Содержание к диссертации
Введение
Глава I. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ РАЗВИТИЯ ПОНЯТИЙ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ В НАУЧНОМ И УЧЕБНОМ ПОЗНАНИИ
I. Основные этапы развития представлений о пространстве и времени в науке. Современные физические представления о пространстве и времени 14
2. Изучение понятий пространства и времени в школьном курсе физики S4
3. Предложения по логике введения и характеру изучения современных научных ставлений о пространстве и времени 39
Глава II. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРОСТРАНСТВЕ И ВРЕМЕНИ НА МАКРОУРОВНЕ
I. Формирование понятий пространства и времени при изучении механики (пропедевтика) 54
2. Формирование понятий пространства и времени при изучении электродинамики и оптики (пропедевтика) 86
3. Формирование современных представлений о пространстве и времени при изучении основ СТО 102
4. Результаты экспериментального преподавания 121
Глава III. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРОСТРАНСТВЕ И ВРЕМЕНИ НА МЕГА- И МИКРОУРОВНЕ
I. Развитие пространственно-временных представлений при изучении элементов ОТО 142
2. Методика ознакомления учащихся с пространственно-временными закономерностями в микромире 156
3. Методика проведения обобщающей лекции"Пространство и время и современная научная
картина мира" 165
4. Результаты экспериментального преподавания . 175
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 184
- Основные этапы развития представлений о пространстве и времени в науке. Современные физические представления о пространстве и времени
- Формирование понятий пространства и времени при изучении механики (пропедевтика)
- Развитие пространственно-временных представлений при изучении элементов ОТО
Введение к работе
Одной из главных задач коммунистического воспитания в советской общеобразовательной школе является задача формирования диалектико-материалистического мировоззрения учащихся.
"ЦК КПСС ставит перед Министерством просвещения СССР, Министерством высшего и среднего специального образования СССР, Государственным комитетом СССР по профессионально-техническому образованию, Академией педагогических наук СССР задачу добиваться органического единства учебного и воспитательного процессов, формирования у учащихся и студентов научного мировоззрения..."-говорится в Постановлении ЦК КПСС от 26 апреля 1979 г./7,21/.
Школьный курс физини предоставляет огромные возможности для решения этой важной идеологической задачи. Особое место в формировании научного мировоззрения при изучении физики занимает изучение свойств пространства и времени.
Как известно, старые представления классической физики о пространстве и времени, опровергнуты современной наукой и являются методологически неверными /49, 9/. Современная физика привела к новым представлениям, наиболее адекватно отражающим их сущность. Она прежде всего указала на определяющую роль категории материи по отношению к категориям пространства и времени, подтвердила положение о неразрывном единстве пространства, времени и движущейся материи.
Представления о пространстве и времени являются основой современной научной картины мира. Ее эволюция тесно связана с развитием представлений о пространстве и времени. Так, создание механики привело к пространственно-временным представлениям в духе Ньютона, развитие электродинамики выразилось в пред-
-5-. ставленнях о пространстве и времени специальной теории относительности (СТО), изучение гравитации привело к пространственно-временным представлениям общей теории относительности (ОТО), наконец, исследование микромира указывает на возможность существования новых представлений о пространстве и времени.
Рассмотрение свойств пространства и времени необходимо для полного представления о современной научной картине мира. Можно согласиться с некоторыми авторами, считающими, что без включения этих вопросов обобщающая лекция "Современная научная картина мира" не имеет смысла /55, 21/.
При рассмотрении истории развития представлений о пространстве и времени и истории становления физической картины мира в целом с учащимися можно проиллюстрировать законы диалектики. При этом становится возможным обсуждение вопросов 0 соотношении абсолютной и относительной истин, о диалектике процесса познания. Это определяет огромное мировоззренческое значение данного материала и его влияние на повышение методологического уровня школьного курса физики.
Включение этих вопросов в школьный курс физики приводит в соответствие его содержание с достижениями современной науки, помогает преодолеть существующий разрыв между тем, что дается в школе и тем, что получают школьники из других источников информации.
Изучение свойств пространства и времени неразрывно связано с изучением основных физических понятий и закономерностей движения материальных объектов на различных уровнях материи, с обобщением знаний учащихся по механике, электродинамике и оптике. Таким образом, пространство и время являются как бы главной стержневой идеей, пронизывающей все основные разделы
курса физики, что способствует систематизации знаний и наиболее прочному их усвоению. Анализ основных свойств пространства и времени, использование мысленных экспериментов способствует развитию мышления учащихся.
