text stringlengths 303 58k |
|---|
1. Физика — наука о природе 1. Что изучает физика Все дети — «почемучки»: они непрестанно задают вопросы об окружающем мире. — Почему небо голубое? Почему тела падают? Почему птицы летают? И так — до бесконечности! Некоторые дети сохраняют свою любознательность и в школе и учатся не ради оценок, а чтобы узнать об окружающем мире ещё больше. А некоторые люди сохраняют любознательность на всю жизнь — такие люди становятся учёными. Они не только за дают вопросы об окружающем мире, но и сами ищут ответы на них, делая открытия. Знаменитый древнегреческий учёный Аристотель, кото рый жил в 4-м веке до нашей эры, изложил свои наблюдения и открытия в книге «Физика», что в переводе на русский озна чает «Природа». Так родилось название науки, которая изучает наиболее об щие законы природы. Мы с вами начинаем сегодня знакомство с этой древней, но вечно юной наукой. Юной потому, что физиче ские открытия продолжаются, причём их становится всё больше и больше! Может быть, некоторые из вас тоже станут физиками и по строят свои звенья в бесконечной цепи вопросов и ответов об окружающем нас мире? Физика изучает физические тела и физические явления. 2. Физические тела Физики называют физическим телом или просто телом лю бой предмет (рис. 1.1). Это может быть человек, автомобиль, Зем ля, окружающая её атмосфера и даже туман, образующийся из водяного пара при кипении воды. Сам водяной пар невидим — как невидим и окружающий нас воздух. Так что далеко не все физические тела можно уви деть невооружённым глазом. Например, некоторые тела слишком малы, а другие находятся слишком далеко от нас. 6 Физика — наука о природе |
1 Рис. 1.1 Но даже эти тела учёные изучают, используя научные приборы, расширяющие возможности наших органов чувств. Например, температуру невидимого воздуха можно измерить термометром, крошечные атомы можно «увидеть» с помощью специального микроскопа, а далёкие звёзды — с помощью телескопа. 1. Приведите примеры физических тел, находящихся в классной комнате, на улице. Из чего состоят физические тела? Любое физическое тело состоит из одного или нескольких веществ. Иногда название вещества отражается в названии тела — например, мы говорим: «медный провод», «стеклянный стакан». Свойства вещества изучает не только физика, но и близкая к ней наука — химия. Вещества состоят из мельчайших невидимых глазу частиц — атомов и молекул. 7 I Физика и физические методы изучения природы 2. Из каких веществ состоят мяч, карандаш, парта, ложка? 3. Приведите примеры нескольких тел, состоящих из одного и того же вещества. 4. Приведите примеры нескольких тел, каждое из которых со стоит из различных веществ. 5. Капля воды — это физическое тело или вещество? 3. Физические явления Познакомимся с разными видами физических явлений. Механические явления Окружающие нас тела движутся и взаимодействуют друг с другом. Движение и взаимодействие тел — это механические явления. Физика — наука о природе |
1 6. Расскажите о механических явлениях, изображённых на ри сунке 1.2. 7. Приведите три примера механических явлений, которые вы наблюдали сегодня. Звуковые явления Что такое звуковые явления, понятно из их названия. Это, например, распространение и отражение звука (эхо). Звук не является физическим телом: он представляет собой невидимые волны в некоторой среде — например, в воздухе или в воде. 8. Приведите примеры звуковых явлений. Тепловые явления Название этих явлений может ввести в заблуждение, потому что к тепловым явлениям физики относят не только нагревание, но и охлаждение тел, и даже замерзание воды! К тепловым явлениям относят испарение и плавление, а также сгорание топлива. 9. Расскажите, какими тепловыми явлениями обусловлен круго ворот воды в природе (рис. 1.3). Рис. 1.3 10. Расскажите о тепловых явлениях, происходящих на кухне. 11. Приведите три примера тепловых явлений, которые можно наблюдать в туристическом походе. 9 I Физика и физические методы изучения природы Электрические и магнитные явления Многое об электрических и магнитных явлениях вы уже знаете. 12. Расскажите об электрических и магнитных явлениях, изобра жённых на рисунке 1.4. Рис. 1.4 13. Приведите примеры электрических и магнитных явлений в живой природе. 10 Физика — наука о природе |
1 Оптические явления Это — явления, связанные со светом. 14. Расскажите об оптических явлениях, изображённых на ри сунке 1.5. Рис. 1.5 15. Приведите три примера оптических явлений, которые можно наблюдать на реке. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Физика — наука о природе. • В физике телом называют любой предмет. • Тела состоят из вещества. • Физика изучает механические, звуковые, тепловые, элек трические, магнитные, оптические и другие физические явления. 11 I Физика и физические методы изучения природы ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 16. Начертите в тетради таблицу, заголовок которой приведён ниже, и запишите каждое из перечисленных далее слов в соответствующий его значению столбец таблицы: закат, моло ко, автомобиль, мальчик, медь, туман, Солнце, дождь, книга, лодка, снегопад, гром, алюминий, железо, самолёт, выстрел, эхо, Марс. Физическое тело Вещество Явление 17. Какие физические явления протекают в перечисленных ниже событиях: в кастрюле закипела вода, мяч летит в ворота, светит солнце, поёт соловей, дует ветер, звучит эхо, в печи трещат дрова, вода в лужах испаряется, плывёт корабль? В каких событиях одновременно протекают различные физи ческие явления? 18. Приведите свой пример физического явления. К какому виду физических явлений он относится? Какие физические тела участвуют в этом явлении? Назовите вещества, из которых они состоят. Повышенный уровень 19. Какие физические явления можно наблюдать на картине А. К. Саврасова «Грачи прилетели» (рис. 1.6)? 20. Какие физические явления отражены в следующих стихо творных строках? Какие русские поэты их написали? Апрельский дождь прошёл впервые, Но ветер облака унёс, Оставив капли огневые На голых веточках берёз. * * * Ещё в полях белеет снег, А воды уж весной шумят — Бегут и будят сонный брег, Бегут, и блещут, и гласят… 12 Физика — наука о природе |
1 Рис. 1.6 21. Подберите пословицы, поговорки, загадки, в которых гово рится об оптических явлениях. 22. Какими основными физическими явлениями сопровождаются: ледоход на реке; старт автомобиля; хоккейный матч? 23. Начертите в тетради таблицу из двух столбцов, первый из которых приведён ниже. Во втором столбце расположите в соответствии с первым столбцом следующие слова: раскаты грома, взлёт ракеты, мерцание звёзд, кипение воды, лай со баки, трель звонка, сияние Солнца, разряд молнии, таяние льда, течение реки, взаимодействие магнитов, электрический ток в проводах, поворот стрелки компаса. Механические явления Тепловые явления Звуковые явления Электрические явления Магнитные явления Оптические явления 13 I Физика и физические методы изучения природы Высокий уровень 24. Укажите, какие физические явления происходят одновременно в следующих случаях: горит лампа, светит Солнце, человек зажигает спичку, в печи горят дрова, звенит колокольчик, бьётся сердце, бушует буран, собака радуется приходу хозя ина, ракета взлетает с Земли, стреляют из пушки. 25. Какие происходящие в природе явления повторяются? Какие из них можно использовать для измерения времени? 26. Какие закономерности можно заметить, наблюдая радугу? 27. Расскажите, какие физические явления происходят во время бурана. ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 28. Возьмите небольшой магнит (например, пластинку или фи гурку на дверце холодильника) и с его помощью выясните: все ли металлические предметы притягиваются к магниту? Из какого металла обычно изготовлены предметы, которые притягиваются к магниту? |
2. Физика и окружающий мир 1. О самом большом, самом малом и связи между ними Когда-то люди считали, что весь мир — это только окружа ющая их местность, а Землю считали плоской. Потом открыли, что Земля круглая, и стали считать её центром Вселенной, а Солнце, Луну и планеты — находящимися на «небесной тверди». Несколько столетий тому назад учёные установили, что Земля вращается вокруг Солнца вместе с другими планетами. Расстояние от Солнца до Земли оказалось огромным по «земным» меркам: около 150 миллионов километров, а расстояние от Солнца до самой далёкой планеты Солнечной системы (Нептуна) в 30 раз больше! 1. Во сколько раз расстояние от Земли до Солнца больше диа метра Земли? 14 Физика и окружающий мир |
2 2. Скорость света 300 000 километров в секунду. Сколько вре мени свет идёт от Солнца до Земли? до Нептуна? Центром Вселенной стали считать Солнце, но наше светило удерживало это звание недолго: через некоторое время выяснилось, что бесчисленные звёзды на небе — это очень далёкие «солнца». От ближайшей (не считая Солнца) звезды свет идёт к нам около четырёх лет. 3. Выразите расстояние до ближайшей звезды в километрах. Все видимые невооружённым глазом звёзды (и вдобавок к ним несравненно больше невидимых!) принадлежат огромной звёздной системе — её назвали Галактикой. Размеры Галактики трудно себе представить: от одного её края до другого свет летит около ста тысяч лет! 4. Оцените, во сколько раз Галактика больше Солнечной систе мы. Для оценки размеров Солнечной системы возьмите рас стояние от Солнца до Нептуна. А в 20-м веке выяснилось, что даже огромная Галактика — это ещё далеко не вся Вселенная! Создав телескопы, астрономы открыли миллиарды огромных звёздных систем, подобных нашей Галактике. Их назвали галактиками (с маленькой буквы). На рисунке 2.1 приведена сделанная с помощью телескопа фотография ближайшей к нам галактики Андромеды, которая в несколько раз больше нашей Галактики. Примерно так же выглядит и наша Галактика, когда её рассматривают в мощный телескоп жители галактики Андромеды (если они там, конечно, есть), причём они видят нашу Галактику такой, какой она была 2,5 миллиона лет назад, потому что именно столько времени идёт свет от нас до галактики Андромеды. Может быть, как раз сейчас юные жители какой-то планеты, вращающейся вокруг одной из бесчисленных звёзд галактики Андромеды, рассматривают в своём учебнике физики фотографию нашей Галактики? Расширяя представление о Вселенной, учёные направили взгляд не только в небо, но и вглубь вещества. Для этого, как ни странно, им понадобилось создать приборы размером в десятки Рис. 2.1 15 I Физика и физические методы изучения природы километров — ускорители. С их помощью учёные узнали, из чего состоят атомы и атомные ядра. Представьте себе: узнать, благодаря чему светят огромные звёзды, учёные смогли, загля нув вглубь крошечного атома! Оказалось, что свечение звёзд, в том числе и яркое сияние нашего Солнца, — это результат тер моядерных реакций, при которых объединяются атомные ядра. Такие реакции происходят при температуре в десятки миллионов градусов. Учёные пытаются сегодня «приручить» термоядерные реакции, чтобы получить практически неисчерпаемый источник энергии. 2. Современные «чудеса» Открыв законы природы, человек создал «чудеса» современ ной техники, без которых мы уже не можем представить себе нашу жизнь: Интернет, автомобили, самолёты, искусственные спутники и космические станции, компьютеры, планшеты, смарт фоны и многое-многое другое. 5. Расскажите, что вы знаете о «чудесах» техники, изображён ных на рисунке 2.2. Рис. 2.2 16 Физика и окружающий мир |
2 Почему мы написали слово «чудеса» в кавычках? Потому что в отличие от чудес, которые бывают только в сказках, «чудеса» техники есть на самом деле и появились они не вопреки законам природы, а благодаря использованию этих законов. Скажем несколько добрых слов и об электричестве — ведь оно появилось в нашей жизни и осветило её (в буквальном смысле слова!) тоже благодаря физическим открытиям. Но электричество — это не только свет. Электроэнергия приводит в действие миллионы двигателей — от кофемолок до электровозов. Рис. 2.3 Чтобы ходили поезда метро, трамваи и троллейбусы, чтобы в наших комнатах было светло и мы могли смотреть телевизор и беседовать по мобильному телефону, день и ночь крутятся генераторы на огромных электростанциях. 6. Расскажите, что вы знаете об электрических приборах, изо бражённых на рисунке 2.3. ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Удивительная история часов О том, как физические открытия находили практическое применение, расскажем на примере истории часов. Однажды девятнадцатилетний юноша, которого звали Галилео Галилей, обратил внимание на удивительное свойство колебаний люстр в соборе. Период колебаний (то есть время одного полного колебания) почти не зависел от размаха колебаний! Чем же юный Галилей измерял время в этом опыте? Своим собственным пульсом: уже тогда проявилась его замечательная сообразительность, благодаря которой он сделал впоследствии великие открытия. Мы не раз ещё встретимся с именем Галилея на страницах учебников физики. На основе открытия Галилея голландский учёный Христиан Гюйгенс построил первые маятниковые часы. Это была настоящая революция в измерении времени: ведь до этого пользовались только водяными и солнечными часами! Даже сегодня можно встретить маятниковые часы: они мерно тикают днём и ночью, превращая секунды будущего в секунды прошлого. 17 I Физика и физические методы изучения природы В 17-м веке английский физик Роберт Гук, изучая колеба ния груза на пружине, делает новое открытие: он замечает, что период этих колебаний тоже не зависит от их размаха! Этому открытию быстро нашли применение: изобрели пружинные часы. В отличие от маятниковых, пружинные часы удалось сделать на столько маленькими, что их можно было даже носить на руке. Согласитесь, что брать с собой в дорогу маятниковые часы было бы не очень удобно. Благодаря новым открытиям в 20-м веке появились кварце вые часы — в основе их действия лежат уже не механические, а электрические колебания. Кварцевые часы работают от ма ленькой батарейки, а точность их хода намного выше, чем точ ность хода механических часов. Механические часы отстают или спешат примерно на одну минуту в день, а погрешность хода кварцевых часов — всего лишь одна-две минуты в год! Именно кварцевые часы наиболее распространены сегодня. А открытия продолжаются! Используя их, учёные создали уже атомные часы. Их действие основано на колебаниях атомов, а точность хода этих часов поражает воображение: они уходят впе рёд или отстают на одну секунду за несколько миллионов лет! Атомные часы используют, например, для точного расчёта траек торий космических кораблей. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Открытия учёных расширили наше представление о Все ленной — как в большом, так и в малом. • «Чудеса» современной техники стали возможными благо даря использованию открытых учёными законов природы. • Современная техника основана в значительной степени на использовании электроэнергии. Это стало возможным тоже благодаря физическим открытиям. • Физические открытия широко применяются в новых средствах связи. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 7. Расскажите, что вам известно о Галилео Галилее и его от крытиях. 8. Какими электрическими приборами и устройствами вы поль зовались сегодня? 18 Наблюдения и опыты. Научный метод |
3 9. Расскажите, что вам известно о современных средствах транс порта. Какие физические открытия используются в них? Повышенный уровень 10. Какое из известных вам физических открытий произвело на вас наибольшее впечатление? Расскажите о нём подробнее. 11. Какие часы вы выберете для следующих измерений времени: а) перелёта самолёта от Москвы до Санкт-Петербурга; б) проведения лечебной процедуры в поликлинике; в) движения спортсмена на дистанции 50 м? 12. Какие известные вам физические открытия используются в современных средствах связи? Высокий уровень 13. Яблоко примерно во столько же раз больше атома, во сколько раз Земля больше яблока. Исходя из этого, оцените размеры атома. ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 14. Повторите на опыте открытие юного Галилея. Проверьте: за висит ли продолжительность одного полного колебания под вешенного на нити груза от длины нити? Зависит ли эта продолжительность: от размаха колебаний; веса груза; размера груза? Изменяя длину нити, добейтесь того, чтобы период колебаний маятника был равен одной секунде, — и вы по лучите простейший секундомер. В домашних условиях можно сделать маятник, закрепив нить в верхней части дверного проёма (например, скотчем). |
3. Наблюдения и опыты. Научный метод 1. Наблюдения и опыты Отпустим одновременно лист бумаги и металлический шарик. Мы заметим, что шарик падает намного быстрее, чем лист (рис. 3.1). Это — наблюдение. 19 I Физика и физические методы изучения природы Возникает вопрос: чем же обусловле но различие в падении шарика и листа? Нетрудно заметить, что шарик намного тяжелее листа. Поэтому можно предпо ложить, что более тяжёлые тела всегда падают быстрее, чем лёгкие. Подобные предположения учёные называют гипоте зами (от латинского «гипотезис» — пред положение). Чтобы проверить нашу гипотезу, по ставим опыт: возьмём два других тела — тяжёлое и лёгкое — и посмотрим, как они будут падать. Например, в качест ве более тяжёлого тела возьмём монету, а в качестве лёгкого — пёрышко. И мы увидим, что монета тоже падает быстрее Рис. 3.1 пёрышка! Чем отличается опыт от наблюдения? Во-первых, тем, что мы создаём особые условия протекания интересующего нас физического явления — в данном случае на меренно берём одно из падающих тел тяжелее другого. Во-вторых, тем, что мы ставим опыт с целью проверить спра ведливость той или иной гипотезы, — в данном случае она со стоит в том, что тяжёлые тела всегда падают быстрее лёгких. Можно ли утверждать, что опыт с монетой и пёрышком под твердил нашу гипотезу? Нет, одного опыта для подтверждения гипотезы недостаточно. Для проверки ги потезы надо поставить несколько опытов, причём желательно таких, которые могли бы опровергнуть эту гипотезу. Вот идея одного из таких опытов. Если наша гипотеза о падении тел пра вильна, то тела одинакового веса должны всегда падать одинаково. Как проверить это на опыте? Возьмём два одинаковых листа бумаги и один из них скомкаем. Отпустим несмя тый лист и комок: будут ли они падать одинаково? Нет, комок падает намного быстрее, хотя его вес равен весу несмя того листа (рис. 3.2)! Значит, различие в падении тел обусловлено не их весом. Рис. 3.2 20 Наблюдения и опыты. Научный метод |
3 Повторив несколько раз этот опыт, сделаем новое наблюдение: заметим, что несмятый лист, падая, как бы кружит в воздухе, паря подобно птице. Это позволяет предположить, что различие в падении тел обусловлено сопротивлением воздуха. Чтобы проверить это предположение на опыте, надо уменьшить сопротивление воздуха для падающего несмятого листа. Это можно сделать, если уронить его, держа вертикально: тогда, падая, он должен не парить в воздухе, а рассекать его подобно ножу. Ставим этот опыт и видим: вертикально падающий лист действительно падает быстрее! Этот опыт подтверждает нашу гипотезу: различие в падении тел обусловлено сопротивлением воздуха. В рубрике «Хочешь узнать больше?» вы можете прочитать о том, как опыт, подобный описанному, проводил Галилео Галилей. Как и все науки о природе, физика является опытной наукой: свои гипотезы учёные обязательно проверяют на опыте, который называют иногда экспериментом (в переводе с латинского это означает «опыт»). 1. Саша пробует утопить в воде надутый резиновый шарик. По том он постепенно выпускает из него воздух и каждый раз снова пробует утопить. Какое наблюдение он может сделать? Какую гипотезу может высказать? Как её можно проверить на опыте? 2. Приведите свои примеры наблюдений и опытов. 2. Научный метод познания. Физические модели Научный метод познания При изучении падения тел мы использовали научный метод познания. Основоположником этого метода считают Галилея. Очень точно суть научного метода выразил английский учёный Майкл Фарадей: «Искусство учёного состоит в том, чтобы уметь задавать вопросы природе и понимать её ответы». Как вы помните, при рассмотрении падения тел мы начали с наблюдения (металлический шарик падает быстрее бумажного листа). На основании наблюдения родилась гипотеза (в нашем случае она состояла в том, что тяжёлые тела всегда падают быстрее, чем лёгкие). Эту гипотезу мы проверили на опытах (падение монеты и пёрышка, падение несмятого листа бумаги и комка бумаги). Первый опыт не противоречил гипотезе, а второй — опроверг её и навёл нас на мысль, что различие в падении тел обусловлено сопротивлением воздуха: это была новая гипотеза. 21 I Физика и физические методы изучения природы Для проверки новой гипотезы мы поставили новый опыт (падение двух листов бумаги — плашмя и вертикально). И он подтвердил гипотезу: мы убедились, что различие в падении тел действительно обусловлено не их весом, а сопротивлением возду ха, потому что вес листов одинаков. Следуя Галилею, учёные успешно используют научный метод познания во всех науках о природе: с его помощью они откры вают всё новые и новые законы природы. Мы с вами при изучении физики тоже будем пользоваться научным методом познания: на основании наблюдений будем строить гипотезы, а потом проверять их на опыте. 3. Какую гипотезу можно высказать, наблюдая за скольжением бруска по столу после толчка? Какие опыты нужно поставить, чтобы проверить эту гипотезу? 4. Какие гипотезы можно высказать, наблюдая за сменой дня и ночи? 5. Наблюдая за кораблями, скрывающимися за линией горизон та, древние греки высказали гипотезу, что Земля круглая. Какой опыт может подтвердить эту гипотезу? Физические модели Реальные явления и объекты природы очень сложны, поэтому для их изучения учёные часто используют физические модели этих явлений или объектов. Такие модели представляют собой упрощённое представление о явлении или объекте, в котором со хранены только их главные черты. Например, размером Земли при рассмотрении её движения вокруг Солнца можно пренебречь, потому что расстояние от Солн ца до Земли во много раз превышает диаметр Земли. Модель физического тела, размерами которого в данной за даче можно пренебречь, называют материальной точкой. ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Самый знаменитый опыт Галилея В итальянском городе Пиза есть знаменитая наклонная башня (рис. 3.3, а). Она начала наклоняться, когда её строили, но стоит до сих пор и радует своей красотой. Знакомый с физикой человек, увидев эту башню своими глаза ми впервые, проникается благоговением: ведь именно с неё великий 22 Наблюдения и опыты. Научный метод |
3 Галилей бросал пулю и пушечное ядро, поставив опыт, которому суждено было стать «днём рождения» научного метода. Рис. 3.3 Этим опытом Галилей опроверг учение Аристотеля о падении тел. Древнегреческий учёный считал, что тяжёлое тело всегда падает быстрее, чем лёгкое. Но Галилей доказал на опыте, что это не так. По предложению Галилея с башни бросили пулю и пушечное ядро одновременно. И упали они тоже практически одновременно, хотя ядро во много раз тяжелее пули (рис. 3.3, б). Для своего опыта Галилей взял пулю и ядро, потому что при их падении сопротивление воздуха не играет значительной роли. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Исследование физического явления начинается с наблю дения, на основании которого учёный высказывает гипо тезы о закономерностях этого явления. • личается Чтобы проверить гипотезу, учёный ставит опыт. Он от от наблюдения тем, что в опыте создают специ альные условия протекания физического явления с целью проверить справедливость той или иной гипотезы. • Основоположником Галилей. научного метода является Галилео 23 I Физика и физические методы изучения природы ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 6. Что общего у опыта с наблюдением и чем они отличаются друг от друга? При ведите примеры, иллюстрирующие ваш ответ. 7. Расскажите, в чём состоит научный ме тод изучения природы. 8. Когда в стеклянной трубке находится воздух, шарик падает быстрее пёрышка (рис. 3.4, а). Но если воздух из трубки откачать, то пёрышко и шарик будут падать одинаково быстро (рис. 3.4, б). Какую гипотезу подтверждает этот опыт? 9. Осторожно поднесите блюдце к носику кипящего чайника. Вы увидите, что на блюдце появятся капельки воды. Какую Рис. 3.4 гипотезу можно высказать на основании этого наблюдения? Повышенный уровень 10. Укажите, что из приведённого ниже списка является экспе риментальным фактом, а что — гипотезой: льдинка плавает в стакане с водой; дробинка тонет в воде; при отсутствии тре ния тело будет двигаться по прямой с постоянной скоростью сколь угодно долго. 11. Приведите свои примеры наблюдения, гипотезы, научного экс перимента. Высокий уровень 12. Какую гипотезу проверял Галилей, бросая пулю и пушечное ядро с Пизанской башни? Подтвердилась ли его гипотеза? 13. Какие гипотезы можно выдвинуть, наблюдая за солнечными и лунными затмениями? за сменой дня и ночи? за сменой времён года? 24 Физические величины и их измерение |
4 14. Знаменитый английский учёный Исаак Ньютон поставил следую щий опыт. Когда он направил уз кий пучок солнечного света на боковую грань треугольной сте клянной призмы, в результате преломления света белый луч рас щепился на цветные лучи всех цветов радуги (рис. 3.5). Какую гипотезу можно высказать на ос новании этого наблюдения? С по мощью какого опыта её можно Рис. 3.5 проверить? ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 15. Повторите описанные в этом параграфе наблюдения и опы ты по изучению падения тел. Поставьте другие опыты для изучения этого явления. 16. Наберите пипеткой кипячёную воду и капните в бутылку с подсолнечным маслом (масло от этого не испортится: вода окажется на дне). Понаблюдайте за движением капель воды в масле. Какую гипотезу можно высказать? С помощью какого опыта её можно проверить? |
4. Физические величины и их измерение 1. Физические величины Каждое физическое тело или явление характеризуется определёнными физическими величинами. Вот некоторые примеры физических величин: масса, скорость, объём, время, температура, длина. 1. Какими известными вам физическими величинами характе ризуются физические тела? 2. Какими известными вам физическими величинами характе ризуются механические явления? 25 I Физика и физические методы изучения природы При изучении тел и явлений необходимо производить изме рения физических величин. Например, при изучении движения тела измеряют время, скорость и пройденный телом путь. Каждую физическую величину измеряют в определённых еди ницах, которые называют единицами данной величины. Напри мер, длину измеряют в метрах, а время — в секундах. Международная система единиц (СИ) В современной физике используют Международную систему единиц. Сокращённо её называют СИ 1). Рассмотрим основные единицы СИ. Единицей длины в СИ является метр (обозначают м). Обра тите внимание: после обозначений физических единиц точек не ставят, потому что это не сокращения, а обозначения. За один метр принято расстояние, которое проходит свет в пустоте за 1 с. 299 792 458 Такое определение единицы длины может показаться стран ным своей «произвольностью», поэтому расскажем кратко её историю. Сначала в качестве метра выбрали «круглую» едини цу — одну десятимиллионную долю четверти земного меридиана. Её намеренно выбрали близкой к размеру человеческого тела: ведь когда мы называем некоторое тело большим или малым, мы сравниваем размеры этого тела с размерами человека. За тем образцом (эталоном) единицы длины долгое время служило расстояние между двумя штрихами на металлическом бруске, который хранился в научной лаборатории под Парижем. Но со временем оказалось, что таким определением метра пользоваться не очень удобно, поэтому выбрали более точное определение, по заботившись о том, чтобы длина метра осталась той же. Часто используют также единицы длины, которые в 10, 100 или 1000 раз больше или меньше метра: милли метр (1 мм 0,001 м); сантиметр (1 см 0,01 м); дециметр (1 дм 0,1 м); километр (1 км 1000 м). 3. Какими единицами удобно измерять: длину книги; толщину книги; толщину листа бумаги; расстояние между городами? Единицей площади в СИ является квадратный метр (обо значают м2): это площадь квадрата со стороной 1 м. Использу ют также квадратные миллиметры (мм2), квадратные сантиметры (см2) и квадратные километры (км2). 1) От французских слов «Systeme International». 26 Физические величины и их измерение |
