Еркін түсу үдеуі «Әлемнің физикалық көрінісі»

Авторы: Алдабергенова Бақытжамал Құламанқызы

Маңғыстау облысы Бейнеу ауданы Атамекен жалпы білім беретін мектебі физика пәні мұғалімі

Сабақтың тақырыбы: Еркін түсу үдеуі «Әлемнің физикалық көрінісі»

Сабақтың мақсаты:

Білімділік: Еркін түсу үдеуін әлемнің физикалық көрінісі ретінде зерттеу.

Дамытушылық: Алынған мәліметтерге жалпы физика курсында бұрын жинақталған білімді қолданып, әр түрлі есептерді құрастырып және шешу

Сабақтың түрі: аралас

Әдісі: баяндау, сұрақ-жауап

Мазмұндама

1.Кіріспе.......................................................................................................3

2.Ашылу тарихы. Галилей тәжірибесі.......................................................4

3.Теория

3.1.Еркін түсу үдеуі әлемнің физикалық көрінісінде…………………......…………………………………….….....….6

3.2. Еркін түсу үдеуінің әр түрлі шамалардан тәуелденуі.........................................................................................................7

4. Еркін түсу үдеуінің әр түрлі есептерде қолданылуы. Мектепшілік курста физика пәнінен қолдану...............................................................11

5. Тұжырым................................................................................................13

6. Қолданған әдебиеттер..........................................................................14

Кіріспе

«Еркін түсу үдеуі» өзектілігі: еркін түсу үдеуі адамның және Жердегі бүкіл тірілшілікте үлкен маңызға ие,өйткені ауырлық күші үстіңгі қабатқа жақын заттарға үнемі әсер етеді.

Мақсаты: Еркін түсу үдеуін әлемнің физикалық көрінісі ретінде зерттеу.

Зерттеу нысаны: Еркін түсу үдеуі.

Зерттеу пәні: Еркін түсу үдеуің әрекеті мен сипаттамасы.

Мақсаты:

- Еркін түсу үдеуің әрекетін қарастыру;

- Кестелік деректерді талдау; жердегі еркін түсу үдеуін түсініп алу және жердің тығыздығы мен массасының тәуелділігін зерттеу;

- Алынған мәліметтерге жалпы физика курсында бұрын жинақталған білімді қолданып, әр түрлі есептерді құрастырып және шешу

Міндеттері:

- Оқушылар мен студенттерді оқыту барысында әзірленген материалдарды пайдалану мүмкіндігі.

Ашылу тарихы. Галилей тәжірибесі

Ежелгі Грецияда механикалық қозғалыстар табиғи және зорлыққа жіктелді. Дененің жерге түсуі табиғи қозғалыс болып саналды.

Ең көне грек философы Аристотельдің (б. з. д. 384-322) ұсынысына сәйкес, дене Жерге тезірек түскен сайын, оның массасы соғұрлым көбейеді. Бұл көрініс қарапайым өмірлік тәжірибенің нәтижесі болып табылады: бақылау, мысалы, алма мен алма жапырақтары әртүрлі жылдамдықпен құлайтынын көрсетті. Ежелгі грек физикасында үдеу ұғымы болмаған.

Бірінші рет шіркеу бекіткен Аристотельдің беделіне қарсы шыққан, ұлы итальяндық ғалым Галилео Галилей (1564 — 1642).

Галилей 1583 ж. Пиза қаласындағы биік көлбеу мұнара үстінен диаметрлерібірдей, ауыр және жеңіл шарларды бір мезгілде тастап, олардың мұнара табанына шамамен бір уақытта келіп түсетініне кез жеткізеді.

Бұл биіктігі 58 метрлік мұнараның құрылысы 1173 ж. басталған болатын. Осы ғимарат сол қисайыңқыраған кезде, 1360 ж. салынып бітті.
Әрине, бұл ғимарат өзінің осы ерекшелігімен қоса, Галилей ашкан заңның арқасында Пиза каласыныңдаңқын бүкіл өлемге ғасырдан-ғасырға паш етіп келеді.

Сөйтіп, ол мұнара төңірегіне жиналған пизандықтарды таңғалдырды. Мұндай тәжірибелерді Галилей пішіндерімен өлшемдері әртүрлі денелермен, олардың түрлі орталарға түсуін бақылай отырып, сан мәрте қайталады. Міне, осылайша өз тұжырымдарының дұрыстығына тәжірибе аркылы көз жеткізе отырып, Галилей ауасыз кеңістікте барлық денелер бірдей уақытта түседі деп үйғарды. Галилей ашқан бұл заңның маңызы өте зор болды. Ол заң материяныңаса маңызды қасиеттерінің бірін бейнелейді, біздің Ғалам құрылымының көптеген ерекшеліктерін үғынуға және оны түсіндіруге мүмкіндік береді. Сонымен бірге Галилей идеялары Ньютон механикасының негізі болатын іргетас іспеттес.

