Temat :

2. Temat : Dynamika Newtona

3. DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły :ZESPÓŁ SZKÓŁ PONADGIMNAZJALNYCH im. STANISŁAWA STASZICA ID grupy :97_7_MF_G1 Opiekun:Rafał Wasyluk Kompetencja:Matematyczno- fizyczna Temat projektowy: Dynamika Newtona Semestr/rok szkolny:Czwarty/2011 PREZENTACJA W RAMACH UGP

4. CELE • pokazanie wielkich uczonych na których to twórczości kierował się Newton • omówienie za pomocą doświadczeń trzech zasad Newtona • ukazanie za pomocą przykładu układu inercjalnego i nieinercjalnego • omówienie pojęcia „pęd” i wskazanie jego poprawności w fizyce • omówienie innych odkryć Newtona, które są wykorzystywane aż do dzisiaj

5. Spis treści • Inne zagadnienia • Układ inercjalny i układ nieinercjalny • Układ inercjalny • Układ nieinercjalny • Zasada zachowania pędu • Doświadczenie IV • Inne osiągnięcia Newtona • Wektor • Działania na wektorach • Siła tarcia • Siła tarcia podczas ruchu • Doświadczenia • Doświadczenie V • Doświadczenie VI Ukazujące bezwładność Ciał • Wnioski z Doświadczenia VI • Doświadczenie VII • Doświadczenie VII • Zakończenie • Podsumowanie • Bibliografia • Slajd końcowy • Wielcy poprzednicy • Johannes Kepler • Galileusz • Kartezjusz • Isaac Newton • „Mogłem spojrzeć daleko, gdyż stałem na barkach gigantów” • Wpływ Newtona na przyszłe pokolenia • Dynamika Newtona • Doświadczenie I • Wykonanie doświadczenia I • Wnioski wynikające z I doświadczenia • I zasada dynamiki Newtona • Doświadczenie II • Wykonanie doświadczenia II • Wnioski wynikające z II doświadczenia • Zadanie maturalne I • Rozwiązanie zadania maturalnego I • II zasada dynamiki Newtona • Doświadczenie III • Wykonanie doświadczenia III • Wnioski wynikające z III doświadczenia • III zasada dynamiki Newtona • Zadanie maturalne II • Rozwiązanie zadania maturalnego II

6. Wielcy poprzednicy

7. Johannes Kepler Johannes Kepler – niemiecki matematyk, astronom i astrolog. Najbardziej znany jest z nazwanych jego imieniem praw ruchu planet. Każda planeta Układu Słonecznego porusza się wokół Słońca po elipsie, w której w jednym z ognisk jest Słońce W równych odstępach czasu, promień wodzący planety poprowadzony od Słońca zakreśla równe pola. Stosunek kwadratu okresu obiegu planety wokół Słońca do sześcianu wielkiej półosi jej orbity (czyli średniej odległości od Słońca) jest stały dla wszystkich planet w Układzie Słonecznym

8. Galileusz Galileusz – włoski astronom, astrolog, fizyk i filozof, twórca podstaw nowożytnej fizyki. odkryciem było odkrycie zjawiska bezwładności udoskonalił tzw. "kompas geometryczny i wojskowy" spektakularny eksperyment dowodzący, że czas trwania spadku swobodnego nie zależy od masy ciała skonstruował termometr skonstruował ulepszony mikroskop odkrył kolejny księżyc Jowisza

9. Kartezjusz Kartezjusz – francuski filozof, matematyk i fizyk, jeden z najwybitniejszych uczonych XVII wieku, uważany za prekursora nowożytnej kultury umysłowej. Kartezjusz podał również prosty sposób oszacowania liczby dodatnich Rozwój idei Kartezjusza doprowadził do powstania geometrii analitycznej Kartezjusz był też jednym z prekursorów fizyki klasycznej Kartezjusz po raz pierwszy wprowadził termin funkcja, a także nazwę liczby urojone.

10. Isaac Newton I zasada Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub siły działające wzajemnie się równoważą to pozostaje ono w spoczynku lub porusza się z ruchem jednostajnym prostoliniowym Sir Isaac Newton – angielski fizyk, matematyk, astronom, filozof, historyk, badacz Biblii i alchemik. II zasada Jeżeli na ciało działa niezrównoważona siła, to porusza się ono z przyspieszeniem o wartości wprost proporcjonalnej do działającej siły, a odwrotnie proporcjonalnej do masy tego ciała. III Zasada Jeżeli ciało A działa na ciało B pewną siłą, to ciało B oddziałuje na ciało A siła taką samą co do kierunku i wartości, ale przeciwnie zwróconą i przyłożoną do ciała A.

