ЧТО ТАКОЕ РАБОТА - 9 класс

Тип урока: урок-спектакль.

Интеграция предметов: физика — литература.

Действующие лица

Саша, девятиклассник.

Андрей, старший брат Саши (студент).

Николай Яковлевич, отец Саши и Андрея.

Ведущая, чтец.

Ход урока

Ведущая. Саша вот уже около часа сидит за письменным столом, пишет, читает. Николай Яковлевич, отец Саши, подходит к столу, за которым сидит его сын. У Саши в руках учебник физики.

Николай Яковлевич. Что вам задано на завтра по физике, сынок?

Саша. Повторить о работе. Очень мало, все три параграфа и две задачки. Это очень просто. Я уже приготовил уроки.

Андрей. Мало — это верно, а просто ли?

Ведущая. С таким вопросом вошел в комнату старший брат Саши Андрей и, взглянув на брата, задал ему еще один вопрос.

Андрей. Вот скажи, пожалуйста, что называется работой?

Саша. Что называется работой? М-м-м-м, пожалуй, прямого ответа на этот вопрос в книге нет. Приводятся примеры работы, говорится, что понятие о работе в механике не совпадает с представлением о работе в обыденной жизни.

Ведущая. Не унимался Андрей, требуя от брата точного ответа.

Андрей. Ну и... Что дальше? Ты мне так и не ответил на вопрос.

Саша. В механике понятие работы относится только к тем случаям, когда какое-либо тело перемещается под действием приложенной к нему силы.

Андрей. Но что называется работой?

Саша. Постой! Учительница на уроке задала такой вопрос: «По гладкому горизонтальному льду движется шайба. Допустим, трение отсутствует. Совершается ли при этом механическая работа?»

Андрей. Ну и как вы ответили?

Саша. Мы пришли к выводу, что в данном случае работа не совершается, так как шайба движется по инерции.

Андрей. Ну, это верно. Но ты мне так и не ответил, что называется работой?

Саша. Может быть, механическая работа представляет собой преодоление сопротивления на пути движения тела?

Андрей. Так, преодоление сопротивления, говоришь? Скажи, если тело весом Р падает в пустоте, например, в трубке Ньютона, проходит путь Л, то совершает ли работу сила тяжести?

Саша. Конечно, А = Р · h.

Андрей. Ну и что же здесь преодолевается?

Ведущая. Лицо Саши выражало крайнее изумление. И есть над чем задуматься. Как же так? Есть и перемещение, и сила, приложенная к телу; то есть соблюдаются оба условия, необходимые для того, чтобы можно было говорить о работе, а в чем же состоит работа? Что преодолевается?

Андрей. Нельзя же сказать, что преодолевается инерция тела.

Саша. Да, Любовь Александровна не раз разъясняла, что сохранение состояния покоя или равномерного и прямолинейного движения по инерции нельзя понимать как сопротивление тела изменению его состояния. Я не пойму, в чем тут дело?

Николай Яковлевич. Вот тебя старший брат и завел в тупик. Андрюша, помоги ему разобраться!

Андрей. Что же произошло с падающим телом? Как изменилось его состояние? Как движется, Саша, свободно падающее тело?

Саша. Равноускоренно. Тело под действием силы тяжести стало двигаться, и притом с ускорением 9,8 м/с2. Теперь оно обладает кинетической энергией. Результат работы: тело получило энергию.

Андрей. Неужели ты думаешь, что тело не имело энергии в верхней точке?

Саша. Имело, потенциальную энергию. Теперь ее стало меньше, но зато появилась кинетическая энергия.

Андрей. Это-то верно. А вот другой пример.

Ведущая. Андрей берет со стола книгу и ставит на полку.

Андрей. Когда я поднимаю вот эту книгу и ставлю ее на верхнюю полку, я совершаю работу против силы тяжести. Книга поднята. У нее добавилась потенциальная энергия, по сравнению с прежним ее положением. Но откуда она взялась?

Саша. Знаю, это твоя энергия. Ты отдал часть энергии книге.

Ведущая. Саша, радостно соскакивая со стула.

Саша. Работа, стало быть, есть передача энергии от одного тела к другому. Поднимая книгу, ты совершил работу, то есть передал энергию.