Алайда Галилей өз ұйғарымын денелерді ауасыз кеңістікте түсіріп тексере алмады. Өйткені Галилей өмір сүрген XVII ғасырда ауа соратын арнайы қүралдар, сорғылар әлі жоқ еді. Оны тек 80 жыл өткеннен соң И.Ньютон жүзеге асырды. Ол жүргізген тәжірибе Галилей гипотезасының дүрыс екенін дәлелдеді. Ньютон жасаған тәжірибенің мәнісі мынада. Ұзындығы 1 метрдей шыны түтікке корғасын кесегі (бытыра), ағашқабығынан жасалған тығын және кұстың қауырсыны салынады. Түтікті тез төңкерген кезде ішіндегі 20 денелер түтіктің түбіне әртүрлі уақытта жетеді: әуелі бытыра, сосын тығын, ең соңында қауырсын түседі.

Ал егер түтік ішіндегі ауаны сорып шығаратын болса, онда денелер бір мезгілде түседі. Осындай ортаның кедергісі болмаган кездегі денелердің тусуі - еркін тусу деп аталады.

Еркін түсу үдеуі g әрпімен белгіленеді. Еркін түсу үдеуінің векторы g әрдайым төмен карай бағытталады. Еркін түсу кезінде барлык денелер жер бетіне жақындаған сайын тепе-тең қозғалады. Демек, денелердің еркін түсуі тепе-теңдік қозғалыстың тамаша мысалы бола алады. Мысалы, егер күлап келе жатқан шарды әртүрлі уақыт аралығы өткен сайын арнайы құрал аркылы суретке түсіріп алып отырса, онда шардыңкөршілес орындарының арақашықтықтары бойынша қозғалыстың шын мәнінде теп-тең екенін анықтауға мүмкіндік туады. Осы аралықтарды өлшей отырып, еркін түсу үдеуінің сандық мәнін де есептеп шығаруға болады. Неғұрлым дәл есептеулер еркін түсу үдеуінің сандық мәні Жер шарының әртүрлі нүктесінде аздап өзгеше болатынын көрсетеді.

Мысалы, жергілікті жердегі ендікке байланысты ол былай өзгереді:

0° —9,78049м/с²;

60° —9,81924 м/с²;

90° — 9,83221 м/с².

Демек, еркін түсу үдеуі полюстерде үлкен болып, ал экваторға жақындаған сайын азаятыны байқалады.

Еркін түсу үдеуі әлемнің физикалық көрінісінде

Еркін түсу үдеуіg — ғаламшардың немесе басқа астрономиялық дененің қайтарымсыз кеңістікте-вакуумда тартылу әсерімен дененің хабарланатын үдеуі.

Еркін түсу үдеуінің векторы символмен белгіленеді, ол тік төмен бағыттаған. Жер шарының әр түрлі нүктелерінде географиялық ендік пен теңіз деңгейінен биіктікке байланысты g сандық мәні экватордағы 9,83 м/с²-ден 9,78 м/с²-ге дейін полюстерде шамамен 9,83 м/с²-ге дейін өзгеріп, бірдей емес болып табылады.

Мәскеу ені g = 9,81523 м/с². Егер есептерде жоғары дәлдік талап етілмесе, онда жер бетіндегі g сандық мәні 9,8 м/с² немесе тіпті 10 м/с² тең деп қабылданады. Еркін құлаудың қарапайым үлгісі - бастапқы жылдамдығы жоқ кейбір h биіктігінен дененің құлауы. Еркін құлдырау тұрақты үдеумен тік сызықты қозғалыс болып табылады. Егер OY координаттық осьін тік жоғары бағыттап, координаталардың басталуын жер бетіне үйлесімді етсек, онда бастапқы жылдамдықсыз еркін құлауды талдау үшін мына формуланы пайдалануға болады: һ₀ = 0, y₀ = h, a = –g. Егер дененің нүктесі құлағанда координатасымен y < h болса, онда s дененің жылжуы s = y – h < 0 тең. Бұның мәні теріс, өйткені дене құлағанда таңдалған OY осінің оң бағытына қарай жылжыды. Нәтижесінде біз:

υ  =  –gt.

Жылдамдық теріс, өйткені жылдамдық векторы төмен бағытталған.

.

Дененің жерге түсу уақыты t_п y = 0 шарттан табылды:

.

Кезкелгеннүктедегіденежылдамдығы:

.

у=0 болған жағдайда жерге түсу жылдамдығы

тең.

Еркін түсу үдеуінің әр түрлі шамалардан

Жер бетіндегі бос түсудің нақты үдеуі ендікке байланысты және экватордағы 9,780 м/с²-ден 9,832 м/с²-ге дейін полюстерде өзгереді. Ол эмпирикалық формула бойынша есептелуі мүмкін:

g= 9,780327 [1+0,0053024sin²() – 0,0000058 sin(2)] – 3,086 ·10^-6 h

мұндағы φ - қарастырылып отырған жердің ені, h - теңіз деңгейінен биіктігі.

