Таким образом, за каждое колебание струны сила тре­ния подталкивает ее, не давая этим колебаниям затухать.

Смычок натирают канифолью не только для того, чтобы повы­сить силу трения, но и для того, чтобы эта сила заметно зависе­ла от скорости скольжения - быстрее уменьшалась бы с ростом скорости.

Рассказ 2 «Опыты по трению»

(Лена с деревянной линейкой поднимается на сцену. Кладет ее горизонтально на указательные пальцы рук и, не торопясь, на­чинает сближать пальцы.)

Оля. Линейка не движется равномерно по двум пальцам сразу. Она скользит по очереди то по одному, то по другому паль­цу. Почему?

Учитель. Чтобы не возникали сомнения в достоверности утверждения, желающие могут этот опыт повторить.

После обсуждения свой опыт показывает и объясняет Оля.

Под линейкой скользит лишь тот палец, который отстоит даль­ше от центра масс линейки, так как он испытывает меньшую на­грузку и меньшее трение. Его скольжение прекращается, как только он оказывается ближе к центру масс линейки, чем второй палец, и тогда начинает скользить второй палец. Так пальцы дви­жутся к центру тяжести линейки поочередно.

Учитель.Продолжим разговор о работе сил трения в конкурсе «Спор, который длился сто лет». Вам предлагаем стать арбитрами в этом конкурсе, хотя спор уже давно и окончательно решен.

Речь пойдет о том, отчего зависит модуль силы трения сколь­жения. Все ученые, участвующие в этом споре, ставили опыты, в которых совершалась работа по преодолению сил трения.

Чтобы нам легче было следить за развитием этого спора, ре­зультаты исследований будем заносить в таблицу 1.

(Помощники заранее чертят на доске таблицу и заполняют ее в соот­ветствии с рассказом учителя.)

Таблица 1.

Год

Имя

ученого

Зависимость модуля силы трения скольжения

От площади соприкасающихся тел

От материала

От нагрузки

От относительной скорости движения трущихся поверхностей

От степени шероховатости поверхностей

1500

1699

1748

1779

Леонардо да Винчи

Амонтон

Леонард Эйлер

Кулон

Нет

Нет

Нет

Да

Нет

Нет

Нет

Да

Да

Да

Да

Да

Нет

Да

Да

Да

Да

Нет

Да

Да

7. Конкурс «Спор, который длился 100 лет»

Учитель. Шел 1500-й год. Великий итальянский художник, скульптор и ученый Леонардо да Винчи проводил странные опы­ты, чем удивлял своих учеников: он таскал по полу то плотно свитую веревку, то ту же веревку во всю длину. Его интересовал ответ на вопрос: зависит ли сила трения скольжения от величины площади соприкасающихся в движении тел? Механики того вре­мени были глубоко убеждены, что чем больше площадь касания, тем больше сила трения. Они рассуждали примерно так: чем больше таких точек, тем больше сила трения. Совершенно оче­видно, что на большей поверхности будет больше таких точек ка­сания, поэтому сила трения должна зависеть от площади трущих­ся тел.

Леонардо да Винчи усомнился и стал проводить опыты. И по­лучил потрясающий вывод: сила трения скольжения не зависит от площади соприкасающихся тел. Попутно Леонардо да Винчи исследовал зависимость силы трения от материала, из которого изготовлены тела, от величины нагрузки на эти тела, от скорости скольжения и от степени гладкости или шероховатости их поверх­ностей. Он получил следующие результаты: 1) от площади не за­висит; 2) от материала не зависит; 3) от величины нагрузки за­висит (пропорциональна ей); 4) от скорости скольжения не за­висит; 5) зависит от шероховатости поверхностей.

