Фізика. Повторне видання. 7 клас. Бар’яхтар
Розділ 3. Взаємодія тіл. Сили в природі
Тема «Явище інерції. Інертність і маса тіла. Густина речовини»
- Ви знаєте, що для того, щоб куля почала рух, її потрібно штовхнути, а дізнаєтеся, за яких умов вона рухатиметься з незмінною швидкістю
- Ви знаєте, що не можна перебігати дорогу перед автівкою, що рухається, а дізнаєтеся, через яку властивість тіла ця дія є вкрай небезпечною
- Ви знаєте, що масу тіла вимірюють вагами, а дізнаєтеся, як виміряти масу тіл, які взагалі неможливо покласти на ваги
§ 15. Явище інерції
Автомобіль мчить дорогою, у небі літає птах, куля для боулінгу котиться по доріжці. Завдяки чому триває кожен із цих рухів? Чи існує якась причина їх виникнення? Чи потрібне взагалі щось, щоб підтримувати рух? Спробуємо відповісти на ці запитання.
1. Чи завжди дія є взаємодією?
У повсякденному житті ми постійно маємо справу з різними видами дії одних тіл на інші. Щоб відчинити двері, ми діємо на них рукою; завдяки дії ноги м’яч летить у ворота; сідаючи на стілець, ми діємо на нього.
Водночас, відчиняючи двері, ми відчуваємо їхню дію на руку; дія м’яча на ногу особливо відчутна, якщо ми граємо у футбол босоніж; дія стільця не дозволяє нам упасти на підлогу. Дія завжди є взаємодією: якщо одне тіло діє на друге, то й друге тіло діє на перше (рис. 15.1).
Рис. 15.1. Приклади взаємодії тіл
Проведіть дослід. Стоячи з другом / подругою на скейтах, потягніть за мотузку, яку він / вона триматиме в руках. Хто з вас почне рухатися? Прокоментуйте результат досліду.
2. Яка різниця між рухом тіла, коли дія на нього інших тіл є скомпенсованою, та його рухом, коли ця дія не є скомпенсованою?
М’яч на підлозі (рис. 15.2) або люстра, що підвішена до стелі (рис. 15.3), перебувають у стані спокою. Однак стан спокою порушиться, якщо «усунути» підлогу або підвіс. Під дією притягання Землі тіла відразу почнуть рухатися. А перебувають вони у стані спокою тому, що дія Землі скомпенсована (зрівноважена) іншими тілами.
Рис. 15.2. М'яч перебуває в стані спокою на підлозі
Рис. 15.3. Люстра на підвісі перебуває в стані спокою
Які тіла діють на м'яч і люстру (див. рис. 15.2 і 15.3)? У якому напрямку? Що ви можете сказати про ці дії?
А як, на вашу думку, рухатиметься більярдна куля, на яку налітає інша куля, і її удар нічим не компенсується? Як буде рухатися тягарець, що висить на нитці, якщо нитку перерізати? У цих та багатьох інших випадках тіла змінюють швидкість свого руху: більярдна куля полетить убік (рис. 15.4); тягарець почне падати.
Рис. 15.4. Більярдні кулі внаслідок зіткнення змінюють швидкості свого руху як за значенням, так і за напрямком
Тож зробимо висновок: якщо дії на тіло інших тіл не скомпенсовані, то тіло змінює швидкість свого руху за значенням чи напрямком або одночасно за значенням і напрямком.
Поміркуйте, як, на вашу думку, рухатиметься біла більярдна куля, зображена на рис. 15.4.
3. За яких умов тіло рухається рівномірно прямолінійно?
На початку курсу (див. § 3) ви вже дізналися про те, що ідеї Аристотеля (рис. 15.5), які панували в світі більше 2000 років, спростував своїми дослідженнями зі скочуванням кульок похилим жолобом Ґалілео Ґалілей (рис. 15.6). Коли кулька скочується жолобом униз, вона набирає швидкість; коли закочується вгору, сповільнює свій рух. А як буде рухатися кулька горизонтальним гладеньким жолобом, коли руху нічого не заважатиме? Експерименти довели: кулька рухатиметься з незмінною швидкістю як завгодно довго. На рисунку: ν0 — початкова швидкість руху; vк — кінцева швидкість руху.
Рис. 15.5. Хибний висновок Аристотеля: щоб візок рухався з незмінною швидкістю, хтось має його штовхати
Рис. 15.6. Дослідження Ґалілея
Здійснимо уявний експеримент і ми. Уявімо хлопчика, який мчить довжелезною горизонтальною ковзанкою (рис. 15.7). Якщо його ніхто не штовхає і не тягне, то, як підказує наш досвід, урешті-решт він має зупинитися. При цьому час руху хлопчика буде залежати від зовнішніх умов. Якщо, наприклад, на льоду є намерзлий сніг, то хлопчик проїде лише 2-3 м; якщо лід гладенький, не є межею і 20 м; а якщо хлопчик стане на ковзани, він може «пролетіти» й сотню метрів.