Еще в 1965-1968 г.г. Голин Г.М., Мощанский В.Н. отмечали крайне неудовлетворительное положение в формировании данных понятий в школе. По исследованиям Голина Г.М.,97,3% учащихся УШ-Х классов имеют неверные представления о пространстве и времени, главным образом ньютоновские /41, 42/.
Данные констатирующего эксперимента,проводимого нами в 1979-1980 г.г.,показали несколько лучший результат - 87%, что объясняется, на наш взгляд, введением элементов СТО в школьный курс физики и изучением данного материала в курсе обществоведения. Так,на вопрос,что известно о свойствах пространства и времени, большинство учащихся УШ-Х классов (54%) либо не могут от-ветить ничего, либо отвечают в духе ньютоновских представлений. Многие учащиеся (33%) имеют ярко выраженные ньютоновские представления. Только 12% учащихся утверждают, что пространство и время - это формы существования движущейся материи, указывают на неразрывную связь материи, пространства и времени. Однако на вопрос о том, каковы же их физические свойства, которые бы подтверждали приведенные положения, эти школьники ответить не могут.
Проблеме формирования понятий пространства и времени посвящено единственное исследование Г.М.Голина, которое проводилось в 1965-1968 г.г. до введения новой программы по физике. Работ по данной проблеме на базе современного школьного курса физики еще не было.
.-7-
Некоторые аспекты проблемы формирования пространственно-временных представлений у школьников были отражены в работах, посвященных методике преподавания СТО в формированию диалекти-ко-материалистического мировоззрения (Пинский А.А., Зорина Л.Я., Нудельман Р.Э., Дробат А.С, Мощанский В.Н., Пустильник И.Г., Сиэппи А.О. и др.). Однако эти работы не решают существующей проблемы полностью, т.к. во-первых, изучением только СТО нельзя обеспечить необходимого уровня развития представлений, во-вторых, нельзя согласиться с предложениями авторов по изложению кинематики СТО, где формируются современные пространственно-временные представления.
Отсутствует материал,развивающий данные представления и в учебной литературе. Итоговая обобщающая лекция "Современная научная картина мира", проведение которой предусмотрено программой по физике, не содержит существенной части этой картины -представлений о пространстве и времени.
В настоящее время изменена школьная программа по физике в сторону уменьшения числа часов, отводимых на изучение СТО, с 7 до 5. Все это дает основание считать проблему формирования современных пространственно-временных представлений у учащихся недостаточно разработанной.
Актуальность избранной темы исследования определяется особой важностью проблемы формирования пространственно-временных представлений для развития научного мировоззрения учащихся, для обеспечения глубоких знаний основ физики, а также недостаточной разработанностью указанной проблемы в методике преподавания физики. Это послужило основанием для выбора темы исследования "Формирование современных пространственно-временных
представлений у учащихся в курсе физики средней школы'.'
Целью исследования является разработка содержания и методики работы по формированию современных пространственно-временных представлений у учащихся УШ-Х классов на уроках физики, а также на факультативных занятиях.
Основная идея исследования заключается в следующем:
- работа по формированию пространственно-временных представле
ний должна идти на протяжении всех лет обучения физике
Л ступени;
необходимо, чтобы данная работа предусматривала несколько этапов;
на изложение СТО должно быть отведено 5 учебных часов;
изучение свойств пространства и времени должно ограничиваться качественным уровнем;
логика введения современных пространственно-временных представлений в школьный курс физики должна совпадать с логикой развития данных представлений в физике-науке.
Исходя из цели и основной идеи нами были поставлены следующие задачи исследования.
Изучить состояние проблемы пространства и времени в философии и современной физике.
Изучить состояние проблемы формирования понятий пространства и времени в школе.
Провести анализ ранних работ А.Эйнштейна по СТО и ОТО с целью выявления их логики и выяснения возможности качественного подхода к изучению свойств пространства и времени.
Разработать методику формирования пространственно-временных представлений у учащихся в пропедевтическом плане при изучении механики, электродинамики и оптики.
- 9.-
На основе анализа работ А.Эйнштейна разработать методику формирования понятий пространства и времени при изучении основ СТО на уроках физики, а также предложить методику ознакомления учащихся на факультативных занятиях с элементами ОТО и закономерностями микромира,
Разработать методику проведения обобщающей лекции "Пространство и время и современная научная картина мира".
Проверить эффективность данной методики.