4 4. Сколько квадратных сантиметров в одном квадратном метре? Сколько квадратных метров в одном квадратном километре? Единица объёма в СИ — кубический метр (м3): это объём куба с ребром 1 м. Используют также кубические дециметры (дм3), кубические сантиметры (см3) и кубические миллиметры (мм3). Объём жидкости, равный 1 дм3, называют литром. 5. Сколько кубических дециметров в одном кубическом ме тре? Сколько кубических миллиметров в одном кубическом метре? Единицей времени в СИ является секунда (с). Её определяют с помощью уже знакомых вам чрезвычайно точных атомных часов. Чтобы представить себе одну секунду, положите пальцы одной руки на запястье другой. Вы почувствуете, как пульсирует кровь в сосуде, — между двумя биениями вашего сердца проходит примерно одна секунда. Часто используются такие единицы времени, как минута (мин) и час (ч). Как вы знаете, в одной минуте 60 секунд, а в одном часе 60 минут. Может возникнуть вопрос: почему тут используется кратность не десяти, как для всех других физических величин, а шестидесяти? Это память о древних вавилонянах: они первыми ввели дробные числа, выбрав для этого деление единицы на 12 или 60 равных частей. И к тому времени, когда учёные решили дать точное определение единицам времени, часы с 12 цифрами на циферблате, 60 минутами в часе и 60 секундами в минуте были уже общепринятыми. 6. Выразите длительность урока и перемен между уроками в часах, минутах и секундах. 7. Чего больше: секунд в часе или метров в километре? Во сколько раз больше? Не забывайте: числовое значение любой физической величины надо приводить с указанием выбранной единицы этой величины. Например, бессмысленно говорить: «длина предмета равна 3» или «автомобиль ехал со скоростью 20». 8. Как исправить приведённые выше в кавычках выражения? 9. Луна совершает полный оборот вокруг Земли примерно за 27 суток. Выразите период обращения Луны вокруг Земли в часах и секундах. 27 I Физика и физические методы изучения природы 10. В предложенном далее тексте найдите все числовые значения физических величин. «Я спускался к морю с горы высотой 520 м в течение четверти суток. Когда я спустился, воды в моей фляжке осталось четверть литра. Не прошло и двух секунд, как фляжка опустела». Назовите числовые значения упомянутых физических величин и используемые единицы этих величин. Используются ли в тексте разные единицы для одной физической величины? 11. Что больше: а) 250 см3 или 2,5 л; б) 230 см2 или 0,15 дм2; в) количество кубических сантиметров в кубическом метре или количество секунд в сутках? 2. Измерительные приборы Физические величины измеряют с помощью измерительных приборов. Некоторые из них изображены на рисунке 4.1. Уже знакомый вам измерительный прибор — линейка с де лениями: ею измеряют длину. Объём жидкости измеряют изме рительным цилиндром. Время измеряют с помощью часов. Шкала измерительного прибора. Пределы измерения Линейка с делениями представляет собой пример шкалы из мерительного прибора. Другие примеры шкал вы видите на из мерительном цилиндре и на циферблате часов (рис. 4.1). Ценой деления прибора называют разность значений физиче ской величины, соответствующих соседним штрихам на шкале прибора. Например, цена деления линейки — 1 мм. Любой измерительный прибор характеризуется также предела ми измерения: так называют наибольшее и наименьшее значения физических величин на шкале прибора. Ставим и решаем задачи Рассмотрим внимательно рисунок 4.1. 12. Чему равна длина карандаша? 13. Чему равна цена деления измерительного цилиндра? 14. Чему равен объём жидкости в измерительном цилиндре? 15. Каковы пределы измерения линейки и измерительного цилиндра? 28 Физические величины и их измерение |
4 Рис. 4.1 29 I Физика и физические методы изучения природы ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Погрешности измерений Длину, время или скорость невозможно измерить абсолютно точно: измерение всегда будет приближённым. Погрешностью измерения называют отклонение измеренно го значения величины от её действительного значения. Погрешности измерений обусловлены в основном двумя при чинами: во-первых, неточностью измерительных приборов, во вторых, неточностью снятия их показаний. Например, при из мерении длины карандаша надо учитывать, что не существует абсолютно точных линеек, а также то, что невозможно абсо лютно точно определить, на каких расстояниях от ближайших к ним штрихов линейки находятся концы карандаша. Если погрешность измерения на самом приборе не указана, то принимают, что погрешность измерения равна цене деления шкалы измерительного прибора. 16. Чему равна погрешность измерения при измерении длины предмета ученической линейкой? 17. Чему равна погрешность измерения при измерении объёма жидкости измерительным цилиндром (рис. 4.1)? 4. Некоторые «секреты» измерений Не всегда физическую величину удаётся измерить непосредственно: например, диаметр тонкого провода трудно измерить, имея толь ко линейку с миллиметровыми делениями. Однако это всё-таки возможно! 18. Чему равен диаметр проволоки, изобра жённой на рисунке 4.2? Объясните: как вы его нашли? Количество намотанных на карандаш витков проволоки равно 20. 19. Толщина книги (без обложки) равна 8 мм. В книге 160 страниц. Чему равна толщина бумаги, на которой напечатана книга? 20. Как можно измерить в солнечный день высоту дома или дерева? Рис. 4.2 30 Физические величины и их измерение |
4 21. Когда длина вашей тени составляет 1,8 м, длина тени дома равна 30 м. Измерьте свой рост и найдите высоту дома. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Физические тела и физические явления характеризуются физическими величинами. • Числовое значение физической величины задают всегда с указанием единицы этой величины. • Единицы длины и времени в СИ: метр (м) и секунда (с). • Физические борами. величины измеряют измерительными при • Измерения всегда являются приближёнными. Погреш ность измерения длины и объёма принимают равной цене деления шкалы измерительного прибора. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 22. Приведите примеры физических величин. Какими приборами эти величины можно измерить? 23. Приведите пример нахождения цены деления прибора. 24. По рисункам 4.3, а, б определите, чему равна длина каждого из брусков. Рис. 4.3 31 I Физика и физические методы изучения природы 25. Определите диаметр каждого из шаров (рис. 4.4). Каков ра диус каждого шара? Рис. 4.4 26. По рисунку 4.5 определите цену деления и пределы измерения измерительного ци линдра, а также объём воды, содержащей ся в нём. Рис. 4.5 Повышенный уровень 27. Какие из изображённых на рисунке 4.6 приборов позволят точнее измерить скорость движения шарика по наклонной плоскости? Рис. 4.6 32 Физические величины и их измерение |
4 28. Предложите способы измерения объёма тела неправильной формы (в том числе такого, которое растворяется в воде). 29. Чем обусловлены погрешности измерений? Как связана по грешность измерения длины и объёма тела с ценой деления шкалы измерительного прибора? 30. Запишите в тетрадь значения площади в порядке убывания: 0,04 м2, 4000 мм2, 300 см2, 0,5 дм2. Высокий уровень 31. Длину одного и того же бруска измерили двумя разными ли нейками (рис. 4.7, а, б). Какое измерение даёт более точный результат? Обоснуйте ваш ответ. Рис. 4.7 32. По рисунку 4.8 определите цену деления каждого измери тельного цилиндра и объём налитой в каждый цилиндр жид кости. В каком случае погрешность измерения наименьшая? С помощью какого измерительного цилиндра объём жидкости можно измерить наиболее точно? Рис. 4.8 33. Вспомните или найдите пословицы, поговорки или образные выражения, в которых используются различные (может быть, устаревшие) единицы физических величин. 34. Какой длины ряд получится из всех кубиков объёмом 1 см3 каждый, получившихся при разрезании куба объёмом 1 м3? 33 I Физика и физические методы изучения природы 35. Длина ребра красного кубика в 2 раза больше длины ребра синего кубика. Чему равно отношение: а) объёмов кубиков; б) площадей их поверхностей? ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 36. Измерьте толщину листа тетради по физике. 37. Измерьте объём какого-либо тела неправильной формы. 38. Измерьте высоту самого красивого на ваш взгляд здания в вашем посёлке или городе. ГЛАВНОЕ В ЭТОЙ ГЛАВЕ • Физика — наука о природе. • Виз физике телом называют любой предмет. Тело состоит вещества. • Физика изучает механические, звуковые, тепловые, элек трические, магнитные, оптические и другие физические явления. • Исследование физического явления начинается с наблюде ния, на основании которого учёный высказывает гипоте зы о закономерностях этого явления. • Чтобы проверить гипотезу, учёный ставит опыт. Он от личается от наблюдения тем, что в опыте создают специ альные условия протекания физического явления с целью проверить справедливость той или иной гипотезы. • Физические тела и физические явления характеризуются физическими величинами. • Числовое значение физической величины задают всегда с указанием единицы этой величины. • Единицы длины и времени в СИ: метр (м) и секунда (с). • Физические борами. величины измеряют измерительными при • Измерения всегда являются приближёнными. Погреш ность измерения обычно принимают равной цене деления шкалы измерительного прибора. 34 ГЛАВА II СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА II Строение вещества |
5. Атомы и молекулы 1. Атомы Предположение, что вещество состоит из мель чайших невидимых глазу частиц, одним из первых высказал древнегреческий учёный Демокрит. Он на звал эти частицы атомами 1). Сегодня учёные создали специальные микроско пы, позволяющие увидеть атомы. На рисунке 5.1 приведена фотография поверхности кремния, на ко торой видны отдельные атомы. Атомами называют мельчайшие химически неделимые частицы вещества. Рис. 5.1 Все окружающие нас тела состоят из атомов. Су ществует более ста различных видов атомов. 1. Оцените диаметр атома кремния (рис. 5.1), если фотография сделана с увеличением в 20 миллионов раз. Размеры атомов составляют доли нанометра (нм) — так на зывают одну миллиардную долю метра. Для записи столь малых чисел используют отрицательные степени десяти. Их исполь зование покажем на примере: 1 1 1 нм 0,000 000 001 м м м 10–9 м. 1 000 000 000 109 2. Молекулы Атомы часто объединяются в молекулы. В одной молекуле может быть от одного до нескольких миллиардов атомов — на пример, в биологических молекулах, из которых мы состоим. Этим обусловлено огромное разнообразие веществ: учёные откры ли или искусственно создали несколько миллионов различных веществ. Молекула представляет собой наименьшую частицу данного вещества: химические свойства вещества определяются со ставом и строением его молекул. 1) В переводе на русский «атом» означает «неделимый». 36 Атомы и молекулы |
5 На рисунке 5.2 изображены модели молекул некоторых веществ: а — водорода, б — кислорода, в — воды. Жёлтые шарики обозначают атомы водорода, а зелёные — атомы кислорода. Рис. 5.2 Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. При комнатной температуре водород и кислород — газы с различными химическими свойствами. Вода же при комнатной температуре находится в жидком и газообразном состоянии (водяной пар), а её химические свойства существенно отличаются от химических свойств водорода и кислорода. 2. Если все тела состоят из молекул, то почему тела кажутся нам сплошными? 3. Если открыть флакон с духами, то вскоре их запах рас пространится по всей комнате, но при этом мы не заметим уменьшения объёма духов во флаконе. Объясните это явление. 3. Размеры молекул и атомов Поставим опыт Если на поверхность воды в широком сосуде капнуть ка плю масла, то масляное пятно будет расширяться до тех пор, пока толщина масляной плёнки не станет примерно равной размеру молекулы масла (схематически это изображено на рисунке 5.3). Рис. 5.3 37 II Строение вещества Ставим и решаем задачи Пусть площадь масляной плёнки, образующейся из капельки растительного масла объёмом 1 мм3, равна 1 м2. Используя эти данные, оценим размер молекулы масла, учитывая то, что объём масляной плёнки равен объёму капельки масла. 4. Выразите толщину d масляной плёнки через её объём V и площадь S. 5. Найдите размер молекулы масла. Итак, размер молекулы масла — около одной миллиардной доли метра, или одной миллионной доли миллиметра. Похожая задача 6. Чтобы можно было увидеть молекулу масла невооружённым глазом, её пришлось бы увеличить в миллион раз. Каким стал бы ваш рост, если бы вы увеличились в миллион раз? Най дите на карте мира несколько стран, на территории каждой из которых вы смогли бы в таком случае уместиться, если бы захотели прилечь. 4. Движение молекул Броуновское движение В первой половине 19-го века английский ботаник Роберт Броун, наблюдая в микроскоп плавающие в воде частицы цветоч ной пыльцы, заметил, что они непрестанно хаотически движутся. На рисунке 5.4 приведена многократно увеличенная фотография, на которой положения одной из частиц через минутные проме жутки времени соединены отрезками. Полученная ломаная линия наглядно показывает беспорядочность движения, которое назвали броуновским. Рис. 5.4 38 Атомы и молекулы |
5 Объяснить броуновское движение учёные смогли только через полвека после его открытия. Выяснилось, что оно обусловлено ударами молекул воды, в которой находятся частицы: молекулы ударяют по ним с разных сторон, заставляя их двигаться. Чем меньше эти частицы, тем заметнее броуновское движение, подобно тому, как слабое волнение на море раскачивает лодку, а большой корабль остаётся неподвижным. Броуновское движение можно заметить только для частиц размером не более одной тысячной доли миллиметра. Напомним, что размеры молекул ещё в тысячи раз меньше! Броуновское движение стало опытным подтверждением молекулярного строения вещества и движения молекул. При нагревании воды интенсивность броуновского движения возрастает. Это означает, что при повышении температуры скорость хаотического движения молекул увеличивается. Поэтому хаотическое движение молекул называют тепловым движением. 7. Иногда в качестве примера броуновского движения приводят «пляску» пылинок в воздухе. Правильно ли это? Диффузия Поставим опыт Нальём в стакан воду и осторожно с помощью шприца до бавим в нижнюю часть стакана голубой раствор медного ку пороса (рис. 5.5, а). Граница между жидкостями будет вначале резкой (рис. 5.5, б). а б в г д Рис. 5.5 Однако примерно через час она начнёт размываться (рис. 5.5, в, г), и постепенно в течение нескольких дней вся жидкость в стакане равномерно окрасится в бледно голубой цвет (рис. 5.5, д). 39 II Строение вещества Объяснить это можно только тем, что частицы 1), из которых состоит медный купорос, проникают в воду, а молекулы воды проникают в раствор медного купороса. А это указывает на то, что молекулы движутся. Обусловленное движением молекул взаимное проникновение частиц одного вещества в другое называют диффузией 2). Диффузия также является опытным подтверждением дви жения молекул. Диффузия происходит не только в жидкостях, но и в га зах, а также в твёрдых телах. Она играет очень большую роль в процессе жизнедеятельности различных организмов: например, благодаря диффузии кислород проникает в клетки живых тканей. 8. Где скорость диффузии больше — в жидкостях или газах? Обоснуйте свой ответ. Скорости молекул В начале 20-го века учёные измерили скорость молекул на опыте. Выяснилось, что при комнатной температуре молекулы в окружающем нас воздухе движутся со скоростями пуль — сотни метров в секунду! Мы не ощущаем отдельных ударов этих молекул, потому что эти удары чрезвычайно частые и малые. «Дробь» этих ударов проявляется в давлении воздуха, которое мы изучим далее. 5. Взаимодействие атомов и молекул На то, что атомы и молекулы притягиваются друг к другу, указывает существование жидкостей и твёрдых тел. Если бы это притяжение исчезло, то все жидкости и твёрдые тела тут же пре вратились бы в газы! Однако сжать, например, воду или камень очень трудно. Это указывает на то, что при уменьшении расстояния между молеку лами притяжение между ними сменяется отталкиванием. Поставим опыт Попробуйте разорвать руками толстую капроновую нить (рис. 5.6). Вряд ли у вас это получится, хотя вам надо преодолеть силы притяжения между молекулами в малом сечении нити! 1) В воде молекулы медного купороса разлагаются на более мелкие частицы. 2) От латинского «диффузио» — распространение, растекание. 40 Атомы и молекулы |
5 Рис. 5.6 Молекулы различных веществ также взаимодействуют друг с другом. На притяжении молекул основано, например, действие клея. 9. Почему для более прочного склеивания предметов их прижи мают друг к другу? ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 6. Вглубь атома В начале 20-го века учёные установили, что атом является составным: в нём есть чрезвычайно малое атомное ядро (оно примерно в сто тысяч раз меньше атома!), вокруг которого движутся электроны. В дальнейшем выяснилось, что и атомное ядро — тоже составное: оно состоит из протонов и нейтронов. Сегодня учёные умеют уже расщеплять атомные ядра: на этом явлении основано, например, действие атомных электростанций. Подробнее о строении атома и атомного ядра мы расскажем в курсе физики 9-го класса. Примерно 99 из каждых 100 атомов во Вселенной — это атомы водорода или гелия. Это самые лёгкие из всех атомов. В земной коре наиболее распространёнными атомами являются атомы кислорода и кремния, а в атмосфере Земли — атомы азота и кислорода. 41 II Строение вещества ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Атомы — мельчайшие химически неделимые частицы вещества. • Атомы образуют молекулы. • Химические свойства вещества определяются составом и строением его молекул. • Молекулы газов, жидкостей и твёрдых тел находятся в непрестанном хаотическом движении — на это указыва ют, например, броуновское движение и диффузия. • Скорость хаотического (теплового) движения молекул при повышении температуры увеличивается. • Молекулы на очень малых расстояниях отталкиваются, а на несколько боXльших — притягиваются. Притяжением молекул обусловлено существование жидкостей и твёр дых тел, а отталкиванием молекул — малая сжимаемость жидкостей и твёрдых тел. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 10. Что общего у атомов и молекул и чем они различаются? 11. Расскажите о молекулах, схематически изображённых на ри сунке 5.2. 12. Одинаковы ли размеры и состав молекул разных веществ? Поясните ответ своими примерами. 13. Предложите опыт, с помощью которого можно оценить размер молекулы керосина. 14. На каком явлении основана засолка огурцов, грибов, рыбы и других продуктов? 15. Почему не рекомендуется оставлять мокрое цветное бельё в тазу на длительное время? Повышенный уровень 16. При смешивании кислорода с водородом образуется гремучий газ: при его взрыве образуется вода. Чему было равно коли чество молекул кислорода и водорода в гремучем газе, если в результате его взрыва образовалось 1020 молекул воды? 17. Одна молекула углекислого газа состоит из одного атома угле рода и двух атомов кислорода, центры которых находятся 42 Атомы и молекулы |
5 на одной прямой (атом углерода находится посредине). Изобразите в тетради схематически молекулу углекислого газа и попробуйте изготовить её модель. 18. Объясните, почему в горячем чае сахар растворяется быстрее, чем в холодном. 19. Медузы не имеют органов дыхания. Растворённый в воде кислород всасывается через их кожу, а растворённый угле кислый газ тем же путём выходит наружу вследствие диф фузии. Найдите в Интернете другие примеры роли диффузии в живых организмах. 20. Страницы книги мы перелистываем без усилий. Почему же трудно разъединить мокрые листы бумаги? Высокий уровень 21. Если открытый сосуд с углекислым газом уравновесить на весах и оставить так на некоторое время, то равновесие весов нарушится. Вследствие какого явления это происходит? 22. Рассмотрите фотографию капельки воды на ткани (рис. 5.7). Сравните силы взаимного притяжения между молекулами воды, а также между молекулами воды и молеку лами, входящими в состав ткани. Какой вывод вы можете сделать? 23. Школьник вышел из реки, лёг на песок, и его тело облепили песчинки. Почему? Рис. 5.7 Когда тело обсохло, песчинки осыпались. Почему? 24. Сравните тепловое движение молекул, движение броуновских частиц и диффузию. Что у них общего и чем они различаются? 25. Чему равна максимальная площадь нефтяного пятна, кото рое может образоваться, если при аварии нефтяного танкера в океан выльется 300 м3 нефти? Для оценки примите, что размер молекулы нефти равен размеру молекулы масла, о которой рассказывалось в тексте параграфа. Найдите на кар те Европы страны, площадь которых меньше площади этого пятна. 26. Оцените, сколько молекул содержится в столовой ложке воды (18 г), если масса одной молекулы воды 3 · 10–26 кг. Какой была бы длина цепочки (в километрах), если все эти молеку лы выстроить в ряд? Сравните длину этой цепочки с рассто янием от Земли до Солнца. Для оценки считайте молекулы воды шариками диаметром 3 · 10–10 м. 43 II Строение вещества ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 27. Попробуйте повторить дома описанный в параграфе опыт с каплей масла. Возьмите очень маленькую каплю, а в качестве сосуда используйте большой таз или ванну. 28. Повторите опыт с разрывом прочной нити, чтобы «почувство вать» силу, с которой притягиваются друг к другу молекулы в тонком сечении нити. Чтобы не порезать руки нитью, на деньте кожаные перчатки. 29. Положите один на другой три мокрых листа бумаги так, что бы можно было ухватиться за средний лист. Попробуйте вы тащить его, не разъединяя листов. Объясните этот опыт. |
6. Три состояния вещества 1. Газы Примером газа является окружающий нас воздух. Поставим опыт Чтобы убедиться в существовании воздуха вокруг нас, опусти те в воду пустую стеклянную банку вверх дном так, чтобы дно банки было ниже уровня воды. Вы увидите, что вода не заполнит всю банку, потому что в банке остался воздух. 1. Приведите свои примеры, доказывающие существование воз духа. Газ занимает весь предоставленный ему объём: например, невозможно наполнить газом только половину сосуда, если в нём нет перегородок. Это свойство газа обусловлено тем, что молеку лы в газах хаотически движутся и слабо взаимодействуют друг с другом. В отличие от жидкостей и твёрдых тел газы легко сжимаемы (рис. 6.1, а). Это свойство газов обусловлено тем, что молеку лы в газах расположены на некотором расстоянии друг от друга (рис. 6.1, б). 2. Приведите примеры использования сжимаемости газов (в част ности, воздуха). 3. Закупоренная бутылка наполовину заполнена водой. Означает ли это, что в верхней части бутылки пустота? 44 Три состояния вещества |
6 а б Рис. 6.1 2. Жидкости Самая распространённая на Земле жидкость — вода. Жидкость всегда принимает форму сосуда (рис. 6.2). Это обусловлено тем, что молекулы в жидкости часто меняются местами друг с другом вследствие теплового движения. Такие «перескоки» происходят очень быстро, благодаря чему жидкость обладает текучестью. Поэтому под действием силы тяжести налитая в сосуд жидкость принимает форму сосуда. Рис. 6.2 Кроме того, жидкость сохраняет свой объём. Это объясняется тем, что молекулы в жидкости расположены вплотную друг к другу. 4. Приведите примеры использования текучести и несжимаемо сти жидкости. 45 II Строение вещества 3. Твёрдые тела Твёрдые тела сохраняют не только объём, но и форму. Это обусловлено их молекулярным строением. Твёрдые тела отличаются друг от друга твёрдостью, хрупко стью и пластичностью. Самое твёрдое вещество — алмаз. Его используют не только для украшений, но и для изготовления особенно твёрдых режу щих инструментов, например стеклорезов. Хрупкие твёрдые тела при сильных ударах разрушаются — таковы, например, стекло или чугун. А пластичные твёрдые тела при ударах не разрушаются, а изменяют форму — таковы, на пример, свинец или пластилин. 5. Какие свойства твёрдых тел отражены в следующих послови цах? а) Дружба что стекло: расколешь — не соберёшь. б) В бою железо дороже золота. в) Серебро гнётся, а чугун не гнётся. Кристаллические и аморфные тела У всех кристалликов поваренной соли или сахара — плоские, будто срезанные грани. Таковы же грани и больших кристаллов (рис. 6.3, а). Рис. 6.3 46 Три состояния вещества |
6 Несмотря на огромное разнообразие, все снежинки (а это — кристаллики льда) имеют в своей основе правильный шестиугольник (рис. 6.3, б). Поваренная соль, сахар и лёд — примеры веществ, из которых состоят кристаллические твёрдые тела. Правильная форма кристаллов обусловлена тем, что атомы или молекулы в кристаллах расположены упорядоченно, образуя кристаллическую решётку (рис. 6.3, в, г). Все кристаллические тела имеют определённую температуру плавления, при которой твёрдое тело превращается в жидкость. Но среди твёрдых тел есть и такие, которые при нагревании постепенно размягчаются, благодаря чему им можно придать произвольную форму. Их называют аморфными 1). Знакомым каждому примером аморфного тела является стекло. Аморфные тела, подобно жидкостям, обладают текучестью, причём при нагревании их текучесть увеличивается. Например, стеклянный пузырёк выдувают из капли нагретого стекла (рис. 6.4, а). Молекулярное строение аморфного тела схематически изображено на рисунке 6.4, б. Мы видим, что в расположении молекул нет определённого порядка. В этом отношении аморфные тела Рис. 6.4 1) От греческого «аморфос» — бесформенный. 47 II Строение вещества напоминают жидкости — этим и обусловлена текучесть аморф ных тел при нагревании. В отличие от кристаллических тел они не плавятся, превращаясь сразу в жидкость, а размягчаются по степенно. 6. Как определить на опыте, является ли данное твёрдое тело кристаллическим или аморфным? ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 4. Алмаз и графит Твёрдый прозрачный алмаз (рис. 6.5, а) и мягкий чёр ный графит, из которого изготовляют стержни карандашей (рис. 6.5, б), состоят из одинаковых атомов — атомов углерода. Столь различные свойства алмаза и графита обусловлены только тем, что у них разные типы кристаллических решёток. Рис. 6.5 На рисунке 6.5, в схематически изображена молекулярная структура алмаза. В его кристаллической решётке все атомы сильно связаны со своими ближайшими соседями — вот почему 48 Три состояния вещества |
6 алмаз такой твёрдый. А на рисунке 6.5, г изображено молекулярное строение графита. Он имеет слоистую структуру, причём соседние слои слабо связаны друг с другом. Этим и обусловлена мягкость графита. 5. Почему капли круглые? То, что жидкость не имеет своей формы, справедливо только для достаточно больших объёмов жидкости. А в малых объёмах жидкость имеет форму шара: таковы капли жидкости (рис. 6.6). Рис. 6.6 Шарообразная форма капель обусловлена тем, что жидкость стремится уменьшить площадь своей поверхности. В случае малого объёма это оказывается более важным, чем действие силы тяжести, заставляющей жидкость растечься по горизонтальной поверхности или принять форму сосуда. 49 II Строение вещества ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Вещество может находиться в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. • Газ занимает весь предоставленный ему объём и легко сжимаем. Объясняется это хаотическим движением моле кул в газах и тем, что молекулы расположены не вплот ную, а на некоторых расстояниях друг от друга. • Жидкость сохраняет объём, но принимает форму сосу да, в котором она находится. Это обусловлено действием силы тяжести и текучестью жидкости. Жидкость прак тически несжимаема, потому что молекулы в жидкости расположены вплотную друг к другу. • Твёрдые тела сохраняют объём и форму. Они бывают кристаллическими и аморфными. • Атомы или молекулы в кристаллах расположены упоря доченно, образуя кристаллическую решётку. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 7. Расскажите об основных свойствах твёрдых тел, жидкостей и газов. Что у них общего и чем они отличаются друг от друга? 8. Сравните молекулярное строение кристаллических твёрдых тел, жидкостей и газов. 9. Сравните кристаллические тела, аморфные тела и жидкости. Что у них общего и чем они отличаются друг от друга? 10. Все ли металлы находятся при комнатной температуре в твёр дом состоянии? Приведите пример, иллюстрирующий ваш от вет. 11. Кусок меди расплавили. Расскажите, как при этом измени лись расположение атомов меди друг относительно друга и характер их движения. 12. Утром на реке появился туман. Какое это состояние воды: жидкое или газообразное? Повышенный уровень 13. Назовите общие свойства: жидкостей и газов; жидкостей и твёрдых тел. 50 Три состояния вещества |
