"Салмақсыздық. Жердің жасанды серiктерінің қозғалысы." 9 сынып

Физика

9^а сынып                                

Күні:

Сабақтың тақырыбы: Салмақсыздық. Жердің жасанды серiктерінің қозғалысы.

Сабақтың мақсаты:

1.     Білімділік мақсаты: Оқушыға жасанды серіктердің қозғалысымен, дененің салмағы, салмақсыздықпен таныстырып солар жайлы түсінік қалыптастыру.

2.     Дамытушылық мақсаты: Оқушылардың білім деңгейін және білім мазмұнының тұрақтылығы мен оны игерудегі іскерлік пен дағдыны бақылау.

3.     Тәрбиелік мақсаты: Адамгершілікке, ұқыптылыққа, алғырлыққа баулу.

Сабақтың түрі:жаңа сабақ

Сабақтың әдіс-тәсілдері:  Әңгіме, дискуссия, кітаппен жұмыс.

Сабақтың барысы:

І.  Ұйымдастыру кезеңі: 

1. Сәлемдесу;

2 Оқушылардың сабаққа дайындығын тексеру (жұмыс орны, отырыстары, сыртқы түрлері);

ІІ.  Үй тапсырмасын тексеру, қайталау.

1.     Ауырлық күші деп қандай күшті айтады?

2.     Еркін түсу үдеуі қандай шамаға тәуелді?

3.     Денелердің еркін түсуі қандай қозғалыс түріне жатады?

ІІІ.Жаңа материалды меңгерту:

Жасанды серіктердің қозғалысы. Ньютон жұмыстарында денелердің парабола бойымен құлауынан Жерді айнала орбиталық қозғалысына қалай өтуге болатынын кµрсететін керемет сурет бар. “Жерге лақтырылған тас ауырлық күші әсерінен түзу сызықты жолынан ауытқып, қисық сызық жасай Жерге құлайды. Егер тасты көбірек жылдамдықпен лақтырса, ол алысырақ құлайды” – деп жазды Ньютон. Осы ойды жалғастырып, егер тасты биік тау басынан үлкен жылдамдықпен лақтырса, онда оның траекториясы ол тас Жерге ешқашан да құламайтындай өзгеруі мүмкін. Осылай тас Жердің жасанды серігіне айналады деп тұжырымдауға болады. Денені Жердің жасанды серігіне айналдыру үшін, Жер бетіне денеге берілетін ең аз жылдамдықты бірінші космостық жылдамдық деп атайды.

Жасанды серікті қажетті биіктікке кµтеріп, горизонталь бағытта жеткілікті жылдамдық беру үшін зымырандар қолданылады. Одан кейін серік тасымалдаушы зымыраннан ажырап, әрі қарай Жердің гравитациялық өрісі әсерімен қозғалады (Айдың, Күннің жєне басқа планеталар єсерін бұл жерде елемейміз). Осы өрістің серікке беретін үдеуі – g –еркін түсу үдеуі болып табылады. Екінші жағынан серік шеңберлі орбитамен қозғалғандықтан бұл – центрге тартқыш үдеу. Сондықтан бұл үдеу серік жылдамдығының квадратының орбита радиуысына қатынасына тең.  Сонымен, бұдан  =  gr .  Бұған (43.1)-өрнекті қойып, алатынымыз: Біз серіктің орбиталық жылдамдығының формуласын алдық. Бұл жылдамдыққа радиусы r шеңберлік орбитамен Жер бетінен h биіктiкте қозғалатын серік ие болады.  Бірінші космостық v₁ жылдамдықты табу үшін, серікті Жер бетіне жақын биіктікте, демек h << R_ж жєне r ≈ R_ж болады деп есептеу керек. Осыны (45.1) формулада ескерсек, мынаны аламыз:

Осы формулаға сан мєндерді қойып, мынадай нєтиже аламыз:  v₁ = 7900 м/с = 7,9 км/с.

Денеге осындай жоғары жылдамдық беру алғаш 1957 ж. КСРО-да С. П. Королев басшылығымен әлемде бірінші Жердің жасанды серігі (қысқаша ЖЖС) ұшырылғанда мүмкін болды. Бұл серіктің ұшырылуы (108-сурет) зымыран техникасы, электроника, автоматты басқару, есептеу техникасы, сияқты салалардың кµрнекті жетістігі. 1958 ж. орбитаға бірінші америка серігі “Эксплорер-1” шығарылды, ол кейінірек, 60-жж. Франция, Австралия, Жапония, КХР, ¦лыбритания жєне т.б. елдерде ЖЖС – тер ұшыра бастады. Кµптеген серіктер америкалық тасымалдағыш зымырандарымен ұшырылады.

Қазіргі кезде жасанды серіктерді ұшыру үйреншікті іске айналды. Ғарышты зерттеулерді халықаралық деңгейде берілсе жүргізу үрдіске айналып отыр. Әр түрлі елдерде ұшырылатын жасанды серіктерді негізгі екі класқа бµлуге болады:

1. Ғылыми-зерттеуге арналған жасанды серіктер . Олар Жерді планета ретінде, оның жоғарғы атмосферасын, Жер айналасындағы ғарыштық кеңістікті, К‰нді, ж±лдыздарды жєне олардың арасындағы кеңістікті зерттеуге арналған.