1699-й год. Французский ученый Амонтон в результате своих опытов так ответил на те же пять вопросов: на первые три-так же, как Леон-ардо да Винчи, на четверый-зависит, на пятый- не зависит. Получалось, что и Амонтон подтвердил столь неожи­данный вывод Леонардо да Винчи о независимости силы трения от площади соприкасающихся тел. Но в то же время он не согла­сился с Леонардо да Винчи в том, что сила трения не зависит от скорости скольжения; он считал, что сила трения скольжения за­висит от скорости, а с тем, что сила трения зависит от шерохова­тостей поверхностей, не соглашался.

В течение XVIII и XIX вв. насчитывалось до 30 исследований на эту тему. Их авторы соглашались только в одном: сила тре­ния пропорциональна силе нормального давления, действующей на соприкасающиеся тела. А по остальным вопросам согласия не было. Продолжал вызывать недоумение даже у самых видных ученых экспериментальный факт: сила трения не зависит от пло­щади трущихся тел.

1748-й год. Действительный член Российской Академии наук Леонард Эйлер опубликовал свои ответы на пять вопросов о тре­нии. На первые три - такие же, как и у Леонардо да Винчи и у Амонтона, но в четвертом он согласился с Амонтоном, а в пя­том - с Леонардо да Винчи.

1779-й год. В связи с внедрением машин и механизмов в про­изводстве назрела острая необходимость в более глубоком изу­чении законов трения. Выдающийся французский физик Кулон занялся решением задачи о трении и посвятил этому два года. Он ставил опыты на судостроительной верфи в одном из портов Франции. Там он нашел те практические производственные усло­вия, в которых сила трения играла очень важную роль. Кулон на все вопросы ответил да. Общая сила трения в какой-то малой степени все же зависит от размеров поверхности трущихся тел, прямо пропорциональна силе нормального давления, зависит от материала соприкасающихся тел, зависит и от скорости скольже­ния, и от степени гладкости трущихся поверхностей. В дальней­шем ученых стал интересовать вопрос влияния смазки и были вы­делены виды трения: жидкостное, чистое, сухое и граничное.

На этом я закончу рассказ об истории изучения законов сухо­го трения скольжения, хотя спор продолжался еще на протяже­нии XIX в.

Ученикам предлагают ответить, с каким ученым и по какому вопросу он согласен, а затем эти ответы занести в ту же таблицу, записать в первый столбец свою фамилию и девиз команды, участникам которой он является. Жюри за каждый правильный ответ этой команде к общему счету прибавляет по одному баллу.

8. Конкурс «Парад отечественных легковых автомобилей»

Цель этого конкурса - показать успехи нашей автомобильной промышленности, выпускающей все виды легковых, грузовых автомобилей и автобусов, которые являются в настоящее время одной из наиболее быстро прогрессирующих отраслей отечествен­ного машиностроения.

Заранее приготовленные карточки с данными о каждом авто­мобиле учитель поровну раздает исполнителям (по два ученика от каждой команды). Помощники прикрепляют на вертикальный стенд первый рисунок автомобиля. Ученик, получивший сведения о нем, читает текст, написанный на карточке, и прикрепляет ее рядом с рисунком. Помощники вывешивают второй рисунок; ученики узнают данные и об этом автомобиле и т. д. Целесообразно до конца конкурса рисунки не убирать со сцены. За правильный и быстрый ответ каждая команда получает максимум по два балла.

ГАЗ-А (рис. 1). Первый легковой автомобиль, выпущенный в 1932г. Горьковским автомобильным заводом. Этот автомобиль не собирали из привезенных готовых частей, а весь изготовляли на заводе. Мощность - 30 кВт, скорость - 90 км/ч.

М-1 (рис. 2). Этот автомобиль появился на улицах наших го­родов в 1936г. Он был создан на Горьковском автомобильном заводе взамен устаревшей машины «ГАЗ-А». Мощность - 37,3 кВт, скорость - 100 км/ч.

ЗИЛ-101 (рис. 3). Шестиместная легковая машина. Она по­явилась также в 1936 г. Сошла с конвейера Московского автомо­бильного завода, который теперь носит имя замечательного совет­ского автомобилестроителя И. А. Лихачева. Мощность - 81 кВт, скорость - 120 км/ч.