11. „Mogłem spojrzeć daleko, gdyż stałem na barkach gigantów” Newton jest twórcą nauki we współczesnym rozumieniu. Stąd wynika, że nie mógł zastać żadnej tradycji naukowej. To, co zastał, to były pierwociny nauki zawarte w pismach Archimedesa, Keplera i Galileusza.

12. Wpływ Newtona na przyszłe pokolenia • Aleksander Pope mówiąc o Newtonie „Przyrodę, prawa jej krył nocy cień. Bóg rzekł: Newtonie bądź i stał się dzień.” wnioskował pewnie że to dzięki Newtonowi oraz dzięki jego osiągnięciom poznamy wszelkie tajemnice jakie drzemie w sobie przyroda. • Powołując się na cytat możemy domyślać się że odkrycie przez Newtona praw zrewolucjonuje świat. • Newton na pewno dostałby nagrodę nobla, gdyż jego prawa po dziś dzień wykorzystuje się w mechanice i architekturze.

13. Dynamika Newtona

14. Doświadczenie I Do doświadczenia potrzebne są: łódka lampa stołowa naczynie z wodą pasek papieru Wykonanie doświadczenia: 2. Jedno z was niech liczy rytmicznie „raz dwa”. Nadajcie łódce niewielką prędkość. Inne z was na każde dwa niech zaznacza flamastrem na papierze kolejne położenia cienia. 3. Obliczcie różnice położeń i wartość średniej prędkości. Zmieńcie prędkość i spróbujcie jeszcze raz. 1. Umieść w ten sposób lampę i pasek papieru, aby maszt łódki rzucał cień na papier

15. Wykonanie doświadczenia I

16. Wnioski Na podstawie Doświadczenia I możemy wywnioskować, że prędkość żaglówki nie zmieniała się co nam mówi że to jest ruch jednostajny prostoliniowy. Jeżeli istniała by siła która by równoważyła siłę wypadkową to ciało pozostawało by w spoczynku tak jak możemy odczytać to z I prawa dynamiki Newtona.

17. I zasada Ciało pozostaje w spoczynku gdyż nie działają na niego żadne siły Ciało pozostaje w spoczynku gdyż działające siły się równoważą F=x F=x 1s 1m

18. Doświadczenie II Do doświadczenia potrzebne są: piłka Wykonanie doświadczenia: 2. Następnie uderz z niewielką siłą w piłkę 1. Umieść piłkę w ten sposób aby dotykała jednocześnie podłogi i ściany

19. Wykonanie doświadczenia II Wykonanie:

20. Wnioski Siły działające na piłkę powodują jej odkształcenie. Działanie siły poznajemy po odkształceniu ciał lub zmianie ruchu ciała. Odkształcenie ciał to statyczny skutek działania siły, a zmiana ruchu to skutek dynamiczny.

21. II zasada F=m*a F – działająca siła m – masa ciała a - przyspieszenie F= 60Kg*3m/s^2 F= 30Kg*3m/s^2

22. Zadanie Maturalne I • Na siłomierzu zawieszono w powietrzu kulę. Wskazania wyniosły 2N. Po zanurzeniu kuli w wodzie wartość wskazanej siły wyniosła 0,8N. Następnie kulę puszczono swobodnie w wodzie. Po pewnym czasie od rozpoczęcia ruchu prędkość opadania osiąga stałą wartość. Wyjaśnij dlaczego tak się dzieje. Oblicz masę kulki oraz wartość siły oporu działających na tę kulkę w czasie ruchu jednostajnego.

23. Rozwiązanie Zadania Maturalnego I • Siła ciężkości • Siła wyporu I zasadadynamiki newtona  siła ciężkości = siła oporu + siła wyporu  Siła oporu =siła ciężkości – siła wyporu Odp. Wraz ze wzrostem prędkości rosną opory ruchu aż do chwili gdy siła wypadkowa sił działających na kulkę będzie równa zero.

24. Doświadczenie III Do doświadczenia potrzebne są: dwa siłomierze dwóch ochotników na rolkach

25. Wykonanie doświadczenia III 40N 40N

26. Wnioski Za każdym razem ciała, które wykonują względem siebie pewne działania (z taką samą siłą) będą na siebie oddziaływać z siłą równą co do wartości lecz o przeciwnym zwrocie. Można by rzec „Nie ma akcji bez reakcji”.

27. III zasada Ciała oddziałują na siebie z taką samą siłą co do wartości lecz część ich energii zostaje zamieniona na ciepło oraz wytrąca się podczas zderzenia 3N F= 3N F=

28. Zadanie Maturalne II • Lokomotywa manewrowa pchnęła wagon o masie 40 ton nadając mu początkową prędkość o wartości 5m/s. Wagon poruszając się ruchem jednostajnym opóźnionym zatrzymał się po upływie 20s. Oblicz wartość siły hamującej wagon.

29. Rozwiązanie Zadania Maturalnego II Wzory naprzyśpieszenie czyli

30. Inne zagadnienia

31. Układ inercjalny i układ nieinercjalny • Układ inercjalny – układ odniesienia, względem którego każde ciało, niepodlegające zewnętrznemu oddziaływaniu z innymi ciałami, porusza się bez przyspieszenia (tzn. ruchem jednostajnym prostoliniowym lub pozostaje w spoczynku) • Nieinercjalny układ odniesienia – układ odniesienia poruszający się ruchem niejednostajnym względem jakiegokolwiek inercjalnego układu odniesienia.

32. Układ inercjalny "Każde ciało trwa w swym stanie spoczynku lub ruchu prostoliniowym i jednostajnym, jeśli siły przyłożone niego nie zmuszają ciała do zmiany tego stanu."

33. Z punktu widzenia obserwatora związanego z wózkiem kulka porusza się z przyspieszeniem, mimo, że nie działają na nią żadne zewnętrzne siły. Układ nieinercjalny • Z punktu widzenia obserwatora związanego ze stołem kulka pozostaje w spoczynku. Wynika to z zasady bezwładności - siły działające na kulkę równoważą się.

34. Zasada zachowania pędu W odosobnionym układzie ciał całkowity pęd układu pozostaje stały Przez układ odosobniony, zwany też układem zamkniętym, rozumiemy zespół ciał, pomiędzy którymi działają tylko siły wewnętrzne, czyli siły akcji i reakcji, o których mówi III zasada dynamiki. Zasada zachowania pędu obowiązuje na przykład przy zderzeniach sprężystych i niesprężystych. Zderzenia doskonale sprężyste – w ich wyniku ciała nie odkształcają się wzajemnie, a ich energia mechaniczna przed zderzeniem i po zderzeniu pozostaje stała. Zderzenia doskonale niesprężyste – w ich wyniku ciała odkształcają się, a część energii mechanicznej zmienia się w chwili zderzenia w energię wewnętrzną. W tym rodzaju zdarzeń nie jest spełniona zasada zachowania energii mechanicznej.

35. Doświadczenie IV Jeżeli, stojąc sobie na bardzo śliskim lodzie i odepchniemy od siebie stojące też na tym lodzie sanki, to uzyskają one pęd w jedna stronę, ale my z kolei też zaczniemy ślizgać się po lodzie w kierunku przeciwnym. Opisany przykład ilustruje tzw. zasadę odrzutu.

36. Inne osiągnięcia Newtona • opisał matematyczne zjawisko pływów morskich • doprowadził do przyjęcia teorii heliocentryzmu w ówczesnych czasach • odkrył grawitacje ziemska • prawo ruchu leżące u podstaw mechaniki klasycznej, • sformułował teorię korpuskularności światła; pierwszy rozszczepił pryzmatem światło, uzyskując barwne widmo • skonstruował teleskop zwierciadlany do obserwacji gwiazd • napisał po łacinie: Matematyczne zasady filozofii przyrody • twórca rachunku różniczkowego i całkowego

37. Wektor • Podczas opisywania wektora należy podać 4 jego własności: • kierunek - prosta na której leży wektor • zwrot - początek i koniec wektora • wartość • punkt przyłożenia Wektorem nazywamy uporządkowaną parę punktów. Pierwszy z nich to początek, drugi - koniec wektora. Odległość między początkiem i końcem wektora nazywamy jego długością. Wektor, którego początkiem i końcem jest ten sam punkt nazywamy wektorem zerowym.

38. Działania na wektorach Przy dodawaniu wektorów stosuje się dwie metody: metodę równoległoboku lub metodę wielokąta. Odejmowanie wektorów a i b sprowadza się do dodania wektorów a i -b, czyli wektora o przeciwnym zwrocie w stosunku do b:

39. Siła tarcia Siły działająca na linkę holowniczą Siła tarcia to siła, która występuje między stykającymi się powierzchniami dwóch ciał. Wartość siły tarcia zależy od rodzaju stykających się powierzchni (od stopnia ich gładkości) oraz od siły nacisku, jaką wywiera jedno ciało na drugie. Siła tarcia nie zależy od wielkości stykających się powierzchni.

40. Siła tarcia podczas ruchu siła samochodu siła tarcia siły oporu (wiatr)

41. Łamigłówka „Koń ciągnie wóz z pewną siłą. Zgodnie z III zasadą dynamiki wóz ciągnie konia z taką samą siłą co do wartości ale przeciwnie skierowaną.” Wyjaśnij dlaczego wóz jedzie.

42. Doświadczenia

43. Doświadczenie V A) Na szczyt równi pochyłej wciągamy za pomocą siłomierza samochodzik. B) Doświadczenie powtarzamy zamieniając wózek klockiem, który dobieramy tak, aby miał taką samą masę jak wózek. F F I h Fs Q Fr Fn Q Siła F, którą działamy na ciało wciągając go na szczyt równi pochyłej, musi zrównoważyć siłę ściągającą FS oraz siłę tarcia FT , która w przypadku klocka jest większa niż w przypadku wózka . Mierzymy siłę F. Również siłomierzem ustalamy ciężar samochodzika Q. Mierzymy wysokość h oraz długość l równi. Wnioski: W obu przypadkach praca włożona jest większa od pracy otrzymanej. Dlaczego? W rzeczywistych warunkach występuje tarcie oraz inne opory i konieczna jest dodatkowa siła do ich pokonania. Widzimy więc, że na pracy nie tylko nie zyskujemy, ale wręcz przegrywamy. Praca włożona jest zawsze większa od pracy otrzymanej.

44. Doświadczenie VI Ukazujące bezwładność Ciał Elementy Potrzebne Do Doświadczenia: Moneta Kartka Papieru Butelka

45. Wnioski z Doświadczenia VI Doświadczenie Doświadczenie W pierwszym przypadku działanie siły było bardziej gwałtowne i moneta, ze względu na swoją bezwładność, nie nadążyła za kartką, dlatego wpadła do środka. W drugim przypadku działanie siły było mniej gwałtowne i moneta, ze względu na równoważność sił , nadążyła za kartką, dlatego nie wpadła do środka.

46. Instrukcja: Przygotuj piłeczkę pingpongową, oraz akwarium z wodą. Następnie włóż kilka razy piłeczkę do akwarium tak aby znajdowała się pod wodą na różnych głębokościach. Zapisz wnioski Wnioski: W zależności od głębokości zanurzenia piłeczki, działająca siła wyporu jest inna. Im głębiej znajduje się piłeczka tym działająca siła wyporu jest większa. Doświadczenie VII

47. Doświadczenie VIII W tym wypadku siła działająca windy na człowieka jest skierowana do góry. Człowiek ma wrażenie unoszenia do góry. F F W tym wypadku siła działająca windy na człowieka jest skierowana w dół. Człowiek ma wrażenie przygniatania do podstawy

48. Podsumowanie Reasumując dokonania Isaac Newtona, można śmiało stwierdzić, że jest on jednym z podstawowych twórców fizyki klasycznej, dzięki której możliwy jest opis prawie wszystkich zjawisk przyrody. Gdyby nie jego odkrycia trudno byłoby sobie wyobrazić dzisiejszy świat, gdyż wszystko co robimy, używamy bazuje na jego zasadach.

49. Bibliografia • KSIĄŻKI: • M. Jenike, Fizyka I, Warszawa 1996 r. • J. Ginter, Fizyka, Warszawa 1996 r. • INTERNET: • http://www.nmspacemuseum.org/halloffame/images/large/kepler.jpg • http://upload.wikimedia.org/wikipedia/Galileo_by_leoni.jpg/200px-Galileo_by_leoni.jpg • http://www.gimnazjum5.stalowawola.pl/mapa/kartezjusz.jpg • http://www.matematyka.net/pictures/newton2.jpg • http://nowyolimp.net/image.php?id=17 • http://www.fizykon.org/images_fiz/dyn_uk3.gif • http://www.superfizyka.za.pl/podstawy.htm

50. ZAKOŃCZENIE Dziękujemy z uwagę 