2. Қолданбалы серіктер . Олар жердегі халық шарушылығына қызмет етеді. Б±ларға байланыс, Жердің табиғи байлығын зерттейтін, метеорологиялық, навигациялық, єскери жєне т.б. серіктер жатады.

Адамдар ±шуға арналған серіктерге басқарылатын корабль-серіктер жєне орбиталық станциялар жатады.

Жер орбитасын ж±мыс істейтін серіктерден басқа қосалқы объектілер де айналып ж‰реді. Оларға тасымалдаушы зымырандардың соңғы сатылары, сияқты серіктер орбитаға шыққанда бµлініп қалатын бµлшектер жатады. Жерге жақын кеңістітегі ауа кедергісі µте кµп болғандықтан серіктер µте тµмен ±шырылмайды. Мысалы 160 км биіктікте серік тек бір айналым жасап қалың атмосфера қабаттарында жанып кетеді. Осындай себептен Жердің жасанды бірінші серігі 228 км биіктікте орбитаға шығарылып, ‰ш айдан кейін жанып кеткен.Биіктік артқан сайын атмосфера кедергісі азайып, h >300 км болғанда еленбейтіндей аз болады. Егер жасанды серікті бірінші ғарыштық жылдамдықтан кµп жылдамдықпен ±шыраса ие болады? – деген с±рақ туады. Егер аз ғана артық болса, онда дене Жердің жасанды серігі болып қалады, бірақ шеңберлік емес эллипстік орбитамен қозғалады. Жылдамдық, артқан сайын серік орбитасы “‰зіліп” кетіп т±йықталмаған (параболалық) траекторияға айналғанша созыла береді (109-сурет).

Дене Жерді тастап т±йықталмаған траекториямен қозғалуы ‰шін оған Жер бетіне берілетін жылдамдықты екінші ғарыштық жылдамдық деп атайды. Екінші ғарыштық жылдамдық біріншіден √2 есе кµп: v 2  =  2   v 1  =  2G M З R З  = 11,2 км/с.

М±ндай жылдамдыққа ие дене Жердің серігі болады. К‰ннің тарту аймағынан шығып К‰н ж‰йесінен кету ‰шін денеге ‰шінші ғарыштық жылдамдық беру керек. ‡шінші ғарыштық жылдамдық 16,7 км/с тең. Осындай жылдамдыққа ие болған автоматты планеталық “Пионер-10” (АҚШ) станциясы 1983 ж. адам тарихында алғаш болып К‰н ж‰йесінен шығып кетті. Қазір Барнад ж±лдызы бағытында ±шып барады.

Асқын салмақ жєне салмақсыздық

“…Менің жанарым сағатқа тоқтады. Стрелкалар Москва уақытымен 9 сағат 7 минутты кµрсетіп т±рды. Мен алғашында ысқырған дыбыс, одан кейін ‰деген гуіл естідім, алып зымыран т‰гелдей дірілдеп ақырын старттық қондырғыдан бµлінгенін сездім… Зымыранның қуатты қозғалтқыштары µткен шақтың ±лы істерімен салыстырғанда тебіреністі де єсем єуен салғандай болды…” Алғашқы ғарышкер Юрий Алексеевич Гагарин (1934–1968) µзінің ғарышқа алғашқы сапарын осылай суреттеді. Ғарыш кемесіндегі адам не сезінуі м‰мкін?  Зымыран қозғалтқышы қосылып, тасымалдаушы зымыран қозғала бастағанда ғарыш кемесіндегі массасы m адамға екі к‰ш: mg -ауырлық к‰ші жєне тіректің реакция к‰ші N єсер етеді. Зымыранның ‰деуі a жоғары бағытталғандықтан тірек реакция к‰ші кµбірек болады: N > mg . Олардың тең әсерлі күші F = N – mg Ньютонның екінші заңы бойынша массаның ‰деуге кµбейтіндісіне тең: N – mg = ma, б±дан: N = mg + ma.

