Mavzu: Akademik litseylar fizika kursida “mexanika ” bo’limini bayon qilish uslubi

Dinamikaning asosiy tushunchalari va qonunlarini o’qitish uslubi

Bu bo’limni ko’pgina yirik metodistlar quyidagicha tartibda o’tishini maqsadga muvofiq deb ko’rsatdilar: Nyutonnig birinchi qonuni, massa, kuch, Nyutonnig ikkinchi va uchinchi qonunlari. Bizningcha ham shu tartibda o’qitish maqsadga muvofiqdir. Shularni ko’rib chiqamiz.

Nyutonning birinchi qonuni

Bu qonunni bevosita Yer sharoitida qilib ko’rsatish mumkin emas, chunki jism harakatini boshqa ta’sirlardan holi qilib bo’lmaydi. Uni sanoq sistemasi kabi ideallashtiriladi. Lekin, shunga qaramasdan, turli tajribalar yordamida ideal sharoitga yaqinlashish va shunga asosan xulosa chiqarish mumkin. Bu qonunni tushuntirishda o’quvchilarning maktabda olgan bilimlaridan maksimal holda foydalanish kerakdir. O’quvchilar agar jismga boshqa jismlar ta’sir etmasa u o’zining tezligini saqlash xossasini (hodisasini) inyertsiya deb atalishini eslariga tushirishlari lozim. Ular bunga ko’plab misollar keltira oladilar. Tarnovdan po’lat shar dumalatish tajribasidan foydalanib va bir necha boshqa misollar asosida o’quvchilar diqqatini qarshilik kamayishi bilan shar uzoq vaqt va uzoqqa dumalab borishiga jalb qilamiz. Sharning yon tomonidan magnit keltirsak uning yo’nalishini o’zgarishini ko’ramiz. Tajribalardan “o’zaro ta’sir qancha kichik bo’lsa, jism tezligi Shuncha kam o’zgaradi”, degan xulosani chiqarib, o’quvchilarga agar jismga umuman boshqa ta’sir bo’lmasa uning tezligi o’zgarmasligini, u to’g’ri chiziqli tekis xarakat qilib ketavyerishini yoki tinch xolatining saqlashini aytib, keyin Nyutonning birinchi qonunini ta’riflaymiz: Shunday sanoq sistemalari mavjudki, ularga nisbatan harakat qilayotgan jismga boshqa jismlar ta’sir etmasa yokiularning ta’siri o’zaro kompensatsiyalashgan bo’lsa jismning tezligi o’zgarmaydi (yoki darslikdagi ta’rifni beramiz). Shu yerda tarixiy ma’lumot berib ketish maqsadga muvofiqdir. Arestotel (b.e.a. 384-322) “faqat xarakatlanayotganlar xarakatlanadi”, “kuchsiz harakat yo’q”, degan noto’g’ri fikrlar bergan, uning noto’g’riligini birinchi bo’lib G.Galiley (1584-1642) tajribada (shar dumalatish tajribasi) isbot qilganini, “jismlarning tabiiy holati (unga boshqa jismlar ta’sir etmasa) to’g’ri chiziqli tekis harakatdan iborat bo’ladi”, degan xulosaga kelganini aytib o’tamiz. Aristotel va unnig tarafdorlari tabiatni o’rganishning bosh vositasi-fikrlash, uning yordamchisi kuzatish, deb noto’g’ri fikr berganlarini, unga qarshi o’laroq Galiley ekspyerimental,Nyuton matematik uslublarni ilgari surganliklarini aytib, o’quvchilarga birinchi qonunni ochilishi katta ahamiyatga ega bo’lgani, u fanda katta burilish qilganini aytib o’tamiz. Shuni ham aytish kerakki, jismga bir necha boshqa jismlar ta’sir qilganda uning tezligi o’zgarmasligi mumkin. Bu vaqtda boshqa jismlarning ta’sirlari o’zaro kompensatsiyalashadi. Buni o’quvchilarga misollar asosida tushuntiramiz. Buning uchun avval o’quvchilarning maktabda olgan “kuch” haqidagi bilimlarini takrorlab eslariga tushiramiz. Prujina yoki rezinka ipga osilgan jismga og’irlik kuchi bilan elastiklik kuchi qarama-qarshi yo’nalishda ta’sir qilishini chizmada ko’rsatamiz. Jism tinch turgan