Первый закон механики. Понятие силы
№ 78
1.В книге «Мир, или трактат о свете» (XVII в.) Рене Декарт писал: «Каждая частица материи в отдельности продолжает находиться в одном и том же состоянии до тех пор, пока столкновение с другими частицами не вынуждает её изменить это состояние».
Согласился ли бы с этим утверждением Аристотель?
2. Почему при резком увеличении скорости автобуса пассажиры отклоняются назад, а при внезапной остановке – вперед?
№ 79
1. В книге «Математические начала натуральной философии» (1687 г.) Исаак Ньютон так сформулировал открытый Галилео Галилеем закон инерции:
«Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние» (1 закон Ньютона)
Докажите, что в 1 законе механики Ньютон вступает в принципиальный спор с механикой Аристотеля.
2. Какое изменение произошло в движении автобуса, если пассажиры вдруг отклонились вправо?
№ 80
1. Декарт писал: «Если частица имеет некоторую величину, она никогда не станет меньшей. Если её не разделят другие частицы; если эта частица кругла или четырехугольна, она никогда не изменит этой фигуры, не будучи вынуждена к тому другими; если она остановилась на каком-нибудь месте, она никогда не двинется отсюда, пока другие её не вытолкнут; и раз уж она начала двигаться, то будет продолжать это движение постоянно до тех пор, пока другие её не остановят или не замедлят её движение».
|
|
|
Сравните это правило Декарта с 1 законом Ньютона. Не кажется ли вам странным, что тело будет само по себе продолжать движение, даже если его ничто не толкает?
2. Произведите такой опыт. Положите на стакан почтовую открытку, а на открытку положите монету. Ударьте по открытке щелчком. Почему открытка отлетает, а монета падает в стакан?
№ 81
1. Эйнштейн пишет: «Основной закон механики Галилея – Ньютона, известный под названием закона инерции, гласит: «Тело, достаточно удаленное от других тел, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения». В этом законе говорится не только о движении тела, но также и о телах отсчета или системах координат, которыми пользуются при механическом описании. Телами отсчета, к которым в хорошем приближении применим закон инерции, являются, очевидно, неподвижные звезды».
Вместе с тем, как видно из текста, Ньютон не вводил в основной закон механики никакого тела отсчета. Точно так же поступил Серёжа Переверзев в своем определении: «Движением я называю преодоление отрезка пути за определенное время». Почему Эйнштейн настаивает на том, что в законе инерции говорится о телах отсчета?
|
|
|
2. Почему капли дождя при резком встряхивании слетают с одежды?
№ 82
1. Декарт писал: «Хотя при движении тела его путь чаще всего представляется в виде кривой линии, тем не менее, каждая из частиц тела в отдельности всегда стремится продолжать его по прямой линии. Это ясно видно, если какая-нибудь из частей колеса случайно отрывается от других. Как только она окажется на свободе, она прекращает своё круговое движение и движется по прямой линии. Выскочив из пращи, камень летит совершенно прямо, но и, находясь в ней, он все время давит на середину пращи и натягивает веревку. Камень постоянно имеет склонность двигаться по прямой линии и по кругу он идёт только по принуждению».
Почему, вопреки Аристотелю, физики и философы XVII века начали считать прямую линию естественной формой «свободного» движения тела?
2. Почему трактор, ведя на буксире автомашину, не должен резко изменять скорость движения?
№ 83
Декарт считал: «Бог – единственный творец всех существующих в мире движений, поскольку они вообще существуют и поскольку они прямолинейны. Однако различные положения материи превращают эти движения в неправильные и криволинейные. Точно так же теологи учат нас, что Бог есть творец всех наших действий, поскольку они существуют и поскольку в них есть нечто хорошее, однако различные наклонности наших воль могут сделать эти действия порочными».
|
|
|
Напишите диалог Аристотеля и Декарта, в котором Аристотель опровергал бы эти рассуждения Декарта об идеальности прямолинейного движения, а Декарт – защищал.
2. Выйдя из воды, собака отряхивается. Почему в этом случае шерсть освобождается от воды?
№ 84
1. Д`Аламбер в книге «Динамика» критиковал понятие скорости: «Говорят, что у одного тела «скорость» в 2 раза больше, чем у другого, вместо того, чтобы сказать, что одно тело проходит за определенное время больший путь, чем другое тело: никто этим не хочет утверждать, будто термин «скорость» представляет некоторую сущность, содержащуюся в теле».