Методологической основой проводимого нами исследования являются положения марксистско-ленинской теории, касающиеся проблемы пространства и времени и процесса познания.
Для решения поставленных задач нами использовались следующие виды деятельности и методы исследования; анализ трудов классиков марксизма-ленинизма, партийных и правительственных документов по вопросам народного образования, анализ философской, физической, психолого-педагогической литературы; изучение состояния проблемы в методике преподавания физики; изучение опыта учителей, анализ личного опыта преподавания, индивидуальные беседы с учителями и школьниками, проведение эксперимента (констатирующего, обучающего и контрольного).
Научная новизна исследования заключается в следующем:
впервые рассматривается проблема формирования пространственно-временных представлений учащихся на материале современного школьного курса физики;
предложена методика этой работы включающая в себя 4 этапа;
определены содержание и задачи каждого из этих этапов;
при разработке методики изложения СТО обоснована возможность изучения кинематики СТО без вывода формул, на основе качественного анализа процесса измерения в инерциальных СО;
предложена методика ознакомления учащихся со свойствами пространства и времени на мега- и микроуровне при изучении на факультативных занятиях;
рассмотрена данная проблема в связи с формированием современной научной картины мира.
Практическая ценность работы заключается в разработке конкретной методики, системы методических приемов, рекомендаций, способствующих развитию современных пространственно-временных представлений учащихся и научной картины мира в целом, предполагающих элементарные философские обобщения, формирующих диа-лектико-материалистическое мировоззрение школьников.
Апробация результатов исследования осуществлялась в процессе экспериментального преподавания в школах № 54, Ш 886, № 851, Ш 56 г.Москвы и школах № I, № 2, Ш 10, Ш 14, Ш 46 г.Астрахани, в процессе обсуждения полученных результатов на научно-методических конференциях, семинарах учителей физики, аспирантских семинарах на кафедре методики преподавания физики МШИ им.В.И.Ленина. Материалы исследования докладывались:
На заседаниях районного методического объединения учителей физики г.Черняховска Калининградской области (январь 1977 г.) и г.Астрахани (декабрь 1978 г.).
На аспирантском семинаре кафедры методики преподавания физики МШИ им.Б.И.Ленина (сентябрь 1981 г.).
На семинарах учителей г.Москвы под руководством проф.Б.М. Яворского (февраль 1982 г., март 1982 г.).
На Ленинских чтениях в МШИ им.В.И.Ленина (апрель 1982 г.).
5. На XXXZ Герценовских чтениях в ЛГПИ им.А.И.Герцена (май
1982 г.).
- ii;-
Исследование проводилось нами в несколько этапов. Первый этап (1976 - 1978 г.г.) заключался в изучении состояния пробле-мы, в определении темы исследования и в сборе материала. Второй этап (1979 - 1981 г.г.) включал проведение констатирующего и первого обучающего эксперимента, разработку и уточнение методики, публикацию методических пособий для учащихся. На третьем этапе (1981 - 1982 г.г.) был проведен второй обучающий экспери-мент, получены окончательные результаты, подведены итоги, завер шена работа над диссертацией.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и библиографии. Объем 176 страниц машинописного текста. Диссертация содержит 33 рисунка, 15 таблиц, 5 схем,.
Во введении обосновывается актуальность проблемы, определяются цель, задачи, методы исследования; излагается новизна, практическая ценность и апробация работы; формулируются защищаемые положения.
В первой главе анализируется состояние проблемы в науке, философии и методике преподавания физики. Даются обоснованные рекомендации по логике введения и характеру изучения предлагаемого материала.
Во второй главе рассматривается методика развития современных пространственно-временных представлений учащихся в пропедевтическом плане при изучении механики, электродинамики и оптики. Дана методика изучения основ СТО в соответствии с действующей программой, где на эту тему отводится 5 часов. В конце главы приводятся результаты экспериментального преподавания.
В третьей главе предлагается методика ознакомления учащихся со свойствами пространства и времени на мега- и микро-
- ІЗ -
уровне на факультативных занятиях. Приведена разработка обобщающей лекции "Пространство и время и современная научная картина мира". В заключении главы приводятся результаты педагогического эксперимента.
Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:
Основные свойства пространства и времени. Учебные материалы, к эксперименту. - М.: МГПИ им.В.И.Ленина, 1981. - 34 с.
Современные представления о пространстве и времени. Учебные материалы к эксперименту. - М.: МГПИ им.В.И.Ленина, 1981. -41 с.