«Победа» (рис. 4). Год рождения машины - 1945, и названа она так в честь нашей победы над фашистской Германией. Еще шла война, а над проектом машины уже работали конструкторы Горьковского автозавода. Мощность - 39,0 кВт, скорость - 105 км/ч.

ЗИЛ-110 (рис. 5). Автомобиль высшего класса, семиместный. Его создали на Московском автозаводе в 1946 г. Мощность - 105 кВт, скорость- 140 км/ч.

ЗИМ (рис. 6). Комфортабельный автомобиль среднего клас­са, шестиместный. Выпущен в 1949 г. Горьковским автозаводом. Мощность - 67 кВт, скорость - 120 км/ч.

«Москвич» (рис. 7). Чтобы выпустить эту машину, в Москве в 1947 г. был специально построен завод малолитражных автомо­билей. Ее знают и любят не только в нашей стране. Ее можно увидеть на многих дорогах мира. Первый образец мало похож на настоящий. Мощность - 55,2 кВт, скорость-142 км/ч.

«Волга-24» (рис. 8). Сейчас это самый распространенный лег­ковой автомобиль в нашей стране. Все легковые такси - «Вол­га». Представленная на рисунке модель выпускается Горьков­ским автозаводом с 1970 г. Мощность - 69,9 кВт, скорость - 147 км/ч.

«Запорожец» (рис. 9). Автомобиль, двигатель которого рас­положен не спереди, как обычно, а сзади и охлаждается не водой, а воздухом. Выпускает этот автомобиль Запорожский автомо­бильный завод «Коммунар». Мощность - 30,1кВт, скорость - 118км/ч.

«Чайка» (рис. 10). Комфортабельная машина высшего класса. Выпускает ее Горьковский автозавод. Машина не только краси­вая, но и очень надежная и выносливая. Мощность-161,8кВт, скорость - 175км/ч.

ЗИЛ-4104 (рис. 11). Легковой автомобиль, выпускаемый мо­сковским заводом имени И. А. Лихачева. Приборы и управление у машины самые современные - полуавтоматические и автомати­ческие. Мощность - 231,8 кВт, скорость-190 км/ч.

ВАЗ-2109 (рис. 12). Легковой автомобиль, выпускаемый Волж­ским автомобильным заводом имени 50-летия СССР. Мощность - 46,8 кВт, скорость- 148 км/ч.

9.Конкурс «Превращение энергии»

Конкурс состоит из двух частей: теоретического и экспериментального.

Вопросы теоретикам.

1. В чем заключается закон сохранения и превращения энергии?

2. Мяч бросают вертикально вверх. В какой точке траектории мяч имеет наибольшую механическую энергию:

а) в момент бросания мяча, б) в наивысшей точке, в) в промежуточных точках?

3. Ученикам было предложено привести примеры превращения потенциальной энергии в кинетическую. Один из учеников класса привел следующий пример: «Когда самолет идет на посадку, его потенциальная энергия превращается в кинетическую». Удачно ли был приведен пример? Какие ошибки допустил ученик? Какие в действительности процессы происходят при этом? Что произошло бы с самолетом, если бы при посадке потенциальная энергия самолета превратилась в кинетическую? Какую скорость имел бы самолет в этом случае при посадке с высоты 10км?

4. Ученик, приводя по заданию учителя примеры превращения механической энергии, сказал: «Когда самолет набирает высоту, его кинетическая энергия превращается в потенциальную». Прав ли ученик? Какие превращения энергии происходят при этом?

Сообщение ученика о практическом применении зависимости кинетической энергии от массы и скорости тела.

Примером использования указанной зависимости в технике мо­жет служить разделение смеси зерен по массе с помощью зерноме­та (зернопульта) (см.рис.). Зерно, поступая из засыпного ковша 1 на ленту 2 зерномета, прижимается к ней валиком 3. Вследствие этого все зерна приобретают одинаковую скорость, равную скорости движения ленты (25-30м/с). С этой скоростью по инерции «выбра­сываются» с ленты зерномета все зерна и примеси. Так как массы зе­рен и примесей различны, они имеют разную кинетическую энергию и вследствие этого способны совершить различную работу по пре­одолению сопротивления воздуха.

