Законы Ньютона (обобщающий урок)

ЗАКОНЫ НЬЮТОНА (обобщающий урок).

ЦЕЛЬ УРОКА: Систематизировать и обобщить знания учащихся по теме Законы Ньютона. Показать принципы применения этих уроков.

ТИП УРОКА: урок закрепления знаний.

ХОД УРОКА: Сегодняшний урок целиком посвящен великому ученому, гению всех времен и народов – Исааку Ньютону. Однажды он сказал: «Не знаю, чем я могу показаться миру, но самому себе я кажусь мальчиком, играющим у моря, которому удалось найти более красивый камешек, чем другим: но океан неизвестного лежит передо мной». Т. е. по мнению Ньютона, свои законы он открыл Играючи, просто более внимательно отнесся к окружающему миру, полного неизведанного. Поэтому и урок, посвященный законам Ньютона мы сегодня проведем несколько в необычной для Вас форме. Я надеюсь, что он позволит расширить Ваш кругозор, научит видеть изученные на уроках закономерности в природе, поможет объяснить многие механические явления.

Но, для начала, немного истории. Наука механика зародилась в Древней Греции около V века до н.э. Интересно, что эта строгая и точная наука получила свое начало в театре. Греческое слово «мэханэ» первоначально обозначало подъемную машину, которая в театрах поднимала и опускала актеров, изображавших богов. Главная часть механики – динамика – рассматривается уже в сочинениях великого ученого древности Аристотеля, не имевшего себе равных по широте научных изысканий, учителя Александра Македонского.

Аристотель под механическим движением понимал изменение места. Для современных людей существенно направление движения, куда движется предмет. Древних греков же интересовали только начальная и конечные точки движения. Это вызывало некоторую путаницу. Например, как быть с движением по кругу? Ведь здесь нельзя четко назвать отправную и конечную точку, не зная направление движения.

Аристотель различал два вида движения: естественное и насильное. Естественное движение происходило само собой без вмешательство посторонней силы. Насильственное же требовало некоторого «двигателя». Такой двигатель должен быть либо расположен в самом движущемся теле, либо находиться в непосредственном контакте с ним. В нашем понимании естественное движение без приложения сил – это инерциальное движение, движение как бы само собой. Но древние греки здесь имели в виду нечто иное.

Естественное движение, по их мнению, представляло собой стремление тела занять свое «естественное» место в мире. Для тяжелых предметов, например камней, металлических предметов и т.п., таким естественным местом была земля. Для легких же тел (например, огня) естественным местом было небо. Поэтому камень сам по себе падал на землю, вниз, а огонь стремился на небо, вверх. И чтобы изменить это движение – иначе говоря, поднять камень наверх или сбить пламя вниз, нужно было приложить силу.

Что же касается насильственного движения, то, как мы уже говорили, для его возникновения нужна сила. Эта сила была названа Аристотелем ДИНАМИС и определена следующим образом: «ЕСЛИ КАКАЯ-НИБУДЬ СИЛА ПРОДВИГАЕТ КАКОЕ-НИБУДЬ ТЕЛО НА КАКОЕ-НИБУДЬ РАССТОЯНИЕ, ТО ЭТА ЖЕ СИЛА ПРОДВИГАЕТ ВДВОЕ МЕНЬШЕЕ ТЕЛО ИЛИ НА ВДВОЕ ДОЛЬШЕЕ РАССТОЯНИЕ, ИЛИ НА ТО ЖЕ РАССТОЯНИЕ, НО ЗА ВДВОЕ МЕНЬШЕЕ ВРЕМЯ».

Вот с такими представлениями о механике жили наши древнегреческие предки, которые знали эту науку больше, чем другие их современники. К этому времени человек владел целым рядом механизмов.

Конечно же, уже были известны рычаги, водоподъемники, в том числе и архимедов винт, винты, катки для передвижения тяжестей, простейшие станки, гончарный круг с маховиком, мельницы, прялки и др.

Не будем забывать, что в античные времена были сделаны такие постройки, включая египетские пирамиды и другие «чудеса света», которые даже сегодняшней техники дадутся с трудом. Так что в практическом плане с механикой в античном мире было все в порядке. Но теории все же было недостаточно. Основными неразрешенными проблемами были, по большому счету, две: как ведут себя тела, когда на них действуют силы, и как они ведут себя, когда на них силы не действуют? И понадобилось около 2 тысяч лет, чтобы внести хоть какую-то ясность в эти вопросы.

Совершенно нетрадиционно выразился по этому поводу полковник Краус фон Целлергут, герой бессмертного произведения Ярослава Гашека «Похождения бравого солдата Швейка во время мировой войны». Туповатый и болтливый полковник сетовал на автомобиль:

-   Когда весь бензин вышел, автомобиль принужден был остановиться… И после этого еще  болтают об инерции, господа! Ну не смешно ли?

Давайте вместе посмеемся над невежеством полковника, а посмеявшись, задумаемся. Действительно, а как же инерция? Ведь говорят, что разогнанный автомобиль после выключения двигателя движется по инерции. А в учебниках написано, что движение по инерции – равномерное, прямолинейное и конца ему нет. По крайней мере так трактует такое движение первый закон Ньютона. Стало быть, гашевский автомобиль, двигаясь по инерции, ехал бы до сих пор и продолжал бы ехать еще целую вечность. Правда по прямой линии и с постоянной скоростью. Поговорим поподробнее об этом фундаментальном свойстве материи.

Инерция в переводе с латинского означает «покой», «бездействие». Под инерцией, или инертностью, понимают стремление тела сохранить неизменным свое состояние по отношению к инерциальной системе отсчета. То есть если на тело не действуют никакие внешние силы (приложенные со стороны других тел и вообще окружающей среды) или если эти силы уравновешивают друг друга, то тело сохраняют состояния покоя или равномерного прямолинейного движения.

