Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Лекция 9. Сила тяжести. Первая космическая скорость

Цель занятия: научить студентов рассчитывать первую космическую скорость и орбитальную скорость спутников. Рассказать об этапах развития космонавтики

Тип занятия: комбинированное занятие

План занятия

Контроль знаний	Самостоятельная работа «Закон всемирного тяготения. Сила тяжести, вес и невесомость»
Демонстрации	1. Видео-фрагмент «Движение искусственных спутников Земли». 2. Слайды и видео-фрагменты о развитии космонавтики
Изучение нового материала	1. Первая и вторая космические скорости. 2. Расчет орбитальной скорости спутников. 3. Некоторые этапы развития космонавтики. 4. Вклад украинских ученых в развитие космонавтики
Закрепление изученного материала	1. Тренируемся решать задачи. 2. Контрольные вопросы

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Первая и вторая космические скорости

Искусственные спутники Земли - космические летательные аппараты, выведенные на околоземные орбиты. Они предназначаются для решения различных научных и прикладных задач.

4 октября 1957 г. у нашей планеты появился первый спутник, сделанный руками человека. Началась новая - космическая эра человечества. За первым спутником последовали второй, третий; сегодня орбитам летают уже тысячи искусственных тел.

Спутники используются для научных исследований. Информация, которая подается со спутников, способствует облегчению решения различных народнохозяйственных задач. Они позволили человеку впервые посмотреть на свою планету со стороны. И первыми эту возможность по достоинству оценили метеорологи. Теперь только часы нужны им для того, чтобы получить представление о ходе процессов, определяющих погоду на всем земном шаре.

С помощью ИСЗ впервые были измерены плотность верхней атмосферы (по изменениям орбиты), исследованы особенности распространения радиосигналов в ионосфере, проверены теоретические расчеты и основные технические решения, связанные с выведением ИСЗ на орбиту.

Искусственные спутники летают обычно на высоте 150-200 км. На этих высотах атмосфера уже не оказывает заметного сопротивления движению. Максимальная высота полета может быть значительно большей и нередко достигает десятков и даже сотен тысяч километров.

В одной из своих книг Ньютон предлагал представить себе, что на очень высокой горе установили огромную пушку и палят из нее в горизонтальном направлении. Чем больше скорость снаряда, тем дальше он полетит. И если скорость снаряда будет достаточно большим, он облетит всю Землю по круговой орбите, то есть станет искусственным спутником.

Скорость, которую нужно придать спутнику, чтобы он двигался околоземной орбитой (на меньшей высоте, по сравнению с радиусом Земли), называют первой космической скоростью.

Вычислим эту скорость. Вблизи поверхности Земли на спутник действует сила тяжести F= mg, где m - масса спутника. Эта сила придает спутнику ускорение поскольку радиус орбиты можно считать примерно одинаковым с радиусом Земли. Согласно второму закону Ньютона, F = mадоц, поэтому: Отсюда следует, что первая космическая скорость равна:

Имея первую космическую скорость, тело не упадет на Землю, но эта скорость маловата для того, чтобы отдалить тело на такое расстояние, когда притяжение Земли перестанет играть существенную роль.

Чтобы тело смогло покинуть Землю и превратиться в искусственную планету - спутник Солнца, ему следует предоставить так называемой второй космической скорости.

Она равна: С такой скоростью тело выходит за пределы земного притяжения.

Вторая космическая скорость впервые была достигнута во время запуска первой ракеты в сторону Луны 2 января 1959 г.

Третья космическая скорость - это скорость, необходимая для того, чтобы тело могло покинуть пределы Солнечной системы и отправиться в Галактику.

2. Расчет орбитальной скорости спутников

Рассчитаем орбитальную скорость спутника во время движения по круговой орбите на высоте h над Землей.

С одной стороны, на спутник действует сила:

С другой стороны, согласно второму закону Ньютона:

F = mа_ц

откуда:

Отсюда следует, что спутник движется по круговой орбите на высоте h над поверхностью Земли со скоростью:

Следует отметить, что скорость спутника уменьшается с высотой: на высоких орбитах она меньше, чем на низких.

