Понятие механическая работа в науке было введено раньше, чем понятие энергия. Термин механическая работе был введен впервые в науку в 1826 г. ученым Понселье, а понятие энергия в 1856 г. Т. Юнгом. В школе при формировании понятия механическая работа встречается ряд трудностей, со многими физическими понятиями школьники встречаются в повседневной жизни и на уроках физики, эти понятия углубляются и дается научная трактовка. С понятием механической работы школьники встречаются впервые; смысл многих физических величин раскрывается по ходу их изучения. В отличие от этого математическая структура понятия работа не позволяет дать простую функциональную интерпретацию (то есть ограничивается формально-математическим понятием). Механическая работа тесно связана с понятием энергия. Существует различные методические подходы к трактовке понятия энергия: 1. Существуют различные виды движения материи. Все эти виды превращаются друг в друга, в строго определенных количествах. Это положение лежит в основе следующего определения: энергия – это общая, единая, количественная мера различных форм движения материи. 2. Каждому соответствию механической системы соответствует определенная энергия. Переход из одного состояния в другое сопровождается изменением энергии системы. Энергия системы – функция ее состояния. 3. В школьном определение дается следующем виде: Энергия – свойство (способность) тел совершать работу.

Рассмотрим основные этапы формирования понятия механическая работа в средней школе. С этим понятием ученики впервые встречаются в 7 классе, здесь рассматривается лишь частный случай работы, когда направление силы совпадает с направлением перемещения, угол между ними равен нулю. Для вычисления работы пользуемся формулой A = F S, где векторные величины F S в 7 классе не рассматриваются. После уточнения этого понятия устанавливается достаточный и необходимый признак совершения работы. Механическая работа совершается тогда, когда на тело действует сила и под действием этой силы тело перемещается. На втором этапе в 9 классе понятие механической работы расширяется и углубляется. A = F S cos α.

Таким образом выяснилось, что работа может быть положительно и отрицательной, а также равной нулю.

Рассмотрим выражение работы для некоторых видов сил. При изучении работы силы тяжести прежде всего отличают, что сила тяжести и перемещение при свободном падении направлены в одну и ту же сторону. Далее выясняется, что работа силы тяжести не зависит от длины и формы пути, прошедшего телом, и всегда равна произведению силы тяжести на разность вертикальных координат исходного и конченого положения тела. Работа силы тяжести на любой замкнутой траектории всегда равна нулю. Таким свойством обладают и другие силы: давление, сила всемирного тяготения, сила упругости и др.

Все силы работа которых на замкнутой траектории равна нулю получили название консервативных.

Далее выясняют вопрос о работе силы упругости, формула в учебнике получена на примере работы, которую производит деформированная пружина при переходе в недеформированное состояние F = kx . Для упрощения начало координат совмещается со свободным концом недеформированной пружины. Учитывая, что сила упругости переменна, то для вычисления работы силы упругости приходится брать среднее значение силы, а работа равна среднему арифметическому начального и конечного значения этой системы.

Необходимо раскрыть относительный характер величины работы, то есть показать, что работа зависит от выбранной СО. Развивая идею относительности движения, необходимо обратить внимание учащихся на то, что работа является величиной относительной.

 
13. Методика изучения темы «Механические колебания и волны»

Эта тема включена в раздел Механика, как завершающая. По мнению методистов, так как при первоначальном изучении колебаний и волн различной природы, их целесообразно не объединять вместе, а изучать в соответствующих разделах механические колебания и волны при изучении механики, а электромагнитные волны при изучении электродинамики. Основываемся главным образом на экспериментальное изучение колебаний начинается с введения понятия о колебательном движении. Учащимся уже известны периодические процессы, то есть процессы повторяющиеся через равные промежутки времени.

Колебаниями называются такое движение, при котором тело поочередно отклоняется то в одну, то в другую сторону. В учебниках можно встретить и другое определение: Процессы, при которых состояние системы с определенной степенью точности периодически повторяются называются колебаниями. Из этого определения следует, что главная особенность этого движения состоит в том, что оно периодическое. В зависимости от природы повторяющихся процессов в различных колебаниях: механические, эл. магн. автоколебания и т.д.

На основе опытов (пружинный маятник, груз на нити и т.д.) подчеркивают, что колебательным системам присущ ряд общих свойств: 1. У каждой колебательной системы есть состояние устойчивого равновесия; 2. После того, как колебательная система выведена из положения устойчивого равновесия, появляется сила, возвращающая систему в устойчивое положение; 3. Возвратившись в устойчивое состояние система колеблющегося тела не может сразу остановиться, ему мешает его инертность.

Колебания которые происходят без внешних воздействий, после того как тело выведено из состояния равновесия, называется свободными.

Система тел, которая способна совершать свободные колебания, называется колебательной системой.

Далее рассматриваются гармонические колебания. Механические колебания которые происходят под действием силы пропорциональной смещению и направленные противоположно ему, называют гармоническими колебаниями.

Максимальное смещение тела от положения равновесия называется амплитудой колебания.

Продолжительность одного полного колебания называется периодом колебаний.

Частота колебаний – это число колебаний в единицу времени. v=1/T

Движение, при котором ускорение прямо пропорционально отклонению точки от положения равновесия и всегда наплавлена в сторону равновесия называется гармоническими колебаниями.

Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на длинной, нерастяжимой и невесомой нити. При отклонении маятника из положения равновесия, равнодействующая силы упругости и силы тяжести заставляет маятник совершать колебания. Период колебания маятника  зависит от длинны нити и не зависит от массы тела, не зависит также от амплитуды колебаний, поэтому маятник используется для регулировки хода часов.

Рассмотрим собственные и вынужденные колебания, резонанс. Резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при равенстве частот колебаний вынуждающей силы и собственных колебаний системы называется резонансом.

Рассматривая волны необходимо обратить внимание на следующие моменты: процесс распространения колебаний в среде называется волной; длинной волны называется расстояние, на которое распространяется волна за время равное периоду колебаний частиц; скорость волны определяется из формулы: ; существуют продольные и поперечные – колебания частиц происходят перпендикулярно распространению волны.