Роль понятия "система отсчета" в формировании пространственно-временных представлений учащихся УШ класса. Физика в школе, І98Ї, № 3, с.43-44.
Некоторые аспекты изучения процесса распространения света в X классе. - В сб. МГПИ им.В.И.Ленина, 1982. (в соавторстве).
Формирование пространственно-временных представлений учащихся в курсе физики средней школы. - В сб. Методологические проблемы преподавания физики. - Владивосток, 1982.
(в соавторстве).
На защиту выносятся
обоснование необходимости проведения целенаправленной, систематической работы по формированию современных научных представлений о пространстве и времени при изучении школьного курса физики;
методика развития пространственно-временных представлений учащихся в пропедевтическом плане при изучении механики, электродинамики и оптики;
- ІЗ -
методика изучения основ СТО расчитанная на 5 уроков, как это предусмотрено последним вариантом программы по физике;
методика ознакомления на внеклассных занятиях с элеме& тами пространственно-временных закономерностей ОТО и микромира;
методика проведения обобщающей лекции "Пространство и время и современная научная картина мира".
Основные этапы развития представлений о пространстве и времени в науке. Современные физические представления о пространстве и времени
Представления о пространстве и времени занимали и занимают центральное место в познании человеком окружающей действительности. С развитием науки эти представления изменялись и совершенствовались. Характеризуя процесс познания пространства и времени В.И.Ленина писал: "Человеческие представления о пространстве и времени относительны, но из этих относительных представлений складывается абсолютная истина, эти относительные представления, развиваясь, идут по линии абсолютной истины, приближаясь к ней" /З, 181/. Особенно большие изменения они претерпели в результате бурного развития физики в начале XX столетия. Рассмотрим коротко основные этапы развития представлений о пространстве и времени.
Исторически сложились две точки зрения на пространство и время: субстанциональная и реляционная. Основоположником первой принято считать Демокрита. Свое развитие эта точка зрения получила у И.Ньютона, взгляды которого являются обобщением взглядов Н.Коперника, Д.Бруно, И.Кеплера и Г.Галилея. Ньютон рассматривал пространство как пустое вместилище тел. Оно объективно, трехмерно, неподвижно, непрерывно, абсолютно проницаемо, бесконечно, однородно и изотропно. Пространство безучастно по отношению к материальным телам и процессам, происходящим в нем. "Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным" /98, 31/. Это своебразный пассивный фон, "арена движения тел", "чистая протяженность как таковая".
Время у Ньютона также абсолютно и является "вместилищем событий", "чистой длительностью как таковой". "Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью" /98, 31/. И хотя относительное время тоже существует как "мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни" /98, 32/, абсолютное время существует само по себе. В физике Ньютона оно объективно, одномерно, непрерывно и бесконечно. Пространство и время не связаны между собой. Это выражается в независимости расстояния между двумя точками и промежутка времени между двумя событиями друг от друга и от системы отсчета. Абсолютность времени подкреплялась концепцией дальнодействия, согласно которой передача действия от тела к телу осуществляется без какой-либо промежуточной среды и мгновенно. Такая точка зрения делает мир "единой материальной системой с единым универсальным временем" /149,19/. Ньютоновские воззрения на пространство и время были обще-привнанными в течении двух веков. Они позволяли решать конкретные механические и физические задачи и были, по словам А.Эйнштейна, в тот период развития науки единственно возможными и, главное, - единственно плодотворными / 40,34/»
2. Основоположником реляционной концепции является Аристотель. Наиболее систематическое изложение эта точка зрения получила в трудах Г.Лейбница и Дж.Толанда. Для Лейбница пространство не является субстанцией. Пространство - "порядок сосуществований1, а время - "порядок последовательностей" /108, 47/. Пространство и время по Лейбницу относительны. Они не существуют вне материальных тел и процессов. Пространственные отношения обусловлены существованием материальных тел. Время рассматривается как условие причинной зависимости событий друг от друга. Однако, взгляды Лейбница носили идеалистический характер. С материалистических позиций эта концепция наиболее ярко представляется Дж.Толандом. Толанд отрицает существование абсолютного пространства и абсолютного времени. "Понятие пустоты, - пишет Толанд, -есть одно из бесчисленных ошибочных следствий из определения материи через одну лишь протяженность, из утверждения, что материя по своей природе бездеятельна, из мысли, что она разделена на реальные части, вполне независимые друг от друга" /130,100/. Здесь же впервые высказываются мысли о том, что движение есть основной способ бытия материи, а также о связи пространства и времени с движущейся материей.