3. Некоторые этапы развития космонавтики

04.10.1957 p.: выведен на околоземную орбиту первый в мире искусственный спутник Земли. Этот старт ознаменовал начало космической эры в истории человечества.

03.11.1957 p.: был запущен второй советский ИСЗ - первый в мире искусственный спутник Земли с живым существом. На его борту находился собака Лайка.

15.05.1958 p.: третий советский ИСЗ был первым в мире спутником для проведения научных исследований.

02.01.1959 p.: ракета-носитель «Восток» вывела на траекторию полета к луне советскую автоматическую межпланетную станцию «Луна-1» прошла на расстоянии 6 000 км от поверхности Луны и вышла на гелиоцентрическую орбиту. Она стала первым в мире искусственным спутником Солнца.

12.09.1959 p.: к луне стартовала АМС «Луна-2» впервые в мире достигла поверхности Луны.

19.08.1960 p.: был запущен космический корабль «Восток» с собаками Белкой и Стрелкой на борту, которые успешно вернулись на Землю.

12.04.1961 p.: впервые на околоземную орбиту был выведен космический корабль «Восток» с космонавтом Ю. О. Гагариным на борту.

06.08.1961 p.: начался полет космического корабля «Восток-2» с космонавтом Г. С. Титовым на борту. Полет продолжался 1 сутки 1 час 18 минут.

12.10.1964 p.: первый в мире полет многоместного космического корабля. Космонавты В. Комаров, К. Феоктистов, Б. Егоров впервые в мире совершили полет без скафандров.

18.03.1965 p.: космонавт О. Леонов впервые вышел в открытый Космос.

12.11.1965 p.: была выведена на траекторию полета к Венере станцию «Венера-2». Она пролетела на расстоянии 24 000 км от Венеры.

03.02.1966 p.: автоматическая станция «Луна-9» первой в мире совершила мягкую посадку на поверхности Луны, после чего передал панорамное изображение поверхности Луны.

21.07.1969 p.: первым человеком, ступившим на поверхность Луны, стал американец Нил Армстронг (21 июля 1969 p.). Месяц - также единственное небесное тело, образцы почвы которого были доставлены на Землю.

02.12.1971 p.: спускаемый аппарат автоматической межпланетной станции «Марс-3» совершил мягкую посадку на поверхность Марса. За 1,5 мин. после посадки станция начала работать и передавать на Землю видеосигнал.

Со времени первых космических полетов ракеты, стартующие сейчас в космос, значительно усовершенствованы. Сегодня на околоземные орбиты с их помощью выводятся и большие космические станции, и сотни искусственных спутников.

Каждый из искусственных спутников - это вынесенный за пределы Земли инструмент познания окружающего мира. Научные спутники можно назвать своеобразными полигонами для проверки новых идей и конструкций и получения уникальной информации, которую никаким другим способом не добыть. В середине 1980-х pp. NASAприняла программу создания четырех астрономических обсерваторий, размещаемых в космосе. С определенными задержками, но все четыре телескопы были запущены на орбиту. Первым начал свою работу «ХАББЛ» (1990), предназначенный для исследования Вселенной в видимом диапазоне длин волн, за ним последовал «КОМПТОН» (1991), который изучал космическое пространство с помощью гамма-лучей, третьим был «ЧАНДРА» (1999), который использует рентгеновские лучи, а завершил эту большую программу «СПИТЦЕР» (2003), на долю которого пришелся инфракрасный диапазон. Все четыре обсерватории были названы в честь выдающихся американских ученых.

4. Вклад украинских ученых в развитие космонавтики

В развитие космических программ был сделан большой вклад украинскими специалистами. Значительный вклад в разработку теории космических полетов сделал украинский ученый Ю. В. Кондратюк (А. Ы. Шаргей).

Родился Ю. В. Кондратюк 21 июня 1897 г. в Полтаве.

В 1929 г. вышла в свет его книга «Завоевание межпланетных пространств», в которой ученый разработал теорию промежуточных станций (ракетных баз) в виде спутников планет, рассчитал траектории экономического взлета с Земли, впервые предложил использовать как топливо для ракетных двигателей некоторые металлы, например, магний, литий, алюминий и др.; разработал первый вариант экспедиции на Луну через окололунную орбиту.