Еркін түсу үдеуі екі қосындылардан тұрады: гравитациялық жеделдету және орталық жылдамдату. Планетаның бетіндегі гравитациялық үдеудің шамасын планетаны М нүктелік массасы арқылы ұсынуға және оның радиусы R қашықтықтағы гравитациялық үдеуді есептеуге болады:

,

мұндағы G - гравитациялық тұрақты (6,6742×10^-11 м³с^-2кг^-1).

Егер осы формуланы Жер бетіндегі гравитациялық үдеуді есептеу үшін қолдансақ, аламыз

м/с²

Алынған мән ауырлық күшінің үдеуімен сәйкес келеді. Келесі айырмашылықтар:

• айналмалы Жермен байланысты тірек шеңберіндегі центрипеталды үдеу;

• формуланың дәл еместігі, планетаның массасы көлемге бөлінгендіктен, оның үстіне сфералық емес формасы болады;

• гравитациялық аномалиялар арқылы пайдалы қазбаларды іздеуде қолданылатын жердің гетерогенділігі.

51 кесте. Еркін түсу үдеуінің теңіз деңгейінен жоғары биіктікте.

5 2 кесте. Еркін түсу үдеінің әр түрлі жердің орындарына түсуі.

Еркін түсу үдеуі Жердің әртүрлі тереңдіктердегі тығыздығына да байланысты.Жер қыртысы мен мантияның шекарасында, мантия мен ядроның шекарасында жердің ішкі заттарының тығыздығы күрт өзгереді.

К естеде Жердің ішкі қабаттарының тығыздығының жуық мәндері көрсетілген:

Графикте жердегі зат тығыздығының тереңдікке тәуелділігі көрсетілген:

338 кесте. Жердің ішіндегі еркін түсу үдеуі.

Графикте гравитациялық үдеудің тереңдікке тәуелділігін көрсетеді:

Еркін түсу үдеуінің әр түрлі есептерде қолданылуы. Мектепшілік курста физика пәнінен қолдану

1 есеп.

Г. Галилей, еркін құлау заңдылықтарын зерттей отырып (1589 ж.), Пиза қаласындағы көлбеу мұнарадан әртүрлі заттарды бастапқы жылдамдықсыз лақтырды, оның биіктігі 57,5 М. осы мұнарадан заттар қанша уақыт түсті және жерге соққы кезінде олардың жылдамдығы қандай?

Берілгені: N = 57,5 м.

Табыңыз: t, v - ?

Шешімі:

Жауабы:

2 есеп.

Берілгені: h = 6 м.

Табыңыз: t, v - ?

Шешімі:

Жауабы: ;

3 есеп.

Берілгені: v = 200 м/c, g = -10 м/c².

Табыңыз: h_max - ?

Шешімі:

Жауабы:

Тұжырым

Жоба «Еркін түсу үдеуі» тақырыбы бойынша орындалды.

Бұл жобада «Әлемнің физикалық бейнесі» пәні бойынша зерттеу Еркін түсу үдеуі тақырыбы болып табылады. Жобаның мақсаты Еркін түсу үдеуін және оның Жер параметрлеріне тәуелділігін зерттеу болды.

Жоба бойынша жұмыс барысында жердің әртүрлі орындарында, әртүрлі биіктіктерде және тереңдіктерде Еркін түсу үдеуінің шамалары туралы кестелік мәліметтер талданды. Сонымен, жоғарыда айтылғандарға сүйене отырып, Еркін түсу үдеуі тек жер бетіндегі ендікке және биіктікке ғана емес, сонымен бірге тереңдікке, яғни Жердің орталығынан қашықтыққа, және Жердің ішкі қабаттарының тығыздығына байланысты болатындығын дәлелдедік.

Оқушыларда әлемнің физикалық көрінісі туралы дұрыс түсінік қалыптастыру үшін мектеп физика курсында осы тақырыпты оқып-үйрену кезінде осыны ескеру қажет.

Жобаны дайындау барысында жоспарлау, материалды іздеу және оны өңдеу, графиктер құру жолымен кестелік деректерден ақпарат алу сияқты дағдылар алынды.

Қолданған әдебиеттер

1. Енохович А.С. - Справочник по физике - 2-е издание, переработанное и дополненное, - Москва: Просвещение, 1990 г. - 384 с.

2. Кузмичева А.Е, Полежаева Г.В.- Физическая картина мира. Уральск,2012

3. Физика және астрономия: Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық. Өңд., толыкт. 2-бас. / Р. Башарұлы, Д. Қазақбаева, У. Токбергенова, Н. Бекбасар. — Алматы: "Мектеп" баспасы, 2009. — 240 бет, суретті.

4. Уикипедия