Рис. 15.7. Чи зупиниться хлопчик, якщо ніщо не заважатиме його рухові?
Розмірковуємо далі. Уявімо, що «гальмування» немає зовсім. У цьому випадку уявний хлопчик ковзатиме з незмінною швидкістю уявною ковзанкою як завгодно довго. При цьому дія Землі та дія ковзанки, яка не дає хлопчикові «провалитися», зрівноважують (компенсують) одна одну.
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...
Експеримент, що проводиться у вигляді міркувань, називають уявним експериментом. Частина дослідження Ґалілея була саме уявним експериментом. Уявні експерименти дають змогу обґрунтовувати здогадки, що потім підтверджуються або спростовуються подальшими реальними експериментами.
Умова руху тіла з незмінною швидкістю відома в механіці як закон інерції:
Тіло рухається рівномірно прямолінійно або перебуває в стані спокою лише тоді, коли на нього не діють інші тіла або дії інших тіл скомпенсовані.
4. Який рух є рухом за інерцією?
Фізичне явище зберігання тілом стану спокою або рівномірного прямолінійного руху називають інерцією (від лат. inertia — нерухомість, бездіяльність).
Інерція — це явище зберігання швидкості руху тіла за відсутності або скомпенсованості дії на нього інших тіл.
У фізиці рух тіла за ідеальних умов (коли на тіло зовсім не діють інші тіла) називають рухом за інерцією.
У реальності неможливо створити умови, за яких дія інших тіл відсутня. Тому в повсякденні рухом за інерцією вважають випадки, коли дія на тіло інших тіл є доволі слабкою і до помітної зміни швидкості свого руху тіло проходить значний шлях (рис. 15.8).
Рис. 15.8. Ковзання шайби по льоду після удару ключкою можна вважати рухом за інерцією
А ЯК НАСПРАВДІ?
Мабуть, вам доводилося чути фрази на кшталт: «Вершник за інерцією перелетів через голову коня, що спіткнувся»; «Він так розігнався, що не зміг зупинитися й пробіг ще кілька кроків за інерцією»; «Автомобіль із вимкненим двигуном проїхав за інерцією десять метрів». А чи справді описані рухи є рухами за інерцією?
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Наведіть приклади взаємодії тіл. 2. За яких умов тіло перебуває у стані спокою? рухається рівномірно прямолінійно? 3. Як рухається тіло, якщо на нього не діють інші тіла? 4. Дайте означення інерції.
ВПРАВА № 15
1. Ви сидите на стільці. Як і стілець, ви перебуваєте у стані спокою відносно Землі. Які тіла діють на стілець? на вас? Що ви можете сказати про ці дії?
2. Повітряна бульбашка спливає в озері з незмінною швидкістю. Що діє на бульбашку? Чи будуть ці дії скомпенсованими?
3. За яких умов візок (див. рис. 15.5) рухається рівномірно прямолінійно? збільшує швидкість руху? зменшує швидкість руху?
4. Чи можна рух більярдної кульки після удару вважати рухом за інерцією? Поясніть свою думку.
5. У космічному просторі немає від чого відштовхнутись, але космічні ракети успішно там літають, змінюючи швидкість свого руху. Від чого «відштовхуються» ракети, щоб змінити швидкість свого руху?
б. Напишіть короткий твір на тему «Мій досвід, який підтверджує взаємодію тіл» (це може бути навіть вірш!). Оформте твір на окремому аркуші, додавши фото або малюнки.
7. Подайте в кілограмах і запишіть у стандартному вигляді такі маси тіл: а) 5,3 т; б) 0,25 т; в) 4700 г; г) 150 ц.
8. Наведіть приклади руху за інерцією з реального життя.
Ключові терміни
Взаємодія • Інерція • Скомпенсовані дії • Рух за інерцією • Уявний експеримент
ФІЗИКА І ТЕХНІКА В УКРАЇНІ
Микола Миколайович Боголюбов (1909-1992) — видатний фізик і математик XX ст., академік, засновник наукових шкіл з нелінійної механіки та теоретичної фізики. Μ. М. Боголюбов був засновником і директором Інституту теоретичної фізики АН України (Київ). Цей інститут зараз носить його ім'я.
У Національній академії наук України засновано премію імені Μ. М. Боголюбова.
