Work as a physical quan ty. Work as a physical quan ty Scenariusz Lesson plan

(1)

Work as a physical quan ty Scenariusz

Lesson plan

(2)

Praca jako wielkość ﬁzyczna You will learn

how to develop your language skills to talk about mechanics in English, the English vocabulary related to the deﬁnition of work in physics.

Source: licencja: CC 0.

Work as a physical quan ty

(3)

Watch the slideshow „Is it the work in the sense of physics?” and answer the ques on.

Does the concept of work in the common sense and in the sense of mechanics coincide?

Zasób interaktywny dostępny pod adresem h ps://epodreczniki.pl/a/D10TPnd6Y

Is it the work in the sense of physics?

Conclusion

In the common sense, the concept of work is usually deﬁned as the effort made by man to achieve some intended effect.

In the physical concept of work, we say when a force is applied to the body system that causes a shift.

Deﬁni on: Work

Nagranie dostępne na portalu epodreczniki.pl

Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.

nagranie abstraktu

(4)

Work is a physical quantity quantity which is the product of force and the displacement of the body in a direction parallel to the direction of the force.

where:

F - the value of the force along the direction of the motion, s - the displacement of the body.

The unit of work is joule [J].

W = F ⋅ s

[J] = [N ⋅ m = kg ⋅

^m_s²

⋅ m =

^{kg ⋅ m}_s² ²

]

(5)

nagranie abstraktu

Open applet and check what work is being done while moving the weight.

1. Move the weight of the same mass over diﬀerent distances.

2. Move the weights of diﬀerent masses on the same distance.

3. Add force at diﬀerent angles and check what work has been done.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem h ps://epodreczniki.pl/a/D10TPnd6Y

Work

(6)

Task 3

nagranie abstraktu

Present 3 cases when work is not done.

Work - 1



 



(7)

View the illustra ons below and answer the ques ons.

1a - Raising the ball with the same weight from the floor. 1b - Raising the ball of different mass from the floor

1. Which person did a greater work?

2. What determines the value of the work performed by the persons presented in the individual illustra ons?

(8)

Exercise 2

View the illustra ons below and answer the ques ons.

Weightli er, balloon, tourist

1. Present the forces ac ng on the barbell and the tourist.

2. Does the weightli er do the work while holding the barbell up?

3. Does the boy do the work while holding a balloon?

4. Does the tourist do the work while going on a ﬂat terrain with a backpack?

5. Do you do the work while carrying shopping?

(9)

Exercise 4

Calculate the work that a person will do by pushing a trolley with a force of 300 N on the road of 10 m. Assume that force and displacement have the same direc on.

Which of the following situa ons are related to the performance of work?

Determine which sentences are true.

Janek is reading a book.

Grandma is shi ing a vase from the upper shelf to the lower one.

Marysia is listening to music.

Karol is pulling a sledge.

Wojtek is holding a 2 kg ball above his head.

Mom is ironing a shirt.

Marek is pulling a bow.



(10)

Task 4

nagranie abstraktu

Peter wants to move a wardrobe and is working with the horizontal force of 100 N, while John is pushing another wardrobe with the force of 250 N.

1. Is it possible that the work done by the boys is the same? Jus fy.

2. Peter has done work 4 mes lesser than Jack. Which of the boys has moved a wardrobe over a larger distance? How many mes greater was the distance?

Task 5

nagranie abstraktu

Describe the situa on when the same work was done while moving the same wardrobe over the same distance but ac ng with diﬀerent forces.

Summary

To do work in a physical sense you should:

apply force which is not equal to zero to the body,

the displacement of the body must be different from zero,

the direction of the force cannot be perpendicular to the direction of the displacement of the body.

Exercises

(11)

1,5 m, 2 m, greater than 100, 100 J, less than 100, 1 m

Peter has done the work 150 N to li uniformly the suitcase weighing 100 N.

What height Piotr li ed the suitcase to? ...

Did he li the work equal to ... by li ing it uniformly at a height of 1 m?

Exercise 6

You are pulling a trolley applying a horizontal force of 200 N. You moved it over the distance of 100 m.

1. What work did you do?

2. If you pulled this trolley with the force of 200 N, which formed a horizontal angle of 60 degrees, would you do more work?

Exercise 7

Create a task related to the no on of work in English.

(12)

Exercise 8

zadanie

Match Polish terms with their English equivalents.

praca work

physical quantity displacement wielkość ﬁzyczna przesunięcie kierunek siły

direction of the force

Source: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.