6 14. Если представить, что каждый ученик класса — молекула, то что напоминают ученики класса: кристаллическое твёрдое тело, жидкость или газ — в толпе у нового расписания? на перемене? во время урока? Высокий уровень 15. На рисунке 6.7 представлены фотографии, сделанные при наблюдении в микроскоп за ростом кристаллов из растворов медного купороса (а) и поваренной соли (б). На основании чего можно утверждать, что медный купорос и поваренная соль относятся к кристаллическим телам? а б Рис. 6.7 16. Составьте задачу, ответ которой «Только газ». 17. Составьте задачу, ответ которой «Только твёрдое тело». 18. Найдите в Интернете фотографии различных кристаллов. ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 19. Заполните пластиковую бутылку водой доверху и плотно за винтите пробку. Попробуйте сжать бутылку. Вылейте часть воды и снова попробуйте сжать бутылку. Какой вывод можно сделать из этих опытов? 20. Рассмотрите под увеличительным стеклом кристаллики пова ренной соли. Объясните, какой «искусный мастер» придал им правильную форму. 51 II Строение вещества ГЛАВНОЕ В ЭТОЙ ГЛАВЕ • Атомы — мельчайшие химически неделимые частицы вещества. • Атомы образуют молекулы. • Химические свойства вещества определяются составом и строением его молекул. • Молекулы газов, жидкостей и твёрдых тел находятся в непрестанном хаотическом движении — на это указыва ют, например, броуновское движение и диффузия. • Скорость хаотического (теплового) движения молекул при повышении температуры увеличивается. • Молекулы на очень малых расстояниях отталкиваются, а на несколько боXльших — притягиваются. Притяжением молекул обусловлено существование жидкостей и твёр дых тел, а отталкиванием молекул — малая сжимаемость жидкостей и твёрдых тел. • Вещество может находиться в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. • Газ занимает весь предоставленный ему объём и легко сжимаем. Объясняется это хаотическим движением моле кул в газах и тем, что молекулы расположены не вплот ную друг к другу. • Жидкость сохраняет объём, но принимает форму сосу да, в котором она находится. Это обусловлено действием силы тяжести и текучестью жидкости. Жидкость прак тически несжимаема, потому что молекулы в жидкости расположены вплотную друг к другу. • Твёрдые тела сохраняют объём и форму. Они бывают кристаллическими и аморфными. • Атомы или молекулы в кристаллах расположены упоря доченно, образуя кристаллическую решётку. 52 ГЛАВА III ДВИЖЕНИЕ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ III Движение и взаимодействие тел |
7. Механическое движение 1. Относительность движения и покоя Как отличить движущееся тело от покоящегося? Казалось бы, нет ничего проще! Например, учебник, лежащий сейчас перед вами, покоится, а проезжающий за окном автомобиль — движется. А теперь вспомним, что учебник вместе со столом и домом находится на поверхности Земли, которая вращается вокруг своей оси. Обусловленная этим вращением скорость на широте Москвы составляет почти тысячу километров в час (скорость реактивного самолёта). Кроме того, Земля ещё движется вокруг Солнца, про летая за каждую секунду около тридцати километров. Перейдём теперь к автомобилю, проезжающему по улице. С точки зрения сидящего за рулём водителя его автомобиль по коится, зато движутся дома на улице! В том числе движется и лежащий перед вами учебник, находящийся в одном из этих домов. 1. Можно ли однозначно ответить на вопрос: покоится или дви жется пассажир едущего автобуса? Обоснуйте свой ответ. Рассмотренные примеры показывают, что движение любого тела можно рассматривать только по отношению к какому-то другому телу. В этом выражается относительность движения и покоя. Таким образом, механическое движение — это изменение со временем по ложения тела в пространстве относительно других тел. 2. Относительно каких тел сидящий в кресле пассажир летяще го самолёта находится в покое? Относительно каких тел он движется? Движется ли самолёт: а) относительно сидящего в кресле пассажира; б) относительно стюардессы, идущей по салону? 3. Пассажир идёт по салону едущего автобуса. Какие тела (не только в автобусе) движутся относительно пассажира, а какие покоятся относительно него? 4. Где может находиться человек, если дом движется относи тельно него сверху вниз? 5. Пассажир в вагоне поезда во время стоянки заметил, что по езд на соседнем пути начал двигаться. Какое предположение может сделать пассажир? Как его проверить? 54 Механическое движение |
7 Рис. 7.1 6. Назовите изображённые на рисунке 7.1 тела, которые поко ятся друг относительно друга. 55 III Движение и взаимодействие тел 2. Траектория, путь и перемещение Если провести по доске куском мела, он оставит на ней след. Это траектория куска мела относительно доски. Траектория — это линия, описываемая телом в простран стве при движении тела. В большинстве случаев тело при своём движении не оставляет следа — тогда траектория тела невидима. Например, птица не оставляет за собой видимого следа в полёте, а высоко летящий самолёт часто оставляет такой след (рис. 7.2, а). 7. Расскажите, в каких случаях траектория движения автомо биля становится видимой. Траектория движения тела может быть прямолинейной (рис. 7.2, а) и криволинейной (рис. 7.2, б). Как мы сейчас уви дим, траектория движения одного и того же тела с точки зре ния одного наблюдателя может быть прямолинейной, а с точки зрения другого — криволинейной. Пусть, например, пассажир в вагоне идущего поезда роняет шарик. С точки зрения пассажира траектория движения пада ющего шарика — прямолинейный отрезок. А с точки зрения наблюдателя на станции, мимо которой проезжает поезд, шарик движется по криволинейной траектории. Рис. 7.2 8. Каковы траектории движения: а) падающего без начальной скорости камня относительно земли; б) Луны относительно Земли; в) самолёта, летящего из Владивостока в Москву, от носительно Земли? 9. Приведите свои примеры прямолинейных и криволинейных траекторий движения. 56 Механическое движение |
7 Если тело закончило движение в той же точке, из которой оно начало двигаться, то траектория тела — замкнутая линия, поэтому такую траекторию называют замкнутой (рис. 7.3). Рис. 7.3 Длину траектории называют путём, пройденным телом. Мы будем обозначать путь буквой l. При нахождении пути, пройденного телом, надо складывать длины участков траектории, если тело прошло их несколько раз. 10. Волк прошёл по вольеру длиной 20 м 3 раза туда и обратно. Чему равен пройденный им путь? 11. Легкоатлет трижды пробежал по дорожке, имеющей форму окружности радиусом 50 м. Чему равен пройденный им путь? 12. Саша прошёл 6 км, причём расстояние от начальной точки траектории до конечной равно 4 км. Следует ли отсюда, что траектория его движения была криволинейной? Направленный отрезок, соединяющий начальную и конечную точку траектории, называют перемещением. Физические величины, которые характеризуются числовым значением и направлением, называют векторными величинами. Таким образом, перемещение — векторная величина. Числовое значение векторной величины называют её модулем. Например, в предыдущей задаче модуль перемещения Саши равен 4 км. 57 III Движение и взаимодействие тел Модуль перемещения меньше пройденного пути, если траек тория тела криволинейная или тело двигалось по одной прямой, но изменяя направление движения на противоположное, как в уже упомянутой задаче. ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира До 16-го века движение всех тел рассматривали только от носительно Земли, считая её центром Вселенной. Относительно Земли рассматривали также движение Солнца, Луны и звёзд. Это — так называемая геоцентрическая 1) система мира. В этой системе движение Солнца и Луны описать было про сто, а вот планеты двигались по причудливым траекториям, опи сывая порой странные петли. В 16-м веке польский астроном Николай Коперник обнару жил, что описать положение планет можно тоже просто, если считать, что они вместе с Землёй движутся вокруг Солнца по орбитам, близким к круговым. Такую систему мира назвали ге лиоцентрической 2). Схематически эту систему иллюстрирует ри сунок 7.4, на котором не соблюдён один и тот же масштаб для Солнца, планет и их орбит, потому что в одном масштабе Солнце и все планеты не удалось бы изобразить на одном рисунке. Н. Коперник Рис. 7.4 (1473—1543) 1) От греческого «ге» — Земля. 2) От греческого «гелиос» — Солнце. 58 Механическое движение |
7 Рис. 7.5 Развивая идеи Коперника, итальянский учёный и поэт Джордано Бруно предположил, что Солнце тоже не является центром Вселенной! Бруно первым догадался, что звёзды — это очень далёкие «солнца», вокруг которых движутся планеты, населённые, как считал Бруно, разумными существами, подобными людям. Так что именно Бруно — первый научный фантаст! Учение Бруно противоречило Библии, поэтому служители церкви поставили его перед выбором: отказаться от своего учения или быть сожжённым на костре (рис. 7.5). Бруно мужественно взошёл на костёр, шагнув при этом в бессмертие. Галилео Галилей посвятил обоснованию и развитию учения Коперника многие годы жизни. Его за это не сожгли на костре, но последние годы жизни великому учёному пришлось провести под домашним арестом. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Механическое движение — это изменение со временем положения тела в пространстве относительно других тел. Механическое движение и покой относительны. • Линия, которую описывает тело в пространстве при своём движении, называется траекторией движения. • Длину траектории называют путём, пройденным телом. • Представление о том, что в центре Вселенной находится Земля, называют геоцентрической системой мира. Пред ставление о Вселенной, согласно которому Земля и дру гие планеты движутся вокруг Солнца, называют гелио центрической системой мира. 59 III Движение и взаимодействие тел ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 13. Приведите свои примеры, иллюстрирующие относитель ность движения и покоя. 14. Движутся ли самолёты друг относительно друга (рис. 7.6)? 15. Изобразите примерные траек тории движения нескольких тел по вашему выбору. 16. Будет ли замкнутой траек тория корабля, совершивше го кругосветное путешествие, Рис. 7.6 если рассматривать движение корабля относительно Земли? Повышенный уровень 17. Велосипедисты едут друг за другом с одинаковой постоянной скоростью по дороге, имеющей форму окружности. Движутся ли велосипедисты друг относительно друга? 18. Будет ли замкнутой траектория корабля, совершившего кругосветное путешествие за полгода, если рассматривать движение корабля: а) относительно Земли; б) относительно Солнца? 19. Человек вышел из дома и через некоторое время вернулся домой. Будет ли замкнутой его траектория, если рассматри вать его движение: а) относительно дома? б) относительно самолёта, который за это время пролетел от Москвы до Астрахани? 20. Нарисуйте в тетради примерную траекторию точки, находя щейся на конце лопасти винта поднимающегося вертикально вверх вертолёта: относительно кабины пилота; относительно лопасти винта вертолёта; относительно земли. 21. Школьник отметил красной краской точку на шине колеса велосипеда и поехал на нём по прямой дороге. Изобразите примерную траекторию красной точки относительно: а) школьника; б) велосипедного колеса, на котором отмечена точка; в) земли. 60 Механическое движение |
7 22. Сколько времени должно длиться кругосветное путешествие корабля, чтобы его траектория была замкнутой не только от носительно Земли, но и относительно Солнца? 23. Из Иркутска до Улан-Удэ один из двух друзей летел самолётом, который двигался по прямолиней ной траектории, а другой ехал по железной дороге в объезд Байкала (рис. 7.7). Что будет одинаковым для этих друзей: траектория, путь или перемещение? 24. Автобус совершил рейс по прямой дороге из посёлка А в посёлок Б, вернулся обратно в А и закон чил маршрут в посёлке В, нахо дящемся точно посередине между А и Б. Пройденный им путь ока зался равным 50 км. Чему равно Рис. 7.7 расстояние между А и Б? 25. Туристическая группа прошла 4 км на юг, повернула под прямым углом налево и прошла ещё 3 км. Начертите на ли сте в клетку траекторию движения группы в удобном мас штабе. Найдите, чему равны пройденный путь и модуль пе ремещения туристов. Высокий уровень 26. Вдоль минутной стрелки часов длиной 6 см равномерно пол зёт божья коровка. Она начала движение от конца стрелки ровно в 3 часа дня и доползла до оси стрелки к 4 часам того же дня. Нарисуйте в тетради примерный вид траек тории её движения относительно циферблата часов в мас штабе 1:1. Чему равен путь, пройденный божьей коровкой относительно минутной стрелки? 27. Пираты ищут клад по следующему описанию: «От одинокой сосны пройти на юг 10 шагов, повернуть направо и пройти 20 шагов, повернуть ещё раз направо и пройти 25 шагов, повернуть налево и пройти 5 шагов, повернуть ещё раз нале во и пройти 30 шагов; копать здесь». Начертите траекторию поиска клада, выбрав подходящий масштаб. Используя этот чертёж, определите: чему равны путь, который надо пройти от сосны до клада, и расстояние от сосны до клада? Длина шага пирата равна 80 см. 61 III Движение и взаимодействие тел 28. Саша везёт тачку с двумя колёсами и поворачивает налево под прямым углом. Какое колесо (левое или правое) прошло во время поворота больший путь? Насколько больший? Рас стояние между колёсами тачки 40 см. ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 29. Поставьте остриё мягкого карандаша на лежащий на гладком столе чистый лист бумаги. Держа карандаш неподвижно, по пробуйте двигать лист бумаги так, чтобы карандаш нарисовал окружность. Какова при этом траектория острия карандаша относительно стола? относительно листа бумаги? Если вам понадобится помощь, обратитесь к кому-либо из своих одно классников или одноклассниц. |
8. Прямолинейное равномерное движение 1. Скорость прямолинейного равномерного движения Прямолинейное движение, при котором тело за любые рав ные промежутки времени проходит равные пути, называют прямолинейным равномерным движением. На рисунке 8.1 схематически изображено прямолинейное равномерное движение легкового автомобиля: показаны положе ния автомобиля через равные промежутки времени. Рис. 8.1 Скоростью v прямолинейного равномерного движения назы вают отношение пути l, пройденного телом за промежуток времени t, к этому промежутку времени: l v= t 62 Прямолинейное равномерное движение |
8 ⎛м⎞ Единицей скорости в СИ является метр в секунду ⎜ ⎟ Что ⎝с⎠ бы представить себе эту скорость, пройдитесь, делая каждую секунду большой шаг длиной около метра. 1. Собака бежит прямолинейно и равномерно. За 1 мин она про бегает 180 м. Чему равна её скорость в единицах СИ? Скорость характеризуется не только числовым значением, но и направлением, то есть она является векторной величиной 1). Например, скорость автомобиля на рисунке 8.1 направлена вправо. Векторную величину обозначают буквой со стрелкой над ней (рис. 8.1). На чертежах скорость тела изображают стрелкой, расположенной рядом с этим телом. Направление стрелки указывает направление скорости, а длина стрелки пропорциональна значению скорости. Скорость транспортных средств часто задают в километрах ⎛ км ⎞ в час ⎜ ⎟ Например, в пределах города автомобили могут дви ⎝ ч ⎠ км гаться со скоростью, не превышающей 60 ч 2. Автомобиль движется с востока на запад со скоростью 20 м/с. Изобразите графически скорость автомобиля в масштабе: 10 м/с соответствует 1 см. Научимся переводить значение скорости из одних единиц в другие. 3. Чему равна скорость человека в километрах в час, если он идёт со скоростью 1 м/с? 4. Трактор движется со скоростью 10 м/с. Чему равна его ско рость в километрах в час? 5. Выразите в километрах в час скорости: 15 м/с, 20 м/с, 30 м/с. 6. Такси едет со скоростью 72 км/ч. Чему равна его скорость в метрах в секунду? 7. Какова скорость поезда в километрах в час, если каждую ми нуту мимо окна вагона «пробегает» очередной километровый столб? 8. Выразите в метрах в секунду следующие скорости: 7,2 км/ч; 18 км/ч; 90 км/ч. 1) Напомним, что векторными называют величины, характеризующиеся число вым значением и направлением. 63 III Движение и взаимодействие тел 2. Как физические формулы позволяют ставить и решать задачи l Мы встретились в этом учебнике с первой формулой: v t Она связывает три величины: путь l, время движения t и ско рость тела v. Значит, используя эту формулу, можно найти лю бую из этих трёх величин, если остальные две известны. Обратите внимание: при решении задач по физике обозначе ния всех величин не зависят от того, заданы эти величины или их надо найти. Например, скорость всегда обозначают v. Этим задачи по физике отличаются от задач по математике, где неизвестную величину часто обозначают x. Поэтому привы кайте в любой физической формуле «видеть» уравнение, неизвест ным в котором может быть любая из входящих в эту формулу величин. l 9. Используя формулу v , выразите путь l через скорость v t и время движения t. l 10. Используя формулу v , выразите время движения t через t путь l и скорость v. l 11. Используя формулу v , составьте и решите три задачи: t а) на нахождение пути, пройденного пешеходом; б) на нахождение времени движения велосипедиста; в) на нахождение скорости автомобиля. Подберите числовые данные так, чтобы ответы в этих задачах были следующими: 8 км; 2 ч; 60 км/ч. Покажем пример оформления решения задачи. Маша прошла 3 км за 40 мин. Выразите скорость Маши в метрах в секунду. Дано: СИ: Решение: t 40 мин 2400 с Скорость при равномерном движении l 3 км 3000 м l v ; v–? t 3000 м м v 1,25 2400 c с м Ответ: v 1,25 с 64 Прямолинейное равномерное движение |
8 Ставим и решаем задачи Чтобы решать задачи, надо научиться ставить задачи, по тому что для решения более или менее трудной задачи обыч но надо поставить несколько вспомогательных, более простых задач — и решить их. В каждой задаче есть две части: 1) условие, в котором описа на некоторая ситуация, и 2) вопрос по этой ситуации. Чтобы вы поняли, как рождаются задачи, мы часто будем к одной и той же ситуации ставить несколько вопросов. Следуя этим примерам, вы тоже скоро научитесь ставить задачи и убеди тесь, что решать свои задачи намного интереснее, чем уже поставленные. 12. Из посёлка одновременно по одной прямой дороге в од ном направлении выехали трактор со скоростью 40 км/ч и мотоциклист со скоростью 60 км/ч. а) Какое расстояние проедет каждый из них за 1 ч? б) Чему будет равно расстояние между трактором и мото циклом через 1 ч после выезда? в) Чему равна скорость мотоциклиста относительно трак тора? 13. Изменим условие предыдущей задачи: трактор и мотоцикл выехали одновременно с теми же скоростями, но в про тивоположных направлениях. а) Какое расстояние проедет каждый из них за 1 ч? б) Чему будет равно расстояние между трактором и мо тоциклом через 1 ч после выезда? в) Чему равна скорость мотоциклиста относительно трак тора? 14. По прямой дороге едут в одном направлении трактор со скоростью 40 км/ч и мотоцикл со скоростью 60 км/ч. а) Может ли расстояние между ними уменьшаться со временем? б) Может ли расстояние между ними увеличиваться со временем? Похожая задача 15. Из города одновременно по прямой дороге в противоположных направлениях выехали два автомобиля: один со скоростью 80 км/ч, другой — со скоростью 100 км/ч. Какое расстояние будет между ними через 2 ч? 65 III Движение и взаимодействие тел 16. Из двух городов одновременно навстречу друг другу по пря мой дороге выехали два автомобиля: один со скоростью 80 км/ч, другой — со скоростью 100 км/ч. Через какое вре мя после выезда они встретились, если расстояние между го родами 270 км? ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Рекорды скорости Самый быстрый зверь — гепард (рис. 8.2, а): он может бе жать со скоростью до 30 м/с. 17. Чему равна максимальная скорость гепарда в километрах в час? 18. За какое наименьшее время гепард промчится вдоль класса длиной 12 м? Самая быстрая птица — сокол-сапсан (рис. 8.2, б): когда он летит вниз, увидев добычу, его скорость достигает 300 км/ч. 19. Чему равна максимальная скорость сапсана в метрах в се кунду? 20. Найдите в Интернете рекорд скорости гоночного автомобиля. Выразите значение этой скорости в километрах в час и в метрах в секунду. Сравните её со скоростью звука в воздухе (значение этой скорости можно найти в Интернете). а б Рис. 8.2 66 Прямолинейное равномерное движение |
8 ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Прямолинейное движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути, на зывают прямолинейным равномерным движением. l • Скорость прямолинейного равномерного движения v t , где l — пройденный путь, t — промежуток времени, в течение которого пройден этот путь. м • Единицей скорости в СИ является с Часто используют км также единицу скорости ч ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 21. Велосипедист проехал по прямой дороге за первый час 10 км, а за два последующих часа 15 км. Могло ли его движение быть прямолинейным равномерным на всём пути? на каждом из участков? 22. Шмель летит на север со скоростью 3 км/ч. Изобразите гра фически скорость шмеля с указанием сторон света. Масштаб выберите сами и укажите его на чертеже. 23. Тягач проехал за некоторое время 40 км, а легковой автомо биль за такое же время — 120 км. Во сколько раз скорость легкового автомобиля больше скорости тягача? 24. Расскажите об известных вам единицах скорости. Срав ните их. 25. По данным, представленным в таблице, составьте задачи и решите их. № п/п Тело Скорость Время Путь 1 Гепард 108 км/ч 1 мин ? 2 Автомобиль 20 м/с ? 24 км 3 ? ? 10 с 0,1 км 67 III Движение и взаимодействие тел 26. Ученик прошёл 40 мин со скоростью 6 км/ч, а потом про ехал на автобусе 30 км. Автобус ехал со скоростью 50 км/ч. Какой путь (в километрах) ученик прошёл пешком? Сколько времени (в минутах) он ехал? 27. Саша пробежал полчаса со скоростью 7 м/с, Миша — 20 мин со скоростью 12 км/ч, а Костя — 6 км со скоростью 11 км/ч. Кто из мальчиков бежал быстрее всех? медленнее всех? доль ше всех? 28. Велосипедист, двигаясь равномерно и прямолинейно, за 30 мин проехал 10 км. За какое время велосипедист проедет 40 км, двигаясь с той же скоростью? Повышенный уровень 29. За 5 ч 30 мин велосипедист проехал 99 км. С какой скоро стью двигался велосипедист? 30. Спортсмен шёл в течение 2 ч 20 мин со скоростью 6 км/ч. Чему равен пройденный им путь? 31. За какое время автомобиль, движущийся со скоростью 25 м/с, проедет 360 км? 32. Самолёт пролетел 700 км за 1 ч, а на обратном пути его скорость была равна 200 м/с. Когда скорость самолёта была больше? 33. Первый автомобиль, двигаясь со скоростью 30 м/с, за 10 с проехал такой же путь, какой второй автомобиль проехал за 20 с. Чему равна скорость второго автомобиля в километрах в час? 34. По ситуации, изображённой на рисунке 8.3, поставьте как можно больше вопросов и найдите ответы на них. Рис. 8.3 68 |
8 35. По ситуации, изображённой на рисунке 8.4, поставьте как можно больше вопросов и найдите ответы на них. Рис. 8.4 36. Стрекоза летит со скоростью 30 км/ч, а велосипедист едет со скоростью 5 м/с. Чья скорость больше и во сколько раз? 37. Из двух городов, находящихся на расстоянии 200 км друг от друга, одновременно навстречу друг другу выехали грузовик со скоростью 40 км/ч и такси со скоростью 60 км/ч. Через какой промежуток времени после выезда расстояние между автомобилями будет равно 100 км? 38. Миша вышел из посёлка и пошёл по прямой дороге со ско ростью 5 км/ч. Через час после Миши из того же посёлка в том же направлении выехал на велосипеде Саша и поехал со скоростью 15 км/ч. Поставьте два вопроса по этой ситуации и найдите ответы на них. 39. За какой промежуток времени искусственный спутник Земли, двигаясь со скоростью 8 км/с, пройдёт путь, равный расстоя нию от Москвы до Кемерово (3600 км)? Во сколько раз этот промежуток времени меньше времени полёта самолёта, кото рый проделывает тот же путь за 4 ч? 40. За какое время человек смог бы обойти Землю вдоль эквато ра, если бы он шёл круглосуточно со скоростью 4,6 км/ч? Высокий уровень 41. От въезда локомотива поезда на мост до съезда с моста по следнего вагона поезда прошла 1 мин. Чему равна скорость поезда, если длина моста 440 м, а длина поезда 280 м? 42. Поезд проходит станцию без остановки. Найдите длину и ско рость поезда, если он проходит мимо дежурного по станции за 1 мин 40 с, а вдоль всего перрона длиной 400 м — за 2,5 мин. 69 III Движение и взаимодействие тел 43. Мальчик проплывает в реке от одного пляжа до соседнего за 4 мин, а обратный путь занимает у него 12 мин. Скорость мальчика относительно воды оставалась постоянной. Во сколь ко раз эта скорость больше скорости течения? 44. По шоссе со скоростью 75 км/ч движется автомобиль. Парал лельно шоссе в том же направлении по железной дороге со скоростью 45 км/ч движется товарный поезд длиной 500 м. Сколько времени понадобится автомобилю, чтобы проехать вдоль всего состава туда и обратно? Примите, что временем разворота автомобиля можно пренебречь. 45. От пристани А одновременно в одном направлении отплы вают моторная лодка и плот. Через 2 ч после отправления лодка достигает пристани В, сразу разворачивается и плывёт в обратном направлении. Через какой промежуток времени после разворота лодка встретит плот? Скорость лодки отно сительно воды остаётся постоянной. ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 46. Найдите среднюю длину своего шага. Для этого измерьте ру леткой определённое расстояние (например, длину комнаты или коридора) и подсчитайте число шагов, которые вы сде лаете, проходя это расстояние. 47. Пройдите от дома до ближайшего магазина или другого за данного места, считая свои шаги и заметив время ходьбы в секундах. Используя результат предыдущего задания, найдите скорость своей ходьбы. |
9. Графики прямолинейного равномерного движения 1. График зависимости пути от времени С помощью графика можно нагляднее представить зависи мость одной величины от другой, чем с помощью формулы. Рассмотрим пример. Велосипедист едет прямолинейно и равномерно со скоростью 2 м/с. Построим график зависимости пути l от времени t для велосипедиста в течение первых трёх секунд движения. 70 Графики прямолинейного равномерного движения |
9 Используя формулу зависимости пути от времени l vt, найдём и запишем в таблицу значения пути, пройденного велосипедистом за 1 с, за 2 с и за 3 с: t, с 0 1 2 3 l, м 0 2 4 6 Выяснив, в каких пределах изменяется путь за время наблюдения, выберем удобный масштаб, начертим координатные оси t и l, отметим на них единицы пути и времени, а также значения этих величин. Используя таблицу, нанесём на координатную плоскость четыре точки: (0; 0), (1; 2), (2; 4) и (3; 6) (рис. 9.1, а). Все они принадлежат графику зависимости пути от времени. Заметим, что все эти точки лежат на одной прямой, проходящей через начало координат (рис. 9.1, б) Это легко понять: при равномерном движении путь прямо пропорционален времени движения, а графиком прямой пропорциональности является отрезок прямой. Рис. 9.1 71 III Движение и взаимодействие тел Итак, при прямолинейном равномерном движении график зависи мости пути от времени — отрезок прямой. Чтобы построить такой график, достаточно знать положение любых двух его точек. Одна из них нам уже известна: это начало координат. Значит, для построения графика за висимости пути от времени достаточ но, используя формулу l vt, найти значение пути l для одного момента времени, отличного от нуля. 1. Грузовик в течение 3 ч едет со скоростью 50 км/ч. Постройте график зависимости пути от вре мени и найдите с его помощью пути, пройденные грузовиком за 1,5 ч; за 2,5 ч. Сравним теперь графики зави симости пути от времени для тел, Рис. 9.2 движущихся с разной скоростью. 2. На рисунке 9.2 изображены графики зависимости пути от времени для велосипедиста и автомобиля. Какой график соот ветствует автомобилю? На этом примере мы видим, что чем больше скорость тела, тем больше угол между графиком зави симости пути от времени и осью времени. 3. На рисунке 9.3 изображены гра фики зависимости пути от вре мени для трёх тел. Чему равны отношения скоростей этих тел? Рис. 9.3 2. График зависимости скорости от времени Построим графики зависимости скорости от времени для автомобиля и велосипедиста, которые движутся со скоростями 60 км/ч и 20 км/ч соответственно. 72 Графики прямолинейного равномерного движения |