Расчеты Юрия Кондратюка были использованы американцами для создания лунной программы и высадки на Луне, предложенная ученым траектория полета названа «трассой Кондратюка».

Юрий Кондратюк погиб смертью храбрых во время войны.

За свою жизнь этот гениальный человек не успела получить ни признания, ни наград у себя на Родине. Он первый, кто предложил творить станцию - спутник Луны. Именно его идеей воспользовались для осуществления первых полетов астронавтов на луну американцы. На космодроме мыса Канаверал благодарны американцы воздвигли ему памятник. Возможно, когда-нибудь это сделают и в Украине. А пока что именем Ю. Кондратюка названы трасса, которой первый человек летела для высадки на Луне и кратер на обратной стороне Луны.

Становление космической отрасли в Украине началось еще в 1937 г. с создания в Харьковском авиационном институте реактивной группы под руководством Г. Проскуры. Был осуществлен запуск большого стратосферной ракеты.

В 1951 г. решением правительства было принято решение создать в Днепропетровске завод для сборки ракет. В 1954 г. на территории завода было организовано Конструкторское бюро, главным конструктором которого назначили М. К. Янгеля.

Украинские предприятия «Коммунар», «Арсенал», «Монолит», Евпаторийский космический центр участвовали в подготовке запуска первого искусственного спутника Земли.

С начала 1960-х pp. предприятия Украины начали разрабатывать системы управления, бортовую автоматику и другие системы и приборы для космических объектов и комплексов.

В 1992 г. было создано Национальное космическое агентство Украины. За два года была принята Государственная космическая программа Украины на 1993-1997 гг. Государственное конструкторское бюро «Южное» вместе с партнерами из США, России и Норвегии создали ракетно-космический комплекс «Морской старт» и ракетный комплекс «Днепр» на базе межконтинентальных баллистических ракет РС-20 («Сатана» по классификации НАТО).

В рамках развития международного сотрудничества в ноябре 1997 г. был осуществлен полет первого космонавта независимой Украины Леонида Каденюка в составе экипажа американского космического корабля «Колумбия».

В 2001 г. было завершено шесть пусков украинских ракет-носителей «Зенит-2», «Зенит-3SL», «Циклон-2», «Циклон-3».

Выведен на орбиту 15 космических аппаратов, одним из которых был украинско-российский космический аппарат «АУОС-СМ-КФ», предназначенный для реализации программы исследования солнечной активности в рамках совместного украино-российского проекта «КОРОНАС».

Решение задач:

1. Или может спутник вращаться вокруг Земли по круговой орбите со скоростью 1 км/с? При каком условии это возможно?

2. Или может спутник вращаться вокруг Земли по круговой орбите, совершая 30 оборотов в сутки? (Ответ: нет, потому что для этого радиус орбиты должен быть меньше радиуса Земли).

3. Оцените массу Солнца, когда расстояние между Солнцем и Землей равна 150 млн. км. Земля движется вокруг Солнца со скоростью 30 км/с.

4. На какой высоте над поверхностью Земли сила тяготения уменьшается на 10 %?

Контрольные вопросы

1. Какая сила придает спутнику центростремительного ускорения во время его движения вокруг Земли?

2. Как должна быть направлена скорость тела в момент его выхода на орбиту, чтобы оно стало искусственным спутником Земли?

3. Во время движения по круговой орбите спутник движется с ускорением свободного падения. Как бы вы в связи с этим ответили на вопрос: падает спутник не падает?

Домашнее задание

1. П.:§§23, 24.

2. 36.:

г1) - 8.4; 8.5; 8.8;

р2) - 8.27; 8.28; 8.29; 8.30;

г3) - 8.48; 8.49; 8.50; 8.52.

Список использованной литературы:

1. Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник качественных задач по физике 10 кл, М.: Просвещение, 2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 10 класс.-М.: Мнемозина,2010

Лекция 10. Сила упругости.

Цель занятия: создать условия для развития деятельностных компетенций обучающихся через раскрытие понятия «сила упругости».