А вы как думаете: является ли скорость тела просто формальным результатом деления проходимого им пути на время, или важнейшим свойством, присущим именно этому телу?
2. С летящего самолета сбрасывают груз. Упадёт ли он на землю под местом бросания? Выполните чертеж, показывающий, как будет двигаться груз относительно Земли. А относительно самолета?
№ 85
1. Аристотель, рассуждая о движении тела, подброшенного вверх, ввел понятие «промежуточной точки тела». Аристотель считал, что в самой верхней точке тело, не двигаясь ни вверх, ни вниз, покоится; но покой должен иметь некоторую длительность, ибо он существует, а все существующее существует во времени.
|
|
|
Галилей, споря с Аристотелем. Полагал, что если тело покоится в верхней точке в течение некоторого конечного интервала времени, то оно будет там покоиться вечно, так как за «время покоя» условия его движения не меняются.
Разыграйте в классе диалог Аристотеля и Галилея и попробуйте разобраться, что же происходит в самой верхней точке подъема тела.
2. Упадет ли над местом бросания мяч, выпущенный из руки, в вагоне равномерно и прямолинейно движущегося поезда? Зависит ли это от скорости поезда?
№ 86
1. Галилей дает такое определение: «Движением равномерным я называю такое, при котором расстояния, проходимые движущимся телом в любые равные промежутки времени, равны между собою».
Далее следует пояснение: «К существовавшему до сего времени определению (которое называло движение равномерным просто при равных расстояниях, проходимых в равные промежутки времени) мы прибавили слово «любые», обозначая тем какие угодно равные промежутки времени, так как возможно, что в некоторые определенные промежутки времени будут пройдены равные расстояния, в то время как в равные же, но меньшие части этих промежутков пройденные расстояния не будут равны».
Не кажется ли вам это добавление странным: разве мы можем проверить расстояния, пройденные в любые равные промежутки времени? Их ведь бесконечно много! Как же мы можем быть уверенным, что движение равномерно?
2. Домик полярников с дрейфующей льдиной за сутки переместился на 5 км, за вторые сутки – ещё на 5 км, за третьи – ещё на 5 км и т.д. Можно ли считать такое движение равномерным?
№ 87
1. Ньютон дал такое определение силы: «Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения».
Нужна ли сила для поддержания равномерного прямолинейного движения тела? Почему?
2. Тело покоится на поверхности стола. Изобразите все силы, действующие на это тело.
№ 88
1. Ньютон писал: «Сила проявляется единственно только в действии и по прекращении действия в теле не остается. Тело продолжает затем удерживать своё новое состояние вследствие одной только инерции. Происхождение приложенной силы может быть различное: от удара, от давления…»
Почему после прекращения действия сила не остается в теле?
2. Сани равномерно перемещают с помощью веревки. Веревка расположена под углом к поверхности земли. Изобразите все силы, действующие на сани.
№ 89
1. Ньютон писал: «Без такой силы Луна не могла бы удерживаться на своей орбите. Если бы эта сила была меньше соответствующей её орбите, то она отклоняла бы луну от прямолинейного пути недостаточно. А если больше, то отклоняла бы её более, чем следует, и приблизила бы её от орбиты к Земле».
О какой силе говорит Ньютон?
2. Капля воды равномерно падает вниз. Изобразите все силы, действующие на каплю.
№ 90
1. И. Бернулли в трактате «Рассуждения о законах передвижения» (1727) писал:
«Весомое тело, поддерживаемое горизонтальным столом, производит непрерывное усилие, чтобы опуститься, и оно действительно опустилось бы, если бы стол не противопоставлял ему препятствие. В каждое мгновение вес сообщает телам, на которые он действует, некоторую бесконечно малую величину скорости, которая тотчас же погашается сопротивлением препятствия. Эти маленькие величины скорости, зарождаясь, погибают и, погибая, возрождаются, и в этой постоянной обратимости, в этом круговороте возникновения и уничтожения и состоит усилие веса, когда он удерживается непреодолимым препятствием».
Согласны ли вы с теорией веса И. Бернулли? Изобразите эту теорию схематически.
2. Книга лежит на столе. Изобразите все силы, действующие на стол.
№ 91
1. Ньютон писал: «До сих пор я изъяснял небесные явления и приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указывал причины самого тяготения... Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю! («Hypotheses non fingo!») Все же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезою, гипотезам же... не место в экспериментальной философии».