Всем нам знакомы «фокусы», связанные с инерцией. Если резко выдернуть скатерть, то находящиеся на ней предметы не падают. Молоток плотнее насаживается на рукоять, если другим молотком побить по рукоятки первого сзади. Особенно впечатляет опыт, где тяжелый предмет – груз – подвешен на нити, а с него свисает еще одна нить, и по желанию можно порвать любую из них – либо ту, на которой предмет подвешен, либо свисающую. Если резко дернуть за свисающую нить, то инерция груза не даст ему разогнаться и порвется именно свисающая нить. Если тянуть медленно, то к силе тяжести груза прибавится сила, с которой мы тянем вниз, и рвется верхняя нить: инерция в этом случае «помогает» очень мало из-за «статичности» натяжения нити, когда скорость груза меняется очень медленно.

Мерой инертности является его масса. Удивительно, он природа массы пока не выяснена. Проявляется свойство инерции в так называемой инерциальной системе отсчета. Мы с вами говорили, что в первом приближении это неподвижная система. Но ведь ничего абсолютно неподвижного в мире нет – все движется друг относительно друга. Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца. Солнце движется относительно центра Галактики, Галактика разбегается относительно центра мира, и т.д.

Как же тогда быть с инерциальной системой отсчета, в которой справедлив закон инерции? На самом деле инерциальная система отсчета – это всего лишь научная абстракция.

Перенесемся в доньютоновскую эпоху, где над механикой «властвовал» великий Галилей. Наибольшей заслугой Галилея как ученого – механика было то, что он первым заложил основы научной динамики, нанесшей сокрушительный удар по динамике Аристотеля. Галилей назвал динамику «наукой о движении относительно места».

/доклад о биографии Галилея/.

В своей книге «начала философии», вышедшей в свет в 1644 году, Галилей так формулирует закон инерции. Первый закон: «всякая вещь продолжает по возможности пребывать в одном и том же состоянии и изменяет его не иначе как от встречи с другим». Второй закон: «Каждая материальная частица в отдельности стремиться продолжать дальнейшее движение не по кривой, а исключительно по прямой».

ИТАК, движение по инерции – обязательно прямолинейное, равномерное; это движение можно приравнять к покою, изменив инерциальную систему отсчета на такую, которая двигалась бы тоже равномерно и прямолинейно со скоростью нашего движущегося тела.

Итак, Галилей не внес особой ясности в сакраментальные вопросы, которые так и остались не разрешенными с древних времен: как ведут себя тела, когда на них действуют силы, и как они ведут себя, когда на них силы не действуют?

Только великому англичанину Исааку Ньютону удалось привести механический мир в надлежащий порядок.

20 марта 1727 года в возрасте 84 лет скончался гениальный английский ученый Исаак Ньютон. Похороны его состоялись в Лондоне с большой пышностью. По указу короля Георга I его похоронили в усыпальнице королей – Вестминском аббатстве. На памятнике ему можно прочитать такие слова: «Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого». В похоронной процессии приняли участие знатнейшие герцоги, пэры и графы Англии. После похорон Вольтер написал: «Не так давно в одной знатной компании обсуждался избитый и пустой вопрос: кто был величайшим человеком- Цезарь, Александр, Тамерлан или Кромвель? Кто-то сказал, что таким человеком было, без сомненью, Исаак Ньютон. И он был прав, так как мы должны благодарить Ньютона за то, что он овладел нашим разумом не насилием, а силой правды».

Краткий перечень заслуг Ньютона высечен на камне на его могиле:

Здесь покоится

Сэр Исаак Ньютон

Который почти божественной силой своего ума

Впервые объяснил

Помощью своего математического метода

Движение и формы планет,

Пути комет, приливы и отливы океана.

Он первый исследовал разнообразие световых лучей

И проистекающие отсюда особенности цветов,

Каких до того времени никто даже не подозревал.

Прилежный, проницательный и верный истолкователь

Природы, древностей и священного писания,

Он прославил в своем учении Всемогущего Творца.

Требуемую Евангелием простоту он доказал своей Жизнью.

Пусть смертные радуются, что в их среде

Жило такое украшение человеческого рода.

Все поколение ученых до настоящего времени поражала и продолжает поражать величественная и цельная картина мира, которая была создана Ньютоном. /доклад о биографии Ньютона/

Так что же такого замечательного сделал Ньютон в механике? А то, что он открыл и сформулировал свои законы: три закона движения и один  - всемирного тяготения.

Для того, чтобы Вам удобнее было повторять эти законы, воспользуйтесь данными структурно-логическими схемами.

Законы Ньютона Мы повторили, а сейчас напишите, мне небольшой тест. /Взаимоконтроль/.

И в заключении нашего сегодняшнего урока прошу посмотреть небольшой видеоматериал, в котором очень компактно и доступно обобщаются законы Ньютона. После просмотра этого видеоматериала у меня будет к вам только один вопрос: ПРИВЕДИТЕ ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНОВ НЬЮТОНА В ЖИЗНИ, ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ.

Итак, Ньютон понял одну из сокровенных тайн природы и продолжал постигать эти тайны. «Господь Бог изощрен, но не злонамерен! – любил говорить Эйнштейн и даже выгравировал эти слова у себя на камне. Это означает, что при должном старании человек постигает-таки одну за другой тайны Создателя, который не запрещает напрочь ему это делать. И таким человеком, разгадавшим наибольшее число этих тайн, пока, видимо, был и остается Ньютон. А когда его спрашивали, каким образом он мог видеть так далеко в науке, он скромно отвечал: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов!»