9 Строить эти графики очень просто: ведь при прямолинейном равномерном движении скорость остаётся постоянной. Поэтому каждый график зависимости скорости от времени — отрезок прямой, параллельный оси времени (рис. 9.4). Рис. 9.4 4. На рисунке 9.4 изображены графики зависимости скорости от времени для автомобиля и велосипедиста. Какой график соот ветствует автомобилю? Чем различаются эти графики? ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Графики зависимости пути от времени для тел, которые начали двигаться не одновременно Ставим и решаем задачи 5. На рисунке 9.5 изображены графики зависимости пути от времени для двух автомобилей, выехавших из одного города в одном направлении по прямой дороге. Рис. 9.5 73 III Движение и взаимодействие тел а) Какой автомобиль начал двигаться раньше? Насколько раньше? б) Чему равна скорость каждого автомобиля? в) Чему соответствует точка пересечения графиков? Что означают её координаты? ЧТО МЫ УЗНАЛИ • При прямолинейном равномерном движении график за висимости пути от времени — отрезок прямой, один из концов которого совпадает с началом координат. • Чем больше скорость тела, тем больше угол между гра фиком зависимости пути от времени и осью времени. • При прямолинейном равномерном движении график зави симости модуля скорости от времени — отрезок прямой, параллельный оси времени. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 6. Расскажите о графике зависи мости пути от времени для тела, движущегося прямоли нейно и равномерно. 7. Постройте на одном чертеже графики зависимости пути от времени для двух грузовиков, одновременно выехавших из гаража. Скорость первого гру зовика 40 км/ч, скорость вто рого — 60 км/ч. Что общего у этих графиков и чем они раз личаются? 8. На рисунке 9.6 изображены Рис. 9.6 графики зависимости пути от времени для пешехода и грузовика. Какой график соответст вует пешеходу? Чему равно отношение скоростей грузовика и пешехода? 74 Графики прямолинейного равномерного движения |
9 9. Найдите все различия гра фиков зависимости пути от времени для автомобиля и велосипедиста, приведённых на рисунках 9.7 и 9.2. 10. Расскажите о графике зави симости скорости от времени для тела, движущегося пря молинейно и равномерно. Повышенный уровень 11. Саша и Вася отправились из своего дома по одной дороге. Саша вышел на 1 ч раньше, чем Вася, кото рый поехал на велосипеде. Рис. 9.7 Постройте на одном черте же графики зависимости пути от времени для каждого из мальчиков, если скорость Саши 5 км/ч, а скорость Васи — 15 км/ч. Определите по графику: а) через какое время после выезда Вася догонит Сашу; б) на каком расстоянии от их дома это произойдёт. 12. Используя графики зависимости пути от времени для авто мобиля и велосипедиста (рис. 9.7), постройте соответствующие графики зависимости скорости от времени. 13. Скорость грузовика в 2 раза больше скорости велосипедиста и в 2 раза меньше скорости легкового автомобиля. Выбери те сами значения этих ско ростей и постройте на одном чертеже графики зависимости пути от времени для всех трёх тел. Высокий уровень 14. На рисунке 9.8 изображены графики зависимости скоро сти от времени для велоси педиста и пешехода. а) Какой график соответству ет пешеходу? б) Постройте соответствую щие графики зависимости пути от времени. Рис. 9.8 75 III Движение и взаимодействие тел в) Какой путь пройдёт пешеход за 30 мин? г) Какой путь проедет велосипедист за 1 ч? 15. В 10 часов утра Саша выехал на велосипеде из дома и по ехал по прямой дороге со скоростью 15 км/ч. В 11 часов его старший брат Игорь выехал на автомобиле по той же дороге и через 20 мин догнал Сашу. С какой скоростью ехал Игорь и на каком расстоянии от дома они встретились? Задачу ре шите графически, выбрав удобный масштаб. 16. Из аэропорта по одной и той же прямой дороге выехали два автомобиля со скоростями 60 км/ч и 90 км/ч соответственно. Второй автомобиль выехал через час после первого. Через ка кое время после выезда второго автомобиля расстояние между автомобилями равнялось 45 км? 17. Составьте задачу о прямолинейном равномерном движении автомобиля, которую надо решить графически. Ответ задачи должен быть «График проходит через точку (4 ч; 120 км)». ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 18. Постройте примерный график зависимости пути от времени для вашего движения от школы до дома (или до ближайшего магазина). Для отсчёта времени можно использовать секундо мер в часах или в телефоне. Отсчёт времени удобно делать че рез каждые 100 шагов. Значение средней длины своего шага вы уже знаете (см. одно из заданий «Домашней лаборатории» к предыдущему параграфу). 76 Неравномерное движение |
10. Неравномерное движение 1. Неравномерное движение Движение, при котором тело за равные промежутки времени проходит разные пути, называют неравномерным. На рисунке 10.1 изображены положения автомобиля и автобуса через равные промежутки времени. Оба тела движутся неравномерно. Рис. 10.1 1. Скорость какого из изображённых на рисунке 10.1 тел уве личивается, а какого — уменьшается? 2. Мотоциклист за 5 мин проехал 5 км, а за следующие 20 мин — 30 км. Могло ли его движение быть равномерным на всём участке? 2. Средняя скорость Пусть о некотором автомобиле нам известно только то, что он проехал 120 км за 3 ч. При этом не известно, двигался ли он всё время с постоянной скоростью, стоял ли на светофорах или в пробках. Однако одну физическую величину для движения этого автомобиля мы указать всё-таки можем: это его средняя скорость. Чтобы найти среднюю скорость тела за данный промежу ток времени, надо разделить пройденный телом путь на этот промежуток времени: l vср = t 77 III Движение и взаимодействие тел 3. Чему равна средняя скорость автомобиля в приведённом выше примере? Формула для средней скорости похожа на формулу, определя ющую скорость равномерного движения. И действительно, сред няя скорость неравномерного движения равна скорости такого равномерного движения, при котором тело прошло бы такой же путь за такое же время. Рассмотрим это на примере. Ставим и решаем задачи 4. На рисунке 10.2 изображены графики зависимости пути от времени для двух автомобилей. а) Какой автомобиль двигался неравномерно? Чему равна его скорость в течение перво го часа? второго? Чему рав на его средняя скорость за 2 ч? б) Чему равна скорость автомо биля, который двигался рав номерно? Рис. 10.2 В рассмотренном примере средняя скорость неравномерного движения автомобиля оказалась равной среднему арифметиче скому его скоростей на двух участках пути. Но всегда ли это справедливо? Чтобы найти ответ на этот вопрос, рассмотрим сле дующий пример. Ставим и решаем задачи 5. Саша проехал по прямой дороге на велосипеде 30 мин со скоростью 20 км/ч, после чего он шёл, ведя велосипед, в течение часа со скоростью 5 км/ч. а) Какое расстояние Саша проехал на велосипеде? б) Какое расстояние Саша прошёл пешком? в) Какое расстояние преодолел Саша за всё время дви жения? г) Чему равно всё время движения Саши? д) Чему равна средняя скорость Саши? е) Чему равно среднее арифметическое скоростей Саши на двух участках? 78 Неравномерное движение |
10 На этом примере мы видим, что при движении тела на двух участках с разными скоростями средняя скорость не обязательно равна среднему арифметическому скоростей на этих участках! Похожие задачи 6. Самосвал первые 4 км пути проехал за 12 мин, следующие 12 км — за 18 мин, а последние 14 км пути за 30 мин. Чему равна средняя скорость самосвала на всём пути? 7. Вася выехал из дома на велосипеде, проехал 1 ч, потом 1 ч отдыхал, а потом ехал ещё 1 ч. Чему равна его средняя ско рость за 3 ч, если ехал он со скоростью 15 км/ч? 8. На рисунке 10.3 изображён график зависимости пути от вре мени для автомобиля. Поставьте четыре вопроса по этому гра фику и найдите ответы на них. Рис. 10.3 ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Неодинаковые «одинаковые» задачи Объединим две кажущиеся одинаковыми, а на самом деле различные задачи на нахождение средней скорости в одну задачу. Ставим и решаем задачи В субботу и воскресенье Саша любит кататься на велоси педе по лесопарку и ходить пешком, ведя велосипед рядом и слушая пение птиц. 79 III Движение и взаимодействие тел 9. На велосипеде Саша едет со скоростью 15 км/ч, а пеш ком идёт со скоростью 5 км/ч. В субботу Саша ехал час на велосипеде и потом такое же время шёл пешком. А в воскресенье Саша сначала проехал 15 км и потом прошёл пешком такое же расстояние. а) Чему равен путь, проделанный Сашей в субботу? б) Чему равна продолжительность Сашиной субботней про гулки? в) Чему равна средняя скорость Сашиной субботней про гулки? г) Чему равен путь, проделанный Сашей в воскресенье? д) Чему равна продолжительность Сашиной воскресной прогулки? е) Чему равна средняя скорость Сашиной воскресной про гулки? ж) Почему в воскресенье средняя скорость Саши оказалась меньшей, чем в субботу? Похожая задача 10. Саша проехал на велосипеде вверх по склону, а потом вер нулся по тому же пути обратно. Вверх он ехал со скоростью 10 км/ч, а спускался обратно — со скоростью 20 км/ч. а) Обозначьте длину склона l, а скорости движения Саши вверх и вниз по склону v1 и v2 соответственно. Запишите выражения для соответствующих времён движения t1 и t2. б) Выразите среднюю скорость движения Саши вверх и вниз через v1 и v2. в) Найдите значение средней скорости Саши за всё время движения. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Движение, при котором за равные промежутки времени тело проходит разные пути, называют неравномерным. • Средней скоростью vср за данный промежуток времени t называют отношение пути l, пройденного телом за про l межуток времени t, к этому промежутку времени: vср t • Средняя скорость неравномерного движения равна ско рости такого равномерного движения, при котором тело проходит тот же путь за то же время. 80 Неравномерное движение |
10 ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 11. Чем неравномерное движение тела отличается от равномерно го? Приведите несколько примеров неравномерного движения. 12. Спортивный автомобиль проехал первые 60 км за полчаса, а затем за 1,5 ч он проехал 240 км. Чему равна средняя ско рость автомобиля? 13. По графику зависимости пути Миши от времени (рис. 10.4) поставьте как можно больше вопросов и найдите ответы на них. Рис. 10.4 14. На пути от города А к городу В электричка останавливалась на каждой станции, а на обратном пути шла без остановок. Скорость электрички при её движении между остановками была одной и той же. Объясните, почему средняя скорость электрички при движении от А до В меньше её скорости на обратном пути. 15. Турист прошёл 2,5 км за 30 мин, затем сделал получасовой привал, а потом прошёл ещё 1,5 км за 0,5 ч. Чему равна средняя скорость туриста за всё время? Чему она была бы равна, если бы турист не делал привала? Повышенный уровень 16. На первом участке пути автомобиль ехал со скоростью 60 км/ч, а на втором — со скоростью 90 км/ч. Что можно сказать о средней скорости автомобиля на всём пути? 17. Спортивный автомобиль после старта проехал 60 км за 0,5 ч, затем за 1,5 ч он проехал 270 км, а за последний час про ехал 210 км. Чему равна средняя скорость автомобиля? 81 III Движение и взаимодействие тел 18. Маша проехала на велосипеде расстояние между двумя посёл ками за 2 ч без остановок, а Вася ехал по тому же маршруту с той же скоростью, но в середине пути сделал остановку на 1 ч. Во сколько раз средняя скорость Васи меньше, чем скорость Маши? 19. Саша полчаса ехал со скоростью 12 км/ч, а потом ещё час шёл со скоростью 6 км/ч. Какова средняя скорость Саши на всём пути? Высокий уровень 20. По графику зависимости скорости тела от времени (рис. 10.5) найдите его среднюю скорость на всём пути. Рис. 10.5 21. По графику зависимости скорости грузовика от времени (рис. 10.6) поставьте как можно больше вопросов и найдите ответы на них. Рис. 10.6 82 Закон инерции. Масса тела |
11 22. Автомобиль двигался на подъёме со скоростью 60 км/ч, а на спуске — со скоростью 100 км/ч. Чему равна средняя ско рость автомобиля, если спуск в 2 раза длиннее подъёма? 23. Одну треть всего времени движения от школы до дома Саша шёл со скоростью 5 км/ч, а оставшееся время бежал со ско ростью 8 км/ч. Какова была средняя скорость Саши? ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 24. Возьмите игрушечную заводную машинку и исследуйте — равномерно ли она движется? С этой целью сравните пути, проходимые ею за равные промежутки времени. Для изме рения пути воспользуйтесь рулеткой. Время можно измерять секундомером в часах или в мобильном телефоне. |
11. Закон инерции. Масса тела 1. Закон инерции В древности люди считали многие движущиеся предметы живыми: так рождались красивые сказки о богах ветра, огня, солнца, океана и т. п. При этом думали, что неживой предмет может двигаться только при условии, что его кто-то движет. На это указывали многочисленные наблюдения: например, телега едет, пока её тянет лошадь, листья трепещут, пока дует ветер (его считали дыханием бога ветра). Сама по себе телега по горизонтальной поверхности не поедет, а листья при безветрии неподвижны. В 16-м веке представление о том, что для движения тела необходима какая-то причина, поставил под сомнение уже известный вам Галилео Галилей. Он решил проверить это с помощью опытов. Повторим один из Галилео Галилей его опытов. (1564—1642) 83 III Движение и взаимодействие тел Поставим опыт Толкнём шар, находящийся на ровной горизонтальной по верхности, посыпанной песком. Очень скоро шар остановится (рис. 11.1). Сметём песок и покроем поверхность тканью. Если сообщить шару ту же начальную скорость, он будет теперь катиться дольше. Основываясь на этих наблюдениях, мы можем высказать ги потезу, что песок и ткань тормозят шар. Чтобы уменьшить сопротивление движению шара, пустим его катиться по глад кой стеклянной поверхности. И мы увидим, что наша гипо теза подтвердилась: теперь шар катится с почти постоянной скоростью. Рис. 11.1 Из своих опытов учёный сделал вывод: если на тело не действуют другие тела или действия на него других тел скомпенсированы, то оно либо находится в покое, либо движется прямолинейно и равномерно. Это утверждение называют законом инерции. Явление инерции Сохранение скорости тела, на которое не действуют другие тела или их действия скомпенсированы, называют явлением инер ции. Его широко используют в быту, в технике и в спорте. 1. Почему с мокрого зонта слетают капли, когда его встряхи вают? 2. Почему можно долго ехать на велосипеде по горизонтальному шоссе, не крутя педали? Следующее задание показывает, что явление инерции может быть не только полезным, но и вредным, а иногда даже опасным! 84 Закон инерции. Масса тела |
11 3. Почему опасно резко тормозить при быстрой езде на велоси педе? 4. Почему при резком торможении автобуса пассажиры откло няются вперёд, а при разгоне — назад? 5. Приведите свои примеры явления инерции. 2. Масса тела Сообщить одну и ту же скорость футбольному мячу труднее, чем теннисному мячику: футбольный мяч обладает большей инертностью, чем теннисный мячик. Мерой инертности является масса: чем больше инертность тела, тем больше его масса. Например, масса футбольного мяча больше, чем масса теннисного мячика. Единицей массы в СИ является килограмм (кг). Такую примерно массу имеет один литр воды (исходя из этого и выбрали единицу массы). Эталоном килограмма является металлический цилиндр, хранящийся во Франции в Международном бюро мер и весов. Копия этого эталона есть в России. 6. Как связаны с килограммом такие единицы массы, как грамм (г) и тонна (т)? 7. Чему равна ваша масса? 8. Найдите в Интернете: какое жи вотное имеет наибольшую массу? А наименьшую? Чему равно отно шение их масс? Измерение массы взвешиванием Опыты показывают, что чем больше масса тела, тем с большей силой его притягивает Земля. На этом основан самый простой и распространённый способ измерения массы — взвешивание тела (рис. 11.2). Далее мы обоснуем этот способ измерения массы. 9. По рисунку 11.2 определите массу чемодана. Рис. 11.2 85 III Движение и взаимодействие тел ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Закон инерции: если на тело не действуют другие тела или их действия скомпенсированы, то оно либо находит ся в покое, либо движется прямолинейно и равномерно. Закон инерции открыл Галилей. • Явление инерции состоит в том, что тело сохраняет свою скорость неизменной, если на него не действуют другие тела или их действия скомпенсированы. • Масса является мерой инертности тела: чем больше мас са тела, тем меньше изменяется скорость тела при одном и том же воздействии на него. • Единицей массы в СИ является килограмм (кг). • Массу тела можно измерить взвешиванием. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 10. При каком условии тело находится в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно? Приведите примеры, иллюстрирующие ваш ответ. 11. Куда отклонятся пассажиры автобуса, если он повернёт нале во? направо? Почему это происходит? 12. Что произойдёт с велосипедистом, если он слишком резко затормозит? 13. Почему велосипед продолжает катиться, даже если перестать крутить педали? Почему через некоторое время велосипед всё таки останавливается? 14. Саша бежал, споткнулся о камень и упал. Объясните, почему он упал вперёд. Повышенный уровень 15. При выполнении циркового номера один атлет бьёт тяжёлым молотом по массивной каменной плите, лежащей на груди другого атлета. Опасен ли этот номер? Обоснуйте свой ответ. 16. Если встряхивать мокрую одежду, то с неё слетают капли воды. Объясните это явление. 86 Плотность вещества |
12 Высокий уровень 17. Во время езды в трамвае Саша задремал на сидении и прос нулся оттого, что на его левое плечо начал давить корпус вагона. Открыв глаза, Саша обнаружил, что трамвай совер шает поворот. В какую сторону поворачивал трамвай: влево или вправо? Обоснуйте ваш ответ. 18. На нити висит тяжёлый шар (рис. 11.3). Такая же точно нить привязана к шару снизу. Как надо потянуть за нижнюю нить — плавно или рывком, чтобы порва лась: а) верхняя нить? б) нижняя нить? ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 19. Положите ластик на лежащий на столе лист бумаги и медленно потяните лист. По вторите опыт, резко дёрнув лист. Опишите и объясните наблюдаемые явления. 20. Поставьте стакан на стол. Накройте его не большим куском гладкого картона. Сверху положите монету. Попробуйте, не перевора чивая картон, добиться того, чтобы монета попала в стакан. Опишите и объясните ваш опыт. Рис. 11.3 |
12. Плотность вещества 1. Плотность вещества Рассмотрим два тела разной массы, состоящие из одного и того же вещества. Выясним: какая физическая величина является общей для этих тел? Поставим опыт Возьмём два одинаковых бруска пластилина (рис. 12.1, а) и слепим их вместе (рис. 12.1, б). Масса получившегося бруска в 2 раза больше массы каждого из взятых брусков, а его объём — в 2 раза больше объёма каждого из этих брусков. 87 III Движение и взаимодействие тел Следовательно, отношение массы к объёму для получивше гося бруска такое же, как и для первоначальных брусков. Рис. 12.1 Отношение массы m однородного тела к его объёму V назы вают плотностью U 1) вещества, из которого состоит это тело: m ρ= V Обратите внимание: плотность характеризует не тело, а ве щество.1) 1. Используя формулу в определении плотности, докажите, что кг единицей плотности в СИ является 3 м кг Плотность, равная 1 3 , по нашим «человеческим» меркам м мала — она меньше даже плотности окружающего нас воздуха. Значения плотности некоторых веществ (твёрдых тел, жидко стей и газов при нормальном атмосферном давлении) приведены в справочных данных на форзаце учебника (под обложкой). За кг помнить надо только плотность воды, 1000 3 , потому что при м решении многих задач она предполагается известной. Примерно такова же средняя плотность человеческого тела (поэтому человек может плавать и даже лежать на поверхности воды). m Мы встретились с новой формулой: ρ = А каждая новая V формула — источник новых задач и помощник при их решении. 1) Эта греческая буква читается «ро». 88 Плотность вещества |
12 m 2. Используя формулу ρ = , выразите массу тела m через плот V ность U и объём V. 3. Чему равна масса одного кубического метра воды? Этот пример помогает понять физический смысл плотности: она численно равна массе единицы объёма вещества (в СИ — массе 1 м3 вещества). m 4. Используя формулу ρ = , выразите объём тела V через мас V су m и плотность U. Используя полученную формулу и спра вочные данные, поставьте и решите задачу о нахождении объёма тела, сделанного из выбранного вами вещества. 5. Будут ли отличаться результаты измерений плотности меди, если для первого измерения взяли медный куб с длиной ре бра 3 см, а для второго — с длиной ребра 9 см? 6. Масса первой чугунной гири в 2 раза больше, чем второй. Чему равно отношение объёмов этих гирь? г 7. Иногда используют единицу плотности Как связана эта см3 единица плотности с единицей плотности в СИ? 8. Запишите в порядке возрастания значения плотности: 1,6 г/см3, 900 кг/м3, 13,6 г/см3, 2700 кг/м3. 2. Измерение, сравнение и вычисление плотности твёрдых тел, жидкостей и газов Измерить плотность вещества, из которого изготовлено твёрдое тело, довольно просто: надо измерить массу тела и его объём. А чтобы измерить плотность жидкости или газа, надо придумать, как измерить их массы. 9. Придумайте, как можно измерить плотность жидкости или газа. 10. Масса пустого измерительного цилиндра равна 100 г. Когда в него налили 100 мл неизвестной жидкости, масса цилин дра с жидкостью стала равной 180 г. Чему равна плотность жидкости? 11. Опыты показывают, что в 1 м3 различных газов при одной и той же температуре и одном и том же давлении содержится одинаковое число молекул, хотя значения плотности этих га зов различны. Какой вывод можно сделать из этих опытов? 89 III Движение и взаимодействие тел 12. С помощью справочных данных сравните значения плотно сти газов со значениями плотности жидкостей и твёрдых тел. Почему значения плотности газов намного меньше значений плотности жидкостей и твёрдых тел? 13. Три шара — из латуни, стекла и алюминия — имеют оди наковый объём. У какого шара масса: а) наибольшая; б) наименьшая? Поясните свой ответ. 14. Почти для всех веществ плотность в твёрдом состоянии боль ше, чем в жидком. Используя справочные данные, найдите вещество, для которого это не так. m 15. Используя формулу ρ = , составьте и решите задачи: V а) на нахождение массы стеклянного шара; б) на нахождение плотности металлической детали; в) на нахождение объёма медного куба. Подберите численные данные так, чтобы ответы были следу ющими: 500 г; 7 800 кг/м3; 64 см3. 16. Кубик с ребром, равным 1 см, имеет массу 0,9 г. Из какого вещества может быть изготовлен кубик? 17. Чему равна масса медного бруска объёмом 10 см3? 18. Чему равна длина ребра соснового куба массой 400 г? 19. На чашах весов находятся шары одинакового объёма — свин цовый и чугунный (рис. 12.2). На какой чаше находится свинцовый шар? Обоснуйте свой ответ. Рис. 12.2 90 Плотность вещества |
12 ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Плотность сплавов В некоторых задачах рассматриваются тела, изготовленные из сплавов. Обычно предполагают, что объём сплава равен сумме объёмов веществ, взятых для изготовления сплава 1). Ставим и решаем задачи 20. Для изготовления сплава взяли 100 г меди и 30 г цинка. а) Чему равна масса сплава? б) Чему равен объём меди? в) Чему равен объём цинка? г) Чему равен объём сплава? д) Чему равна плотность сплава в г/см3? е) Чему равна плотность сплава в единицах СИ? Похожая задача 21. Из 11 см3 меди и 30 г олова изготовили бронзу. Поставьте вопросы по этой ситуации и дайте ответы на них. 4. Нахождение объёма полости В некоторых задачах рассматриваются тела, содержащие полости (пустоты). Ставим и решаем задачи 22. Полый стеклянный куб массой 250 г имеет объём 300 см3. а) Чему равен объём стекла? б) Чему равен объём полости в кубе? Похожая задача 23. Масса полого медного шара объёмом 150 см3 равна 890 г. Чему равен объём полости в шаре? 5. Из-за чего разрушаются горы? Вода — одно из самых распространённых веществ на Земле, однако некоторые её свойства являются исключительными. Например, плотность большинства веществ в твёрдом состоянии больше, чем в жидком. А плотность льда меньше плотности воды, вследствие чего объём воды при замерзании увеличивается. Эта особенность воды является одной из причин разрушения гор: попавшая в трещины скал вода замерзает и, превратившись в более объёмный лёд, расширяет трещины. 1) На самом деле это не всегда справедливо. 91 III Движение и взаимодействие тел ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Плотность вещества равна отношению массы однород ного тела, состоящего из этого вещества, к объёму тела: m ρ= V • Плотность характеризует вещество, из которого состоит тело. • Плотность твёрдых тел и жидкостей намного больше плотности газов, потому что в жидкостях и твёрдых те лах молекулы (или атомы) расположены вплотную друг к другу, а в газах расстояния между молекулами суще ственно больше самих молекул. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 24. Объясните, почему масса характеризует тело, а плотность — вещество. 25. Используя справочные данные, выпишите пять веществ с ука занием их плотности в порядке увеличения плотности. 26. Во сколько раз масса свинцового куба больше массы алюми ниевого куба с той же длиной ребра? 27. Массы алюминиевого и латунного цилиндров одинаковы. Объём какого цилиндра больше? Во сколько раз? 28. Металлические шары равных радиусов имеют практически равные массы, хотя эти шары изготовлены из различных ме таллов. Из каких металлов они могут быть изготовлены? 29. В бутыль объёмом 2 л и массой 1,2 кг доверху налит керо син. Чему равна масса бутыли с керосином? 30. Может ли кольцо объёмом 0,5 см3 быть изготовленным из чистого золота, если масса кольца равна 8 г? 31. В одной из двух одинаковых закрытых банок находится мёд, а в другой — варенье. Банки заполнены доверху. Как опре делить, плотность чего больше — мёда или варенья? Повышенный уровень 32. Объём некоторой жидкости массой 100 кг равен 125 л. Какая это может быть жидкость? 92 Плотность вещества |
12 33. Чему равна масса листа стекла длиной 150 см, шириной 100 см, толщиной 4 мм? 34. По рисунку 12.3 определите массу стального цилиндра. Рис. 12.3 35. Во сколько раз масса медного кубика с длиной ребра 4 см больше массы стального кубика с длиной ребра 2 см? 36. Радиус первого медного шара в 3 раза меньше, чем второго. Чему равно отношение масс шаров? 37. Вычислите, какой должна быть площадь комнаты высотой 3 м, чтобы масса воздуха в ней была равна массе вашего тела. 38. Масса одного медного куба в 64 раза больше массы другого медного куба. Чему равно отношение площади одной грани первого куба к площади одной грани второго? 39. Когда в самосвал погрузили кирпичи, масса самосвала уве личилась на 3 т. Сколько кирпичей погрузили, если размеры одного кирпича 25 u 12 u 6 см? Ответ округлите до десятков. 40. В ведро, доверху наполненное керосином, погружают медную деталь массой 7 кг. Чему равна масса вылившегося керосина? 41. Объясните, каким свойством воды обусловлено то, что она «разрушает горы». Обоснуйте свой ответ. Высокий уровень 42. Масса железного бруска на 12,75 кг больше, чем масса алю миниевого бруска такого же объёма. Чему равна масса каж дого бруска? 43. Длина ребра медного куба массой 2,4 кг равна 10 см. По ставьте три вопроса по этой ситуации и найдите ответы на них. 93 III Движение и взаимодействие тел 44. Чему равна плотность сплава, изготовленного из 200 см3 ни келя и 100 см3 свинца? 45. На рисунке 12.4 изображены шары одинаковой массы, изго товленные из разных веществ. Чему равно отношение значе ний плотности: зелёного и красного шаров; зелёного и синего шаров? Рис. 12.4 46. Составьте задачу, ответ которой «Объём полости равен 40 см3». ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 47. Возьмите запечатанную пачку сливочного масла и найдите с помощью измерений и вычислений плотность масла, не рас крывая пачки. Примите, что массой упаковки можно прене бречь. 48. Сравните насыпную плотность 1) сахарного песка и обычного песка. Воспользуйтесь домашними весами. 49. Измерьте плотность небольшого камня неправильной формы. |