Как вы думаете, выведен ли из явлений 1 закон Ньютона, или он является гипотезой?
2. Свинцовый шарик покоится, растягивая пружину. Изобразите все силы, действующие на шарик.
№ 92
1. Ньютон писал: «Главная обязанность натуральной философии – делать заключения из явлений, не измышляя гипотез, и выводить причины из действий до тех пор, пока мы не придем к самой первой причине, конечно, не механической... Почему Солнце и планеты тяготеют друг к другу, хотя между ними нет плотной материи? Почему природа не делает ничего понапрасну и откуда проистекает весь порядок и красота, которые мы видим в мире?.. Был ли построен глаз без понимания оптики, а ухо без знания акустики?.. И если эти вещи столь правильно устроены, не становится ли ясным из явлений, что есть бестелесное существо, живое, разумное, всемогущее, которое в бесконечном пространстве как бы в своем чувствилище, видит все эти вещи вблизи, прозревая их насквозь, и понимает их вполне».
Прокомментируйте это доказательство существования Бога.
2. Шарик катится по наклонной плоскости. Изобразите все силы, действующие на шарик.
№ 93
1. В одном из писем 1692 года Ньютон писал: «Чтобы сотворить эту систему со всеми её движениями, потребовалась причина, сравнивающая количества материи в нескольких телах Солнца и планет и проистекавшие от этого силы тяготения; расстояния планет от Солнца, скорости этих планет. И то, что сравнить и согласовать все это удалось в столь многих телах, свидетельствует, что причина была не слепой или случайной, а весьма искусной в механике и геометрии».
О какой причине здесь идёт речь?
2. Вы узнали много нового о движении. Попробуйте снова предложить собственное определение движения.
| 2. Некоторые предварительные результаты изучения курса «Введение в физику» в Школе диалога культур. Наше рассмотрение возможностей диалогического изучения физики в начальных и подростковых классах подошло к концу. В отличие от построения гуманитарных предметов в Школе диалога культур, где мы имеем подробно разработанные и многократно экспериментально опробованные курсы с первого по одиннадцатый класс, в отношении физики мы пока имеем только определённые пробы. Эти пробы говорят о возможностях построения преподавания физики, очень не похожего на принятое в современной школе. В начальной школе это преподавание может строиться вокруг физических опытов и их свободной интерпретации (учебный диалог в «точках удивления»). В средней школе возможно преподавание физики, ориентированное не только на учебник, но и на обсуждение произведений учёных, в которых осуществлены логически различные подходы к формированию основных физических понятий. В.С.Библер говорит: «Существенно понять как произведение естественно-научный текст...» (например, «Диалоги» и «Беседы» Галилея, «Начала» Ньютона, «Происхождение видов» Дарвина» (Наследие Бахтина…,2005, с.187). Комментируя эту мысль, А.В.Ахутин говорит, что в научной статье, например, в статье «К электродинамике движущихся тел», «…Эйнштейн давал не просто очередную физическую теорию, он передавал читателю сам «орган» её понимания, образец «релятивистского мышления» – качество, свойственное первоисточникам (началам) вообще и эйнштейновским работам в особенности. Изложение теории вместе со способом её понимания, вместе с образом мысли, допускающим такое понимание, и характеризует теоретическое произведение... Теория относительности – это эйнштейновская теория,.. потому что глубочайшим образом связана с особым складом эйнштейновского ума... Теоретическое (объективное) мышление имеет своё начало и обретает своё завершение в уме, в субъекте... Понять теорию я могу, только усвоив такой субъектный... характер мышления... Здесь встречаются не просто теория с теорией, а ум с умом: умение мыслить по-ньютоновски, по-лорецовски, по-эйнштейновски, по-боровски». (там же, с. 205 – 206). Формой такого диалогического преподавания физики в подростковой и старшей школе может быть не только усвоение «теоретических сведений» и решение физических задач, но и совместное (в том числе – вместе с Демокритом, Галилеем, Эйнштейном) построение диалогических понятий физики, написание учебных произведений, в которых подростки пробуют выстраивать своё собственное отношение к изучаемым понятиям. Приведём примеры таких учебных произведений наших семикласников, которые свидетельствуют о том, что подросткам удаётся вступить в глубокие диалоги с авторами физических идей. |
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 198; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!