Glossary

angle kąt

wymowa w języku angielskim: angle

Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly.

kąt - angle

kierunek siły - direc on of the force

wielkość ﬁzyczna - physical quan ty

praca - work

pionowy - displacement

poziomy - ver cal



(13)

kierunek siły

wymowa w języku angielskim: direction of the force

horizontal poziomy

wymowa w języku angielskim: horizontal

displacement przesunięcie

Nagranie dostępne na portalu epodreczniki.pl wymowa w języku angielskim: displacement

physical quan ty wielkość ﬁzyczna

wymowa w języku angielskim: physical quantity

ver cal pionowy

wymowa w języku angielskim: vertical

(14)

work praca

wymowa w języku angielskim: work

Keywords

direction of the force displacement

physical quantity work

(15)

Temat

Praca jako wielkość ﬁzyczna Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości ﬁzycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości. Uczeń:

III. 1) posługuje się pojęciem pracy mechanicznej wraz z jej jednostką; stosuje do obliczeń związek pracy z siłą i drogą, na jakiej została wykonana.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Kształcenie myślenia analitycznego.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Kształcenie umiejętności deﬁniowania wielkości ﬁzycznej.

2. Wprowadzenie pojęcia pracy.

3. Stosowanie pojęcia pracy w sytuacjach typowych.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- deﬁniuje pojęcie pracy,

- wyznacza pracę w prostych przypadkach.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

2. Uczenie się przez stosowanie poznanych reguł.

(16)

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie

1. Wymień cechy wielkości wektorowej.

2. Jaka wielkość ﬁzyczna odpowiada za zmianę ruchu ciał?

3. Podaj jednostkę siły.

Odpowiedź:

1. Wielkość ﬁzyczna posiadająca 4 cechy: kierunek, zwrot, wartość liczbową i punkt przyłożenia, to wektor. Siła, prędkość, przyspieszenie to wielkości wektorowe.

2. Zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki Newtona tylko niezrównoważona siła może dokonać zmianę ruchu ciała.

3. Jednostką siły w układzie SI jest niuton [N].

Realizacja lekcji

Polecenie

Obejrzyj pokaz slajdów „Czy to jest praca w rozumieniu ﬁzyki?” i odpowiedz na pytanie.

1. Czy pojęcie pracy w potocznym rozumieniu i w rozumieniu mechaniki są zbieżne?

[Slideshow]

Wnioski:

- W potocznym rozumieniu, pojęciem pracy określa się zwykle wysiłek podjęty przez człowieka w celu osiągnięcia jakiegoś zamierzonego skutku.

- W pojęciu ﬁzycznym o pracy mówimy wtedy kiedy do układu ciał jest przyłożona siła, która powoduje przesuniecie.

Deﬁnicja pracy

[N] = [

^{kg ⋅ m}_ss

]

(17)

gdzie:

F - wartość siły działającej wzdłuż kierunku przemieszczenia, s - przemieszczenie ciała.

Pracę wyrażamy w dżulach [J].

Polecenie

Otwórz aplet, przesuwając ciężarek zbadaj jaka praca jest wykonywana.

1) Przesuwaj ciężarek o takiej samej masie na różne odległości.

2) Przesuwaj ciężarki o różnych masach na taką samą odległość.

3) Działaj siłą pod różnymi kątami i obserwuj jaka praca jest wykonywana.

[Geogebra aplet]

[Galeria]

Polecenie

Przedstaw 3 przypadki, dla których praca nie jest wykonywana.

Polecenie

Obejrzyj poniższe rysunki i odpowiedz na pytania.

[Ilustracja 1]

1. Która z osób wykonała większą pracę?

2. Od czego zależy wartość pracy wykonywanej przez osoby przedstawione na poszczególnych ilustracjach.

Odpowiedź:

1. Na rysunku 1a większą pracę wykonała wyższa osoba, gdyż uniosła piłkę wyżej. Na rysunku 1b większą pracę podnosząc piłkę wykonała ta osoba, której piłka miała większą masę.

2. Wielkość wykonanej pracy zależy od wysokości na jaką podniesiono piłkę (droga) i od masy piłki (ciężar). Im większa droga tym większa praca i im większa siła działania tym większa praca.

Polecenie

W = F ⋅ s

[J] = [N ⋅ m = kg ⋅

^m_s²

⋅ m =

^{kg ⋅ m}_s² ²

]

(18)

Obejrzyj poniższe rysunki i odpowiedz na pytania.

1. Przedstaw siły działające na sztangę i turystę.

2. Czy sztangista wykonuje pracę trzymając sztangę w górze?

3. Czy chłopiec trzymający balon wykonuje pracę?

4. Czy turysta idąc po płaskim terenie z plecakiem wykonuje pracę?

5. Czy niosąc zakupy wykonujesz pracę w sensie ﬁzycznym?

[Ilustracja 2]

Odpowiedź:

1. Siły działające na sztangę.

[Ilustracja 3]

Siły działające na turystę.

