Механічний рух. Траєкторія. Пройдений шлях.

Приступаючи до вивчення даної теми, учні вже мають уявлення про механічний рух із життєвого досвіду, курсу природознавства (5 кл). Із курсу математики їм відомі деякі характеристики руху: шлях, швидкість, час. Тому існує небезпека «математизації» матеріалу. Тобто, вичення матеріалу зводиться до розв’язування задач на обчислення шляху, часу, або швидкості.

Насправді ж, тема утримує фізичний матеріал і ряд нових понять, на які необхідно звернути увагу учнів. Такими поняттями є відносність механічного руху, траєкторія, рівномірний і нерівномірний рух, швидкість рівномірного руху.

Для того, щоб виділити характерні ознаки механічного руху, показують і аналізують декілька простих дослідів:

1. По столу рухається візок, за ним встановлюють прапорці;

2. За допомогою нитки, перекинутої через блок, піднімають вантаж.

Якщо обмежитись розглядом руху тіла відносно Землі, запитання про те, чи перебуває тіло в русі учням здається надуманим і непотрібним. А ось коли їх запитати, чи рухається брусок, який знаходиться на візку — це викличе інтерес і вони охоче відповідають.

Ставлять питання:

- За якими ознаками можна з’ясувати, перебуває тіло в стані спокою чи рухається?

- Наведіть приклади тіл які в цей момент часу здійснюють механічний рух.

- А ви самі перебуваєте в стані спокою чи руху?

Після висунутих версій дають означення:

Механічний рух — це зміна положення тіла відносно інших тіл з плином часу.

Повідомляють учням, що за урок вони встигають подолати у космічному просторі відстань приблизно 80 000 км — це фактично дві кругосвітні подорожі! (Відносно Сонця).

Отже, важливо завжди вказувати тіло, відносно якого розглядається механічний рух. Таке тіло називається тілом відліку.

Довільність вибору тіла відліку спричиняє те, що стан руху і стан спокою є відносними.

Відносність механічного руху демонструють на дослідах:

1. Рух візка з бруском уздовж стола.

2. Зі скляною трубкою, закритою з обох кінців пробками й заповненою підфарбованою водою, у якій міститься повітряна бульбашка:

На початку досліду нижній кінець вертикально розміщеної трубки встановлюють навпроти горизонтальної позначки. Потім трубку перевертають й опускають униз із такою швидкістю, з якою підіймається бульбашка.

Отже, рух — відносний. Залежно від вибору тіла відліку одне й те саме тіло може перебувати у стані спокою або у стані механічного руху.

Траєкторія руху. Поняття траєкторії руху розкривається в дослідах з невеличкими за розміром тілами (кулька падає, рухається жолобом, по колу). Наводять приклади ліній, що описує тіло із життя: слід літака, краплі дощу на склі, від лиж, коліс машин та ін. Дають означення траєкторії.

Показують, що і траєкторія є відносною. Для цього пропонують, наприклад, фронтальний дослід: спочатку проводять лінію ручкою по листку вздовж лінійки зверху вниз (вертикально), а потім проводять ту ж саму лінію, але при цьому рухають лінійку зліва направо.

Пояснюють, що всі рухи розподіляють за формою траєкторії на прямолінійні і криволінійні.

Довжину траєкторії у фізиці називають «пройденим шляхом» - S (лат. Step — крок).

У поняття пройденого шляху входить вираз «інтервал часу». За допомогою метронома або стробоскопа демонструють різні інтервали часу. Пропонують учням зробити вимірювання пройденого шляху курвиметром. Для цього можна скористатися блоком на стержні, п’ятикопійчаною монетою і ін.

Далі за допомогою дослідів показують відмінності рівномірного і нерівномірного руху (за відрізками шляху, які тіло долає за однакові інтервали часу). Важливу ознаку рівномірного руху учні усвідомлюють тоді, коли зрозуміють вираз «за будь-які однакові інтервали часу»

Означення: Якщо тіло за будь-які однакові інтервали часу проходить однакові шляхи, то його рух називають рівномірним.

Швидкість. Це поняття відіграє велику роль в процесі формування фізичних і математичних понять а також має політехнічне значення. Учні часто, знаючи це поняття з математики, не завжди уявляють собі числове значення швидкості, не можуть оцінити вірогідність одержаного при розв’язуванні задач результату.

Запобігти формальному засвоєнню знань допоможе пізнавальний інтерес, який забезпечується емоційністю і проблемністю. Наприклад, стародавній філософ Зенон, нехтуючи спостереженнями і дослідами, покладався лише на логіку міркувань. Наслідки його умовиводів відбилися у так званих апоріях. В одній із них він стверджував, що славнозвісний грецький герой Ахілес не спроможний був наздогнати ...черепаху. Хід його міркувань: коли Ахілес дістанеться того місця, де була черепаха на початку руху, вона відповзе від нього на певну відстань. За час, необхідний Ахілесу на подолання цієї відстані, черепаха знов просунеться вперед і так без кінця. Зенон помилявся. Помилка його ґрунтувалася і на нехтуванні математикою.

Чого не врахував Зенон?

Відповідь: 1) рухи їх різні;

2) за один і то же час людина пройде більший шлях, ніж черепаха.

Демонструють дослід:

Проводять бесіду :

- Що спільного у цих рухах?

- Чим вони відрізняються?

Очевидно, що шлях за одиницю часу — різний.

Означення: Швидкість тіла при рівномірному русі — фізична величина, що дорівнює відношенню шляху до часу, за який цей шлях було пройдено.

Вводять відповідні позначення:

v (лат. Velocity - швидкість)

t (лат. Tempus - час)

v = s/t

Зазвичай школярі добре розуміють, що для повної характеристики поняття «швидкість» потрібно вказати її напрямок. В залежності від вивченого на уроках математики (поняття «вектор» ще їм не відоме) повідомляють учням, що швидкість зображують стрілкою, напрямок якої збігається з напрямком швидкості, а довжина у прийнятому масштабі відповідає її числовому значенню.

Пояснюють, як графічно зображається швидкість рівномірного руху, пройдений шлях.

Потім організовують самостійну роботу учнів з таблицею швидкостей.

1. Виписати з таблиці найбільшу можливу в природі швидкість

2. Знайти в підручнику й записати співвідношення між різними одиницями швидкості

3. Перевести 40 км/год, 20 см/с, 120 м/хв в одиниці СІ.

4. Пояснити, як визначити швидкість руху, знаючи шлях і час, за який він пройдений

Завершують вивчення прямолінійного руху введенням поняття середньої швидкості.