13. Силы в механике. Сила упругости 1. Силы в механике Скорость тела может изменяться только вследствие того, что на это тело действуют другие тела. Взаимодействия между телами описывают с помощью сил: каждое из двух взаимодействующих тел действует на другое тело с некоторой силой. 1) Определение насыпной плотности можно найти в Интернете. 94 Силы в механике. Сила упругости |
13 Силы являются мерой взаимодействия тел. Например, когда вы ударяете рукой по мячу, вы чувствуете, что и мяч «ударяет» вас по руке (рис. 13.1). Причём чем сильнее вы бьёте по мячу, тем сильнее и его «ответный удар». Силы являются векторными величинами, то есть каждая сила характеризуется числовым значением и направлением. Кроме того, каждая сила характеризуется точкой приложения силы. Силу, как и другие векторные Рис. 13.1 величины, обозначают буквой со стрелкой над ней. На чертежах силы обозначают стрелками: начало стрелки совпадает с точкой приложения силы, а направление стрелки указывает направление силы. 1. Какая из изображённых на рисунке 13.1 сил является силой, действующей: а) со стороны руки на мяч; б) со стороны мяча на руку? 2. Футболист бьёт ногой по мячу снизу вверх. Изобразите на чертеже силы, с которыми действуют друг на друга нога фут болиста и мяч. Единица силы Единицу силы в СИ называют ньютон в честь английского учёного Исаака Ньютона и обозначают большой буквой Н, потому что все обозначения физических величин, названных в честь учёных, пишут с большой буквы. Сила в 1 Н невелика по «человеческим» меркам: например, когда вы держите на ладони литровый пакет молока или сока, он давит на ладонь с силой, равной примерно 10 Н. Определение единицы силы в СИ мы дадим в курсе физики 9-го класса. Всё многообразие механических явлений обусловлено действием всего трёх видов сил: — сил упругости, — сил тяготения, — сил трения. Далее мы познакомимся с этими видами сил подробнее. 95 III Движение и взаимодействие тел 2. Сила упругости Поставим опыт Согнём (не очень сильно!) стальную линейку и отпустим её — линейка примет прежнюю форму. Такую деформацию тела называют упругой: она исчезает, когда перестаёт действовать сила, вызвавшая эту деформацию. Согнём теперь медную проволоку и тоже отпустим её — она останется изогнутой. Такую деформацию тела называют пла стической: она остаётся (хотя бы частично), когда вызвавшая деформацию сила перестаёт действовать. Будет деформация тела упругой или пластической, зависит не только от вещества, из которого изготовлено тело, но и от величины деформации. Если согнуть стальную линейку доста точно сильно, то она не выпрямится полностью, — значит, такая деформация является пластической. С другой стороны, если медную проволоку согнуть на очень малый угол, то она выпрямится, — значит, эта деформация — упругая. В дальнейшем мы будем изучать в основном упругие дефор мации. В случае упругой деформации деформированное тело стремит ся вернуть прежнюю форму. При этом со стороны деформиро ванного тела действуют силы упругости. Эти силы действуют на телаZ,X которые удерживают данное тело в деформированном состо янии. Со стороны этих тел на деформированное тело также дейст вуют силы упругости — именно они и вызывают его деформацию! При решении задач будем учитывать, что силы, с которыми телаZX взаимодействуют друг с другом, равны по модулю и проти воположны по направлению (мы обоснуем это в курсе физики 9-го класса). 3. На какое тело (или телаZX) действует сила упруго сти со стороны растянутой пружины на рисун ке 13.2? Какова же причина возникновения сил упруго сти? Дело в том, что при деформации тела изме няются расстояния между частицами тела (атомами или молекулами). Вследствие этого изменяются силы взаимодействия между частицами. Это и приводит к появлению сил упругости. Пружинам специально придают такую форму, чтобы их деформация даже при действии небольшой Рис. 13.2 96 Силы в механике. Плотность Сила упругости вещества |
13 силой была хорошо заметной. Однако деформацию тела можно заметить далеко не всегда! Например, когда вы стоите на полу, пол действует на вас с направленной вверх силой упругости — ведь иначе вы провалились бы «сквозь пол»! Но эту деформацию пола можно обнаружить только с помощью довольно точных измерений. 3. Закон Гука Поставим опыт Будем подвешивать к пружине одинаковые гирьки (рис. 13.3) 1). Мы заметим, что с каждой новой гирькой длина пружины увеличивается на одну и ту же величину. Рис. 13.3 Нас будет интересовать обычно не длина пружины, а изменение её длины при деформации. Для растянутой пружины увеличение её длины называют удлинением. Обозначим длину недеформированной пружины l0, а длину растянутой пружины l. Тогда удлинение пружины x l – l0. Модуль силы упругости обозначим Fупр. Наш опыт показывает, что модуль силы упругости пружины прямо пропорционален её удлинению: Fупр kx. 1) Мы будем предполагать, что массой пружин можно пренебречь. 97 III Движение и взаимодействие тел Это соотношение называют законом Гука в честь английского физика Р. Гука. Коэффициент пропорциональности k называют жёсткостью пружины. Жёсткость пружины зависит от её материала, формы и размеров. 4. Под действием силы 25 Н пружина растянулась на 2 см. Каким будет удлинение этой пружины, если растягивать её силой 50 Н? 5. Используя формулу Fупр kx, докажите, что единицей жёст Н кости в СИ является м 6. Чему равна жёсткость пружины, если при растягивании её силой, равной 1 Н, длина пружины увеличивается на 1 см? Поскольку сила упругости Fупр прямо пропорциональна удли нению пружины x, график зависимости Fупр(x) — отрезок пря мой, один конец которого совпадает с началом координат. 7. На рисунке 13.4 изображены графики зависимости силы упру гости от удлинения для двух различных пружин. а) Жёсткость какой пружины больше и во сколько раз? б) Чему равна жёсткость этой пружины? Рис. 13.4 8. Постройте на одном чертеже графики зависимости силы упру гости от удлинения для двух пружин, если известно, что жёсткость второй пружины в 3 раза больше, чем первой. 9. Постройте на одном чертеже графики зависимости силы упру гости от удлинения для двух пружин, если известно, что жёсткость второй пружины на 100 Н/м меньше, чем жёст кость первой. 98 Силы в механике. Плотность Сила упругости вещества |
13 10. Если растягивать пружину, прикладывая силу, равную 2 Н, то длина пружины увеличивается на 4 см. Поставьте два во проса по этой ситуации и найдите ответы на них. Ставим и решаем задачи 11. Используя формулу Fупр kx, поставьте и решите три за дачи: а) о нахождении силы упругости по заданным жёсткости пружины и её удлинению; б) о нахождении жёсткости пружины по заданным силе упругости и удлинению; в) о нахождении удлинения пружины по заданным жёст кости пружины и силе упругости; Подберите численные данные так, чтобы ответы задач были следующими: 50 Н; 200 Н/м; 6 см. 4. Измерение сил Используя закон Гука, можно измерять силу упругости по величине деформации пружины. Прибор для измерения сил называют динамометром 1). Чтобы изготовить пружинный динамометр, надо сначала найти жёсткость пружины k по известным значениям силы упругости Fупр и удлинения пружины x. 12. Напишите формулу, выражающую k через Fупр и x. Если жёсткость пружины k уже известна, то по удлинению пружины x под действием измеряемой силы можно найти её значение. Для удобства измерения силы динамометр градуируют, то есть записывают на его шкале значения силы, соответствующие тому или иному удлинению пружины. 13. Чему равна жёсткость пружины динамометра (рис. 13.5)? Рис. 13.5 1) От греческого «динамис» — сила и «метрео» — измеряю. 99 III Движение и взаимодействие тел 14. Под действием силы 5 Н пружина динамометра удлиняется на 10 см. Чему равно расстояние между соседними штрихами динамометра, если цена деления его шкалы равна 0,1 Н? 5. Равнодействующая. Сложение сил Равнодействующая Используя динамометры, можно ставить опыты, изучая дей ствие на тело нескольких сил. Такие опыты показывают: если на тело, которое можно рассматривать как материальную точку, действуют одновременно несколько сил, то их можно заменить одной силой, которая оказывает такое же действие. Силу, которая производит на тело такое же действие, как одновременное действие нескольких сил, называют равнодей ствующей этих сил. Если равнодействующая двух или нескольких сил равна нулю, то говорят, что эти силы уравновешивают друг друга. В таком случае, как мы уже знаем, тело либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно. 15. Для каких из окружающих вас тел равнодействующая при ложенных к ним сил равна нулю? Сложение сил Равнодействующую двух или нескольких сил находят с по мощью векторного сложения сил. В этом учебном году мы ограничимся сложением сил, направ ленных вдоль одной прямой, то есть направленных одинаково или противоположно. Поставим опыт На рисунке 13.6 изображён маленький брусок, который нахо дится в покое под действием трёх приложенных к нему сил 1). Рис. 13.6 1) Мы считаем, что действующей на лёгкий брусок силой тяжести можно пре небречь по сравнению с силами, действующими на него со стороны пружин. 100 Силы в механике. Плотность Сила упругости вещества |
13 Обратим сначала внимание на две силы, направленные влево, равные 1 Н и 3 Н. Их уравновешивает одна сила, равная 4 Н и направленная вправо. Следовательно, две направленные влево силы можно заменить одной силой, равной 4 Н и направленной тоже влево. Схематически это изображено на рисунке 13.7. Рис. 13.7 Итак, модуль равнодействующей двух одинаково направленных сил равен сумме модулей этих сил, а направление равнодействующей совпадает с направлением этих сил. 16. А теперь обратим внимание в этом же опыте (рис. 13.6) на силу, равную 4 Н, направленную вправо, и на силу, рав ную 3 Н, направленную влево. Чему равна по модулю и как направлена равнодействующая этих противоположно направ ленных сил? Найдите ответ на этот вопрос, используя рису нок 13.6, а затем сравните свой ответ с рисунком 13.8. Рис. 13.8 Итак, модуль равнодействующей двух противоположно направленных сил равен разности модулей большей и меньшей сил, а направление равнодействующей совпадает с направлением большей из этих сил. 17. К телу приложены две силы, направленные вдоль одной пря мой. Модуль одной силы равен 2 Н, а модуль другой силы равен 3 Н. Чему может быть равен модуль равнодействующей этих сил? Проиллюстрируйте свой ответ чертежами, изобразив силы в масштабе: 1 Н соответствует 1 см. 18. На тело действуют три силы, направленные вдоль одной пря мой. Модуль каждой силы равен 1 Н. Чему может быть рав 101 III Движение и взаимодействие тел на по модулю равнодействующая этих сил? Проиллюстрируйте свой ответ чертежами, изобразив силы в масштабе: 1 Н со ответствует 1 см. 19. На тело действуют три силы, направленные вдоль одной прямой. Первая сила направлена влево и равна 3 Н, а вто рая сила направлена вправо и равна 5 Н. Чему равна и как направлена третья сила, если под действием трёх сил тело движется с постоянной скоростью? Проиллюстрируйте свой ответ чертежом, изобразив силы в масштабе: 1 Н соответст вует 1 см. ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 6. Как решать задачи, в которых задана длина деформированной пружины Ставим и решаем задачи Главной особенностью предлагаемой ниже ситуации является то, что задано не удлинение, а длина пружины при разных значениях силы упругости. 20. Когда пружина растянута силой 4 Н, длина пружины рав на 16 см, а когда та же пружина растянута силой 6 Н, её длина равна 20 см. а) Обозначьте жёсткость пружины k, длину недеформиро ванной пружины l0, длину растянутой пружины в первом случае l1, а силу упругости — F1. Запишите соотношение между этими величинами, следующее из закона Гука. б) Запишите аналогичное соотношение для растянутой пружины во втором случае. в) Рассмотрите полученную систему двух уравнений с двумя неизвестными: l0 и k. Выразите l0 и k через из вестные величины. г) Вычислите значения l0 и k. Похожая задача 21. Когда пружину растягивают силой 1 Н, длина пружины рав на 10 см, а когда ту же пружину растягивают силой 0,6 Н, длина пружины равна 8 см. Чему равны: а) жёсткость пружины; б) длина недеформированной пружины? 102 Силы в механике. Сила упругости |
13 ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Взаимодействия сил: каждое из между телами описывают с помощью двух взаимодействующих тел действует на другое тело с некоторой силой. • Силы являются мерой взаимодействия тел. • Силы являются векторными величинами, то есть каждая сила характеризуется числовым значением и направле нием. Кроме того, каждая сила характеризуется точкой приложения силы. • Единицей силы в СИ является ньютон (Н). • Деформацию называют упругой, если она исчезает, когда перестаёт действовать сила, вызвавшая эту деформацию. Если деформация остаётся (хотя бы частично), когда пе рестаёт действовать сила, вызвавшая эту деформацию, то деформацию называют пластической. • Закон Гука: F kx. упр • Закон Гука используют для измерения сил. Прибор для измерения сил называют динамометром. • Силу, которая производит на тело такое же действие, как одновременное действие нескольких сил, называют равно действующей этих сил. • Равнодействующую двух или нескольких помощью векторного сложения сил. сил находят с ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 22. Запишите формулу для закона Гука и назовите все физиче ские величины, входящие в эту формулу. 23. Предложите способ измерения жёсткости пружины. 24. К двум пружинам приложены одинаковые силы. При этом удлинение первой пружины в 2 раза меньше, чем удлинение второй. Чему равно отношение жёсткостей пружин? 25. Чему равна жёсткость пружины, если под действием силы 3 Н она удлинилась на 3 мм? 103 III Движение и взаимодействие тел 26. На тело действуют две силы, равные по модулю 50 Н и 20 Н. Чему равна равнодействующая этих сил, если они направле ны: а) одинаково; б) противоположно? Проиллюстрируйте свой ответ чертежом, выбрав масштаб: 10 Н соответствует 1 см. Повышенный уровень 27. При растяжении пружины силой 60 Н она удлиняется на 4 см. Каким будет удлинение пружины, если растягивать её силой 45 Н? 28. Если растягивать пружину силой 2,8 Н, то длина пружины увеличивается на 7 мм. Чему будет равна сила упругости пружины, если её длину увеличить ещё на 2 мм? 29. Как сравнить жёсткость двух пружин, если в вашем распоря жении есть только линейка и груз неизвестной массы? 30. К телу приложены три силы, направленные вдоль одной пря мой и равные по модулю соответственно 1 Н, 2 Н и 3 Н. Чему может быть равна равнодействующая этих сил? Рассмо трите все возможные случаи. Проиллюстрируйте свой ответ рисунками, выбрав удобный масштаб. 31. В таблице записаны значения силы, с которой растягива ли пружину, и соответствующие этой силе значения длины пружины. Перенесите таблицу в тетрадь и заполните пустые ячейки. Сила, Н 2 4 6 8 Длина пружины, см 16 18 Высокий уровень 32. Пружину жёсткостью 400 Н/м разрезали точно пополам. Чему равна жёсткость каждой из получившихся пружин? 33. Длина недеформированной пружины 88 мм. Под действием силы 120 Н пружина растянулась до длины 120 мм. Какой будет длина пружины, если растягивать её силой 90 Н? 34. К телу приложены три силы, направленные вдоль одной пря мой. При этом тело движется с постоянной скоростью. Первая сила равна 3 Н, а вторая сила в 2 раза больше, чем третья. Какими могут быть модули всех приложенных к телу сил? 35. Когда пружину растягивают силой 20 Н, длина пружины рав на 20 см, а когда её растягивают силой 30 Н, длина пружи ны равна 25 см. Постройте график зависимости силы упру гости пружины от её удлинения. 36. Составьте задачу по теме «Закон Гука», ответ которой «300 Н/м». 104 Сила тяжести. Вес тела |
14. Сила тяжести. Вес тела 1. Сила тяжести Поставим опыт Отпустите яблоко с небольшой высоты на ладонь. А затем отпустите яблоко с большей высоты. Вы почувствуете, что во второй раз яблоко ударило по ладони сильнее. Значит, скорость тела при падении увеличивается. Это означает, что на падающее тело действует какое-то другое тело. Ведь мы уже знаем, что скорость тела может изменяться только вследствие действия на это тело других тел. Какое же тело действует на падающее тело, увеличивая его скорость? Этим телом является наша планета Земля. Она притягивает к себе все тела, находящиеся не только вблизи её поверхности, но и очень удалённые, — например, Луну. Если бы не было притяжения Земли, то Луна не двигалась бы вокруг Земли по круговой орбите, а улетела бы в далёкий космос. Сила притяжения Земли действует не только на падающие, но и на покоящиеся тела — например, на лежащую на столе книгу. Книга покоится потому, что силу притяжения её к Земле уравновешивает направленная вверх сила упругости со стороны стола. Силу, с которой Земля притягивает тело, находящееся вбли зи её поверхности, называют силой тяжести. Сила тяжести направлена к центру Земли. Направление силы тяжести в данной точке поверхности Земли мы называем направлением «вниз». 1. Совпадают ли направления силы тяжести у жителя Москвы и жителя Владивостока? Проиллюстрируйте свой ответ схематическим рисунком. G Мы будем обозначать силу тяжести Fт Например, на рисунке 14.1 изображена сила тяжести, действующая на яблоко. Опыты показывают, что модуль силы тяжести пропорционален массе тела: Fт gm. Рис. 14.1 105 III Движение и взаимодействие тел Коэффициент пропорциональности Н g 9, 8 кг Для упрощения расчётов при решении школьных задач при Н нимают g 10 Мы тоже будем так делать. кг 2. Изобразите на чертеже силу тяжести, действующую на гирю массой 1 кг. Выберите масштаб: 1 см соответствует 1 Н. При удалении тела от поверхности Земли действующая на него сила тяжести уменьшается. Например, на расстоянии от по верхности Земли, равном радиусу Земли, действующая на тело сила тяжести в 4 раза меньше, чем на поверхности Земли. Но если расстояние от тела до поверхности Земли во много раз мень ше радиуса Земли, то можно приближённо считать, что на это тело действует такая же сила тяжести, как если бы оно находи лось на поверхности Земли. 3. Изменяется ли сила тяжести, действующая на яблоко, во вре мя его падения? 4. Изменяется ли сила тяжести во время полёта мяча, брошен ного вертикально вверх? под углом к горизонту? 5. Чему равна сила тяжести, которая действует: а) на мальчика массой 40 кг; б) на яблоко массой 200 г; в) на автомобиль массой 1,2 т? 6. Чему равна масса: а) мопеда, если на него действует сила тяжести, равная 440 Н; б) книги, если на неё действует сила тяжести, равная 5 Н; в) шарика, если на него действует сила тяжести, равная 1 Н? 7. Сравните силы тяжести, действующие на алюминиевый и сосновый бруски одинако вой массы. Точку приложения силы тяжести называют центром тяжести тела. Центр тяжести одно родного тела правильной формы (например, шара, куба, цилиндра или прямоугольного па раллелепипеда) находится в его геометрическом центре. На рисунке 14.2 изображены силы, дейст вующие на лежащее на столе яблоко. Это уже Рис. 14.2 106 Сила тяжести. Вес тела 18 |
14 G знакомая нам сила тяжести Fт и действующая со стороны стола G направленная вверх сила упругости N : так обычно обозначают силу, действующую на тело со стороны опоры, на которой находится тело. Называют эту силу силой нормальной реакции, потому что она направлена перпендикулярно поверхности (в данном случае — поверхности стола), а перпендикуляр называют также нормалью. Обратите внимание: на чертеже мы изобразили действующие на яблоко силы приложенными в одной точке. Так поступают тогда, когда рассматриваемое тело можно считать материальной точкой, потому что благодаря этому удобно находить на чертежах векторную сумму действующих на тело сил. Яблоко покоится на столе потому, что действующие на него сила тяжести и сила нормальной реакции уравновешивают друг друга. Следовательно, эти силы равны по модулю и направлены противоположно. 8. Изобразите схематически силы, действующие на покоящийся автомобиль. 2. Вес тела Положите яблоко на ладонь: вы почувствуете, что оно давит на ладонь с некоторой силой. Эта сила обусловлена тем, что яблоко притягивается к Земле. Силу, с которой тело давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес вследствие притяжения тела к Земле, называют весом тела. По своей физической природе вес является силой упругости — так же, как и сила нормальной реакции. Под действием веса тела опора или подвес всегда деформируются, хотя эту деформацию не всегда можно заметить. G Вес мы будем обозначать P. На рисунке 14.3 изображён вес яблока, действующий на стол. Обратите внимание: вес тела приложен не к самому телу, а к опоре или подвесу. Вес покоящегося тела равен действующей на это тело силе тяжести: P gm. Рис. 14.3 107 III Движение и взаимодействие тел 9. Чему равен вес покоящейся килограммовой гири? Обратите внимание: число, выражающее вес тела в ньютонах, примерно в 10 раз больше числа, выражающего массу тела в ки лограммах1). Однако в быту вес часто «измеряют» в килограммах. Напри мер, если вы попросите в магазине взвесить вам два килограмма яблок, то продавец взвесит вам яблоки массой 2 кг. Если же вы «правильно» попросите взвесить 20 ньютонов яблок, то продавец не поймёт вас, если он плохо помнит школьный курс физики. 10. Чему равна масса тела, если его вес равен 100 Н? 11. Чему равен ваш вес (в ньютонах)? Поскольку вес тела равен действующей на него силе тяже сти, эти две силы часто путают, что приводит к ошибкам при решении задач. 12. Чем отличается вес от силы тяжести? Найдите два отличия. 13. Перенесите рисунок 14.4 в тетрадь и обозначьте каждую из изображённых на рисунке сил. Напомним, что, когда тело рассматривается как материальная точка, действующие на него силы изображаются приложенными в одной точке. Рис. 14.4 Н 1) Напомним, что приближённо g 10 кг 108 Сила тяжести. Вес тела |
14 ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Силу, с которой Земля притягивает тело, называют силой Н тяжести. Модуль силы тяжести Fт gm, где g 9, 8 кг Н Для упрощения расчётов часто принимают g 10 кг • Силу, с которой тело давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес вследствие притяжения тела к Земле, называют весом тела. • Вес покоящегося тела равен действующей на это тело силе тяжести: P gm. • Силу упругости, действующую на тело со стороны опоры и направленную перпендикулярно поверхности опоры, на зывают силой нормальной реакции. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 14. Запишите выражение для модуля силы тяжести, действующей на тело массой m. 15. Действует ли сила тяжести на тело: а) плавающее на поверхности воды; б) брошенное вертикально вверх? 16. На какой из двух одинаковых по объёму шаров действует боXльшая сила тяжести (рис. 14.5)? Медь Сталь Рис. 14.5 109 III Движение и взаимодействие тел 17. На рисунке 14.6 изображены висящие на нити шары. Пере несите рисунок в тетрадь и обозначьте показанные силы. G Силу натяжения нити обозначают T. Рис. 14.6 18. Расскажите о силе нормальной реакции: к какому телу она приложена? со стороны какого тела она действует? какова её физическая природа? как она направлена? 19. Саша весит 400 Н, а масса Миши 45 кг. У кого из мальчиков масса больше? Повышенный уровень 20. Изменяется ли действующая на яблоко сила тяжести, когда оно срывается с ветки и падает? 21. Существуют ли такие тела вокруг вас, на которые не дейст вует никакая сила? 22. Объясните: почему Луна вращается вокруг Земли, оставаясь всё время на своей орбите? 23. Чему равна сила тяжести, действующая на стальную деталь объёмом 20 дм3? 24. Вес покоящегося тела равен действующей на него силе тяже сти. Почему же их не считают одной и той же силой? 25. Чему равен вес канистры с керосином, если масса канистры 1 кг, а объём налитого в неё керосина — 5 л? 26. Какой жидкостью могли наполнить пустой бак объёмом 20 л, если при этом его вес увеличился на 160 Н? 110 Силы трения |
15 27. На столе лежит медный брусок размерами 5 u 7 u 10 см. Изоб разите на рисунке в удобном масштабе силу тяжести, дейст вующую на брусок, а также вес этого бруска. Высокий уровень 28. Изменяется ли действующая на самолёт сила тяжести во вре мя полёта на одной и той же высоте? 29. Из какого материала может быть изготовлен куб с длиной ребра 5 см, если на него действует сила тяжести 1 Н? 30. Чему равен объём полости в лежащем на столе оловянном кубе с длиной ребра 10 см, если он давит на стол с силой 51 Н? 31. Чему равен вес лежащего на столе полого медного куба, если толщина его стенок 1 см, а длина ребра — 7 см? 32. Подвешенную на нити стальную деталь массой 3,9 кг осто рожно положили на дно бочки, которая была доверху запол нена водой. Насколько увеличился вес бочки с содержимым? 33. Составьте задачу по теме «Сила тяжести», ответ которой «18 Н». ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 34. Сделайте сами динамометр. Если не удастся найти пружи ну, возьмите бельевую резинку. В качестве груза известной массы можно использовать, например, пачку масла. Измерьте этим динамометром вес какого-либо тела — например, книги (можно положить это тело в лёгкий полиэтиленовый пакет). |
15. Силы трения 1. Сила трения скольжения Поставим опыт Толкните лежащий на столе брусок. Он начнёт скользить по столу, но его скорость будет при этом уменьшаться до полной остановки. 111 III Движение и взаимодействие тел Скорость бруска уменьшается вследствие действия силы тре ния скольжения G со стороны стола. Мы будем обозначать силу трения Fтр Сила трения скольжения обусловлена тем, что на поверхности тел обычно есть небольшие неровности, хорошо заметные при рассматривании под увеличительным стеклом (на рисунке 15.1 эти неровности для наглядности значительно увеличены). Рис. 15.1 Когда соприкасающиеся тела движутся друг относительно дру га, неровности одного тела «цепляются» за неровности другого — это и приводит к появлению силы трения. Чтобы уменьшить силу трения, поверхности соприкасающихся тел делают более гладкими. Но если тела будут слишком глад кими, то сила трения может увеличиться вследствие сил взаимо действия между молекулами соприкасающихся тел. 1. Приведите примеры, указывающие на существование силы трения скольжения. 2. На рисунке 15.2 изображены силы, действующие на брусок, который равномерно движется по столу. Сила натяжения G нити обозначена T. Укажите силы, которые уравновешивают друг друга. Рис. 15.2 112 Силы трения |
