LAWS of MOTION
методическая разработка по английскому языку (10 класс) на тему

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 180

с углублённым изучением английского языка

ЗАКОНЫ МЕХАНИКИ

LAWS  OF  MOTION

(Интегрированный урок – физика и английский язык)

Мероприятие

 подготовлено учителями

 физики и английского языка

Смирновой О.А. и

Васильевой Е.В.

Санкт-Петербург

2013 год

ЗАКОНЫ  МЕХАНИКИ

ЦЕЛЬ  УРОКА:

- расширение  и  обобщение  знаний  учащихся  по  механике;

- применение  знаний  английского языка  на  уроках  физики.

ПОДГОТОВКА  К  УРОКУ:

        - подготовка к уроку  начинается  за  полтора – два  месяца  с  обсуждения его  плана  в  классе;

        - после  того  как  план  принят,  распределяются  обязанности  между  учащимися:

        •  ведущий;

        •  два  учащихся  для  подготовки  стенда  «Жизнь  и  деятельность  Исаака  Ньютона»

        •  ответственные  за  подготовку  класса  и  выставки  книг,  посвящённых  работам  И. Ньютона,  законам  механики (2  учащихся);

        •  ответственные  за  подготовку  экспозиций,  лекций  и  демонстраций  (8 учащихся);

        •  участники  диспута  (3 учащихся);

•  ассистенты  ведущего  для  проведения  конкурса;

•  два  члена  судейской  коллегии.

После  того  как  все  участники  в  основном  ознакомились  с  содержанием  рекомендованной  литературы,  начинается  подборка  материала,  изготовление  иллюстраций, чертежей,  схем,  перевод   выступлений  на  английский  язык.  Одновременно  ведутся  репетиции  диспута,  консультации.

 После  проведения  интегрированного  урока  все  материалы  собираются  в  специальную  папку  «Законы Ньютона».

План  урока

1.  Диспут  «представителей»  трёх  научных  эпох  -  античной,  классической  и  современной.

2.   Осмотр  экспозиций,  посвященных  применению  законов  механики.

3.   Конкурс  знающих  и  находчивых.

Оформление  урока

        В  классе  -  на  видном  месте  портрет  Исаака  Ньютона

Qui   genus   humanum   ingenio   superavit   (Разумом он превосходил род человеческий)

На  стендах  расположены плакаты,  на  которых  написаны  слова,  сказанные  в  адрес  учёного,  а  также  высказывания  Ньютона  о  своих  работах  (на русском и английском  языках)

        “Newton  by his Law of gravity  created  Scientific  Astronomy, New Theory about Light and Colour – Scientific Optician,  Binomial Theorem and   Theorem about Ovals  -  Scientific Mathematics,  Mathematical Principles of  Natural  Philosophy – Scientific Mechanics”

(F. Engels)

        “If I saw further the others, only   therefore  that stood  on  shoulders  of  giants”

(I. Newton)

В кабинете  экспонируются  стенды,  рассказывающие  о  жизненном  пути  великого  английского  учёного  и  о  его  основных  работах;  демонстрирующие  научно-популярную литературу по механике;  рефераты  учащихся  о  законах  движения;  материалы  о  применении  этих  законов  в  технике,  тетради  с  описанием  выполненных  лабораторных  работ.

Ход  урока

Leading:

        There  are  few  names  and  books  penetrating  ages  and  even  millenniums  and  eternally influencing  upon  the  development  of  culture,  technology  and  science.

        Multiple  hypothesizes  and  theories  are  packed  and  forgotten  in  the  archive… .

But  if  the  scientific  discoveries  and  results  of  studies  done  long  ago,  have  saved  their  efficiency,  if  they  turn out  to  be  available  for  decision new  scientific  and  practical  problems  in  modern  conditions,  it  means  that  they  are  reliable,  because  they  have  passed  the  most  strict  and  cruel  test  -  to  stand  the  test  of  time.

        Mechanic  laws,  opened  about  three  hundred  years  ago  by  the  brilliant  English  scientist  Isaac  Newton , are  actual  nowadays.

        To  represent  better  the  history of   mechanic  development   we  have  invited  here  the  three  different  epochs   “scientists”   and  have  asked  them  to  give  us  their  opinion  on  main  laws  of  motion.