Экспериментальная часть

Задания первой команде.

Задание 1. Налейте в пробирку воды и нагрейте ее, чтобы вылетела пробка. Объясните, какие превращения энергии произошли при вылете пробки из пробирки.

Задание 2. Брусок массой т, прикрепленный к ди­намометру при помощи нити, оттягивают рукой; при этом записывают показания динамометра F и измеряют линей­кой растяжение х пружины (по шкале динамометра). За­тем отпускают брусок и измеряют путь l, пройденный брус­ком до остановки. Зная F, х и l, можно определить коэф­фициент трения  между бруском и доской. Выведите фор­мулу для расчета коэффициента трения. Выполните эту работу. (Растягивать пружину надо так, чтобы после полного сокращения пружины динамометра брусок прошел еще некоторое расстояние.)

Задания второй команде.

Задание 1. На столе установлен баллистический пистолет. Опреде­лить: а) кинетическую энергию снаряда в момент выбрасывания его из писто­лета;

б) потенциальную энергию снаряда в наивысшей точке подъема. Какие приборы необходимо иметь для того, чтобы ответить на поставленные в зада­че вопросы?

Задание 2.

Соберите модель тепловой электростанции, передающей электроэнергию потребителю. Какие превращения энергии происходят от паровой турбины до лампочки на тепловых электростанциях?

Вывод. Для нас важно то, что все эти превращения подчиняются закону превращения энергии. Из него следует, что при любых превращениях нельзя получить энергию одного вида больше, чем затрачено другого вида.

Точно так же ни в одном двигателе нельзя получить больше механической энергии, чем затрачено энергии. Наоборот, в реальных двигателях часть энергии неизбежно теряется из-за сил трения. Теряется в том смысле, что часть энергии из-за отрицательной работы сил трения преобразуется во внутреннюю энергию, что приводит к нагреванию двигателя. Трение существует и в машинах, так что и в них некоторая часть энергии «теряется».

В заключительной части урока подводим итоги конкурсов и анализируем, какие знания и умения нам понадобились для выполнения различных заданий. Ученики называют темы, их основное содержание, а также использованные закономерности.

Ответы и решения к конкурсным заданиям.

Ответы на вопросы, задаваемые первой командой в конкурсе «Велика ли работа»

1. При переноске чемодана по горизонтальному пути механи­ческая работа не совершалась.

При ответе на вопрос «Чему равна произведенная работа?» в некоторых задачах лучше не пытаться подсчитывать значение работы через действующую на тело силу и перемещение, совер­шаемое под действием этой силы, а рассмотреть работу как меру изменения энергии тела или системы тел. Если энергия тела не изменилась, то механическая работа не совершалась.

2. Если человек поднимается по лестнице эскалатора с по­стоянной скоростью, то его среднее давление на лестницу оста­ется неизменным. Следовательно, и сила, с которой мотор должен тянуть лестницу, остается неизменной. Однако поднимающийся по лестнице эскалатора человек раньше достигнет конца эскала­тора, а значит, и путь, пройденный эскалатором за время подъема человека, будет меньше, чем в том случае, когда человек на лест­нице неподвижен. Поэтому работа, затраченная мотором эскала­тора на подъем движущегося человека, будет меньше, чем на подъем неподвижного. Остальную часть работы совершает подни­мающийся человек.

3. Яйцо разбил тот, кто поднял его над полом: дед, баба или курочка-ряба. В этом положении яйцо обладает потенциальной энергией, которая при падении переходит в кинетическую. При ударе кинетическая энергия затрачивается на изменение формы яйца, что, как известно, заканчивается его разрушением.