15 3. На рисунке 15.3 схематически изображены два бруска, сколь зящие по столу. Перенесите рисунки в тетрадь и укажите на каждом из них действующую на брусок силу трения сколь жения. Напомним, что, когда тело рассматривается как ма териальная точка, действующие на него силы изображают на чертеже приложенными в одной точке (в данном случае — в центре бруска). Рис. 15.3 4. Саша равномерно скользит по спортивному канату вниз. Ка кие силы действуют на Сашу? Что общего у этих сил и чем они отличаются? Поставим опыт Будем равномерно перемещать брусок по столу с помощью динамометра (рис. 15.4). Рис. 15.4 5. Равна ли в данном случае нулю равнодействующая прило женных к бруску сил? Обоснуйте ваш ответ. 6. Назовите все силы, действующие на брусок. 7. Какие из этих сил равны друг другу по модулю? Ответив на поставленные вопросы, вы убедитесь, что в опи санном опыте динамометр показывает модуль силы трения скольжения. Положив на брусок другой такой же, мы обнаружим по пока заниям динамометра, что сила трения скольжения увеличилась в 2 раза (рис. 15.5). Заметим теперь, что сила нормальной реакции, действующая со стороны стола, в этом опыте тоже увеличилась в 2 раза. Это наблюдение позволяет высказать 113 III Движение и взаимодействие тел гипотезу: сила трения скольжения прямо пропорциональна силе нормальной реакции 1). Рис. 15.5 Для проверки этой гипотезы надо поставить опыты. Анало гичные опыты с тремя и боXльшим числом брусков подтвер ждают нашу гипотезу. Таким образом, соотношение между силой трения скольже ния Fтр и силой нормальной реакции N можно записать так:1) Fтр = μN. Это соотношение впервые было установлено на опыте фран цузским учёным Ш. Кулоном. Коэффициент пропорциональности P называют коэффициен том трения. Он является просто числом, то есть не имеет едини цы измерения, потому что представляет собой отношение модуля одной силы к модулю другой силы. Коэффициент трения скольжения между двумя телами зави сит главным образом от материалов, из которых изготовлены эти тела. В справочных данных учебника приведены значения коэф фициента трения между телами, изготовленными из различных веществ. Отметим, что сила трения скольжения практически не зави сит от площади соприкосновения тел и от их относительной скорости. Поскольку модуль силы трения скольжения Fтр прямо про порционален модулю силы нормальной реакции N, графиком за висимости Fтр(N) является отрезок прямой, один конец которого совпадает с началом координат. 1) В курсе физики 9-го класса мы рассмотрим этот вопрос подробнее. 114 Силы трения |
15 8. На рисунке 15.6 изображены графики зависимости силы тре ния скольжения от силы нормальной реакции для двух раз ных брусков при их скольжении по столу. а) Для какого бруска коэффициент трения между бруском и столом больше и во сколько раз? б) Чему равен каждый коэффициент трения? Рис. 15.6 Ставим и решаем задачи У нас появилась новая формула, а вместе с ней — новые задачи. 9. Используя формулу Fтр μN, поставьте и решите задачи: а) о нахождении силы трения скольжения; б) о нахождении коэффициента трения; в) о нахождении силы нормальной реакции. Подберите численные данные так, чтобы ответы задач были следующими: 2 Н; 0,4; 10 Н. 10. Брусок массой 2 кг равномерно перемещают по столу с помощью динамометра, который показывает 8 Н. а) Сделайте в тетради чертёж, на котором изобразите все силы, действующие на брусок. б) Чему равна действующая на брусок сила трения сколь жения? в) Чему равна действующая на брусок сила нормальной реакции? г) Найдите значение коэффициента трения между бруском и столом. 115 III Движение и взаимодействие тел Похожие задачи 11. Сани равномерно движутся по горизонтальной поверхности, когда к ним приложена горизонтальная сила, равная 25 Н. Коэффициент трения между полозьями саней и снегом равен 0,025. Чему равна масса саней? 12. Для равномерного перемещения бруска массой 200 г по столу надо прикладывать горизонтальную силу, равную 1 Н. Какую горизонтальную силу надо прикладывать для равномерного перемещения того же бруска, если поставить на него гирю массой 1 кг? 13. Сравните с помощью справочных данных значение коэффици ента трения между шинами и льдом с коэффициентом трения между шинами и сухим асфальтом. Какой вывод из этого сравнения следует для водителей и пешеходов? 2. Сила трения покоя Чтобы сдвинуть с места покоящееся тело, надо приложить силу, и порой — немалую (рис. 15.7). Рис. 15.7 Дело в том, что при попытке сдвинуть тело с места возникает сила трения покоя, которая действует на данное тело и уравно вешивает приложенную к телу «сдвигающую» силу. Причины возникновения силы трения покоя и силы трения скольжения одинаковы: главным образом это зацепление неров ностей соприкасающихся поверхностей. 14. Со стороны какого тела действует сила трения покоя на шкаф при попытке сдвинуть его с места (рис. 15.7)? 116 Силы трения |
15 Сила трения покоя не обязательно препятствует движению тела! Например, при ходьбе вы отталкиваетесь от дороги именно с помощью силы трения покоя. Это особенно наглядно, когда на дороге остаются чёткие следы: они указывают на то, что при соприкосновении с дорогой подошва каждой ноги покоилась относительно дороги. 15. Пассажир спит на полке вагона. Какая сила «разгоняет» пас сажира, когда поезд набирает скорость после остановки? 16. Почему по асфальту идти легче, чем по льду? Максимальная сила трения покоя Увеличивая силу, приложенную к покоящемуся телу, мы в конце концов сдвинем его с места, потому что сила трения покоя не может превышать своего максимального значения, которое называют максимальной силой трения покоя. Она несколько превышает силу трения скольжения, но в школьных задачах для упрощения расчётов максимальную силу трения покоя принимают равной силе трения скольжения. 17. Какую горизонтальную силу надо приложить к лежащему на столе бруску массой 1 кг, чтобы сдвинуть его с места, если коэффициент трения между бруском и столом равен 0,3? 3. Как уменьшить силу трения? Трение скольжения является существенной помехой в технике, потому что оно является причиной нагревания и разрушения трущихся поверхностей. Расскажем о двух широко используемых возможностях уменьшения силы трения. Замена трения скольжения трением качения Все знают: катить тележку с грузом намного легче, чем тащить тот же груз волоком (рис. 15.8). Дело в том, что при качении нижняя точка колеса покоится относительно дороги — в этом легко убедиться, когда колесо оставляет чёткий след. Значит, сила трения скольжения на колесо со стороны дороги не действует. Эту силу заменяет сила трения качения, которая обычно намного меньше, чем сила трения скольжения. Сила трения качения обусловлена деформацией колеса и поверхности, по которой Рис. 15.8 117 III Движение и взаимодействие тел оно катится. Поэтому чем твёрже колесо и поверхность, тем меньше сила трения каче ния. 18. Почему рельсы, а также колёса железно дорожных вагонов изготовляют из стали? Силу трения скольжения для оси враща ющегося колеса заменяют силой трения ка чения с помощью подшипников (рис. 15.9). Смазка Рис. 15.9 Для уменьшения силы трения скольжения используют смаз ку, нанося на трущиеся поверхности тонкий слой технического масла. Этот слой предотвращает непосредственное соприкоснове ние поверхностей и тем самым — зацепление их неровностей. Значительный вклад в исследование смазки в механизмах внёс русский учёный и инженер Николай Павлович Петров. ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 4. Почему скрипку назвали скрипкой? Мы уже упоминали о том, что максимальная сила трения покоя немного превышает силу трения скольжения. Поэтому когда тело сдвигают с места, оно часто движется не плавно, а рывками. По той же причине скрипят при открывании и закрывании дверей дверные петли. Они «жалуются» хозяевам, что их забыли смазать: скрип обусловлен маленькими частыми рывками в не смазанных петлях. Если петли смазать, то скрип исчезнет. Удивительно, но то же самое свойство силы трения покоя, ко торое заставляет скрипеть несмазанные дверные петли, дарит нам и волшебное звучание скрипки. Когда смычок «тянет» за собой скрипичную струну, она начинает «следовать» за смычком под действием силы трения покоя, но почти сразу «срывается» и на чинает совершать колебания. Эти колебания передаются корпусу скрипки, а от него — воздуху. Колебания воздуха достигают на ших ушей в виде звуковых волн, и мы слышим пение скрипки. 118 Силы трения |
15 5. Какая сила трения действует на тело — скольжения или покоя? Ставим и решаем задачи В некоторых задачах требуется найти силу трения, действу ющую на тело, которое в начальный момент покоится. Для этого надо сначала определить: сдвинется ли тело с места? От ответа на этот вопрос зависит, какая именно сила тре ния действует на тело — сила трения скольжения или сила трения покоя. 19. К лежащему на столе брускуG массой 2 кг прикладыва ют горизонтальную силу F. Коэффициент трения между бруском и столом равен 0,4. Чему равна действующая на брусок сила трения, если: а) F 5 Н? б) F 10 Н? Похожая задача 20. В первом опыте брусок движется по столу равномерно под действием горизонтальной силы, равной 5 Н. Во втором опы те к тому же покоящемуся бруску прикладывают горизон тальную силу, равную 3 Н. В третьем опыте к покоящему ся бруску прикладывают горизонтальную силу, равную 8 Н. Чему равна сила трения, действующая на брусок в каждом опыте? ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Модуль силы коэффициент трения скольжения Fтр μN, где P — трения, N — модуль силы нормальной реакции. • Сила трения покоя возникает при попытке сдвинуть одно из соприкасающихся тел относительно другого, если тела при этом остаются в покое друг относительно друга. • Сила трения покоя не превышает максимальную силу трения покоя. При решении школьных задач принимают, что максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения. • Сила трения качения обычно намного меньше силы тре ния скольжения, поэтому скольжение по возможности заменяют качением. 119 III Движение и взаимодействие тел ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 21. От чего зависит и от чего практически не зависит сила тре ния скольжения? 22. Запишите формулу, по которой можно рассчитать модуль силы трения скольжения. 23. Чем отличается сила трения покоя от силы трения скольже ния? 24. Предложите способы уменьшения и увеличения силы трения скольжения. 25. Перенесите рисунки 15.10, а, б в тетрадь и укажите на ка ждом из них силу трения, действующую на брусок. Рис. 15.10 26. Какую горизонтальную силу надо приложить к шкафу мас сой 60 кг, чтобы сдвинуть его с места? Коэффициент трения между шкафом и полом 0,2. 27. Под действием горизонтальной силы, равной 3 Н, брусок рав номерно движется по столу. Чему равен коэффициент трения между бруском и столом, если масса бруска 1 кг? 28. Почему автомобилисты предпочитают просёлочным дорогам асфальтовые? Повышенный уровень 29. Предложите способ измерения коэффициента трения. 30. С помощью динамометра равномерно тянут по столу брусок массой 200 г. Динамометр параллелен столу и показывает 0,4 Н. С какой горизонтально направленной силой надо тя нуть этот же брусок по столу, чтобы он двигался равномерно, если поставить на брусок гирю массой 0,5 кг? 31. По графику зависимости силы трения скольжения от силы нормальной реакции для двух видов поверхностей 120 Силы Рис.трения 15.12 |
15 (рис. 15.11) найдите коэффициент трения скольжения для по верхности каждого вида. Рис. 15.11 32. Коэффициент трения между бруском и столом равен 0,5. Что легче: тащить брусок по столу горизонтальной силой или под нять его? Во сколько раз легче? 33. С помощью горизонтальной пружины жёсткостью 40 Н/м равномерно перемещают по столу брусок массой 1,2 кг. При этом удлинение пружины равно 9 см. Чему равен коэффици ент трения между бруском и столом? 34. Покоящийся брусок прижимают ладонью к гладкой стене. а) Назовите и изобразите на чертеже все силы, действующие на брусок. б) Какие силы уравновешивают друг друга? 35. Почему на велосипеде трудно ехать по песку? Высокий уровень 36. На рисунке 15.12 изображена часть графика зависимости силы трения скольжения от веса ящика при скольжении по полу. Рис. 15.12 121 III Движение и взаимодействие тел а) Можно ли сдвинуть с места ящик массой 60 кг, прикла дывая к нему горизонтально направленную силу, равную 150 Н? б) Какова максимальная масса ящика, который можно сдви нуть с места, прикладывая к нему горизонтально направ ленную силу, равную 150 Н? 37. На земле — высокая стопка кирпичей. В каком случае надо приложить боXльшую горизонтальную силу: чтобы вытащить четвёртый сверху кирпич, придерживая третий и пятый, или сдвинуть пять верхних кирпичей, придерживая шестой сверху? Во сколько раз боXльшую? 38. Когда на брусок поставили гирю массой 1 кг, сила трения между бруском и столом увеличилась в 3 раза. А когда на тот же брусок поставили гирю, масса которой в 2 раза боль ше массы бруска, сила трения увеличилась на 3 Н. Поставьте три вопроса по этой ситуации и найдите ответы на них. 39. Составьте задачу по теме «Сила трения», ответ которой «0,4». ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 40. С помощью самодельного динамометра измерьте силу трения качения при перемещении игрушечного автомобиля по полу с помощью горизонтальной силы. Затем заклиньте колёса авто мобиля (придумайте сами, как это сделать) и измерьте силу трения скольжения для того же автомобиля. Сравните значе ния силы трения качения и силы трения скольжения. Какой вывод можно сделать из этого сравнения? 122 Главное в этой главе ГЛАВНОЕ В ЭТОЙ ГЛАВЕ • Механическое движение — изменение со временем по ложения тела в пространстве относительно других тел. Механическое движение относительно. • Траекторией движения называют линию, которую опи сывает тело в пространстве при движении. Длину траек тории называют путём, пройденным телом. • Представление о том, что в центре Вселенной находит ся Земля, называют геоцентрической системой мира. Представление о Вселенной, согласно которому Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца, которое явля ется центром Вселенной, называют гелиоцентрической системой мира. • Прямолинейное равномерное движение — это такое прямолинейное движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути. l • Скорость прямолинейного равномерного движения t , v где l — пройденный путь, t — промежуток времени, в течение которого пройден этот путь. м • Единицей скорости в СИ является с Часто используют км также единицу скорости ч • При прямолинейном равномерном движении график за висимости пути от времени — отрезок прямой, один из концов которого совпадает с началом координат. • Движение, при котором за равные промежутки времени тело проходит разные пути, называют неравномерным. • называют Средней скоростью v за данный промежуток времени t ср отношение пути l, пройденного телом за про межуток времени t, к этому промежутку времени: l vср t 123 III Движение и взаимодействие тел • Закон инерции: если на тело не действуют другие тела или их действия скомпенсированы, то оно либо находит ся в покое, либо движется прямолинейно и равномерно. Закон инерции открыл Галилей. • Масса является мерой инертности тела: чем больше мас са тела, тем меньше изменяется скорость тела при одном и том же воздействии на него. • Единицей массы в СИ является килограмм (кг). • Массу тела можно измерить взвешиванием. • Плотность вещества равна отношению массы mтела, со стоящего из этого вещества, к объёму тела: ρ = Плот V ность характеризует вещество, из которого состоит тело. • Взаимодействия между телами описывают с сил: каждое из двух взаимодействующих тел помощью действует на другое тело с некоторой силой. • Силы являются мерой взаимодействия тел. • Силы являются векторными величинами, то есть каждая сила характеризуется числовым значением и направле нием. Кроме того, каждая сила характеризуется точкой приложения силы. • Единицей силы в СИ является ньютон (Н). • Закон Гука: F kx. упр • Закон Гука используют для измерения сил. Прибор для измерения сил называют динамометром. • Силу, которая производит на тело такое же действие, как одновременное действие нескольких сил, называют равнодействующей этих сил. • Равнодействующую двух или нескольких сил находят с помощью векторного сложения сил. • Силу, с которой Земля притягивает тело, называют силой Н тяжести. Модуль силы тяжести Fт gm, где g 9, 8 кг Н Для упрощения расчётов часто принимают g 10 кг 124 Главное в этой главе • Силу, с которой тело давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес вследствие притяжения тела к Земле, называют весом тела. • Вес покоящегося тела равен действующей на это тело силе тяжести: P gm. • Силу упругости, действующую на тело со стороны опоры и направленную перпендикулярно поверхности опоры, на зывают силой нормальной реакции. • Силы трения скольжения возникают между соприкасаю щимися телами, когда они движутся друг относительно друга. • Модуль силы трения скольжения F связан с тр силы нормальной реакции N соотношением F модулем PN. Ко тр эффициент пропорциональности P называют коэффициен том трения. • Сила трения покоя возникает при попытке сдвинуть одно из соприкасающихся тел относительно другого, ког да тела остаются в покое друг относительно друга. • Сила трения покоя не превышает максимальную силу трения покоя. При решении школьных задач принимают, что максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения. • Сила трения качения обычно намного меньше силы тре ния скольжения — на этом основано использование ко леса. 125 КРАТКОВРЕМЕННЫЕ ФРОНТАЛЬНЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ ИЗУЧЕНИИ НОВОГО МАТЕРИАЛА Предлагаемые здесь кратковременные (от 5 до 15 минут) фронтальные практические работы являются видом учебно-ис следовательской деятельности учащихся при изучении физики. При проведении этих практических работ учащиеся ищут за кономерности в физических явлениях, строят гипотезы, конструи руют простейшие технические устройства и изучают их свойства. Главные особенности данных практических работ состоят в следующем: • они проводятся не после изучения соответствующего теоре тического материала (как большинство лабораторных работ, рассчитанных на целый урок), а при изучении нового мате риала с целью развития у учащихся навыков исследования; • учащиеся в значительной степени самостоятельно формулиру ют цель практической работы и строят её план, а не следуют пошаговым инструкциям; • результаты измерений и сделанные из работы выводы уча щиеся записывают в тетради; • непосредственно после проведения работы учащиеся сравни вают и обсуждают свои выводы. Ниже приведён примерный перечень кратковременных фрон тальных практических работ при изучении нового материала. 1. Измерение длины и расстояния Измерьте длину небольшого предмета, а также расстояние между какими-нибудь предметами в классе (например, между соседними партами), используя линейку с миллиметровыми деле ниями, рулетку или сантиметровую ленту. Обоснуйте выбор изме рительного инструмента, который вы использовали для каждого из этих измерений. Запишите полученные вами результаты. 2. Измерение температуры Измерьте температуру воздуха в классе, а также температуру налитой в сосуды горячей и холодной воды при помощи жид костного термометра и датчика температуры 1). Обоснуйте выбор 1) Если такие датчики есть в кабинете физики. 126 Кратковременные фронтальные практические работы измерительного инструмента, который вы использовали для каждого из этих измерений. Запишите полученные результаты. 3. Определение зависимости средней скорости движения шарика по наклонной плоскости от угла наклона плоскости Определите качественно, как зависит средняя скорость движения шарика по наклонной плоскости от угла наклона плоскости. В качестве наклонной плоскости можно использовать жёлоб. Подкладывая под один из его краёв тетради разной толщины (или увеличивая количество тетрадей), можно изменять угол наклона жёлоба. На нижнем конце жёлоба удобно положить металлический цилиндр (из набора калориметрических тел). Тогда, вопервых, звук удара шарика о цилиндр можно использовать при измерении времени движения шарика, а во-вторых, скатившись по жёлобу, шарик не упадёт со стола. Время движения шарика по наклонной плоскости можно измерять секундомером. Запишите сделанный вами вывод. 4. Исследование зависимости силы тяжести, действующей на тело, от его массы Измерьте с помощью взвешивания массу каждого из предложенных вам тел и рассчитайте силу тяжести, действующую на каждое из них. Запишите полученные вами результаты. Измерьте с помощью динамометра силу тяжести, действующую на каждое из предложенных вам тел. Запишите полученные вами результаты. Запишите вывод из ваших опытов. 5. Определение зависимости силы трения покоя и силы трения скольжения от материалов поверхностей тел Определите, зависят ли сила трения покоя и сила трения скольжения от материалов поверхностей тел. Для проведения опытов можно к одной стороне доски, по которой движется деревянный брусок, прикрепить бархатную бумагу. Запишите вывод. 127 Погрешности измерений 1) В соответствии с планируемыми результатами обучения в ос новной школе учитель сообщает ученикам погрешности прямых измерений. Ниже приведены принципы расчёта погрешностей прямых однократных измерений. Погрешность измерительного прибора или ин струмента обычно указана на самом приборе (ин струменте) или в сопроводительном документе (на пример, паспорте). Если погрешность прибора не указана, то её считают равной цене деления. Для стрелочных приборов, а также для измери тельных инструментов погрешность отсчёта 'отсчёта равна половине цены деления. В качестве примера рассмотрим измерение веса Рис. 1 тела. На фотографии (рис. 1) изображено показание динамометра, к которому подвешен груз. Погрешность прибора (динамометра) 'прибора 0,05 Н, погреш ность отсчёта 'отсчёта 0,05 Н. Погрешность прямого измерения приближённо можно считать равной сумме этих погрешностей: 'прямого измерения 0,1 Н. Результат измерения записывают в сле дующем виде: Р (2,4 r 0,1) Н. Результаты измерения с учётом погрешности откладывают на числовой оси (рис. 2). P, H Рис. 2 Обратите внимание на то, что при проведении косвенных из мерений, требующих сложения и вычитания, погрешности изме рений складывают как при сложении, так и при вычитании измеренных значений. 1) Раздел «Погрешности измерений» написан совместно с Г. Г. Никифоровым, который участвовал также в написании лабораторных работ. 128 Погрешности измерений Рассмотрим пример. В измерительный цилиндр с погрешностью прямого измерения 2 мл налили воду. Результат измерения объёма воды записывают в виде V1 (168 r 2) мл. В воду опустили тело, объём которого требуется измерить. Суммарный объём воды и тела V2 (186 r 2) мл. Результат измерения объёма тела: V0 (186 r 2) мл – (168 r 2) мл (18 r 4) мл. В соответствии с планируемыми результатами обучения в основной школе, ученики не рассчитывают относительную погрешность косвенных измерений, требующих не только сложения и вычитания. Например, при измерении плотности ученики должны указать только погрешности измерений массы и объёма, а значение плотности вычисляют как отношение измеренных значений массы и объёма без указания погрешности измерений. Погрешности средств измерения и прямых измерений 1) Прибор или инструмент, Погрешность Погрешность цена деления средства прямого измерения измерения Линейка, 1 мм 0,5 мм Цена деления Измерительная лента (портновская), 5 мм 5 мм Цена деления Измерительный цилиндр, 2 мл 1 мл Цена деления Измерительный цилиндр, 1 мл 0,5 мл Цена деления Динамометр, 0,1 Н 0,05 Н Цена деления 1) Для упрощения расчётов погрешности указываются с округлением. 129 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ 1) Для лучшего понимания содержания лабораторных работ и успешного их выполнения рекомендуется посвящать подготовке к каждой работе некоторое время на предыдущем уроке. При этом учащиеся с помощью учителя изучают описание работы. 1. Измерение времени протекания физического процесса Цель работы: измерить время протекания физического про цесса (период колебаний нитяного маятника). Оборудование: груз на нити длиной 50—60 см, секундомер 2) или часы, показывающие секунды, штатив с муфтой и лапкой. Подготовка к работе Прочитайте описание работы и повторите |
4, п. 1—3. Содержание работы Конец нити закрепляют в лапке штатива, отводят груз в сто рону, держа нить натянутой, и отпускают. Промежуток времени, за который груз совершает полное коле бание (возвращается в начальное положение), называют периодом колебаний и обозначают T. Для уменьшения погрешности измерения измеряют время t десяти полных колебаний и рассчитывают период колебаний по t формуле T 10 В данной работе определяют, зависит ли период колебаний маятника от начального угла отклонения нити. Для этого изме ряют периоды колебаний при малых начальных углах отклоне 1) Большинство сносок в этом разделе предназначено учителю. Некоторые ла бораторные работы (по предложению учителя) можно выполнять дома. Если для определения погрешностей требуются знания, выходящие за рамки сред ней школы, результаты измерений записывают без указания погрешности. При отсутствии лабораторного оборудования, необходимого для проведения работы, её заменяют на работу по той же теме. Дополнительные материалы содержатся в тетрадях для лабораторных работ на печатной основе изда тельства «БИНОМ. Лаборатория знаний». 2) Можно использовать секундомер в мобильном телефоне. 130 Лабораторные работы ния нити (такие колебания называют малыми), а затем — при большом начальном угле отклонения. Ход работы 1. Сравнение периодов малых колебаний с различными амплитудами. • Отведите груз от положения равновесия на 3—5 см и отпу стите без толчка. • Измерьте продолжительность t десяти полных колебаний гру за и запишите результат с указанием погрешности (1 с). • Рассчитайте период T колебаний маятника и запишите ре зультат с указанием погрешности. • Действуя таким же образом, измерьте период колебаний ма ятника, отведя груз от положения равновесия на 10—15 см. Запишите результат измерения и расчёт. • Сравните периоды малых колебаний груза с различными на чальными углами отклонения нити и запишите вывод. 2. Сравнение периода малых колебаний с периодом колебаний при большом угле отклонения нити. • Действуя так же, измерьте период колебаний маятника при большом начальном угле отклонения нити (держа нить натя нутой, поднимите груз примерно на половину длины нити). Запишите результат измерения и расчёт. • Сравните периоды колебаний маятника при малых и больших начальных углах отклонения нити. Запишите вывод. 2. Изучение измерительных приборов и инструментов. Проведение измерений. Конструирование измерительного прибора Цель работы: определить цену деления измерительного прибора или инструмента. Оборудование: линейка, измерительный цилиндр, термометр, сантиметровая лента, одноразовый шприц без иглы, пустой прозрачный сосуд с плоским дном и приклеенным к его стенке листом бумаги 1), сосуд с водой. Подготовка к работе Прочитайте описание работы и повторите |
4, п. 1—3. 1) Можно использовать одноразовый стакан. Нижний край приклеенного листа бумаги должен находиться на уровне дна сосуда. 131 Лабораторные работы Содержание работы В данной работе сначала определяют цену деления каждого из предложенных измерительных приборов и инструментов. Затем изготавливают самодельный измерительный прибор. Ход работы 1. Основные характеристики измерительного прибора. • Запишите название каждого предложенного измерительного прибора или инструмента, название измеряемой им величины, её единицу в СИ, цену деления, верхний предел измерения. 2. Проведение измерений. • Измерьте измерительным цилиндром объём воды, содержавшейся в сосуде. Запишите полученный результат, указав погрешность измерения (цена деления шкалы цилиндра). Нанесите результат измерения на числовую ось (с указанием погрешности). • Измерьте ширину учебника физики линейкой и сантиметровой лентой. Запишите результаты обоих измерений, приняв погреш ность измерения равной цене деления шкалы. Укажите, в каком случае точность измерения больше. 3. Градуирование измерительного цилиндра. • На листе бумаги, приклеенном к сосуду, проведите на уровне дна сосуда штрих и напишите рядом с ним «0». • Наливая в сосуд с помощью шприца равные объёмы воды, отмечайте каждый раз на приклеенном листе горизонтальным штрихом положение уровня жидкости в сосуде. • Определите цену деления изготовленного вами измерительного прибора и запишите у отмеченных вами штрихов соответст вующие им значения объёма жидкости. 3. Измерение размеров малых тел и длины кривой Цель работы: измерить размеры предложенных тел. Оборудование: линейка, нитка, 20 круглых малых одинако вых предметов 1). Подготовка к работе Прочитайте описание работы и повторите |