Формирование понятий пространства и времени при изучении механики (пропедевтика)
Существуют и другие способы определения положения точки в пространстве. Но какой бы способ мы не применяли, в любом случае необходимо три числа. Тот факт,что для определения положения точки в пространстве необходимо именно три числа, что тела имеют длину, ширину и высоту, а движение возможно только по трем взаимно перпендикулярным направлениям (рис.2,в), "вперед", и "назад" (вдоль оси ОУ), "врраво" и "влево" (вдоль оси ОХ), "вверх" и "вниз" (вдоль оси 02 ), говорит о том, что пространство трехмерно. Это свойство является одним из основных, установленных на опыте свойств макроскопического пространства. Важно подчеркнуть,что выявлением причины трехмерности пространства занимается современная наука.
Обращаем внимание учащихся на то,что время в отличии от пространства имеет одно измерение. Это означает, что любое явление происходит либо до, либо после выбранного нами за начало отсчета момента. Все моменты времени могут быть изображены в виде точек на прямой - оси времени (рис.3). Последователь-ность точек соответствует последовательности определенных моментов времени. Выражение /\Ь-і 5-І & представляет собою промежуток времени. Значения равны промежуткам времени от момента, принятого за начало отсчета до данного момента. За начало отсчета времени может быть выбран любой момент. Отмечаем, что этот момент устанавливается нами. Существует различные "точки" отсчета времени, однако "абсолютного" начала времени не существует. Время в механике так же как и пространство непрерывно и бесконечно делимо.
Важным свойством времени является его необратимость. Время всегда "течет" в одном "положительном" направлении, от прошлого к будущему, но не наоборот. Невозможно течение времени от будущего к прошлому. Необратимость времени в классической физике принято связывать с последовательностью причин и следствий. Эта последовательность имеет одно направление от причины к следствию. Приводим элементарные примеры возможных явлений, связанных последовательностью причина —- следствие: бросок камня - - звонок колокольчика выстрел из пистолета — - попадание пули в мишень включение фонаря — - освещение экрана. Для того,чтобы учащиеся уяснили, что однонаправленность не является исключительным явлением, указываем на существование в физике необратимых процессов и приводим примеры. Так, переход тепла от более нагретого тела к менее нагретому, - явление диффузии, процесс расширения газа и т.д., являются процессами однонаправленными. Существование таких процессов такие позволяет выделить неравноправность, различие двух направлений времени. Подчеркиваем, что выяснение причины необратимости времени является одной из важных проблем современной науки.
Далее переходим к изучению понятия система отсчета (СО). Как показывает опыт, именно здесь, при формировании этого понятия, закладываются основы ньютоноских представлений о пространстве и времени. Одна из причин такого положения - это отсутствие в определении СО релятивистской идеи о связи часов с системой координат и телом отсчета. Учителю необходимо прежде всего отразить эту связь в определении СО и обратить на это внимание школьников.
Напоминаем,что о движении или покое тела можно судить только по отношению к другим телам. Даем определение тела отсчета: "Тело, относительно которого рассматривается движение,называют телом отсчета" и обращаем внимание на то,что, выбирая тело отсчета, мы тем самым условно считаем это тело неподвижным. Для описания движения с телом отсчета связывают систему координат. Координаты тела позволяют установить его положение в пространстве. Так как движение происходит не только в пространстве, но и во времени, то для описания движения необходимо отсчитывать также и время. Время отсчитывается с помощью того или иного типа часов. Предполагается, что часы, как и масштаб для измерения длины, используется именно в данной системе координат
(рис.4).
После того, как учащиеся познакомятся с понятием тела отсчета, с необходимостью связи системы координат с телом отсчета, выбором масштаба для измерения длины и способа измерения времени, даем определение СО. Определение может быть таким: "Система отсчета - это совокупность тела отсчета, покоящихся относительно тела отсчета часов и системы координат". Подчеркиваем, что понятие СО является фундаментальным в физике. Пространственно-временное описание движения при помощи расстояний и промежутков времени возможно только тогда, когда выбрана определенная СО. Выбор СО определяется соображениями удобства.
Развитие пространственно-временных представлений при изучении элементов ОТО
Ознакомление учащихся с элементами пространственно-временных закономерностей на мегауровне предусмотрено в течение двух занятий. Этот материал должен являться логическим продолжением изучения СТО с одной стороны, а с другой - должен быть связан с повторением курса механики. Ниже дается методика изучения предлагаемого нами материала.