[Ilustracja 4]

2. W tym przypadku nie ma tu przemieszczenia. Praca ﬁzyczna wynosi zero. Sztangista nie wykonuje pracy ﬁzycznej.

3. Balonik opada swobodnie w dół. Siła z jaką chłopiec oddziałuje na balonik wynosi 0. Praca nie została wykonana przez chłopca.

4. Siła ciężkości jest skierowana pionowo w dół, siła reakcji podłoża na nacisk nie pozwala na ruch turysty w kierunku pionowym, Turysta nie przemieszcza się w pionie, zatem nie

wykonuje pracy związanej z przemieszczeniem pionowym.

Turysta pokonuje drogę w kierunku poziomym, więc jego przemieszczenie jest w kierunku poziomym. Jednakże wypadkowa sił działających na niego w kierunku poziomym jest równa zero (siły tarcia skierowane są w przeciwne strony ze względu na ruch stóp przy

chodzeniu). Ponieważ siłą wypadkowa jest równa zero to praca wykonywana przez turystę w kierunku poziomym też jest równa zero.

5. Niosąc zakupy przemieszczasz się w kierunku poziomym, a ciężar zakupów skierowany jest pionowo w dół. Ze względu na to że przemieszczenie i ciężar skierowane są do siebie prostopadle a nie równolegle, w sensie ﬁzycznym wykonywana praca wynosi zero.

Polecenie

Poniżej różne sytuacje związane z wykonywaniem pracy. Jeżeli w sensie ﬁzycznym praca jest wykonywana przypisz stwierdzeniu prawdę, jeżeli nie – fałsz.

(19)

b) Janek czyta książkę.

c) Marysia słucha muzyki.

d) Karol ciągnie sanki.

e) Marek naciąga łuk.

f) Babcia przekłada wazonik z wyższej półki na niższą.

g) Wojtek trzyma 2 kg piłkę nad głową.

Odpowiedź:

a) Prawda. b) Fałsz. c) Fałsz. d) Prawda. e) Prawda. f) Prawda. g) Fałsz.

Polecenie

Oblicz pracę jaką wykona człowiek pchając wózek z siłą 300 N na drodze 10 m. Załóż, że siła i przesunięcie maja taki sam kierunek.

Odpowiedź:

Analiza Dane:

Szukane:

Rozwiązanie:

Odpowiedź:

Praca człowieka wynosi 3000 J.

F = 300 N s = 10 m

W = ?

W = F ⋅ s

W = 300 N ⋅ 10 m

W = 3000 J

(20)

Polecenie

Opisz sytuację, w której wykonano taką samą pracę przesuwając tę samą szafę na taką samą odległość, ale działając różnymi siłami.

Podsumowanie lekcji

W języku fizyki praca W to ściśle zdefiniowana wielkość fizyczna, będąca iloczynem siły F i przemieszczenia s, jeśli przemieszczenie ciała jest zgodne z kierunkiem i zwrotem działającej siły:

Jednostką pracy jest dżul [J]:

Praca ma wartość 1 dżula, jeśli siła o wartości 1 niutona skierowana równolegle do toru ruchu przesunie ciało na odległość 1 metra.

Praca nie jest wykonywana, gdy:

- nie ma przemieszczenia, - siła ma wartość zero,

- siła skierowana jest prostopadle do przemieszczenia.

W = F ⋅ s

1 dżul = 1 niuton ⋅ 1 metr

1 J = 1 N ⋅ 1 m

(21)

Topic

Work as a physical quantity Level

Second

Core curriculum

I. Use of physical concepts and quantities to describe phenomena and to indicate examples in the surrounding reality. The student:

III. 1) uses the deﬁnition of work and its unit; applies the relationship between work, force and the displacement of the body, on which the work was done.

Timing

45 minutes

General learning objectives

Developing analytical thinking.

Key competences

1. Developing the ability to deﬁne physical quantity.

2. Introducing the deﬁnition of work.

3. Using the deﬁnition of work in typical situations.

Operational (detailed) goals

The student:

- deﬁning the notion of work,

- calculating work in simple situations.

Methods

1. Learning through observation.

2. Learning through the application the acquired formulas.

(22)

Forms of work

1. Individual work.

2. Group work.

Lesson stages

Introduction

Task

1. List the features of the vector quantity.

2. What physical quantity is responsible for changing the motion of bodies?

3. What is the force unit?

Answer:

1. A physical quantity having characteristics: direction, numerical value and initial point, is a vector. Force, speed, acceleration are vector quantities.