1. Что изучает физика Всё, что нас окружает: леса и горы, реки и моря, Солнце, планеты, воздух, люди, животные, — можно назвать одним словом: природа. Природа существовала и до нашего рож дения: сотни, тысячи и миллионы лет назад. Но она была не такой, как сейчас. Изменялся климат, изменялись расте ния и животные, появился человек. Человеку свойственно познавать и изменять окружающий его мир. Люди распахали и засеяли поля, построили фабрики и заводы, изготовили раз ные машины, облегчающие труд человека. Из накопленных знаний образовались разные науки. Одной из наук о природе является физика. Слово «физика» происходит от греческого слова «фюзис» (природа). Оно впервые появи лось в сочинениях древнегреческого учёного Аристотеля. В русский язык это слово ввёл Михаил Васильевич Ломоносов. В природе всегда происходят какие-то изменения. Например, утром небо было ясным, а к полудню оно затянулось облаками, подул ветер, начал накрапывать дождь. Изме нения, происходящие в природе, называют явлениями. Каждое явление в природе имеет свою при чину: день сменяется ночью, потому что Земля вращается вокруг своей оси (рис. 1); весной тает снег, так как повышается температура воздуха; игрушка, выпущенная из рук, падает вниз на пол, так как она притягивается Землёй (рис. 2). Все явления в природе закономерны. Физика изучает явления природы, причины, их вызывающие, а также позволяет предсказать новые явления. Однако физика не является единственной наукой о природе. Закономерности роста и размножения растений изучает биология. Такие вопросы, как рождение и развитие звёзд, возникновение планет, изучает астрономия. Есть и другие науки о природе: география, химия, геология, метеорология и т.д. В физике все предметы называются телами. Для точного описания физических явлений и установления связей между ними учёные используют математические методы. Математика даёт возможность характеризовать физические явления более определённо с помощью физических величин, которые можно измерить и выразить числами. Невозможно хорошо понимать физику, не зная математики. Дети часто разбирают игрушки на части и смотрят, как они устроены. Чтобы хорошо понимать причину какого-либо явления и использовать его в жизни, надо знать внутреннее строение тел. То, из чего состоят тела, называется веществом. Так, например, гвоздь — это тело, а железо — вещество; стул — тело, а древесина, из которой он сделан, — вещество. Введение Физика изучает строение и свойства веществ. Это знание позволяет не только правильно использовать известные вещества, но и создавать новые с заданными свойствами. Объектом изучения физики являются также физические поля. Что это такое? Например, мы видим, что дверь открывает рука человека, а то, что заставляет железный шарик катиться по направлению к магниту, мы не видим. Вокруг магнита существует магнитное поле, которое не действует на наши органы чувств, но действует на железный шарик. О свойствах магнитного поля и других физических полей мы расскажем дальше. Тела могут действовать друг на друга, или, как говорят физики, взаимодействовать. Взаимодействие происходит при столкновении тел. Взаимодействуют Солнце и Земля, железный шарик и магнит, стол и лежащая на нём книга. В физике изучаются взаимодействия тел. Представим приблизительный круг вопросов, входящих в сферу изучения физики, с помощью схемы 1. Физика изучает Строение Физические Взаимодей- Физические и свойства явления ствия тел поля вещества Взгляды учёных на мир (мировоззрение) благодаря развитию наук изменяются. Так, в древние века считалось, что Солнце и все известные в то время планеты движутся вокруг Земли. Такая система мира получила название геоцентрической (рис. 3, а). Эти взгляды господствовали в науке вплоть до эпохи Возрождения и поддерживались Католической церковью. Новая система мира — гелиоцентрическая — была предложена польским астрономом Николаем Коперником в XVI в. Согласно этой системе в центре мира находится Солнце, а все планеты: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн — вместе с Землёй обращаются вокруг него (рис. 3, б). 6 |
1. Что изучает физика а б Геоцентрическая система мира Гелиоцентрическая система мира К. Птолемея (ок. 87 — ок. 165) Н. Коперника (1473—1543) Рис. 3. Системы мира Физика является основой техники. Современную жизнь невозможно представить без машин, приборов, устройств, которые нас окружают и которыми мы пользуемся в быту. Всё это мы имеем благодаря достижениям в области физики. Изучение тепловых явлений привело к созданию тепловых двигателей, используемых в автомобилях, ракетах, самолётах, теплоходах и т.д. (рис. 4). Изучение электрических и магнитных явлений привело к изобретению генератора электрической энергии и электрических двигателей, которые приводят в движение станки на заводах и фабриках, а также используются в трамваях, троллейбусах, электропоездах. Рис. 4. Использование достижений физики в технике 7 Введение Изучение электрического и магнитного полей привело к возникновению и бурному развитию радио, телевидения, телефонной и спутниковой связи (см. рис. 4). Благодаря достижениям в физике стали возможны полёты космических кораблей к Луне, Марсу, Венере и другим планетам Солнечной системы. В свою очередь, развитие техники обеспечивает физиков всё более совершенными приборами. Например, изобретение микроскопа позволило углубить знания о строении вещества. Мощные ускорители заряженных частиц позволяют изучать свойства этих частиц и открывать новые частицы, углубляют знания учёных о фундаментальных взаимодействиях. Физика тесно связана с другими науками. Как сказал российский академик Сергей Иванович Вавилов, эта связь привела к тому, что физика глубочайшими корнями вросла в астрономию, геологию, химию, биологию и другие естественные науки. В результате образовался ряд новых смежных дисциплин, таких, как астрофизика, геофизика, физическая химия, биофизика и т.д. 1. Что изучает физика? 2. Что такое явление? 3. Что в физике называется телом? 4. Что называется веществом? 5. Все ли явления природы изучает физика? 6. Заполните таблицу 1 в тетради по образцу первой стро ки. Последние четыре строки придумайте сами. Таблица 1 № Тело Вещество п/п 1 Гвоздь Железо 2 Мяч 3 Цветочный горшок 4 Стакан 8 |
1. Что изучает физика Окончание таблицы № Тело Вещество п/п 5 6 7 8 7. Чем отличаются геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира? 8. Заполните таблицу 2 в тетради, отметив крестиками физические явления, вещества, тела. Таблица 2 Понятие Вещество Тело Явление Солнце Нагревание Лёд Карандаш Эхо Стекло Пластмасса 9. Какое практическое значение имеют физические зна ния? 9 Введение |
2. Физические явления 1. Что такое явление? 1. Явлениями называются все возможные изменения, проис ходящие в природе. 2. Что изучает физика? 2. Физика изучает физические явления, строение и свойства вещества, взаимодействия тел, физические поля. Явления, происходящие с физическими телами, называются физическими явлениями. Падает снег, движется автомобиль, оторвалось от ветки и упало яблоко, расплавился кусочек олова — всё это физические явления. Они могут быть самыми разнообразными, поэтому их изучают разные разделы физики, например: механика, термодинамика, электродинамика и др. Сами явления называются механическими, тепловыми, световыми, электрическими, магнитными и т.д. (схема 2). Иногда одно и то же явление можно отнести одновременно и к световым, и к тепловым, и к электрическим. Например, электрическая лампочка при протекании электрического тока излучает свет и тепло. Рассказывая о любом физическом явлении, удобно использовать следующий план. План описания физического явления 1. К какой группе физических явлений относится изуча емое явление? 2. Условия протекания явления. 3. Связь данного явления с другими явлениями. 4. Объяснение явления. 5. Примеры использования явления на практике (или проявления в природе). 6. Как можно устранить или уменьшить нежелательное действие данного явления? 10 |
2. Физические явления Схема 2 Рассмотрим в соответствии с планом такое на первый взгляд простое физическое явление, как остывание воды в сосуде. Сосудом может быть стакан, кружка, колба, кастрюля, чайник и т.п. Не имея физических приборов, мы можем только сказать, что вода горячая, тёплая или холодная. Чтобы оценить, насколько быстро остывает вода, надо измерять физические величины: температуру и время. Для измерения температуры используется физический прибор — термометр (рис. 5), принцип работы и устройство которого мы рассмотрим позднее. Для измерения времени нужен секундомер (рис. 6) — это тоже физический прибор. При каких условиях вода в сосуде (в стакане) будет остывать? Повседневная практика показывает, что это Рис. 5. возможно только в том случае, если температура окру- Термометр жающей среды (подставки, воздуха) будет ниже температуры воды в стакане. Например, в жаркий летний день вода, налитая в бочку из колодца, будет не остывать, а нагреваться. Позднее мы узнаем, что это явление тесно связано с другим явлением: хаотичным движением мельчайших частичек воды — молекул. Рис. 6. Секундомер 11 Введение Скорость остывания воды в стакане зависит, очевидно, и от ряда других условий: накрыт стакан с остывающей водой крышкой или не накрыт, из какого материала сделан стакан (алюминиевый, стеклянный, фарфоровый и т.д.), от количества воды в стакане, от наличия движения воздуха вокруг стакана и т.д. На практике мы постоянно встречаемся с остыванием чая в стакане и чайнике, с остыванием двигателя автомобиля после его выключения, с остыванием места спайки деталей и т.д. При использовании горячих тел: кипящей воды, разогретого паяльника, электрической плитки и т.д. — надо соблюдать осторожность, так как при соприкосновении с сильно разогретым телом можно получить ожог. 1. Заполните таблицу 3 в тетради, отметив крестиком, к какой группе, на ваш взгляд, относится указанное явление. Таблица 3 Физическое Механи- Тепло- Свето- Электри- Зву явление ческое вое вое ческое ковое С горы скатывается лыжник Сверкнула молния Горит свеча Водопад Мяч отска кивает от пола Тает снег 12 |
3. Наблюдение и опыт 2. Прочитайте отрывок из стихотворения А.С. Пушкина «Зимняя дорога». Какие физические явления в нём упо минаются? Сквозь волнистые туманы По дороге зимней, скучной Пробирается луна, Тройка борзая бежит, На печальные поляны Колокольчик однозвучный Льёт печально свет она. Утомительно гремит. 3. Что надо знать о физическом явлении? 4. С какими физическими величинами вы встретились в этом параграфе? Какими физическими приборами эти величины измеряются? |
3. Наблюдение и опыт На какие группы делятся К физическим явлениям все физические явления? относятся: механические, тепловые, световые, маг нитные, электрические. Каждый из вас видит множество физических явлений: от дерева оторвался ярко-красный листок и, покачиваясь, упал на землю; из-за облаков выглянуло солнце; отъехал от остановки автобус; после дождя образовалась радуга. Как же учёные получают знания о физических явлениях? Вы смотрите на радугу и думаете о том, как будут выглядеть её цвета, если рассматривать радугу через красное стекло. Затем вы берёте красное стекло и смотрите через него на радугу. Теперь вы не просто смотрите, а ещё и наблюдаете. Наблюдение — один из методов исследования явлений. Часто для наблюдения используются дополнительные средства. Так, чтобы рассмотреть очень маленькие тела, используют микроскоп. С помощью телескопа можно увидеть на небе значительно больше звёзд, чем невооружённым глазом. Иногда для наблюдения приходится очень долго ждать подходящего момента. Например, мальчик хочет узнать: какой камень — 13 Введение большой или маленький — быстрее упадёт на поверхность земли, если они начнут падать одновременно и с одной высо ты? Он может, например, смотреть на скалу и ждать, когда с неё, может быть от ветра, упадёт камень. Ждать ему придёт ся очень долго, а падения одновременно двух разных камней, и притом с одной и той же высоты, мальчик, пожалуй, не дождётся никогда. Лучше самому взять, например, два мяча, один из которых больше другого, одновременно выпустить из рук на одной и той же высоте от пола и понаблюдать за их падением. Но это будет уже другой метод познания природы — физический опыт. Физический опыт — это воспроизведение физического явления в специальных, искусственно созданных (лаборатор ных) условиях, удобных для наблюдения. При выполнении опытов проводят измерения. Опыты по изучению падения различных тел около четырёхсот лет назад проводил итальянский учёный Галилео Галилей. Согласно преданию, он ронял со знаменитой наклонной Пизанской башни (Италия) одновременно шары разной массы и обнаружил, что они достигали основания башни в одно и то же время (рис. 7). Г. Галилей предположил (выдвинул гипоте Г. Галилей зу), что лёгкое птичье перо упало бы с башни одновре(1564—1642) менно с тяжёлыми шарами, если бы не было сопротив ления воздуха. Предположение Г. Галилея было проверено и подтверждено после изобретения воздуш ного насоса. Физика даёт учёному замечательную возможность по результатам наблюдений и опытных фактов делать обобщающие выводы, выдвигать гипотезы. Это при водит к созданию физических теорий. Теория даёт возможность предсказать новые физические явления, которые тоже проверяются экспериментом. Таков общий путь открытий в физике. Проводя опыт, мы как бы задаём природе вопрос, Рис. 7. а наблюдая за его результатом, получаем ответ. Пизанская Г. Галилей считается основоположником научного башня метода познания, этапы которого можно представить так: 14 |
3. Наблюдение и опыт y накопление фактов в ходе наблюдений и опытов; y выдвижение гипотезы (предположения), объясняющей наблюдаемое явление; y вывод следствий из гипотезы; y экспериментальная проверка этих следствий. При описании физического опыта удобно использовать следующий план. План описания физического опыта 1. Цель опыта. 2. Гипотеза. 3. Схема или рисунок экспериментальной установки. 4. Ход опыта. 5. Результат. 6. Анализ результата и вывод. Например, мы хотим узнать, изменяется ли объём воды при её нагревании. Предполагаем, что объём воды при нагревании увеличивается. Для проверки этой гипотезы надо взять колбу, наполнить её подкрашенной водой и плотно закрыть пробкой, в которую вставлена стеклянная трубочка. Первоначальный уровень воды в трубке следует отметить резиновым колечком (рис. 8, а). Подобные гипотезы (наши предположения) мы будем выдвигать при изучении ряда новых для вас физических явлений. Поскольку наука уже дала ответы на поставленные нами вопросы, мы будем писать не просто «гипотеза», а «наша гипотеза». Подготовленную к опыту колбу надо поставить на горячую плитку. Через некоторое время мы увидим, что уровень жидкости в трубочке поднялся (рис. 8, б). а б Вывод: при нагревании объём воды увеличивается. Наша гипотеза подтверди- Рис. 8. Физический опыт лась. 15 Введение Реальные объекты и явления очень сложны, и охватить все свойства этих объектов и связи между ними сложно, поэтому в физике широко используется метод моделирования: реальный объект заменяется его упрощённой копией, в которой не учитывается ряд факторов, несущественных для проводимого исследования. Например, исследуя закономерности движения маятника, мы не учитываем вес нити, на которой подвешен шарик, размеры шарика и т.д. Выводы, полученные для модели идеального объекта, оказываются в некоторых пределах справедливыми и для реального объекта. 1. Для чего служат микроскоп и телескоп? 2. С помощью каких методов исследования явлений учё ные приходят к новым знаниям? 3. В чём заключается научный метод познания? 4. Чем опыт отличается от наблюдения? 5. Что такое гипотеза? |
4. Измерение физических величин 1. Какие физические 1. Время, расстояние, темперавеличины вам извест- тура. ны? 2. Какими приборами 2. Время измеряется секундоизмеряются эти физи- мером, расстояние — линейческие величины? кой или измерительной лентой, температура — термометром. Чтобы знания о физических явлениях были более полными, необходимо во время опыта проводить измерения. Допустим, мы хотим знать, как с течением времени изменяется температура воды в стакане, если в стакан был налит кипяток. Для этого надо измерять время. Следовательно, необходим секундомер или обыкновенные часы с секундной стрелкой. Также надо через определённые промежутки времени измерять температуру воды. Для этого нужен термометр. 16 |
4. Измерение физических величин Температура, время, длина, объём и т.д. — это физические величины. Для их измерения используются физические приборы: термометр, секундомер, линейка, измерительный цилиндр (мензурка) (рис. 9) и т.д. Измерение, выполняемое с помощью физического прибора, называется прямым. Физические приборы имеют шкалу. На шкале нанесены деления с цифрами и указана единица Рис. 9. Мензурка физической величины. Измерить физическую величину — значит сравнить её с однородной величиной, принятой за единицу этой величины. До середины прошлого столетия в разных странах использовались разные единицы измерения. И в одной стране, например в России, по одной системе основной единицей массы считался грамм, по другой — килограмм, по третьей — техническая единица массы (т.е.м.). В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была принята единая для всех стран система единиц СИ (система интернациональная) (табл. 4). Таблица 4 Таблица некоторых физических величин Вели- Обозна- Единица Другие Прибор для чина чение в СИ единицы измерения Длина l, a м мм, см, км Измеритель ная линейка Ширина b м мм, см, км Измеритель ная линейка Высота h, c м мм, см, км Измеритель ная линейка Площадь S м2 мм2, см2 — 17 Введение Окончание таблицы Вели- Обозна- Единица Другие Прибор для чина чение в СИ единицы измерения Объём V м3 см3, л, мл Измеритель ный цилиндр (мензурка) Время t с мин, ч, год Часы Масса m кг мг, г, ц, т Весы При работе с физическим прибором очень важно уметь определять цену деления. Для этого надо: 1) на шкале прибора выбрать два соседних штриха, обозна ченных числами; 2) найти их разность, то есть из после дующего значения вычесть предыдущее; 3) полученное значение следует раз делить на число малых делений между выбранными делениями, обозначенными цифрами. Рис. 10. Определение цены Например, цена деления линейки деления линейки (рис. 10) равна: 3 – 2 = 0,1 см = 1 мм. 10 Чтобы измерить длину бруска (см. рис. 10), надо: 1) нулевое деление шкалы линейки совместить с левым краем бруска; 2) посмотреть, сколько делений линейки укладывается на измеряемой стороне бруска; 3) умножить цену деления линейки на число делений, укладывающихся на стороне бруска. Длина бруска: l = 0,1 см · 26 = 2,6 см. Любое измерение можно сделать только с некоторой сте пенью точности. Результат измерения всегда имеет некото рую ошибку или погрешность, которая зависит от точности 18 |
4. Измерение физических величин градуировки шкалы прибора. Такая погрешность называется инструментальной и составляет половину цены деления шкалы. Результат измерения величины А записывается в виде: А = а ± Δа, где а — результат измерений, Δа — погрешность измерений (Δ — греч. буква «дельта»). Например, при измерении длины бруска линейкой, цена деления которой 1 мм, мы имеем инструментальную погрешность 0,5 мм. Длина бруска, измеренная в нашем примере с учётом погрешности, равна l = (26 ± 0,5) мм. Это значит, что значение длины бруска может быть любым, оставаясь внутри интервала: 25,5 мм ≤ l ≤ 26,5 мм. Важной характеристикой шкалы прибора является верхний предел измерения. Это самое большое значение величины, которое может быть измерено данным прибором. Некоторые приборы, например термометр, весы, могут выйти из строя, если значение измеряемой величины превысит значение верхнего предела измерения прибора. Во многих случаях измерения являются косвенными. Тогда результат определяется путём расчётов по формулам. Например, чтобы найти площадь прямоугольника, надо измерить линейкой его длину (а) и ширину (b) и полученные значения перемножить. 1. Приведите примеры физических величин. 2. Какие характеристики куска сахара не являются физи ческими величинами: масса, температура, цвет, запах, объём, вкус? 3. Что значит измерить физическую величину? 4. Иногда встречаются старые русские единицы длины и иностранные единицы длины. Рассмотрите вниматель но предлагаемую таблицу 5 нестандартных мер длины и ответьте на вопросы 5–7. 19 Введение Таблица 5 Нестандартная Нестандартная м м единица длины единица длины Дюйм 0,0254 Сажень 2,34 Вершок 0,0444 Верста 1066,8 Фут 0,3048 Миля 1609 Аршин 0,711 Морская миля 1852 5. Каков рост Дюймовочки в сантиметрах? 6. Одно из пожеланий морякам при выходе в море: «Семь футов под килем». Выразите это значение в метрах. 7. От Уфы до Москвы 1620 км. Сколько от Уфы до Москвы вёрст? 8. Чему равна длина бруска, изображённого на рисунке 11? Рис. 11. К задаче 8 9. Назовите этапы определения цены деления шкалы прибора. 10. Какова последовательность действий при измерении физической величины измери тельным прибором? 11. Определите цену деления каждой мензурки (рис. 12, а, б) и объём воды в них. Запишите результаты измерений с учётом инструмен тальной погрешности. а б Рис. 12. К задаче 11 Лабораторная работа 1 Измерение размеров тел Цель работы: научиться проводить прямые и косвенные измерения — измерять длину, площадь и объём, записывать результаты прямых измерений с учётом погрешности. 20 Лабораторная работа 1 Приборы и материалы: линейка, мензурка, деревянный брусок, тело неправильной формы, нить. Подготовка к работе 1. Вспомните, как определить цену деления прибора. 2. Как определить погрешность измерения? 3. Запишите формулу для нахождения площади прямоугольника (грани бруска). 4. Как найти объём бруска? 5. Вспомните правило округления чисел. Указания к работе 1. Определите цену деления линейки и погрешность измерения. 2. Измерьте линейкой длину, ширину и высоту деревянного бруска и запишите результаты измерения с учётом погрешности: а = (____ ± ___) мм = (____ ± ___) см; b = (____ ± ___) мм = (____ ± ___) см; c = (____ ± ___) мм = (____ ± ___) см. 3. Рассчитайте площадь большей грани и объём бруска (ответ округлите до первого знака после запятой). S = ________ мм2 = _________ см2. V = ________ мм3 = _________ см3. Запомните: 1 см2 = 100 мм2, 1 мм2 = 0,01 см2, 1 см3 = 1000 мм3, 1 мм3 = 0,001см3. 4. Определите цену деления мензурки и погрешность измерения. 5. Налейте в мензурку воды примерно до половины и измерьте её объём. Запишите его в кубических сантиметрах с учётом погрешности. Запомните: 1 мл = 1 см3. V = (____ ± ___) мл = (____ ± ___) см3. 6. Опустите осторожно в воду привязанное на нитке тело неправильной формы. Уровень воды поднимется. Запишите объём воды вместе с телом. Из конечного объёма воды вычтите начальный объём. Получите объём тела. Результаты запишите в таблицу 6. 21 Введение Таблица 6 Начальный Конечный Объём бруска объём объём воды, мл воды, мл мл см3 Ответьте на вопросы 1. Какие измерения в вашей работе были прямыми, а какие — косвенными? 2. С какой точностью вы измерили линейкой длины сторон бруска? 3. С какой точностью вы измерили при помощи мензурки объём воды? Лабораторная работа 2 Измерение размеров малых тел Цель работы: научиться измерять размеры малых тел методом рядов. Приборы и материалы: линейка, толстая нитка, пшено, книга, карандаш. Указания к работе Определить прямым измерением с помощью линейки точный размер какого-либо маленького предмета (например, зёрнышка пшена) невозможно. Но можно поступить следующим образом. 1. Положим некоторое количество зёрнышек в ряд вдоль линейки, чтобы между ними не оставалось промежутков. 2. Измерим длину ряда зёрен. 3. Зёрна имеют примерно одинаковый диаметр. Чтобы получить диаметр зерна, разделим длину ряда на количество зёрен, его составляющих: где d — диаметр, L — длина ряда, N — число частиц в ряду. 22 Лабораторная работа 2 Использованный нами метод измерения называется методом рядов. С его помощью можно определить толщину листа бумаги в вашем учебнике и толщину нити. Порядок выполнения работы 1. Следуя указаниям к выполнению работы, найдите диаметр зерна пшена. Результаты запишите в таблицу 7. Таблица 7 Число Размер Измеряемая Длина ряда, элементов одного эле величина мм ряда мента, мм Диаметр 20 зёрен зерна пшена 75 листов Толщина (150 стра листа бумаги ниц) Толщина 20 витков нити 2. Подумайте, как, пользуясь методом рядов, найти толщину листа бумаги. Произведите необходимые измерения и вычисления. Результаты запишите в таблицу 7. 3. Используя рисунок 13, объясните, как можно найти толщину нити. Произведите необходимые измерения и вычисления. Результаты запишите в таблицу 7. Рис. 13 Ответьте на вопрос Размер каких ещё тел можно измерить методом рядов? Глава I. Движение и взаимодействие тел |
5. Механическое движение Приведите примеры меха- Падают капли дождя, катит нических явлений. ся мяч, движется автомо биль, с горы скатывается лыжник, летит птица и т.д. Опытные факты и наблюдаемые явления 1. Шарик, подвешенный на нити (рис. 14, а), падает, если нить пережечь или перерезать (рис. 14, б). 2. Тележка, скатившись с наклонной плос кости, движется по столу (рис. 15). 3. Летит птица (рис. 16). а 4. «Плывёт, качаясь, лодочка по Яузе-реке» б (из песни). 5. «Шёл по лесу Дед Мороз мимо клёнов Рис. 14. Движение и берёз, мимо просек, мимо пней шёл по лесу шарика много дней» (З. Александрова). Рис. 15. Движение тележки 24 |
5. Механическое движение Общее в рассмотренных явлениях: у всех названных тел (шарик, тележка, птицы, лодочка, Дед Мороз) изменяется положение в пространстве; наглядно это представлено на рисунке 15; в некоторый момент времени тележка находилась у отметки 1, а в другой момент времени она оказалась у отметки 2; положение тележки на столе, или, как говорят, относительно стола, с течением времени изменилось. Рис. 16. Полёт птиц Изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени называется механическим движением. Тела, относительно которых рассматривается движение других тел, называются телами отсчёта. Теперь представьте себе, что по озеру плывёт яхта (рис. 17). Положение спортсмена относительно яхты не изменяется, но вместе с яхтой он быстро движется относительно берега. Спортсмену кажется, что мимо него проплывают стоящие на берегу дома и деревья. Это наблюдение, как и многие другие, говорит о том, что движение и покой относительны. Нужно всегда указывать, относительно какого тела отсчёта движется рассматриваемое Рис. 17. Яхта движется тело. В нашем примере спортсмен находится относительно в покое относительно яхты, но движется отно- берега сительно берега, домов и деревьев. Тела совершают движение по определённой линии, которая может быть как видимой, так и невидимой. Например, лыжник, идущий по рыхлому снегу, оставляет за собой лыжню; в небе долго виден след пролетевшего реактивного самолёта (рис. 18), однако мы не видим на столе следа скатившейся тележки. Рис. 18. След самолёта 25 Глава I. Движение и взаимодействие тел Линия, по которой движется тело, называется траекторией движения тела. Траектория движения тела может быть прямой линией (у падающего тела) или кривой линией, например окружнос тью (у концов стрелок часов). По форме траектории все дви жения можно разделить на две группы: прямолинейные и криволинейные (схема 3). В 7 классе мы будем рассматривать только прямолинейные движения. Схема 3 Движение Прямолинейное Криволинейное Положение тела в пространстве в любой момент времени может быть показано точ кой на траектории. Пусть траекторией движения тела является прямая линия. В момент времени, принятый за началь Пройденный путь ный, поставим на траектории точку 1 (рис. 19). Через некоторый промежуток Рис. 19 времени отметим положение тела на тра ектории точкой 2. Расстояние между точ ками 1 и 2 называется путём, пройденным за это время. Рассмотрим следующий опыт. Вертикаль ный вращающийся диск закреплён в штативе (рис. 20). Проведём мелом вертикальную линию C А по направлению от центра диска к столу. Если за тело отсчёта принять стол, то траекторией дви жения кусочка мела будет прямая линия АВ. B Если за тело отсчёта принять диск, то траекто рией движения кусочка мела окажется спираль АС. Следовательно, форма траектории зависит Рис. 20. Относитель- от выбора тела отсчёта. В обоих рассмотренных ность траектории случаях разными будут и пройденный кусочком мела путь, и скорость движения мела. 26 |