Ответы на вопросы, задаваемые второй командой в конкурсе «Велика ли работа»

1. Если бы ученик поднимал свою спортивную сумку на стул, то он совершал бы работу против силы тяжести. У системы тел сумка-Земля изменилась бы потенциальная энергия, т. е. по­тенциальная энергия сумки возросла бы в результате работы человека против силы тяжести. В этом случае работа, совершен­ная человеком, была бы равна mgh. При опускании же сумки ра­бота равна по абсолютной величине работе силы тяжести и про­тивоположна по знаку, т. е. отрицательная.

2. Во втором случае работа будет в 4 раза больше.

3. Медведь-лакомка сам свалил себя с дерева. Эта работа бы­ла произведена за счет энергии самого зверя. Отброшенное мед­ведем с дороги бревно поднималось на некоторую высоту. При движении к положению равновесия потенциальная энергия преоб­разовывалась в кинетическую. Встречаясь вновь с медведем, ско­рость бревна уменьшалась до нуля. Кинетическая энергия затра­чивалась на деформацию медвежьего тела. Медведь, обессилев­ший от борьбы с бревном, падает с дерева.

Ответ к конкурсу «Расчет мощности, развиваемой-человеком при подъеме по лестнице»

Ученикам полезно рассказывать, что самую большую мощ­ность человек, развивает при прыжке в высоту. Чтобы ее опреде­лить, нужно знать вес человека, высоту прыжка и время прыжка. Прыжок обычно длится около 0,2с. Если примем вес мальчика 400Н, высоту прыжка (подъем центра масс) 0,8м, время 0,2с,

то мощность окажется равной: N=

Если же мальчик прыгнет выше или его вес окажется больше, то, значит, и мощность его больше.

Несомненно, такую мощность человек может развивать неча­сто. При нормальной нагрузке она .может равняться 50-120 Вт, хотя на короткие промежутки времени мощность человека может достигать большей величины.

Мощность, которую развивает человек, поднимающийся по ле­стнице, рассчитывают по формуле N= где m-масса чело­века; h-высота одной ступеньки лестницы; п-число ступенек;

t-время подъема вверх. При этом нужно брать не длину лест­ницы, а высоту. Из формулы видно, что, уменьшая время подъ­ема, можно получить большую мощность. Это позволит сделать вывод о. пользе систематических занятий спортом.

Ответы к конкурсу «Загадка древних о правилах рычага»

1. Эту загадку решил Архимед. Он вывел «золотое правило» для рычага: уравновешивающиеся на рычагах грузы обратно пропорциональны длинам плеч рычага. В экспериментальной ча­сти конкурса, где учащиеся работают с ножницами, ответ будет следующий:

Пользуясь этим правилом, легко рассчитать выигрыш в силе. Из «золотого правила» выводится, что рычаг, давая выигрыш, в силе, не выигрывает в работе.

Ножницы для раскроя тканей имеют длинные лезвия, поэтому при резании плечо преодолеваемой силы может меняться от оа₁ до ОА₂, благодаря чему выигрыш в силе изменяется в.. значительных пределах, что очень выгодно при работе с этими ножницами.

Найдем выигрыш в силе по: отношению плеч рычага:

k₁= k₂=

Плечи действующих сил OB, ОА₁, ОА₂ измеряются масштаб­ной линейкой. У некоторых ножниц k₀. может получиться меньше единицы.

Ответ к конкурсу «Спор, который длился 100 лет»

Сила трения не зависит от площади соприкасающихся тел, а зависит от материала тел; чем больше сила нормального давле­ния, тем больше сила трения. Точные измерения показывают, что модуль силы трения скольжения зависит от модуля относительной скорости.

Сила трения зависит от качества обработки трущихся поверх­ностей: чем больше неровностей на трущихся поверхностях, тем чаще происходит зацепление их, сопровождаемое деформацией поверхностей и увеличением вследствие этого силы трения. Если тщательно отполировать поверхности соприкасающихся тел, то число точек касания при той же силе нормального давления уве­личивается, а следовательно, увеличивается и сила трения. Тре­ние связано с преодолением молекулярных связей между сопри­касающимися телами.

12