Содержимое курса
1 Unit: How does matter interact
Forces
0/2
Structure of matter.
00:00
Deformation. Hooke’s law
40:00
2 Unit. How far? How fast? How long?
More about the motion.
0/1
Introduction to motion: distance, displacement, scalar and vector quantities
00:00
Physics MYP Kazakhstan 7 Grade


🎯 Step 1: Learning Objectives — Start the Lesson

Hooke's Law: Force–Extension Relationships

  • State and use Hooke's Law: F = kx within the elastic limit.
  • Define and distinguish length and extension; identify units (N, m).
  • Collect and graph experimental data; determine spring constant k from gradient.
  • Identify the limit of proportionality and discuss elastic vs. plastic behavior.
  • Apply concepts to real devices (trampoline, bungee, suspension) and safety.

Қазақша аударма / Kazakh translation
  • Гук заңы: F = kx (серпімді шекте) қолдануды және тұжырымын айту.
  • Ұзындық пен созылуды ажырату; бірліктерін көрсету (Н, м).
  • Эксперименттік дерек жинап, график тұрғызу; еңіс бойынша k анықтау.
  • Пропорционалдық шегін анықтау және серпімді/пластикалық қасиеттерді түсіндіру.
  • Нақты құрылғыларға қолдану және қауіпсіздікпен байланыстыру.

🗣️ Step 2: Language Objectives — Build Academic Language
  • Use sentence frames to justify proportionality:
    “When -extension- doubles, the
    -force- doubles (within the elastic limit).”
  • Define technical terms verbally and in writing with units (N, m, N·m−1).
  • Interpret and describe graphs using slope/gradient language to obtain k.

Қазақша аударма / Kazakh translation
  • Пропорционалдықты дәлелдеу үшін тірек сөйлемдерді қолдану: “
    -extension- екі есе артса,
    -force- де екі есе артады (серпімді шекте).”
  • Терминдерді бірліктерімен (Н, м, Н·м−1) ауызша және жазбаша анықтау.
  • Графиктерді еңіс/градиент тілінде сипаттау және k табу.

📚 Step 3: Key Terms — Bilingual Table (EN/RU/KZ)
EnglishРусскийҚазақша
Hooke's LawЗакон ГукаГук заңы
Force (F)Сила (F)Күш (F)
Extension (x)Удлинение (x)Созылу (x)
Spring constant (k)Жёсткость пружины (k)Серпімділік коэффициенті (k)
Elastic limitПредел упругостиСерпімділік шегі
Limit of proportionalityПредел пропорциональностиПропорционалдық шегі
Elastic / PlasticУпругий / ПластическийСерпімді / Пластикалық
Gradient / SlopeНаклон / УклонЕңіс / Градиент
Restoring forceВосстанавливающая силаҚалпына келтіретін күш
Work / Energy in springРабота / Энергия пружиныСеріппедегі жұмыс / Энергия
🃏 Step 3.1: Flashcards — Quick Practice

Use ready-made flashcards to rehearse vocabulary (choose one):

Қазақша аударма / Kazakh translation

Дайын флэш-карталарды қолданып, терминдерді қайталаңыз.

📖 Step 4: Glossary — with Click-to-Reveal Translations

Hooke's Law: within the elastic limit, the -force- needed to stretch a spring is proportional to its -extension-, F = kx.

Translation
Закон Гука: в пределах упругости сила прямо пропорциональна удлинению; F = kx. / Гук заңы: серпімді шекте күш созылуға тура пропорционал; F = kx.

Spring constant (k): measure of stiffness; units N·m−1.

Translation
RU: Жёсткость пружины, Н·м−1. / KZ: Серіппенің қаттылығы, Н·м−1.

Limit of proportionality: point beyond which F is no longer proportional to x.

Translation
RU: После этой точки F уже не пропорциональна x. / KZ: Осы нүктеден кейін F пен x пропорционал емес.

Elastic vs plastic: elastic objects return to original length after unloading; plastic objects do not.

Translation
RU: Упругое возвращается к исходной длине; пластическое — нет. / KZ: Серпімді дене бастапқы ұзындыққа қайтады; пластикалық — қайтпайды.

🧠 Step 5: Theory (Cambridge AS/A Level style) + Questions

Core idea. For small deformations, many materials behave approximately linearly: the restoring force is proportional to displacement from equilibrium. For an ideal spring: F = -kx, where x is extension (m), k is spring constant (N·m−1). The negative sign indicates the force opposes displacement. In the force–extension model used for lab work, we often write F = kx (magnitudes) up to the limit of proportionality. The slope of the linear region of an F-vs-x graph equals k. Elastic potential energy stored: E = (1/2) k x^2. Real materials deviate beyond the elastic limit where permanent (plastic) deformation occurs.

References suitable for background reading: OpenStax College Physics & University Physics (Hooke's Law), Save My Exams (CIE 9702 revision), BBC Bitesize.

  1. Easy: A spring extends 0.04 m under 2 N. Find k.
  2. Medium: A spring has k = 200 N·m−1. What extension for F=6 N? What energy is stored?
  3. Medium: Explain why the best-fit line should pass through the origin only within the elastic region; how would zero error affect the intercept?
  4. Challenging (critical thinking): Two springs in parallel support the same load. One has twice the k of the other. Compare load sharing and discuss how this affects safety factors in suspension design.