5. Механическое движение Зависимость пройденного пути, скорости движения и траектории движения от выбора тела отсчёта называют относительностью движения. В большинстве физических задач нас не интересуют размеры и форма тела. Например, изучая движение поезда от одного города до другого, мы движение всего поезда рассматриваем как движение одной точки, или, как говорят, принимаем поезд за материальную точку. Материальная точка — это тело, размерами и формой которого в данной задаче можно пренебречь. Однако если надо рассчитать промежуток времени, за который поезд пройдёт через мост известной длины, то длина поезда в этом случае играет существенную роль. В этой задаче принять поезд за материальную точку нельзя. 1. Что называется механическим движением? 2. Часто говорят «солнце всходит» или «солнце заходит». Какое тело при этом принимают за тело отсчёта? 3. По какой траектории движутся концы стрелок часов? 4. Мальчик сидит в вагоне поезда и видит в окно, что дви жется вокзал. Относительно каких тел мальчик покоит ся; движется? 5. Велосипедист едет по ровной прямой дороге. Какие дета ли велосипеда движутся относительно земли по прямо линейным траекториям, а какие — по криволинейным? 6. По рисунку 21 определите, какой путь проделал кон чик карандаша, переместившись из точки 1 в точку 2. Используйте при этом нитку и линейку. 7. Укажите тела отсчёта во всех приведённых в начале параграфа примерах. Рис. 21. К заданию 6 27 Глава I. Движение и взаимодействие тел |
6. Пройденный путь и время 1. Что называется ме- 1. Изменение с течением времеханическим движени- ни положения тела в пространем? стве относительно других тел. 2. Что такое тело от- 2. Тело, относительно которого счёта? рассматривается движение дру гих тел. 3. Что такое траекто- 3. Линия, по которой движется рия движения? тело. 4. Что значит измерить 4. Сравнить её с однородной физическую величину? величиной, принятой за едини цу этой величины. Мы уже познакомились с некоторыми физическими величинами — это пройденный путь, время. Но такое первоначальное знакомство не даёт возможности использовать указанные физические величины для описания физических явлений с количественной стороны. Чтобы знакомство с физической величиной было по возможности полным, будем в каждом случае пользоваться следующим планом. План описания физической величины 1. Определение физической величины. 2. Что показывает (характеризует) изучаемая величина? 3. Обозначение величины. 4. Единица в СИ. 5. Формула для расчёта физической величины. 6. Каким способом или прибором можно измерить изу чаемую физическую величину? 7. Величина скалярная или векторная? 8. С какими другими, изученными ранее физическими величинами связана данная величина? Пункт 7 этого плана мы поясним позднее, при изучении скорости. 28 |
6. Пройденный путь и время Рассмотрим с указанных позиций две физические величины: пройденный путь и время. Путь — это длина траектории, вдоль которой двигалось тело в течение некоторого промежутка времени. Путь обозначается буквой s и выражается в сантиметрах (см), метрах (м) или километрах (км). За основную единицу пути, а также длины, высоты и др. Рис. 22. Определение метра в СИ принят метр (м). Первоначально эта единица была установлена как одна сорокамиллионная часть земного меридиана, проходящего через Париж (рис. 22). В г. Севре, расположенном недалеко от Парижа, в Международной палате мер и весов хранится эталон метра (рис. 23). Но это уже устаревший эталон. В настоящее время принято более точное определение метра. Существует много способов измерения длины. Можно, например, восполь- Рис. 23. Эталон метра зоваться метровой линейкой или рулеткой. Чтобы измерить глубину реки или озера, можно привязать к шнуру камень и осторожно опустить его с лодки на дно озера (рис. 24). Затем этот камень надо поднять за шнур и измерить линейкой ту часть шнура, которая побывала в воде. Такое устройство — лот — применяется для измерения сравнительно малых глубин. Для измерения глубины моря или океана используется специальный прибор — эхолот, с принципом работы которого вы познакомитесь позднее. Рис. 24. Лот 29 Глава I. Движение и взаимодействие тел Для измерения расстояния до искусственного спутника Земли используется радиолокация. Расстояния от Земли до Солнца или до далёких звёзд определяются астрономически ми методами. Пройденный путь зависит от скорости, с которой двигалось тело, и от времени движения. Время — это физическая величина, определяющая длительность физического явления или процесса. Время принято обозначать буквой t. Эталоном времени может служить продолжительность такого процесса, как движение Земли вокруг Солнца. За 1 год Земля совершает вокруг Солнца один полный оборот. За единицу време ни в СИ принимается не год, а его опре делённая часть — секунда (с). Секунда равна 1/86 400 части солнечных суток. Позднее вы узнаете более точное опреде ление секунды. В древние и Средние века большое распространение получили солнечные часы (рис. 25). Но такие часы исполь зовали только в солнечные дни, и они Рис. 25. Солнечные часы совершенно не годились для измере ния небольших промежутков времени. Для научных целей использовались водяные или песочные часы (рис. 26). Итальянский учёный Г. Галилей, наблюдая качание люстры в церк ви, предположил, что за одно и то же время люстра совершает одно и то же число колебаний. Для проверки этой гипотезы Г. Галилей использовал свой собственный пульс. Используя най денное Г. Галилеем свойство маятни ков (изохронность), голландский учё ный Христиан Гюйгенс (1629—1695) в Рис. 26. Песочные часы 1657 г. сконструировал часы с маятни 30 |
7. Равномерное движение. Скорость ком. В настоящее время для научных исследований используются механические и электронные секундомеры (см. рис. 6). 1. Что значит измерить физическую величину? 2. Что надо знать о физической величине? 3. Опишите физические величины «путь» и «время» по предложенному в параграфе плану. 4. Выполните экспериментальное задание 7 на с. 221. |
7. Равномерное движение. Скорость 1. Что такое пройденный 1. Длина траектории, вдоль путь? которой двигалось тело в течение некоторого проме жутка времени. 2. Для чего испльзуется се- 2. Для измерения промекундомер? жутков времени. 3. Второе тело прошло 3. Нельзя, так как неизвествдвое больший путь, чем но время движения одного первое. Можно ли утверж- и другого тела. дать, что скорость второго тела вдвое больше? Выясним, чем отличается бег чемпиона на соревнованиях по лёгкой атлетике от бега других спортсменов (рис. 27). Все спортсмены пробегают одинаковую дистанцию, но за разное время. Чемпион пробегает дистанцию за меньший промежуток времени, поэтому говорят, что его скорость больше. Скорость является важнейшей характеристикой движения. Для сравнения движений тел удобнее определять путь, который тела проходят за одно и то же время. При сравнении движения трёх Рис. 27. Бег чемпиона 31 Глава I. Движение и взаимодействие тел тел — самолёта, ракеты и поезда — оказалось, что за одинаковое время, за одну секунду, самолёт пролетел 300 м, ракета пролетела 2 км, а поезд прошёл 20 м. Какое из этих трёх тел движется с самой большой скоростью? Конечно, ракета, потому что она за одну секунду проходит самый большой путь. Чем больше скорость тела, тем больший путь оно проходит за единицу времени. На рисунке 28 условно показаны пути, проходимые зайцем и черепахой за одно и то же время, например за 1 с. Мы сразу же можем сказать, что заяц движется быстрее, то есть с большей скоростью. Рис. 28. Скорость движения зайца больше скорости движения черепахи Пусть машина выехала из города и движется с известной скоростью. Какой населённый пункт она будет проезжать через 2 ч? На поставленный вопрос ответить невозможно, ведь нам неизвестно направление, в котором движется машина. Физическая величина, имеющая кроме числового значения ещё и направление, называется векторной. Векторные величины обозначают соответствующими буквами со стрелкой наверху. Скорость — величина векторная. Скорость обозначается латинской буквой v. Если речь идёт о числовом значении скорости, то стрелочка над буквенным обозначением величины не ставится. 32 |
7. Равномерное движение. Скорость Скоростью называется векторная физическая величина, характеризующая быстроту движения тела. Скорость показывает, какой путь проходит тело за единицу времени. Если турист за каждую секунду проходит 1,2 м, то это означает, что скорость движения туриста 1,2 м/с (метра в секунду). Чтобы определить, чему равна скорость тела, надо путь, пройденный телом, разделить на время, за которое этот путь пройден: Так как в СИ пройденный путь выражается в метрах, а время — в секундах, то единицей скорости в СИ оказывается метр в секунду (м/с). Часто используются и другие единицы скорости, например км/ч, км/с: ≈ 0,3 м/с. Прибор для измерения скорости называется спидо метром. Если игрушечная машинка проходит, например, за первую секунду путь, равный 15 см, за вторую секунду тоже 15 см, за третью, четвёртую и т.д. тоже по 15 см, то можно сказать, что скорость машинки не изменяется, или скорость тела постоянна (рис. 29). Рис. 29. Равномерное движение игрушечного автомобиля Если тело за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути, то его движение называют равномерным. 33 Глава I. Движение и взаимодействие тел В большинстве случаев скорость тела во время движения не остаётся неизменной. Когда, например, поезд подходит к станции, его скорость постепенно уменьшается, и поезд останавливается. При отправлении поезда от станции его ско рость, наоборот, с течением времени увеличивается. Такое движение называют неравномерным. В жизни равномерное движение встречается не так уж часто. Можно сказать, что равномерно дви жется автомобиль на ровном горизонтальном участке дороги. Равномерным будет установившееся движе ние маленького стального шарика, если его опустить в сосуд с вязкой жидкостью, например с глицерином (рис. 30). Но если говорят, что скорость пассажир ского поезда при движении из Москвы во Владиво сток 70 км/ч, то какая скорость имеется в виду? Ведь поезд останавливался на крупных станциях, его ско рость на отдельных участках пути была больше, на других участках меньше, то есть движение поезда неравномерное. В этом случае можно говорить толь ко о средней скорости за некоторый промежуток вреРис. 30. Шарик мени или о средней скорости на некотором участке движется пути. в глицерине Чтобы определить среднюю скорость на некото ром участке пути, надо этот путь разделить на время, затраченное на его прохождение. Если тело прошло несколько участков пути, например три участка, и на каждом из участков скорость движения была разной, то, чтобы найти среднюю скорость, надо рассчитать время, затраченное на прохождение каждого участка, и весь пройденный путь разделить на всё затраченное время: Представьте себе, что от дома, где живёт мальчик, до школы путь равен 600 м (рис. 31). Этот путь он проходит за 10 мин, то есть за 600 с. Он идёт в школу, не оглядываясь на прохожих, не останавливаясь, не увеличивая и не уменьшая 34 |
7. Равномерное движение. Скорость скорость, то есть движется равномерно. С какой скоростью он движется? Рассчитаем скорость движения мальчика: 600 м м ; v= =1 600 с с Рис. 31. Расчёт скорости движения мальчика В приведённой ниже таблице 8 указаны скорости движения некоторых тел, скорость звука в воздухе и скорость света и радиоволн в вакууме в м/с. Таблица 8 Свет и радиоволны Около 300 000 000 Земля вокруг Солнца 30 000 Молекула водорода при 0 °С 1700 Луна вокруг Земли 1000 Пуля при вылете из ствола 715 автомата Калашникова Истребитель МИГ-21 604 Звук в воздухе при 0 °С 332 Самолёт ИЛ-18 160 Гепард 31 Пассажирский поезд 20 35 Глава I. Движение и взаимодействие тел Окончание таблицы Заяц 16,7 Конькобежец до 13 Акула 8,3 Муха комнатная 5 Пешеход 1,3 Улитка 0, 0014 1. Опишите физическую величину «скорость» по плану, приведённому в |
6. 2. Какое движение называется равномерным? Приведите примеры равномерного движения. 3. Приведите примеры неравномерного движения. 4. Что такое средняя скорость? Как она определяется? 5. Используя данные таблицы 8, определите: • какое расстояние преодолеет гепард за 1 с, 10 с; • во сколько раз скорость пули меньше скорости моле кулы водорода при 0 °С; • какой путь проходит Земля по орбите за 10 мин. 6. Переведите в метры в секунду: 36 км/с; 100 см/с; 120 м/мин. 7. Существует такая притча. Путник встретил мудреца, сидящего на скамейке около дороги. «Долго ли мне ещё идти до города?» — спросил путник у мудреца. «Иди», — ответил мудрец. Обиженный путник пошёл дальше. «Два часа!» — крикнул ему вдогонку мудрец. «Почему же ты мне сразу не сказал?» — удивился пут ник. «Я должен был посмотреть, как ты идёшь», — ответил мудрец. • Какая физическая величина была известна мудрецу? • Какую физическую величину мудрец должен был узнать, чтобы дать ответ? Какое математическое дей ствие произвёл в уме мудрец, прежде чем ответить на вопрос? 8. Выполните экспериментальное задание 9 на с. 222. 36 |
8. Решение задач по физике 1. Какие физические ве- 1. Скорость, путь, время, личины вы знаете? температура. 2. Как рассчитать ско- 2. Надо пройденный путь рость тела при равномер- разделить на время, за котоном прямолинейном дви- рое этот путь пройден. жении? Решение задач по физике — один из самых трудных и в то же время один из самых важных элементов овладения основами этой интересной науки. Решая физическую задачу, вы учитесь применять полученные знания. Приступая к решению задачи, надо: 1) внимательно прочитать условие задачи; 2) представить мысленно ситуацию, которая описывается в задаче (создать мысленную модель); 3) сделать, если это помогает в создании мысленной модели, чертёж. На чертеже надо отвлечься от всех несущественных деталей и показать все данные и искомые величины; 4) записать краткое условие, обозначив данные в задаче физические величины и искомую величину общепринятыми латинскими или греческими буквами; 5) перевести все единицы в СИ; 6) решить задачу в общем виде, то есть получить формулу, в которой искомая величина выражена через заданные величины; 7) подставить в конечную формулу числовые значения физических величин с единицами и получить численный результат; 8) оценить реальность полученного ответа. Часто в условии задачи данные физические величины выражены не в единицах СИ. Например, путь выражен в километрах, сантиметрах, миллиметрах; время дано в минутах или 37 Глава I. Движение и взаимодействие тел часах, скорость — в км/ч или в см/с. Эти величины необходимо выразить в единицах СИ. 1 км = 1000 м 1 ч = 3600 с 1 см = 0,01 м 1 мин = 60 с 1 мм = 0,001 м 1 см/с = 0,01 м/с Так, если скорость составляет 72 км/ч, то в СИ она равна: Если известны скорость движения и пройденный путь, то легко рассчитать время движения: ; а зная скорость и время движения, можно рассчитать пройденный телом путь: s = v · t. Теперь решим физическую задачу. Обратите внимание на оформление записи условия задачи и её решения. Задача 1. Девочка идёт со скоростью 1,2 м/с. За какое время она дойдёт до школы, если расстояние от её дома до школы равно 900 м? Д а н о: Р е ш е н и е: s = 900 м Нам известны путь и скорость, для определения v = 1,2 м/с времени используем формулу: s s v = , t= t=? t v Подставив значения величин, получим: 900 м t= = с = 12,5 мин. м 1,2 с О т в е т: t = 12,5 мин. Задача 2. Скорость автомобиля равна 72 км/ч. Какое расстояние автомобиль проходит за время, равное 40 мин? Чтобы решить эту задачу, надо сначала скорость, которая дана в км/ч, выразить в м/с. Время, данное в минутах, надо выразить в секундах. 38 |
8. Решение задач по физике Д а н о: Р е ш е н и е: v = 72 км/ч 72 000 м м t = 40 мин 72 км/ ч = = 20 ; 3600 с с 40 мин = 2400 с; s=? s ⋅ t м s = 20 2400 с 48 000 м. сс О т в е т: s = 48 км. Теперь решим более сложную задачу. Задача 3. Первую половину пути тело двигалось со скоростью 4 м/с, вторую — со скоростью 6 м/с. Определите среднюю скорость на всём пути. Д а н о: Р е ш е н и е: v1 = 4 м/с 1. Время, затраченное на первую половину v2 = 6 м/с пути: s t1 = vср = ? 2v1 2. Время, затраченное на вторую половину пути: s t2 = 2v2 3. Полное время движения: s ⋅ (v1 + v2 ) t1 + t2 = 2 ⋅ v1 ⋅ v2 4. Средняя скорость на пути s: О т в е т: vср = 4,8 м/с. 1. Расстояние от Уфы до Москвы равно 1620 км. С какой средней скоростью должен двигаться поезд, чтобы прой ти это расстояние за 30 ч? 39 Глава I. Движение и взаимодействие тел 2. Расстояние от Уфы до Москвы самолёт пролетает за 2 ч. За сколько часов это же расстояние пройдёт автомобиль, если скорость самолёта равна 800 км/ч, а автомобиля — 20 м/с? 3*. Рассмотрите таблицу скоростей ( |
9. Графическое представление движения 1. Зависит ли числовое 1. Не зависит. Скорость значение скорости от вре- при равномерном движении мени при равномерном постоянна. прямолинейном движении? 2. Зависит ли пройденный 2. Пройденный путь прямо путь от времени при равно- пропорционален времени мерном движении? движения. 3. Как выглядит график, вы- 3. Это прямая линия, проражающий прямую пропор- ходящая через начало коорциональную зависимость? динат. Механическое движение можно представить графически. Пусть скорость движения мальчика 1 м/с, а скорость движения девочки 1,2 м/с. Чтобы построить график зависимости пройденного пути от времени для мальчика и девочки, возьмём несколько значений промежутков времени движения, например 0, 10, 20, 30, 40 с, и подсчитаем в каждом отдельном случае путь, пройденный за эти промежутки времени. Считать будем по формуле: s = v · t. Результаты расчётов представим в виде таблицы 9. Таблица 9 t, c 0 10 20 30 40 s1, м (девочка) 0 12 24 36 48 s2, м (мальчик) 0 10 20 30 40 40 |
9. Графическое представление движения Нарисуем оси координат. По горизонтальной оси (ocи абсцисс) отложим в выбранном масштабе значения времени t, по вертикальной оси (оси ординат) — в выбранном масштабе значения путей, пройденных за эти промежутки времени. Полученные на графике точки соединим линией (рис. 32). 2 1 0 Рис. 32. График пути равномерного движения Полученные графики выражают зависимость пройденного пути от времени, и они представляют собой прямые линии, проходящие через начало координат. При равномерном движении тела пройденный путь прямо пропорционален времени. Что позволяет определить график зависимости пути от времени? 1. Путь, пройденный за любой промежуток времени. Какой путь пройдёт мальчик и какой — девочка за время, равное, например, 25 с? Проведём вертикальную линию через точку, соответствующую моменту времени t = 25 с. Через точки пересечения этой линии с графиками проведём горизонтальные линии до пересечения с вертикальной осью. Получим пройденные пути. Так, мальчик за 25 с движения прошёл 25 м. Какой путь прошла за это время девочка, попытайтесь определить сами. 41 Глава I. Движение и взаимодействие тел 2. График пути позволяет сравнить скорости движения тел. Чем больше скорость тела, тем круче идёт график. В данном случае скорость девочки больше: за один и тот же промежуток времени она проходит больший путь. 3. График пути позволяет определить скорость равномерного движения, а также среднюю скорость неравномерного движения. Например, по графику 1 на рисунке 33 определим скорость тела, а по графику 2 определим среднюю скорость на пути 10 м. Чтобы определить скорость равномерного движения (см. рис. 33, график 1), надо провести через точку на вертикальной оси, соответствующую некоторому значению пройденного пути, горизонтальную линию. Рис. 33. Определение скорости по графику пути Из точки пересечения этой линии с линией графика пути опустить перпендикуляр на ось абсцисс. Точка пересечения проведённого перпендикуляра с осью абсцисс покажет промежуток времени, за который этот путь пройден. В нашем примере скорость равномерного движения (см. график 1) равна: s 10 м м v= ; v= =2 t 5с с Средняя скорость неравномерного движения на пути, например 10 м (см. рис. 33, график 2), равна: 42 |
9. Графическое представление движения 10 м м vср = ≈ 1 43 7с с Бо льшую информацию о движении тела даёт график зависимости скорости от времени. По горизонтальной оси (оси абсцисс) откладывают значения промежутков времени t, по вертикальной оси (оси ординат) — соответствующие им значения скорости тела. Прямые 1 и 2 (рис. 34) представляют собой графики зависимости скорости движения от времени для мальчика (график 1) и девочки (график 2). Так как скорость тела при равномерном прямолинейном движении является величиной постоянной, график скорости такого дви- Рис. 34 жения представляет собой прямую линию, параллельную оси абсцисс. График скорости позволяет определить: 1. Характер движения (равномерное или неравномерное). 2. Численное значение скорости тела. 3. Путь, пройденный телом за интересующий нас промежуток времени. Чтобы определить пройденный путь по графику скорости, надо провести вертикальную линию через точку на оси абсцисс, соответствующую выбранному моменту времени, и рассчитать площадь фигуры, заключённой между этой вертикальной линией, линией графика скорости и осями координат. В нашем случае это площадь прямоугольника. Путь, пройденный мальчиком за 2 с, найдём по формуле: s = v · t. Подставим значения v и t: s = 1 м/с · 2 с = 2 м. Данный метод расчёта пути справедлив не только для равномерного прямолинейного движения, где пройденный путь численно равен площади прямоугольника. Он может применяться и для любого неравномерного движения. На рисунке 35 показаны типичные недостатки в построении графиков пути: а) оси обозначены неверно; б) масштаб по оси абсцисс выбран неудачно; в) масштаб по оси ординат выбран неудачно. 43 Глава I. Движение и взаимодействие тел а б в Рис. 35. Типичные недостатки в построении графиков движения 1. Значения каких величин откладываются на горизон тальной оси координат; на вертикальной при построе нии графиков движения? 2. Что позволяют выяснить графики зависимости пути и скорости от времени? 3. Мальчик побежал по стадиону, упал, немного полежал, потом поднялся и медленно пошёл к трибунам. Начерти те графики пути и скорости движения этого мальчика. 4. Какова зависимость пройденного пути от времени при равномерном прямолинейном движении? 5. На рисунке 36 представлен график пути неравномерно го движения. Опишите, как двигалось тело на участках 0–1; 1–2 и 2–3. Найдите скорость тела на каждом участ ке и среднюю скорость движения на пути 10 м. Рис. 36. К заданию 5 44 |
10. Взаимодействие тел. Сила Почему выпущенный из рук Потому что все тела притякамень падает на землю? гиваются к Земле. Опытные факты и наблюдаемые явления 1. При стрельбе из лука лук распрямляется (уменьшается его деформация), а стрела приобретает бо льшую скорость. 2. При столкновении двух бильярдных шаров изменяются скорости обоих шаров и по величине, и по направлению. 3. Мальчик прыгает с лодки на берег. При этом оба тела (мальчик и лодка) приобретают противоположно направленные скорости. 4. При выстреле из орудия снаряд летит в направлении выстрела, а ствол откатывается назад. 5. Плотник ударяет молотком по шляпке гвоздя. В одном случае гвоздь углубляется в брусок незначительно, а в другом — много больше. Общее в рассмотренных примерах: два тела действуют друг на друга: лук и стрела, два шара, мальчик и лодка, снаряд и ствол орудия, молоток и гвоздь. Проблема: нужна физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое. Рассмотрим несколько опытов. Положим стальной шарик на наклонную плоскость. Скатившись с неё, он сталкивается с резиновым мячом, находившимся в покое (рис. 37). В таком случае говорят, что между телами произошло взаимодействие: шарик в течение короткого промежутка времени действовал на мяч, одновременно мяч в течение того же промежутка времени действовал на шарик. В результате взаимодействия изменились скорости обоих взаимодействующих тел: скорость мяча увеличилась от нуля до некоторого значения, скорость шарика уменьшилась. Рис. 37 45 Глава I. Движение и взаимодействие тел Приведём тот же мяч в движение щелч ком (рис. 38). Как видно, на мяч подейство вал палец руки. И в этом случае скорость мяча изменилась. Зажмём в лапке штатива стальную линей Рис. 38 ку (рис. 39). Около линейки положим мяч. Отведём свободный конец линейки немного в сторону и отпустим. От удара линейки мяч приходит в движение. Подумайте: какое тело в этом случае подействовало на мяч? Каков результат этого действия? Теперь поместим мяч между двумя брус ками и поставим на него тяжёлую гирю (рис. 40). Посмотрите внимательно на рису Рис. 39 нок. Что произошло с мячом? Мяч дефор мировался, то есть изменились его форма и размер. Во всех перечисленных примерах на мяч действовало какое-то другое тело: шарик, палец, линейка, гиря. В физике, как прави ло, не указывают, какое тело действует на Рис. 40 рассматриваемое тело (в нашем примере на мяч), а говорят, что на тело действует сила. Сила — физическая величина, характеризующая действие одного тела на другое при взаимодействии этих тел. Так что же происходит с телом, когда на него действует сила? Если на тело действует сила, то происходит изменение скорости этого тела или возникает его деформация. Сила обозначается буквой F («эф»). Теперь вернёмся к первому опыту и рассмотрим, что происходит со вторым телом (стальным шариком). Если шарик скатился с горки и подействовал на мяч, то после взаимодействия изменилась скорость не только мяча, но и шарика: его движение замедлилось. Значит, на шарик тоже подействовала сила. Сила действует и на палец во втором опыте, и на линей 46 |
10. Взаимодействие тел. Сила ку — в третьем. В природе всегда происходит не одностороннее действие одного тела на другое, а взаимодействие двух тел. Пусть самодельная пушка (рис. 41, а) производит выстрел. Мы видим, что снаряд летит влево, а пушка откатывается вправо. Пушка и снаряд взаимодействуют посредством пружины, при этом изменяются скорости обоих взаимодействующих тел (рис. 41, б). а б Рис. 41. Взаимодействие пушки и снаряда При падении камня на землю происходит взаимодействие камня и земли. Все тела в природе притягиваются друг к другу — это явление названо гравитацией, а взаимодействие всех тел, обусловленное этим тяготением, — гравитационным взаимодействием. 1. Что понимают под взаимодействием между телами? 2. Приведите несколько примеров взаимодействия тел. 3. Что является результатом взаимодействия тел? 4. Заполните таблицу 10 в тетради, указав крестиком результат действия на мяч соответствующего тела в опытах, описанных в этом параграфе. Таблица 10 Тело, Результат действия действующее Деформация Изменение на мяч мяча скорости мяча 47 Глава I. Движение и взаимодействие тел 5. Назовите взаимодействующие тела и укажите результат взаимодействия во всех примерах, приведённых в нача ле параграфа. Какой пример показывает, что сила, дей ствующая на каждое из взаимодействующих тел, может быть больше или меньше? 6. Что характеризует физическая величина «сила»? 7. Может ли во взаимодействии участвовать одно тело? |
11. Инерция. Инертность 1. В каком случае изменя- 1. При взаимодействии ется скорость тела? этого тела с другим телом. 2. Что нужно сделать, что- 2. Исключить взаимодейбы исключить изменение ствие этого тела с другими скорости тела? телами. Опытные факты и наблюдаемые явления 1. Трамвай резко затормозил — пассажиры подались вперёд по ходу трамвая. 2. Волк догоняет зайца — заяц делает резкий прыжок в сторону и меняет направление движения, а волк некоторое время движется в прежнем направлении. В результате он оказывается на большем расстоянии от зайца. 3. Маятник часов, дойдя до положения равновесия, не останавливается, а некоторое время продолжает движение. 4. Луна вследствие гравитационного взаимодействия с Землёй всё время движется к Земле. Но одновременно она улетает от Земли по касательной к траектории, поэтому её траекторией является окружность. 5. Если тележку с бруском привести в движение резким рывком, брусок упадёт с тележки назад. Общее в рассмотренных примерах: тело (пассажиры, волк, маятник, Луна, брусок) стремится сохранить состояние покоя или состояние равномерного движения. Может ли мгновенно остановиться автомобиль, движущийся с большой скоростью? Конечно, не может. Даже если 48 |
Subsets and Splits
No community queries yet
The top public SQL queries from the community will appear here once available.