Тип занятия: занятие «открытия» нового знания.

План занятия

1. Актуализация знаний

2. Экспериментальное определение силы упругости

3. Решение задач

Ход занятия

I. Актуализация знаний. Студенты самостоятельно заполняют пропуски в тексте, результат обсуждается коллективно. Силы всемирного тяготения – это силы, с которыми все тела ………. друг к другу. Закон всемирного тяготения гласит, что сила всемирного тяготения двух тел прямо пропорциональна ……….. этих тел и обратно пропорциональна …………………….. между ними, и записывается формулой ……………... Коэффициентом пропорциональности G называется ……….., он равен …….., был измерен английским физиком ……….., с помощью прибора, называемого ………………………. Удивительное свойство гравитационных сил состоит в том, что они сообщают всем телам независимо от их масс одинаковое ………….. Ускорение свободного падения, которое сообщает телам сила притяжения к Земле, равно …….. При перемещении тела от полюса к экватору ускорение свободного падения …………, что объясняется изменением расстояния от центра Земли до поверхности Земли. Первая космическая скорость искусственного спутника Земли равна …………………………. (формула и числовое значение) Решите задачи: Задача 1.На каком расстоянии от поверхности Земли сила притяжения космического корабля к ней станет в 100 раз меньше, чем на поверхности Земли? Задача 2.Среднее расстояние между центрами Земли и Луны равно 60 земным радиусам, а масса Луны в 81 раз меньше массы Земли. В какой точке отрезка, соединяющего центры Земли и Луны, тело будет притягиваться ими с одинаковой силой. II. Изучение нового материала. Экспериментальное исследование темы. Фронтальный эксперимент. 1. Возьмите резинку для карандаша, нажмите на нее пальцем. Какие слои резинки перемещаются? Перемещается ли нижний слой лежащий на столе? Что произойдет, если палец убрать? Какой вид деформации вы наблюдаете? 2. Измените форму кусочка пластилина. Действуют ли силы, возвращающие тело в положение равновесия, когда форма тела перестает изменяться? 3. Вывод: деформации возникают потому, что различные части тела движутся по- разному. Существуют упругие и пластичные тела, в которых возникают соответствующие упругие и пластичные деформации. 4. Возьмите резиновый шнур, на нем нанесены на некотором расстоянии друг от друга метки, исследуйте зависимость сил упругости от величины деформации, подвешивая к шнуру гирьки различной массы. На груз массой 100 г действует сила тяжести 1 Н, 200 г – 2 Н, 300 г – 3 Н F_тяж=F_упр X=L – L₀, L₀ –расстояние между метками без грузов, L - расстояние между метками при подвешенных грузах Заполните таблицу.

F_упр	1Н	2Н	3Н
X, см

III. Обсуждение результатов фронтального эксперимента.

Особенности сил упругости:

а) они имеют электромагнитное происхождение;

б) всегда стремятся восстановить первоначальную форму тела;

в) линейная зависимость F_упр(x) проявляется при малых деформациях

F=k·x – закон Гука, где

k-жесткость тела (Н/м),

x-удлинение тела (м).

IV. Решение задач

Задача № 162 (Р).Спиральная цилиндрическая пружина передней подвески колес автомобиля «Жигули» имеет длину в свободном состоянии 360 мм и под действием силы 4,35 кН должна сжиматься до 230 мм. Найти жесткость пружины.

Задача № 161 (Р). На сколько удлинится рыболовная леска жесткостью 0,5 Н/м при поднятии вертикально вверх рыбы массой 200 г?

Контрольные вопросы

1. Сила упругости – это..?

2. Что такое жесткость пружины?

3. Сформулируйте закон Гука.

Домашнее задание §34,35

Список использованной литературы:

Лекция 11. Сила трения

Цели занятия:

Предметная: познакомить студентов с силой трения, её видами и значением в жизни человека и природы

Метапредметная: научить применять полученные знания к физическим задачам.

Методологическая: развитие практического мышления студентов через установление причинно – следственных связей.

План занятия:

1. Организационный момент

2. Понятие о силе трения

3. Виды сил трения

4. Решение задач

Ход занятия.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: