Фізика. Повторне видання. 7 клас. Бар’яхтар

§ 15. Інертність тіла. Маса

Згадайте: на зупинці ви заходите в автобус. Усі місця зайняті, деякі пасажири стоять. Двері зачиняються, автобус різко починає рух, і ви мусите докласти зусиль, щоб не впасти. Наступна зупинка — і ви знову змушені чіплятися за поручні, адже автобус зупинився надто різко. Чому щось «штовхає» вас уперед чи назад? У цьому параграфі ви дізнаєтесь, через яку властивість фізичних тіл ви відхиляєтеся назад, коли транспортний засіб набирає швидкості, і вперед — у момент його різкої зупинки (див. рис. 15.1).

Рис. 15.1. Після того як візок зупинився, кубики певний час продовжують рух. Чи не нагадує вам цей дослід різку зупинку автобуса?

1. Дізнаємося, що таке інертність

Напевно, кожен з вас грав у «квача». Згадайте мить, коли вам було потрібно різко змінити напрямок або швидкість свого руху: зупинитися, розігнатися, повернути вбік. Чи виходило у вас зробити це миттєво? Звичайно ж ні! Ви змушені були за когось чіплятися, робити до зупинки кілька зайвих кроків, витрачати деякий час на розгін тощо.

Розглянемо ще приклад. Коли ви граєте на уроці фізкультури з м’ячем, вам, мабуть, здається, що м’яч, ударившись об підлогу, у ту саму мить відскакує від неї. Але насправді це не так. Якщо сфотографувати рух м’яча в режимі швидкісної фотозйомки, то побачимо, що власне удар м’яча об підлогу триває деякий час (рис. 15.2).

Узагалі жодне тіло не може змінити швидкість свого руху миттєво. Кажуть, що всі тіла «чинять опір» зміні швидкості свого руху. У фізиці таку властивість тіл називають інертністю.

Інертність — властивість тіла, яка полягає в тому, що для зміни швидкості руху тіла внаслідок взаємодії потрібен час.

Рис. 15.2. Схематичне зображення удару м’яча об гладеньку підлогу: після того як м’яч, рухаючись із певною швидкістю (а), торкнувся підлоги (б), він сплющується, зупиняючись (в), потім набуває звичайної форми, поступово набираючи швидкість (г), а вже потім відскакує від підлоги (д)

Рис. 15.3. Проведіть дослід за описом рисунка. Тіло підвішене на тонкій нитці, знизу до тіла прив’язана така сама нитка (а).

Якщо за нитку, прив’язану до тіла знизу, тягти повільно, то врешті-решт порветься нитка, прив’язана зверху (б).

Якщо нитку, прив’язану до тіла знизу, різко смикнути, то порветься тільки вона — через інертність тіло не встигне за час ривка набрати помітну швидкість і розірвати нитку, прив’язану зверху (в)

Інертність тіла виявляється тоді, коли ми намагаємося змінити швидкість його руху (див. рис. 15.1-15.3).

2. Даємо означення маси тіла

Унаслідок тієї самої дії одні тіла змінюють швидкість свого руху досить швидко, інші — набагато повільніше. Наприклад, щоб за допомогою весел надати певної швидкості легкій байдарці, потрібно набагато менше часу, ніж для надання тієї самої швидкості важкому човну. У такому випадку кажуть, що човен інертніший за байдарку.

Інертність тіл характеризується фізичною величиною — масою. Чим більшою є маса тіла, тим більше часу потрібно для зміни швидкості його руху внаслідок тієї самої дії.

Маса тіла — це фізична величина, яка є мірою інертності тіла.

Масу тіла позначають символом m. Одиниця маси в СI — кілограм:

[m] = кг.

Окрім кілограма використовують також інші одиниці маси, наприклад тонна (т), грам (г), міліграм (мг):

1 т = 1000 кг

1 г = 0,001 кг

1 мг = 0,000001 кг

Маса — це одна з основних одиниць СI, тому для неї існує еталон.

До травня 2019 р. існував міжнародний еталон кілограма, створений у 1880 р.*. Він являє собою циліндр, виготовлений зі сплаву платини й іридію (рис. 15.4). Маса циліндра — рівно 1 кілограм. Цей еталон зберігається у Франції, у Міжнародному бюро мір і ваг, розташованому в м. Севр (передмістя Парижа). Зараз одиницю маси визначають через одну із фундаментальних фізичних констант (сталу Планка).

* Спочатку за еталон кілограма було прийнято 1 л чистої води за температури близько +4 °С. Проте такий еталон був дуже незручним.

Рис. 15.4. Міжнародний еталон кілограма: а — розміри; б — умови зберігання

3. Вимірюємо масу тіла зважуванням

Будь-яке фізичне тіло крім інертності має також властивість притягатися до інших тіл завдяки гравітаційній взаємодії*. Як ви вже, можливо, здогадались, мірою гравітаційної властивості тіла також є маса.

Саме на гравітаційній властивості тіл базується найпоширеніший спосіб вимірювання маси, яким користуються в побуті, — зважування (рис. 15.5): чим більшою є маса тіла, тим сильніше воно притягується до Землі й тому сильніше тисне на шальки терезів або на ваги.

Рис. 15.5. Зважування — найдавніший і найпоширеніший спосіб вимірювання маси тіл

Докладніше з вимірюванням маси тіл зважуванням ви ознайомитесь у ході виконання лабораторної роботи № 6.