2. According to the ﬁrst law of Newton's dynamics, only an unbalanced force can change the body's motion.

3. The force unit in the SI system is newton [N].

Procedure

Task

Watch the slideshow „Is it the work in the sense of physics?” and answer the question.

- Does the concept of work in the common sense and in the sense of mechanics coincide?

[Slideshow]

Conclusions:

- In the common sense, the concept of work is usually deﬁned as the effort made by man to achieve some intended effect.

- In the physical concept of work, we say when a force is applied to the body system that causes a shift.

The deﬁnition of work

Work is a physical quantity which is the product of force and the displacement of the body in a direction parallel to the direction of the force:

[N] = [

^{kg ⋅ m}_s²

]

(23)

where:

F - the value of the force along the direction of the movement, s – the displacement of the body.

The unit of work is joule, [J].

Task

Open and check what work is being done while moving the weight.

1) Move the weight of the same mass over different distances.

2) Move the weights of different masses over the same distance.

3) Add force at different angles and check what work has been done.

[Geogebra applet]

[Gallery]

Task Task

View the illustrations below and answer the questions.

[Illustration 1]

1. Which person did a greater work?

2. What determines the value of the work performed by the persons presented in the individual illustrations?

Answer:

1. In illustration 1a, the higher person made a greater work because he lifted the ball higher.

In illustration 1b, a greater work was made by a person whose ball had more mass

2. The value of the work depends on the height which the ball was lifted (road) and the mass of the ball (weight). The longer the way, the greater the work and the greater the force, the greater the work.

Task

View the illustrations below and answer the questions.

1. Present the forces acting on the barbell and the tourist.

2. Does the weightlifter do the work while holding the barbell up?

[J] = [N ⋅ m = kg ⋅

^m_s2

⋅ m =

^{kg ⋅ m}_s2 ²

]

(24)

3. Does the boy do the work while holding a balloon?

4. Does the tourist do the work while going on a ﬂat terrain with a backpack?

5. Do you do the work while carrying shopping?

[Illustration 2]

Answer:

1. Forces acting on a raised barbell.

[Illustration 3]

Forces acting on a tourist.

[Illustration 4]

2. In this case, there is no displacement here. The physical work is zero. The weightlifter does not do physical work.

3. The balloon falls down freely. The force with which the boy affects the balloon is 0. The work was not done by the boy.

4. The force of gravity is directed vertically downwards, the reaction force of the ground against the pressure does not allow the tourist to move in the vertical direction. The tourist does not move vertically, so he does not perform work related to vertical displacement. The tourist overcomes the distance in a horizontal direction, so his displacement is in

a horizontal direction. However, the resultant of forces acting on it in the horizontal direction is equal to zero (friction forces are directed in opposite directions due to the movement of feet when walking). Since the resultant force is equal to zero, the work done by the tourist in the horizontal direction is also equal to zero.

5. When carrying shopping, you move in a horizontal direction, and the weight of shopping is directed vertically down. Due to the fact that the displacement and the weight are

directed to each other perpendicularly and not in parallel, in the physical sense the work done is zero.

Task

Which of the following situations are related to the performance of work? Determine which sentences are true and which are false.

a) Mom is ironing a shirt.

b) Janek is reading a book.

c) Marysia is listening to music.

(25)

e) Marek is pulling a bow.

f) Grandma is shifting a vase from the upper shelf to the lower one.

g) Wojtek is holding a 2 kg ball above his head.

Answer:

a) True. b) False. c) False. d) True. e) True. f) True. g) False.

Task

Calculate the work that a person will do by pushing a trolley with a force of 300 N on the road of 10 m. Assume that force and displacement have the same direction.

Answer:

Analysis:

Given:

Unknown:

Solution:

Answer:

Work human is 3000 J.

Task

Describe the situation when the same work was done while moving the same wardrobe over the same distance but acting with different forces.

Lesson summary

F = 300 N s = 10 m

W = ?

W = F ⋅ s

W = 300 N ⋅ 10 m

W = 3000 J

(26)

In the language of physics, work W is a strictly deﬁned physical quantity, which is the

product of force F and the displacement s, if the displacement of the body is consistent with the direction and return of the acting force:

The unit of work is joule, [J].

The work is worth 1 joule if a force of 1 newton directed parallel to the trajectory moves the body to a distance of 1 meter.

Work is not performed when:

- there is no displacement, - force is zero,

- the force is perpendicular to the displacement.

Selected words and expressions used in the lesson plan

angle

direction of the force horizontal

displacement physical quantity vertical

work