vaqtda unga prujina (yoki rezinka ip) va Yerning ta’sirlari o’zaro kompensatsiyalashgan yoki muvozanatlashgan bo’ladi. Demak, jismga modullari teng bo’lgan qarama-qarshi yo’nalgan kuchlar ta’sir qilsa jism tinch holatida bo’ladi. To’g’ri chiziqli tekis harakat qilayotgan avtomobilga to’rtta kuch ta’sir qiladi: og’irlik kuchi, Yerning reaktsiya kuchi, matorning tortish kuchi va ishqalanish kuchlari. Bu yerda og’irlik kuchi bilan reaktsiya kuchi va motorning tortish kuchi bilan ishqalanish kuchi kompensatsiyalashgan bo’ladilar. Shu yerda o’quvchilarga motorning tortish kuchi ishqalanish kuchidan ortib ketsa avtomobil tezlashib borishini, ya’ni tezligining o’zgarishini ham aytib o’tamiz. Bundan kuch jismning tezligini o’zgartiruvchi ekanligi haqida xulosa chiqaramiz. Inyertsial sanoq sistemasi to’g’risidagi tushuncha ham inyertsiya qonuni bilan bog’liqdir. Inyertsial sanoq sistemalari bu Nyuton qonunlari to’g’ri bo’ladigan sanoq sistemalaridir. Inyertsial sanoq sistemalari bir-biriga nisbatan tinch yoki to’g’ri chiziqli tekis xarakat qiluvchi sanoq sistemalari ekanini o’quvchilarga misollar asosida tushuntiramiz. Masalan, poyezd vagoni polida yotgan koptok poezd harakatga kelganda unga qarshi tomonga (orqaga) dumalaydi. Koptok vagonga nisbatan tezlanish bilan harakat qiladi. Yerga nisbatan esa tinch qoladi. Bu yerda Yer inyertsial sanoq sistemasi bo’ladi. Bunga asosan o’quvchilarga Nyuton qonunlari ixtiyoriy sanoq sistemalarida bajarilavyermasligini noinyertsial sanoq (tezlanish bilan xarakatlanuvchi) sistemalari haqida qisqacha ma’lumot berib o’tamiz. Nyutoning birinchi qonunini va inyertsial sanoq sistemasini o’quvchilar yaxshi tasavvur qilishlari va uni mustaxkamlash uchun “Nyuton qonunlari” fil’mining birinchi qismini va “Sanoq sistemalari” fil’mining uchinchi qismini namoyish qilamiz. O’quvchilar bilan suhbat orqali quyidagicha xulosalarga kelamiz: tabiatda hamma jismlar o’z tezligini saqlash xossasiga ega, bu xossani inyertsiya xossasi yoki qisqacha inyertsiyasi (inyertligi) deb yuritiladi. Jism tezligini birdan o’zgartirib bo’lmaydi, uni sekin asta ta’sir qilib o’zgartirish mumkin. Masalan, mashina o’rnidan tez siljiganda ichidagi odam orqasiga munkin ketadi. Agar mashina sekin asta o’rnidan qo’zg’alib tezligini orttirib borsa odam munkimaydi. Shu yerda quyidagi tajribani ko’rsatamiz. Stol chetidan ikkita qalamning (yoki qalam yo’g’onligidagi yog’ochni) yarmini chiqarib ma’lum bir masofada qo’yamiz va ularning ustiga bir qavat gazeta yopamiz. Qalamlarning stol chetidan chiqib turgan tomonlariga uchinchi qalamni qo’yamiz. Agar uchinchi qalamni o’rtasidan biror yog’och bilan sekinasta bossak ikkita qalamning stol ustidagi qismlari ko’tarilib gazetani yuqoriga ko’tara boradi. Agar uchinchi qalamga yog’och bilan tez siltab ursak bu qalam sinib ketadi, lekin gazeta ko’tarilmaydi xam yirtilmaydi xamBu tajribadan fizika kechalarida ham foydalanish maqsadga muvofiqdir. Tajribani ko’rsatib, nima uchun shunday bo’lishini tushuntirib berish so’ralsa, o’quvchilarda qiziqish paydo bo’ladi. Shundan keyin jismlarning inyertsiya xossasini xaraktyerlovchi fizik kattalikni massa deb atalishini, u jismlarning inyertsiya xossasini miqdoriy haraktyeristikasi ekanini, uni ikki xil usul bilan aniqlash mumkinligini, ya’nitajriba va tarozida tortish orqali aniqlanishini aytib, shularga to’xtalib o’tamiz. Ikkita bir xil aravacha (bolalarning o’yinchoq mashinalari) olib, biriga po’lat chizgichning bir uchini mahkam biriktiramiz. Chizgichni buklab ip bilan bog’laymiz va ikkinchi uchini ikkinchi aravachaga tegizib qo’yamiz