Андрей. Хорошо, думай дальше. Я снимаю книгу с полки и опять кладу ее на стол. Вернулась ли ко мне прежняя энергия?

Ведущая. Лицо Саши снова вытянулось. Он морщил лоб, силясь разрешить задачу.

Саша. Потенциальная энергия книги стала меньше, когда ты снял ее с полки.

Андрей. Куда же делась кинетическая энергия, какую книга приобрела бы, падая с той же высоты? Эта энергия, конечно, досталась мне. Но она не вернула меня в прежнее состояние.

Саш а. Я не совсем все понимаю, Андрей.

Андрей. Удерживая книгу от падения, я должен был напрягать мускулы, произошли физиологические изменения, которые нельзя учесть по законам механики.

Саша. Наверное, произошла работа по преодолению силы трения, силы сопротивления среды.

Андрей. Опять преодоление? Нет, мне решительно не нравится такое определение работы. Гораздо правильнее, если ты всегда будешь рассматривать работу как передачу энергии от одного тела к другому, причем почти всегда будет происходить превращение энергии из одной формы в другую.

Николай Яковлевич. А вот, мои мальчики, на что расходуется энергия лошади при перевозке груза на санях?

Андрей. Саша, учти, что ответ «энергия пошла на преодоление трения» я не зачту.

Ведущая. Саша пытался ответить, но ему не хватало нужных слов.

Николай Яковлевич. Саша, принеси мне пожалуйста из моего кабинета со стола книгу «Избранные сочинения» Максима Горького. Я прочту тебе замечательное описание работы грузчиков на пристани.

Ведущая. Саша нашел нужную книгу и принес ее отцу.

Николай Яковлевич. Спасибо, сынок. Пока я найду нужную страницу, подумай и скажи, в чем заключалась твоя работа, когда ты нес книгу?

Андрей. Не о работе по преодолению силы трения тут речь, ты же не шаркал ногами по полу, да и не так велико сопротивление среды.

Ведущая. Нет, положительно не везло в этот вечер Саше.

Саша. Мне казалось, я все о работе знаю. Что ни вопрос, то загадка. И на этот вопрос я не смогу ответить.

Андрей. Ну так и быть, я тебе помогу. Когда ты идешь с книгой или без книги, то при каждом шаге центр тяжести твоего тела поднимается и опускается. По существу, при ходьбе ты совершаешь работу поднятия и опускания центра тяжести тела.

Николай Яковлевич. А теперь слушай, как Горький в своей трилогии «Мои университеты» описал работу.

Мне хорошо памятен день, когда я впервые почувствовал героическую поэзию труда. Под Казанью села на камень, проломив днище, большая баржа с персидским товаром; был сентябрь, дул верховой ветер, по серой реке сердито прыгали волны, ветер бешено срывал их гребни, кропил реку холодным дождем. Артель, человек полсотни, угрюмо расположилась на палубе пустой баржи, кутаясь рогожами и брезентом...

К полуночи доплыли до переката, причалили пустую баржу борт о борт к сидевшей на камнях; артельный староста, ядовитый старикашка, рябой хитрец и сквернослов, с глазами и носом коршуна, сорвав с лысого черепа мокрый картуз, крикнул высоким, бабьим голосом:

— Молись, ребята!

В темноте, на палубе баржи, грузчики сбились в черную кучу и заворчали, как медведи, а староста, кончив молиться раньше всех, завизжал:

— Фонарей! Ну, молодчики, покажи работу! Честно, детки! С богом — начинай!

И тяжелые, мокрые люди начали «показывать работу». Они, точно в бой, бросились на палубу и в трюмы затонувшей баржи — с гиком, ревом, с прибаутками. Вокруг меня с легкостью пуховых подушек летали мешки риса, тюки изюма, кож, каракуля, бегали коренастые фигуры, ободряя друг друга воем, свистом, крепкой руганью. Трудно было поверить, что так весело, легко и споро работали те самые люди, которые только что жаловались на жизнь, на дождь...

Работали так, как будто ожидали удовольствия швырять с рук на руки четырехпудовые мешки, бегом носиться с тюками на спине.

