Природничі науки. 8 клас. Інтегрований курс. Мандренко

Розділ 7. Вимірювання руху

Уміння точно вимірювати відстань і час є важливим у сучасному світі. У спорті час в 1/100 секунди може визначити перемогу чи поразку в перегонах. У космічній науці відхилення космічного апарату на кілька сантиметрів може означати, що він не досягне своєї мети, і його місія буде невиконана.

У цьому розділі ви дізнаєтеся:

як вимірювати відстань та час;
як розраховувати швидкість об'єкта, що рухається;
як описувати зміни в русі об'єкта;
як використовувати графіки, щоб показати, як рухається об'єкт.

У цьому розділі ви навчитеся:

використовувати символи та формули для представлення наукових ідей;
виконувати достатню кількість вимірювань з використанням відповідних приладів;
належно представляти спостереження та вимірювання.

rnk.com.ua/108794

Тема 1. Вимірювання відстані та часу

rnk.com.ua/108795

Будете навчатися:

розрізняти види рухів;
обирати експериментальне обладнання та правильно його використовувати;
проводити точні вимірювання та враховувати похибки.

Рух тіла

Усе в світі перебуває в русі: мільярди років, що існує Всесвіт, одна від одної розлітаються галактики; Земля обертається навколо Сонця, у краплині води безліч мікробів щосекунди перестрибують з місця на місце; повсякчас рухаються молекули речовин. Рухаються потяги, кораблі, авто, трамваї, рухаються люди, тварини, комахи.

Незважаючи на розмаїття прикладів руху, для них можна визначити спільні риси:

всі тіла, що рухаються, змінюють своє положення в просторі відносно інших тіл;
зміна положення тіл відбувається з плином часу.

Механічним рухом називають зміну положення тіла або його частин у просторі з часом відносно інших тіл. Переміщуючись з однієї точки в іншу, тіло рухається по деякій лінії. Цю лінію називають траєкторією руху (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Траєкторія руху бджоли

За формою траєкторії рух тіл поділяють на прямолінійний та криволінійний. Коли тіло рухається по своїй траєкторії, довжина пройденої тілом ділянки з часом збільшується. Довжину траєкторії, яку описує тіло під час руху протягом певного інтервалу часу, називають шляхом. Шлях позначають латинською літерою І (ель). Вимірюють у СІ в м (метрах), похідні одиниці вимірювання: 1 км = 1000 м; 1 см = 0,01 м; 1 мм = 0,001 м; 1 дм = 0,1 м.

Якщо траєкторія руху невідома і несуттєво, якою саме траєкторією рухається тіло, а важливо вміти визначити зміну положення тіла у просторі з плином часу, тоді користуються поняттям переміщення (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Переміщення бджоли

Попрактикуйтеся

1. Під час якого руху шлях і модуль переміщення рівні? Чи може переміщення дорівнювати нулю? Коли шлях більший за модуль переміщення?

Коли ви досліджуєте рух об'єкта, необхідно виміряти його переміщення та час, витрачений на цей рух. Потрібно подумати, наскільки точними мають бути ваші вимірювання, і знати, яке обладнання найкраще використовувати для отримання точних результатів.

Вимірювання довжини

Вимірювати означає порівнювати вимірювану величину з уже відомою одиницею виміру. На рис. 7.3 зображені вимірювальні прилади, які використовуються для вимірювання довжини.

Рис. 7.3. Прилади для вимірювання довжини: а) лінійка; б) вимірювальна стрічка; в) вимірювальна рулетка; г) лазерний далекомір; ґ) штангенциркуль; д) мікрометр

Попрактикуйтеся

2. Об'єднайтеся в пари та виконайте такі вимірювання:

а) виміряйте відстань від дверей до вікна у класній кімнаті, використовуючи рулетку та лінійку;
б) визначте відстань між двома кабінетами, використовуючи метр та рулетку;
в) виміряйте відстань від входу до кінця коридору, використовуючи мірну стрічку та лінійку.

3. Який прилад виявився найточнішим для кожного вимірювання?

Шкала вимірювального приладу

Більшість вимірювальних приладів довжини (рис. 7.3) мають шкалу, на яку нанесено поділки, причому біля деяких поділок написано значення фізичної величини. Так, значення довжини в сантиметрах нанесено на лінійці біля кожної десятої поділки.

Значення ж, що відповідають «проміжним» поділкам шкали, називають ціною поділки, яку можна знайти за допомогою простого підрахунку.

Як знаходити ціну поділки

Ціна поділки шкали — найменше значення поділки шкали вимірювального приладу. Щоб визначити ціну поділки шкали, необхідно різницю двох найближчих значень величин, зазначених на шкалі, поділити на число поділок між ними.

Похибки й оцінювання точності вимірювань

Результати виконаних нами вимірювань не можуть бути абсолютно точними, вони завжди наближені, тому що чутливість не тільки наших органів почуттів, але й вимірювальних приладів має певні межі.

Знімаючи показання із приладів, необхідно зазначити не тільки наближене значення вимірюваної величини, але й ті найбільші похибки, які можуть виникнути під час вимірювань. Похибка вимірювань дорівнює половині ціни поділки шкали вимірювального приладу. Під час запису величин, з урахуванням похибки, необхідно користуватися формулою: А = а ± Δа, де А — величина, що вимірюється, а — результат вимірювань, Δа — похибка вимірювань (Δ — грецька буква «дельта»).