        Will  you  let  introduce  them:

This  is  Aristotle’s  pupil.  This  is  an  exponent  of  classical  physics.  And  this  is  our  contemporary.

  Leading:

Let’s   ask  them  to  solve  the  following  problem:

          One  Kg  mass  body  comes  out  at  rest  under  the  action  of  power  9,8 N  and  moves  outside of  force gravitation. How  much  time  will  it  take  to  the  body  to  reach  the  velocity  of  300 000 000 m/sec.

The 1st scientist:

        Examining  the  condition  of  this  problem,  I  see  this  motion  occurs  influenced by  the  force.  The  great  teacher  named  such  motion  “unnatural”  and  “forcible” and  having  talk  on  them,  confirmed  that  the  velocity  of  the  body  depends  on  the  force. If  the  force  is  constant  it  means  the  velocity  is  also  constant.  But  in   the  condition  of  the  problem it  is  said  ,  that  the  force  is  constant  and  the  velocity  increases.  It  is  impossible …  . The  condition  of  the  problem  is  false  and  it  is  impossible  to  solve  the  problem.  

The 2nd scientist:

        Now  I  want  to  solve  a  problem.  I  shall  use  the  2nd  law  of  I. Newton:  
The  change  of  motion  is  proportional  to  the  motive  force  impressed;  and  is  made  in  the  direction  of  the  right  line  in  which  that  force  is  impressed,  namely

    = F

As  far  as  mass  of  the  body  always  constant  and  does  not  change  a  law  is  possible  to  write  so:

 = F

Here t  -  time  of  action  of  the  power,

  V -  changing  a  velocity

Thence  = =  = 3,06• 1 year

The  problem  is  solved.

The 3rd  scientist: 

        In  spite  of  that  you have  brilliantly  used  the  arguments  of  classical  mechanics  to  solve  a  problem  and  have  had  an  answer  from  modern  physics standpoint,  I  insist  on  that  your    decision  is  false. But  not  therefore  that  the  2nd  law  of  Newton  is  wrong,  but  on  the  other  reason.  In  condition  is  said  that  body  must  reach  the  velocity  of  3•m/sec.  This  velocity  is  the  velocity  of  light,  but  according  to  modern  scientific  outlook  neither  one  of  these  bodies can  move  at  a  speed  of  the  equal  velocity  of  light,  it  can  reach  only  velocity infinitely  little distinguishing  from  it.

So  it  doesn’t  mean to  solve  the  given  problem.  By  the  way,  my  dear  colleague,  I  want  to  notice   that  your  statement  “mass  of  the  body  is  always  constant  and  does  not  change”  is  false.

  Leading:

        Three  scientific  epoch  representatives have  voiced  their  own  absolutely  different  standpoints  deciding  the  problem.  It’s  not  marvelous.  Between  the  antique  Aristotle’s  physics  and  classical  physics  of  Newton  is  the  difference   in  time  about  2  thousand  years  and  though 3 hundred  years  passed  from  a  day  of  Newton’s  death,  it  was  a  time  of  highly  tempestuous  development  of  scientific  thoughts.

        Now  let’s  ask  “scientists”  to  tell  us  about  those  glances  which  they  keep.

The 1st scientist:

        Aristotle  teaches  us    that  the  Earth  is  the  world  centre.  It  is  explained  craving  heavy  body    fall onto  the  ground.  On  the  contrary,  light  bodies  tend  to  rise  upwards  where  all  light  things  are  concentrated.  Both  this  and  that  motion  are  made  without  using  the  force,  they  are  natural  and  unconstrained.  Natural  motion  occurs  when  the  body  tends  to  its  “place”.  I  have  to  add  this  is  a  speed  up  removal.

        What  can  we  say  about  other  motion?  They  are  unnatural  and  forcible  because  they  are  made  against  nature.  Push  the  ball  on  the  ground.  It  will  decelerate  its  motion  and  stop.  To  support  its  velocity  constant  it  is  necessary  to  apply  an  action  of  the  force.  So  it  is  necessary  to  apply  an  action  of  the  force  for  being  the  forcible  motion.

        The 2nd scientist:

        At your time  nobody  knew  that  all the  bodies  moving  in  terrestrial  conditions  were  acted  by  friction  power.  It  explains  some  your  errors.  You  have  absolutely  smooth  flat  surface  which  was  put  bent  to  the  horizon  and  a  smooth  ball.    Now  tell  us  what  will  happen  if  we  put  the  ball  on  the  plane  and  allow  it  to  itself?