Неинерциалъные СО. Распространение идей СТО на неинерци-альные СО.
Занятие начинаем с постановки вопроса "Существуют ли инер-циальные СО в действительности (то есть СО, в которых выполняют-ся законы механики)?".
Убеждаем учащихся, что этот, на первый взгляд, странный вопрос все же имеет смысл. Во-первых, в такой СО необходимо, чтобы тело было свободно от внешних воздействий, Только в такой СО будет выполняться I закон Ньютона, то есть тело будет либо покоиться, либо двигаться прямолинейно и равномерно. Но как освободиться от гравитационного взаимодействия, если вся Вселенная заполнена материальными объектами? Удаляя рассматриваемое тело от одного объекта и уменьшая при этом гравитационное воздействие с его стороны, мы приближаем его к другому и тем самым увеличиваем воздействие со стороны другого объекта. Поэтому, строго говоря, нет такой СО, в которой тело могло бы быть свободным от воздействия других тел. Во-вторых, известно, что Земля вращается вокруг собственной оси с угловой скоростью =0,73.10 0-1. Следовательно, СО, связанная с Землей, не может быть инерци-альной, так как всякое вращение есть движение с ускорением. Кроме того, Земля движется вокруг Солнца с угловой скоростью сд = 2 ,10 7с . Ближе к инерциальной СО будет СО, связанная с Солнцем. Однако установлено,что и Солнце поворачивается вокруг центра Галактики с угловой скоростью 6tJ, = 0,88.10-- . Таким образом, выбор инерциальной СО может осуществляться лишь в некотором приближении. Возникает серьезная трудность: с одной стороны мы имеем законы, сформулированные только для инерциальных СО, с другой - мы не можем указать СО, которая могла бы быть инерциальной. Эта трудность может быть предолена, если сформулировать физические законы таким образом, чтобы они были верны не только для инерциальных СО, но и для СО, движущихся с ускорением (неинерциальных). При этом новые законы, естественно,должны переходить в старые в случае инерциальных СО. Это оказалось возможным в связи с созданием общей теории относительности.
Даем определение неинерциальной СО, как СО, движущейся относительно инерциальной с ускорением. Обращаем внимание учащихся на тот факт, что между инерциальными и неинерциальными СО существует глубокое различие. В инерциальных СО все физические процессы протекают одинаково, независимо от того, с какой скоростью движутся эти системы относительно друг друга. В ускоренных СО явления протекают иначе. В этих СО действуют некоторые дополнительные силы, величина которых зависит от ускорения самой СО. Эти силы действуют на все тела данной СО, поэтому движение тел в неинерциальных СО является в общем случае непрямолинейным и неравномерным, даже в отсутствии сил взаимодействия с другими телами.
Приводим пример проявления силы инерции. Таким примером может служить СО, связанная с вагоном, ноторый либо быстро набираем скорость, либо круто поворачивает, либо резко тормозит. Во всех трех случаях бывает очень трудно удержаться на ногах. Причиной этого является не что иное, как действие силы инерции, которая, как известно, всегда направлена в сторону, противоположную возникшему ускорению. Эта сила равна \У— -м& % где 141 - масса тела, а ос - ускорение неинерциальной СО относительно инерциальной. Поясняем физический смысл отрицательного знака в формуле. Знак минус указывает, что направление векторов \У и #е противоположное. Показываем учащимся, какой вид принимает П закон Ньютона в неинерциальных СО: Fч- У—ша, где/ - сумма всех сил взаимодействия, а - ускорение тела относительнонеинерциальной CO, a О - сила инерции, обусловленная ускоренным движением СО и равная Далее перечисляем некоторые особенности сил инерции:
1. Силы инерции существуют только в неинерциальных СО, в инерциальных СО их не существует.
2. К ним не применим Ш закон Ньютона, так как вызваны они не взаимодействием, а ускоренным движением самой СО.
3. Силы инерции являются внешними по отношению к любой системе тел, поэтому в неинерциальных СО нет замкнутых систем и, следовательно, не выполняются законы сохранения.
4. Силы инерции пропорциональны массе тела.
Просим учащихся обратить внимание на эту последнюю особенность сил инерции, так как она Судет необходима нам в дальнейших наших рассуждениях.
Похожие диссертации на Формирование современных пространственно-временных представлений у учащихся в курсе физики средней школы