Попрактикуйтеся

4. Підготуйте лінійку, метр, рулетку та штангенциркуль і визначте ціну поділки кожного приладу.

5. Виміряйте довжину та товщину:

а) олівця, використовуючи лінійку і штангенциркуль;
б) довжину та ширину стільниці, використовуючи метр і лінійку;
в) класної дошки, використовуючи лінійку та рулетку.

6. Запишіть отримані результати з урахуванням похибки.

Завдання 7.1. Перевіряємо гіпотезу

Існує гіпотеза, що відстань між витягнутими в сторони руками дорівнює зросту людини.

Складіть план перевірки цієї гіпотези:

а) спрогнозуйте необхідну найменшу кількість людей, необхідну для більш точного отримання результатів;
б) подумайте, яку кількість вимірювань необхідно зробити для отримання найкращого результату, та складіть таблицю для запису результатів вимірювань;
в) оберіть необхідні вимірювальні прилади;
г) знайдіть ціну поділки обраних приладів та оцініть похибку вимірювань;
ґ) проведіть вимірювання та занотуйте результати вимірювання із урахуванням похибки до таблиці.

Вимірювання часу

Час — фізична величина, яка показує тривалість події. Основною одиницею часу в СІ є секунда. Для вимірювання часу використовують періодичні процеси, як-от: рух Сонця по небосхилу, зміни видимої форми Місяця, зміна пір року, розливи річок. Саме завдяки цим періодичним процесам виникли такі одиниці часу як-от: доба, місяць, рік.

На практиці ми використовуємо не тільки основну одиницю часу (секунду), а й інші звичні одиниці, які пов'язані між собою так:

• 1 хв = 60 с;

• 1 год = 60 хв = 3600 с;

• 1 доба = 24 год = 1440 хв = 86 400 с;

• 1 рік = 365 (366) діб.

Виміряти час — це визначити, скільки одиниць часу вкладається в проміжок з моменту початку події до її завершення. Одна секунда — це проміжок часу, який становить частину середньої сонячної доби. 1 секунда = 1 доба / 86400.

Першими приладами, з допомогою яких люди почали вимірювати час, були сонячні, піскові й водяні годинники. Пізніше з'явилися механічні годинники. Досить часто нас цікавить, коли саме відбулася певна подія. На це питання дає відповідь календар.

Попрактикуйтеся

7. Заміряйте час, який вам знадобиться, щоб:

а) написати своє ім'я;
б) прочитати сторінку цієї книги;
в) полічити до 200.

Наука в дії. Метрична система

Метр є одним із найзначніших досягнень в історії людства, який вплинув на безліч сфер життя, від інженерії до міжнародної торгівлі та політичних систем. Сьогодні метрична система, розроблена у Франції, є офіційною системою вимірювання майже в усіх країнах світу, за винятком Сполучених Штатів, Ліберії та М'янми (Бірми). У 1791 році Національні Збори Франції затвердили метр як одиницю довжини.

Цей крок сприяв заснуванню одного з найдавніших інститутів світу — Міжнародного бюро мір і ваги. Початково створене для збереження міжнародних стандартів, Бюро здійснює уніфікацію одиниць вимірювання: метра, кілограма, секунди, ампера, кельвіна, моля і кандели (рис. 7.4). Головний еталон метра зберігається саме тут, а його ретельно відкалібровані копії були розіслані до різних столиць світу (рис. 7.5).

Рис. 7.4. Основні одиниці системи СІ

Рис. 7.5. Еталон метру в бюро міжнародних стандартів в Парижі

У 1901 році в Харкові відкрили першу повірочну палату в Україні, яка займалася звірянням і тавруванням торговельних мір і вагів. Цей момент став початком не лише історії інституту, а й розвитку метрології та стандартизації в країні.

До 1922 року палату трансформували в Українську Головну палату мір та ваг. У 1933 році вона стала Українським науково-дослідним інститутом метрології та стандартизації. У 2002 році інститут отримав статус Національного наукового центру за указом президента України. Нині ННЦ «Інститут метрології» виконує функції Головного центру з забезпечення єдності вимірювань в Україні.

Рис. 7.6. Національний науковий центр «Інститут метрології», м. Харків

Підсумки

• Траєкторія руху — це уявна лінія, яку описує у просторі точка, що рухається.

• Шлях — це фізична величина, яка дорівнює довжині траєкторії.

• Довжина — це відстань між двома точками лінії або між кінцями відрізка.

• Час — фізична величина, яка показує тривалість події.

• Шкала приладу являє собою сукупність штрихів, поділок і чисел.

• Ціна поділки шкали — найменше значення поділки шкали вимірювального приладу.

• Похибка вимірювань дорівнює половині ціни поділки шкали вимірювального приладу.

Ключові поняття

Механічний рух, траєкторія, шлях, переміщення, довжина, метр, час, секунда, вимірювальний прилад, шкала приладу, ціна поділки приладу, похибка вимірювань.

Оцініть свої досягнення

• Я можу розрізняти види рухів.

• Я можу вибрати відповідний прилад для вимірювання відстані та часу.

• Я можу пояснити свій вибір вимірювального приладу.

• Я можу точно виміряти і переконатися, що мої результати достовірні.