The 1st scientist:

        We’ll  observe  a  natural  speed up  motion  of  a  heavy  body  downwards.

The 2nd scientist:

Well,  but  if  we  push  the  ball  along  the  plane  upwards?

The 1st scientist:

This  motion  is  against  nature.  So  it  will    slow decelerate   and  will  stop  during  the  time.

The 2nd scientist:

        But  what  kind  of  motion  will  the  ball  have  if  it  is  placed  onto  the  strictly  horizontal  absolutely  smooth  surface  having  infinitely  greater  length  and  then  push  it?  Will  the   ball  move  speed  up?

          The 1st scientist:

        I  don’t  see  any  reasons.   There  is  no  descent  indeed.

        The 2nd scientist:

          May  be  it  will  move  decelerately,  won’t  it?

The 1st scientist:

No, it  won’t.  The  plane  doesn’t  rise  upwards …  .  As  far  as  the  motion  is  neither  speed  up  nor  decelerate  so  it  is  evenly.  But  if  the  surface  is  endless  the  motion  will  last  infinitely …  .  But  it  can’t  be!  And  Aristotle  said  nothing  about  it. Also  Aristotle’s  teaching  serves  us  a  conductor  in  the  science,  it  is  unshakable  and  sanctity  and  it  is  encouraged   and  advocated  by  the  church.

Leading:

Valuing  antique  physics  we  consider  that  on  the  one  hand  Aristotle’s  teaching   was  known  for  step  on  ward – firstly  they  began  studying   and  classifying  motion,  they  began  to  form  main  ideas  of  mechanic  such  as  Velocity  and  power.  Accumulated  knowledge  was  brought  to  a  system.  But  on  the  other  hand  this  teaching  was  a   brake  for  the  science  and  delayed  its  development,  because  the  church  announced  everybody  who  told  the  thoughts  against  Aristotle’s  physics  as  heretics.

The 2nd scientist:   

          Newton’s  service  consists  exactly    that  he leaning on the  works  of  his  predecessors   could   turn down  obsolete,  being  unchangeable during  nearly two  millenniums  glances  and  could  create  his  own  new  theory  of  motion,  could  wrap  it in  the  graceful  mathematical  form  and  successfully  use  it  to  solve  celestial  mechanics problems.

        “The  Mathematical  Principles  of  Natural  Philosophy”  was  published  by  Newton  in  1687. Why  is  this  book  called  like  this?  In  England  Physics  was  marked   with  the  term  “Natural  Philosophy”.  Being  the  good  mathematician  Newton  wanted   to  build  Physics  in  Geometry  own  image:  from  several  main  axioms  by  mathematical  way  to  remove  theorems  and  rules.

        The  book  consisted  of  three  parts  and  an  introduction.  The  main  notions  were  formulated  in  the  introduction:  mass,  force,  the  quantity  of  motion.  Then  axioms,  or   laws  of  motion  followed. The  Motion of  Bodies  under  the  action  of  force  was  described  in  the  first  part  of  the  book.   The  same  Motion  of  Bodies  in  Resisting  Mediums  was  described  in  the  second  part  of  the  book.  System  of  the  World  (in  Mathematical  Treatment)  was  described  in  the  third  part  of  the  book;  the  law  of  gravitation  in  it  was  applied  to  the  explanation  of  moving  the  Moon  and  planets  as  well  as  for  the  explanation  of  phenomena  of  tides.

        It  was  difficult  to  read  the  book.  Newton  himself  recommended  the  persons  having  weak  cognition  in  Math  to  limit  themselves  only  in  introduction  and  go  to  the  third  part  then.

        Formulating  his   Laws  of  Motion  Newton  from  notions  of  absolute  space  and  time.

The 1st scientist:

And  what  did  Newton  understand  under  it?

The 2nd scientist:   

        Absolute  space  is  an  empty  receptacle  of  things;  is  an  original  “box without  walls”;  it  exists irrespective  of  anything  and  stays  always  the  same  and  motionless.  Absolute  time  is  “a  receptacle  of  events”,  it  flows  continuously,  infinitely  and   equally  everywhere.

The 1st scientist:

Where  is  it,  this  space?

The 2nd scientist:   

It  is  everywhere,  but  it  is  impossible  to  find  it  out.

The 1st scientist:

And  how  can  we  define  it?

The 2nd scientist: 

And  it’s  impossible  to  define  it  out.

As  far  as  I  can  see  my  colleague,  a  person,  his  own  organs  of  feelings  available  only  relative  space  and  relative  time,  which  is  a  measure  of  length  of  event,  for  instance,  a  day,  an  hour,  a  year.  

The 1st scientist:

I  have  understood  that  we  have  dealings  with  the  relative  space.  But  could  you  explain  the  relativity  of  time  in  more  detail?

The 2nd scientist: 

Willingly.  Let  us  suppose  you  are  on  board  the  ship  and  suddenly  your  clock  has  stopped.  To  set  a  clock  right  you  have  inquired  about  the  time  the  ship  passing  by.  You  are  answered  by  raising  the  mast  signal  system.  Using  these  signals  you  have  set  a  clock  on  your  ship  and  start  it  up.  Is  it  true  that  clock  on  your  ship  and  on  nearby  ship  show  the  same  time?  No,  it  isn’t.  It  took  some  time  to  raise  on  the  mast  a  signal  and  so  your  clock  is  little  slow.  But  after  all  your  clock  will  count  out  hours  and  minutes,  running  from  a  moment  of  its  installation  and  show  a  relative  time  in  your  system.

Now  I  tell  you  about  the  system  a  counting  out.  This  notion  in  the  classical  mechanics  is  also  one  of  the  main.    Systems  a  counting  out  may  be  a  great  number  and  for  the  body  of  counting  out  you  can  take  any  body  you  want.   It  is  impossible  in  our  mechanics  to  speak  about  motion,  to  study  it  without  determining  it  to  a  system  of  counting  out.  Perhaps  you  understand  it,  don’t  you?

The 1st scientist:

No,  not  for  a  while  yet,  it  isn’t  clear.

The 2nd scientist: 

I’ll  try  to  explain  my  thought.  Let’s  use  an  example  with  the  ship  again.  Could  you  tell  me  is  the  anchor  situated  on  the  board  of  the  moving  ship  moving?  

The 1st scientist:

Certainly.  It  is  moving  together  with  the  ship.

The 2nd scientist: 

And  is  it  moving  on  the  deck  of  the  ship?

The 1st scientist:

Certainly, no.

The 2nd scientist: 

Well  then,  the  anchor  is  simultaneously on  rest  or  moving.  The  point  is  that  in  what  system  the  observer  is:  if  he  takes  a  deck  of  the  ship  for  the  beginning  of  counting  out  or  a  port  the  ship  left  for  sail.  This  example  allows  to  understand  why  Newton  considered  that  

The 1st scientist:

I  don’t  know.  But  how  can  we  understand  your  words?

The 2nd scientist:

The  given  statement  was  voiced  on  the  grounds  of  multiple  experiences  and  observing,  which  have  shown  that  in  such  systems  a  motion  of  bodies  occurs  on  the  same  laws.

The 1st scientist:

Well,  but  if  one  of  two  systems  a  counting  out  begins  to  move  with  regard  to  the  third  system  rapidly?

The 2nd scientist:

Oh,  it  is  much  more  compound.  Then  these  two  systems  won’t    be  enjoing  equal  rights,  and  the  motion  of  bodies  in  them  will  be  made  on  different  laws.    

The 1st scientist:

I  see  how  far  the  classical  mechanics  has  left  in  its  main  notion  against  Aristotle’s  physics.

The 2nd scientist:

Yes,  certainly  has.  Leaning  on  it  Newton  began  to  study  motion  and  installed  its  main  laws.  I  don’t  tell  anything   of  them  because  everybody  here  has  known  them.  Newton  eventually  came  to  the  conclusion  that ,  in  fact  the  problem  of  mechanics  is  to  find  motion  on  forces  and  on  the  contrary  to  find  forces  on  motion.

The 1st scientist:

What  is  the  reason  of  appearing  the  forces?

The 2nd scientist:

Newton  didn’t  give  an  answer  to  this  question.  He   wrote:  “  I  have  no  doubt  offering  the  principles  of  motion,  having  highly  general  value  and  leave  their  reasons  for  further  study”.    More  definitely  he  expresses  this  idea  such  as:  “Reason  …  I  couldn’t  remove    it  from  phenomenon  yet …”