Answers (tap to reveal)
  1. k = F/x = 2/0.04 = 50\, N·m^{-1}.
  2. Extension: x = F/k = 6/200 = 0.03\, m. Energy: E = (1/2) k x^2 = 0.5\times 200\times 0.03^2 = 0.09\, J.
  3. Within the elastic region, proportionality implies intercept ≈ 0; a mis-zeroed ruler creates a non-zero intercept (systematic error).
  4. Parallel: k_{eq} = k_1 + k_2. The stiffer spring (2k) bears twice the load of the softer (k), improving deflection control but concentrating stress; safety requires appropriate ratings and redundancy.

Қазақша аударма / Kazakh translation

Негізгі идея: Кіші деформацияларда қалпына келтіретін күш ығысуға пропорционал: идеал серіппе үшін F = -kx. Зертханада көбіне шамалар бойынша F = kx қолданамыз. Сызықтық бөліктің еңісі k-ға тең. Серіппедегі энергия: E = \tfrac{1}{2}kx^2. Серпімділік шегінен кейін тұрақты (пластикалық) өзгеріс байқалады.

🧠 Step 6: Exercises — Memorize the English Terms
  1. Match the term to its definition: Hooke's Law; extension; spring constant; elastic limit.
  2. Fill the gaps: “The -force- is proportional to the
    -extension- until the ______ of proportionality.”
  3. True/False: A larger k means a stiffer spring.

Answer
  1. Hooke's Law → F=kx; extension → change in length; spring constant → stiffness; elastic limit → end of linear behavior.
  2. limit.
  3. True.

Қазақша аударма / Kazakh translation

Ағылшынша терминдерді сәйкестендіріңіз; сөйлемді толықтырыңыз; дұрыс/бұрыс.

▶️ Step 7: Video — Watch and Discuss

Alternative picks: Chad Physics — Springs & Elastic Potential Energy; BBC Bitesize explainer.

🧮 Step 8: Worked Examples — With Solutions
Example 1Example 2Example 3Example 4 (SHM)

A spring extends 0.025\,m under a 1.5\,N load. Find k.

Answer

k = F/x = 1.5/0.025 = 60\,N·m^{-1}.

A 300\,N·m^{-1} spring stores 0.27\,J of energy. Find x.

Answer

E = (1/2)kx^2 \Rightarrow x = \sqrt{2E/k} = \sqrt{0.54/300} = 0.042\,m (approx.).

Two identical springs in series each have k=200\,N·m^{-1}. Find the equivalent k_{eq}.

Answer

Series: 1/k_{eq} = 1/k + 1/k \Rightarrow k_{eq} = 100\,N·m^{-1}.

A mass 0.50\,kg hangs from a spring with k=80\,N·m^{-1}. Find small-oscillation period T.

Answer

T = 2\pi\sqrt{m/k} = 2\pi\sqrt{0.5/80} \approx 0.496\,s.

🔬 Step 9: Inquiry Task — Interactive Simulation

Explore the simulation. Measure L_0, vary mass, record x, and test linearity.


Guiding Questions & Answers
  1. Does F vs x look linear at small loads? — Yes, up to the proportionality limit.
  2. How do you estimate k? — Gradient of the straight-line region: \Delta F/\Delta x.
  3. What changes when you double k? — Slope doubles; same load gives half the extension.
  4. What indicates plastic behavior? — Persistent extension after unloading; curve deviates from a straight line.

🤝 Step 10: Pair/Group Task — Online Practice

Choose an online quiz for teamwork (teacher projects; students discuss before voting):

Қазақша аударма / Kazakh translation

Топта онлайн-викторинаны таңдаңыз; жауапты талқылап, содан кейін дауыс беріңіз.

📝 Step 11: Individual Work — Structured Questions (5)
  1. A spring with k=150\,N·m^{-1} is stretched by a 3.0\,N force. Find x. Comment on whether this likely lies in the elastic region.
  2. A spring obeys F=kx up to x=0.05\,m. At F=20\,N it no longer returns fully to length. Explain what changed physically and how the graph shows it.
  3. In an experiment, your F-vs-x line intercepts F=0.8\,N at x=0. Identify two plausible error sources and how to correct them.
  4. Two springs in series (k_1=300, k_2=200\,N·m^{-1}) support a mass. Derive k_{eq} and compute the extension under F=10\,N.
  5. Design: Choose a target deflection of 15\,mm at a static load of 120\,N. Specify a single-spring k and justify a safety factor considering yield.

Answer
  1. x=F/k=3/150=0.020\,m; small extension → likely within elastic region if below rated range.
  2. Plastic deformation; graph curves and shows hysteresis/unloading path not through origin.
  3. Zero error (misaligned ruler); friction at clamp; preload in spring. Re-zero, reduce friction, remove preload.
  4. Series: 1/k_{eq}=1/300+1/200= (5+3)/1500 = 8/1500 → k_{eq}=187.5\,N·m^{-1}. Extension: x=F/k_{eq}=10/187.5=0.0533\,m.
  5. k=F/x=120/0.015=8000\,N·m^{-1}; choose material/spring with yield margin (e.g., safety factor ≥ 2) and verify linear region.

🔗 Step 12: Curated Links — Read More

Қазақша аударма / Kazakh translation

Қосымша оқу үшін пайдалы сілтемелер.

🪞 Step 13: Reflection — Exit Ticket

Complete one prompt:

  • “I used evidence from my graph to conclude that …”
  • “One source of error and how I would reduce it is …”
  • “In design, increasing k would … because …”

Қазақша аударма / Kazakh translation
  • «Графиктегі деректерге сүйеніп, мен … деген қорытындыға келдім»
  • «Бір қателік көзі және оны қалай азайтамын: …»
  • «Инженерлік жобада k-ті арттыру … себебі …»

Назад
Далее