Формирование основных понятий вращательного движения в средней школе (стр. 2 из 2)
Важно заметить, что здесь речь идет об ускорении в точке окружности, а значит промежуток времени
берется достаточно малым. Чтобы определить направление вектора а, его модуль |а|, например, в точке А окружности (Рис. 3), ццелесообразно воспользоваться свойством двух векторов, имеющих равные модули и образующих малый угол, и зависимостью между линейной и угловой скоростями.Пусть за очень малый промежуток времени тело переместилось из точки А в точку В (см. Рис. 3). Тогда изменение вектора скорости
. Следовательно, для определения 
достаточно к вектору 
прибавить вектор 
. Из рисунка видно, что вектор , равный разности 
, направлен в сторону кривизны окружности в точке А. По свойству векторов модуль разности двух равных векторов, образующих малый угол 
, равен произведению модуля вектора на угол, т. е. 
. Кроме того, в этом случае вектор должен быть перпендикулярен вектору (так как между векторами 
и угол мал). Вектор скорости (как и ) направлен по Касательной, а касательная перпендикулярна радиусу. Отсюда следует, что вектор должен быть направлен по радиусу окружности, и направлен к ее центру. Из формулы 
- следует, что вектор ускорения имеет такое же направление, что и вектор (так как время – скалярная величина). Таким образом, учащиеся подводятся к выводу: вектор ускорения, возникающего при равномерном движении окружности тела или точки, всегда направлен по радиусу к центру окружности. Поэтому такое ускорение называется центростремительным.Далее находят модуль центростремительного ускорения
.Необходимо обратить внимание учащихся еще на следующий факт. Так как |v| и R — постоянные величины, то модуль при равномерном движении тела по окружности остается все время неизменным. Однако отсюда еще нельзя сделать заключение, что такое движение равноускоренное. Так как в процессе равномерного движения тела по окружности вектор ускорения направлен по радиусу к центру, то непрерывно изменяется его направление. Таким образом, равномерное движение тела (точки) по окружности есть движение с переменным ускорением; оно не является равноускоренным
. | Рис. 4 |
При изучении движения по окружности нуждаются в конкретизации понятия «число оборотов в единицу времени», «линейная скорость» и особенно «центростремительное ускорение», которые для учащихся весьма абстрактны. Не ограничиваясь формальным определением, полезно показать устройства с известными числами оборотов (лучше для начала с небольшими), например: электродвигатель, центробежную машину с червячной передачей (число оборотов которой определяется демонстрационным тахометром), электробытовые приборы, в первую очередь наиболее доступный из них – настольный вентилятор (число оборотов вентилятора берем из таблицы). После этого можно привести аналогичные данные о машинах и приборах, применяемых в технике (например, скорость вращения пропеллера самолета и вертолета). Для ребят интересно будет узнать, что винт вертолета вращается сравнительно медленно: всего в три раза быстрее, чем диск электропроигрывателя при максимальной скорости. Электропроигрывателем, центробежной машиной и настольным вентилятором можно воспользоваться и для подсчёта линейных скоростей и центростремительных ускорений конкретных точек. Например, при наращении диска со скоростью 33 об/мин центростремительное ускорение его наиболее удаленных точек составляет около 1 м/с2, что может служить своеобразным эталоном этой величины. Точка лопасти настольного вентилятора, отстоящая от оси вращения на 10 см, Движется со скоростью 12 м/с и с центростремительным ускорением 440 м/с2.
Формирование основных понятий вращательного движения, как составной части криволинейного движения, является довольно трудной для усвоения темой. Она нуждается во множестве примеров и демонстраций, вполне возможных для проведения на уроке. Полученные знания будут находить применение в последующих темах изучения физики. Ученик, свободно оперирующий понятиями вращательного движения, подготовлен к изучению динамики вращательного движения. Также знание понятий будет использоваться в теме колебаний. Следуя этапам, рекомендованным в данной работе, можно в достаточной степени закрепить у учащихся средней школы понимание рассматриваемых понятий, необходимое для дальнейшего изучения физики, формирования навыков решения задач кинематики вращательного движения, понимания использования данных понятий в быту.
1. С.У. Гончаренко «Фізика 9»
2. В. П. Орехова, А. В. Усовой «Методика преподавания физики 8-10 кл.» «Просвещение» 1980 г.
3. Я.И. Перельман «Занимательная физика» Кн.2/под ред. А.В. Митрофанова; М. «Наука» 1986 г.