Ғарышкердің салмағы P , Ньютонның ‰шінші заңына сєйкес N реакция к‰шіне тең, сондықтан:P = mg + ma = m (g + a). Зымыран қозғалғанға дейін ғарыш салмағы mg -ауырлық к‰шіне тең болған. Енді, соңғы теңдіктен, оның салмағы ±лғайып, ауырлық к‰шінен ma -шамаға артқанын байқаймыз. Дененің салмағы оның ауырлық к‰шінен артуын асқын салмақ деп атаймыз. “Орасан зор бір к‰ш мені креслоға қатты батырғанын сездім. Крсело менің денеме ауыр салмақтың єсерін азайтатындай орналасқанымен, аяқ-қолымды қимылдата алмадым” — деп есіне т‰сірді Гагарин. Асқын салмақ кезінде б‰кіл дене тірекке кµбірек к‰ш т‰сіріп қоймай, ол дененің жеке бµліктері де бір-бірін қаттырақ сығады. Асқын салмақ негізінде адамның дем алуы, ж‰рек қызметі нашарлайды, қан айналымы жєне адам басына қанның қ±йылуы мен шығуы б±зылады. Сондықтан асқын салмаққа тек жақсы жаттыққан адамдар шыдай алады. Асқын салмақ сан мєнін а/ g -қ атынасымен сипаттайды. Б±л қатынас n -єрпімен белгіленіп асқын салмақ коэффициенті деп аталады. а= ng болғандағы n - еселік асқын салмақтықта, адам салмағы (кез-келген басқа да дене ‰шін) 1 + n есе артады. Асқын салмақ єсері неғ±рлым қысқа уақытта болса, адам соғ±рлым кµп асқын салмақтықты кµтере алады. Адам тік т±рған жағдайда 3 с ішінде 8 g -дан, 12–15 с ішінде 5 g -ға дейінгі асқын салмақты жақсы кµтереді. Қас қағым сєтте, шамамен 0,1 с-тан аз уақыт ішінде адамның жиырма еседен де кµп асқын салмақтықты кµтеруге м‰мкіндігі бар. Ғарыш кемесі Жер орбитасына шыққан соң қозғалтқыштар µшіріледі. Б±л кезде кеменің ‰деуі еркін түсу ‰деуіне тең болатынын a = g білеміз. Кеме ішіндегі ғарышкердің де ‰деуі осындай болады. Б±л ‰деу тµмен қарай, Жер центріне бағытталған. Сондықтан ғарышкерге єсер етуші N жєне mg к‰штерінің ішінде ауырлық к‰шінің єсері єлдеқайда кµп. Екі к‰штің тең єсерлісі F = mg — N , Ньютонның екінші заңы бойынша ғарышкер массасы мен ‰деуінің кµбейтіндісіне, демек mg – ға тең. Сондықтан: mg – N = mg, б ±дан: N = 0. Б±л тіректің ғарышкерге ешқандай єсер жоқтығын кµрсетеді. Б±л жағдай Ньютонның ‰шінші заңы бойынша ғарышкер де тірекке ешқандай єсер етпегенде, демек оның салмағы нµлге тең болғанда орындалады.  Салмағы нµлге тең болатын дене к‰йін салмақсыздық деп атайды. Салмақсыздық массаның емес салмақтың жоқтығын білдіретінін еске сақтау абзал. Салмақсыздық к‰йіндегі дененің массасы б±рынғыдай болып қала береді. Салмақсыздық к‰йінде барлық денелер жєне олардың жеке бµліктері бір-біріне қысым жасамайды. Ғарышкер µз салмағын сезінбейді, оның қолынан шыққан зат ешқайда қ±ламайды; ал маятник ығысқан к‰йінде қала береді; еден мен шаңырақтың айырмасы болмайды. Осы қ±былыстардың бєрін гравитациялық µрістің кеме ішіндегі барлық денелерге бірдей ‰деу беретіндігімен т‰сіндіруге болады. Сондықтан да ғарышкер тастаған зат (оған жылдамдық берілмегенде) ешқайда қ±ламайды. Себебі ол зат кеменің бір қабырғасына “жетуге” немесе одан “қалуға” м‰мкіндігі жоқ, яғни денелер де қабырғалар да бірдей ‰деумен қозғалады. Орбитада ±шу кезіндегі салмақсыздық к‰й адам ағзасына ерекше кері єсер етеді. Салмақсыз к‰йі ағзаның кµптеген функцияларына елеулі єсер етеді: б±лшық еттер мен с‰йектер єлсірейді, ағзадағы су мµлшері азаяды жєне т.б. Бірақ салмақсыздықтан болған б±л µзгерістер қайтымды. Емдік дене шынықтыру жєне дєрі-дєрмектер кµмегімен ағза функциясын қайта қалпына келтіруге болады. Орбиталық ғарыш кемесінде салмақсыздық к‰йінде тек ғарышкер ғана емес, кез-келген еркін түскен (айналусыз) дене де болады. Осындай к‰йді сезіну ‰шін жєй ғана секіру жеткілікті. Жедел кµтерілу сєті мен қону сєті аралығында сіз де салмақсыз бола аласыз! Ғарышкерлерді ±шуға дайындағанда салмақсыздық к‰йін арнайы ±шақ зертханаларда жасайды. ¦шақта салмақсыздық к‰йін жасау ‰шін оны парабола бойымен ‰деуі еркін қ±лау ‰деуіне тең болатындай жылдамдықпен ±шыру керек. ¦шақ парабола бойымен жоғары, одан кейін тµмен қарай ±шқанда, оның ішіндегі жолаушылар салмақсыз болады.

ІV. Оқытылып отырған оқу материалын бекіту.

13-жаттығу(1,2,3)

V.Бағалау.

VI. Үй тапсырмасын беру: §17-18 оқып келу

VIІ.Қорытындылау.

Сау болыңыздар.