Я тоже хватал мешки, бросал, снова бежал и хватал, и казалось мне, что и я сам, и все вокруг завертелось в бурной пляске, что эти люди могут так страшно и весело работать без устали, не щадя себя — месяца, года, что они могут, ухватясь за колокольни и минареты города, стащить его с места, куда захотят.

Я жил эту ночь в радости, не испытанной мною, душу озаряло желание прожить всю жизнь в этом полубезумном восторге делания.

И до двух часов дня, пока не перегрузили весь товар, полуголые люди работали без отдыха под проливным дождем и резким ветром, заставив меня благоговейно понять, какими могучими силами богата человеческая земля.

Ведущая. Николай Яковлевич подчеркнуто захлопнул книгу и посмотрел на сыновей.

Николай Яковлевич. Горький, конечно, великий писатель. Но давайте посмотрим на эту историю глазами физика и будущего инженера, Андрей.

Андрей. А давайте подсчитаем работу, проделанную пятьюдесятью грузчиками за четырнадцать часов работы. Мощность человека в среднем равна одной десятой лошадиной силы.

Николай Яковлевич. Хотя в минуту душевного подъема она может быть и больше одной лошадиной силы, но ненадолго.

Андрей. Хотя грузчики и работали вдохновенно, в экстазе, в данном случае при 14-часовой работе, я думаю, мы все же не сможем оценить ее свыше 0,15 л.с.

Саша. Я знаю, знаю! Зная мощность и время работы, мы можем вычислить проделанную работу. А = N · t.

Андрей. Саша, учти, что рабочих было пятьдесят.

Ведущая. Саша сел за стол и начал свои несложные расчеты работы.

Николай Яковлевич. Описанный Горьким случай относится к 1886 г. Разгрузка такой баржи современными механизмами заняла бы, по-моему, не больше трех часов, а главное — избавила бы людей от изнурительной работы.

Андрей. Да, папа, портальные краны, нории, то есть вертикальные транспортеры, пневматические перегрузчики — совершенно преобразили работу крупных морских портов и речных пристаней.

Саша. Я уже рассчитал работу грузчиков, она равна = 300 млн. Дж.

Андрей. Объясни нам, как ты ее рассчитал, а я проверю, нет ли ошибки.

Саша. Любовь Александровна на уроке нам говорила, что 1 л.с. = 735 Вт, мы же оценили мощность одного грузчика в 0,15 л.с. А это значит

N = 0,15 · 735 = 110,25 Вт,

но так как грузчиков было 50, то я определил общую мощность, она равна

Nоб. = 110,25 · 50 = 5512,5 Вт.

А затем я 14 часов работы перевел в секунды: t = 14 · 3600 с = 50400 с. По формуле А = N · t я рассчитал работу грузчиков:

А = N · t = 5512,5 · 50400 = 27,783 · 107 Дж = 28 · 107 Дж = 280 · 106 Дж = 280 МДж.

Андрей. Ну, молодец, Саша. Работу грузчиков ты рассчитал правильно.

Саша. Папа, я читал, что на постройке пирамиды Хеопса трудилось 10 000 рабов в течение 20 лет, а в наши дни такую пирамиду можно соорудить за 9 месяцев при участии всего 500 рабочих.

Николай Яковлевич. Разумеется, в основе техники лежит наука и в первую очередь физика, сынок. Вот почему ты должен особенно ценить уроки физики.

Андрей. Саша, вот тебе один вопрос по данной теме, подумай над ним и предложи его своим товарищам.

Первый раз футбольный мяч ударился о штангу ворот и остановился. Второй раз мяч был схвачен вратарем, движущимся навстречу мячу с той же скоростью, что и мяч. Будет ли разница в величине работы, произведенной мячом в первом и во втором случаях?

Ведущая (обращаясь к классу). Ребята, давайте разрешим эту задачу.

Ответ. В первом случае работа будет равна

а во втором случае, поскольку вратарь бежал навстречу мячу, то скорость мяча относительно вратаря будет равна (V + V), тогда:

Если принять массу мяча за 1 кг, а скорости мяча и вратаря за 5 м/с, то получим:

Во втором случае работа будет в 4 раза больше.