Ipni gugurt bilan kuydirib yuborsak chizgich to’g’rilanib o’zaro ta’sir natijasida aravachalar bir xil masofaga siljiydilar, ya’ni ular bir xil tezlanish oladilar. Aravachalarning biriga yuk qo’yib tajribani takrorlasak, yuk qo’yilgan aravacha kam masofaga siljiydi, ya’ni u kichik tezlanish oladi. Bundan Shunday xulosa chiqaramiz: Jismlar o’zaro ta’sir qilganda massasi katta bo’lgan jismning tezlanishi kichik bo’ladi, ya’ni jismning oladigan tezlanishi uning massasiga teskari proportsional bo’ladi:
Bir jismning massasini birlik etaloni sifatida qabul qilsak, bu tajribadan foydalanib boshqasini massasini tanlangan etalon birligida aniqlash mumkin. Massani aniqlashning ikkinchi usuli shaynli tarozida tortish ekanini, etalon sifatida platina-iridiy qotishmasidan tayyorlangan silindrchaning massasi qabul qilingani, uni bir kilogramm deb olinganini, u Parij yaqinidagi Sevr shaxridagi o’lchovlar palatasida saqlanishini aytib o’tamiz. Massaning gramm, tsentnyer, tonna kabi birliklarining xam mavjudligini, ulardan kilogrammga o’tishni mashq qilib ko’rsatamiz.
O’quvchilarshaynli tarozida tortish malakalariga ega bo’lishlari uchun, turli jismlarning massalarini o’lchab ko’rishlari lozim. Shundan keyin modda zichligi, uni haroratga bog’liqligi, Abu Rayhon Beruniy oltin va simobning zichliklarini katta aniqlikda o’lchaganligi haqida ma’lumot berib o’tamiz. O’quvchilar qo’li bilan tayyorlangan dinamometr, blok, lineyka (o’lchov tasmasi) aravacha (bolalarning o’yinchoq mashinasi) va sekundomyerdan foydalanib quyidagicha tajribani namoyish qilib, unga asosan Nyutonning ikkinchi qonunini quyidagicha tushuntiramiz.
1-tajriba
Aravachaga dinamometrni mahkamlab, uni namoyish stoli ustiga qo’yamiz. Dinamometrga ipning bir uchini ulab ikkinchi uchini stol qirrasiga o’rnatilgan blok orqali o’tkazamiz va unga yuk ilamiz. Yukni qo’yib yuborsak u aravachaga ta’sir qilib, uni tekis tezlanuvchan xarakat qildiradi. Aravacha S masofani qancha vaqtda bosib o’tganini sekundomyer (sekundli strelkasi bor soat) dan aniqlab uning tezlanishini
S=(at²)/2
formuladan foydalanib hisoblaymiz:
Aravachaning massasini m1 deylik Yukni qo’yib yuboramiz va Shu onda sekundomyerni yurgizamiz. Aravachaga ta’sir etayotgan kuchni dinamometrdan ko’rib olamiz, u F1 bo’lsin. Aravacha S masofani bosib o’tishi bilan sekundomyerni to’xtatamiz va unga qancha vaqt ketganini aniqlaymiz, u t1 bo’lsin. Bularga ko’ra tezlanishni hisoblaymiz
2-tajriba.
Aravachaga ta’sir etuvchi kuchni orttiramiz, ya’ni ikkinchi yukni ilamiz va tajribani takrorlaymiz. Dinamometr kuchni ortganini ko’rsatadi, u F₂ bo’lsin. S masofani bosib o’tish uchun ketgan vaqt t₂ bo’lsin. T₂1 bo’lishini ko’ramiz. Tezlanishini hisoblaymiz:a₂=(2S)/t² ikkala tajribadan olingan natijalarni solishtirib a₂ >a₁ bo’lganini aniqlaymiz va undan quyidagi xulosani chiqaramiz: jismning oladigan tezlanishi unga qo’yilgan kuchga to’g’ri proportsional bo’ladi, ya’ni a~F