4. Дізнаємося про іншій спосіб вимірювання маси

Масу тіла можна також виміряти, ґрунтуючись на інертності тіл. Поставимо на гладеньку горизонтальну поверхню два візки зі стиснутими пружинами (рис. 15.6, а). Розпрямляючись, пружини нададуть візкам певної швидкості.

* Детальніше з гравітаційною взаємодією ви ознайомитесь у ході вивчення § 20.

Рис. 15.6. Однакові за масою візки через дію пружин набудуть однакових за значенням швидкостей

Рис. 15.7. Різні за масою візки через дію пружин набудуть різних за значенням швидкостей

Якщо візки набудуть однакових швидкостей і, відповідно, проїдуть до зупинки однакову відстань, то вони є однаковими за масою (рис. 15.6, б).

Якщо один із візків, наприклад візок 2, набуде меншої швидкості і, відповідно, проїде меншу відстань, то він має більшу масу (рис. 15.7). При цьому в скільки разів швидкість руху візка 2 буде меншою від швидкості руху візка 1, у стільки ж разів маса візка 2 більша за масу візка 1:

де m1 і m2 — маси візків; v1 і v2 — швидкості руху, яких набули візки внаслідок взаємодії.

Одержана рівність дозволяє визначити відношення мас тіл, які взаємодіють, за виміряними швидкостями рухів, яких набувають тіла внаслідок цієї взаємодії. Якщо ж при цьому маса одного з тіл (наприклад, m1) відома, то можна визначити масу другого тіла (m2):

На перший погляд, спосіб вимірювання мас, який ґрунтується на інертності тіл, не є зручним, але він єдиний, якщо тіла неможливо зважити (наприклад, елементарні частинки або космічні тіла)*.

* У більшості таких випадків у формулу підставляють не набуті тілами швидкості руху, а зміну швидкості руху кожного тіла внаслідок взаємодії.

Підбиваємо підсумки

Інертність тіла — це властивість тіла, яка полягає в тому, що для зміни швидкості руху тіла внаслідок взаємодії потрібен час.

Маса тіла (m) — це фізична величина, яка є мірою інертної та гравітаційної властивостей тіла. Одиниця маси в CI — кілограм (1 кг).

Масу тіла можна визначити зважуванням (цей спосіб ґрунтується на тому, що маса є мірою гравітаційної властивості тіла), а також порівнявши, як змінилися швидкості руху тіл унаслідок взаємодії (цей спосіб заснований на тому, що маса є мірою інертності тіла).

Контрольні запитання

1. Наведіть приклади, які свідчать про те, що для зміни швидкості руху тіла потрібен час. 2. Дайте означення інертності. 3. Які властивості тіла характеризуються його масою? 4. Назвіть одиницю маси в CI. 5. Опишіть тіло, яке є міжнародним еталоном кілограма. 6. Назвіть способи вимірювання маси тіла. На якій властивості тіла ґрунтується кожен з них?

Вправа № 15

1. Щоб об’їхати перешкоду, водій автобуса повернув праворуч. У який бік відхиляться пасажири автобуса?

2. Маса склянки із соком становить 340 г 270 мг. Визначте масу налитого в склянку соку, якщо відомо, що маса порожньої склянки дорівнює 150 г 530 мг.

3. Із човна масою 180 кг, який перебував у спокої, зіскочив хлопчик. Швидкість руху хлопчика становила 4 м/с. Визначте масу хлопчика, якщо човен набув швидкості 1 м/с.

4. Приблизно половина дорожньо-транспортних пригод відбувається з вини пішоходів. Які міркування ви навели б своїм товаришам, щоб переконати їх завжди дотримуватися правил дорожнього руху?

5. На лівій шальці зрівноважених терезів лежить тіло, масу якого необхідно виміряти, а на правій — такі важки: два по 20 г, по одному важку 5 і 100 г і по одному важку 10, 20 і 200 мг. Визначте масу тіла та подайте її в грамах.

6. Згадайте про чищення ковдр двома способами: вибиванням пилу та витрушуванням різкими змахами. На якій властивості тіл базуються ці два способи? Чим вони різняться з точки зору фізики?

7. Світ тварин є надзвичайно різноманітним. Виберіть для всіх учнів класу кілька груп тварин (наприклад, птахи, риби, комахи, ссавці тощо) і, скориставшись додатковими джерелами інформації, підготуйте повідомлення про «рекордсменів» за масою серед вибраних груп.

8. Подайте в кілограмах такі маси тіл: а) 5,3 т; б) 0,25 т; в) 4700 г; г) 150 г.

9. Подайте в грамах такі маси тіл: а) 5 кг 230 г; б) 270 г 840 мг; в) 56 г 91 мг.

Експериментальне завдання

«Терези власноруч». Зробіть терези, використавши учнівську лінійку, два пластикові стаканчики, нитки (див. рисунок). За важки візьміть різні монети (їхні маси подано в таблиці). За допомогою виготовлених вами терезів визначте масу кількох невеликих тіл.

Номінал монети

10 к.

25 к.

50 к.

1 грн (сталь)

2 грн

Маса монети, г

1,7

2,9

4,2

3,3

4,0

ГДЗ до підручника можна знайти тут.