Фізика. Повторне видання. 7 клас. Засєкіна

Розділ 2. Взаємодія тіл. Сила

ТИ ДІЗНАЄШСЯ

  • Чому тіла рухаються. Що змушує їх зупинятися, змінювати швидкість.
  • Чи завжди два тіла, які мають однакові об’єми, мають однакову масу.
  • Чим фізичне поняття сила відрізняється від звичного слова.
  • Чи можна виявити взаємозв’язок між величиною сили і зміною розмірів тіла.
  • Як пов’язані між собою сила тяжіння, маса й вага тіла.
  • Чому виникає тертя і яким воно може бути.

ТИ НАВЧИШСЯ

  • Вимірювати масу й сили.
  • Розрізняти сили (тяжіння, пружності, тертя, ваги).
  • Визначати густину.

ТИ ЗРОЗУМІЄШ

  • Що для руху причини не потрібні. Рух відбувається сам собою. Натомість для зміни руху причини потрібні.
  • Що в кожної дії є протидія.
  • Унаслідок дії сили тіло може змінювати свою швидкість руху і/або деформуватися.

§ 8. Дізнаємося про інерцію

Чому тіла рухаються? Що змушує їх зупинятися, змінювати швидкість?

ДОСЛІДЖУЙ

1. Переконайся, що для того, щоб зображені на малюнку 8.1, а-г — тіла почали рухатися (тобто набули швидкості), на них має подіяти інше тіло.

Мал. 8.1

2. Тобі доводилося кататися на самокаті й велосипеді, спостерігати за ковзанням шайби по льоду. Тож поміркуй, яким буде твій рух певний час: прямолінійним чи криволінійним, — якщо розігнатися на самокаті чи велосипеді й не робити жодних зовнішніх зусиль — не нахилятися, не підводитися, не присідати (мал. 8.2, а, б).

Мал. 8.2

Уяви, що ключкою вдарили по шайбі, а тертя між нею й льодом чомусь зникло (мал. 8.2, в). Що відбудеться за деякий проміжок часу? Варіантів можливих відповідей кілька:

  • 1) швидкість шайби збільшуватиметься;
  • 2) швидкість шайби набуде певного значення і залишатиметься незмінною;
  • 3) спостерігатиметься зменшення швидкості шайби.

Вибери правильний варіант та обґрунтуй свою відповідь. Узагальни: як рухається тіло, якщо на нього не діють сторонні тіла?

3. Виконай дослід (мал. 8.3). Чи залежить результат досліду від швидкості дій? Вислови припущення, чому монета потрапляє у склянку.

Мал. 8.3

ДІЗНАВАЙСЯ

Чи є причини для руху тіла? Питання, що є причиною руху тіл, цікавило людей ще з давніх часів. Давньогрецький учений Арістотель переконував, що причиною руху є дія одного тіла на інше, тобто рух без сторонньої дії неможливий. Як аргумент він наводив приклад про коня і воза. Допоки кінь тягне воза, той рухається. Якщо кінь зупиниться — віз також не рухатиметься. Авторитет Арістотеля був таким значним, що його твердження ніхто не насмілився заперечувати протягом двох тисячоліть!

Лише в XVII ст. італійський учений-дослідник Ґалілео Ґалілей спробував спростувати це твердження.

Досліджуючи рух кульки похилим жолобом (мал. 8.4, с. 81), він помітив, що швидкість кульки збільшується, коли вона котиться похилим жолобом униз, а коли котиться вгору — її швидкість зменшується. Ґалілей припустив, що, коли кулька котитиметься по горизонтальній площині за повної відсутності сили тертя та будь-якого опору, її швидкість залишатиметься постійною і для підтримання руху не потрібно жодної причини! Ґалілей був першим серед учених, хто почав перевіряти свої припущення на досліді.

Мал. 8.4

Рух завжди існує сам собою. Тобто без будь-якої причини. А от щоб змінити рух тіла, наприклад його швидкість, уже потрібна якась дія.

Як рухається тіло, коли на нього не діють інші тіла? Дати відповідь на це запитання ти можеш самотужки. Уяви себе в ролі середньовічного вченого Ґ. Ґалілея і відтвори його відомий дослід. Скочуй кульку з похилого жолоба та спостерігай, як вона котитиметься поверхнями, що чинять різний опір. Якого висновку ти дійшов?

Що меншою є дія інших тіл на рухоме тіло, то довше не змінюється швидкість його руху, а його рух подібний до рівномірного.

Отримані Ґ. Ґалілеєм висновки згодом сформулював Ісаак Ньютон у вигляді закону:

Якщо на тіло не діють інші тіла (або дія тіл скомпенсована), то воно перебуває у стані спокою або прямолінійного рівномірного руху.

Щодо спокою, то цей закон підтверджується майже на кожному кроці: відносний спокій тіл можна порушити лише під впливом інших тіл. Зробити правильний висновок про те, що тіло зберігає також і стан прямолінійного рівномірного руху, людям заважало спостереження — у земних умовах механічний рух неодмінно супроводжується тертям, опором води, повітря тощо.

А чи можна якось переконатися, що тілу властиво зберігати не будь-який рух, а саме прямолінійний?

Думаю, що можна. Ось дивися: кулька, що рухається прямолінійно плоскою горизонтальною поверхнею, стикаючись із перешкодою, яка має криволінійну форму, під дією цієї перешкоди рухається по кривій (мал. 8.5). Однак, дійшовши до кінця перешкоди, кулька перестає рухатися криволінійно і знову починає рухатися по прямій.

Мал. 8.5

Що означає «рухатися за інерцією»? Ти не повіриш, але рухатися за інерцією тобі доводилося неодноразово. Від раптової зупинки транспорту ти нахилявся / нахилялася вперед. Або, розігнавшись на велосипеді (самокаті), можна деякий час насолоджуватися рухом, не крутячи педалі!

Інерція (inertia) — явище збереження тілом стану спокою або прямолінійного й рівномірного руху, коли на нього не діють інші тіла або дія тіл скомпенсована.

Рухом за інерцією (лат. inertia — «бездіяльність») називають рух тіла за відсутності дії на нього інших тіл. А саме явище збереження тілом швидкості за відсутності зовнішніх дій на нього з боку інших тіл — явищем інерції.

Випадки прояву явища інерції зображені на малюнку 8.6, а-г. Прокоментуй їх.

Мал. 8.6

Прикладом застосування на практиці прояву інерції є паски безпеки автомобіля (їх ще називають інерційними) (мал. 8.6, в, с. 83). Вони спрацьовують під час різкого гальмування і запобігають травмуванню водія і пасажирів, які продовжують рух за інерцією з незмінною швидкістю, тоді як автомобіль зупиняється. Пасок безпеки сконструйовано так, що під час плавного руху за вільний кінець він видовжується на потрібну відстань. За різкого руху під час гальмування спрацьовує спеціальний фіксатор, який не дає паску рухатися й утримує пасажира в сидінні автомобіля.

Інерція

Як пов’язані інерція, час і маса тіла? Якщо на тіло не діють інші тіла, воно зберігає свою швидкість незмінною. Відповідно, щоб тіло змінило свою швидкість, потрібний вплив іншого тіла. І прояв явища інерції в цьому випадку стає небезпечним, адже внаслідок інерції не можна миттю змінити швидкість руху тіла — для цього потрібен час.

Виконай дослід. Обв’яжи книжку ниткою, залишивши вільним кінець завдовжки 30-40 см (мал. 8.7). Натягни нитку. Першого разу плавно потягни за нитку, другого — різко. Спрогнозуй, що відбуватиметься з ниткою та книжкою. Перевір.

Мал. 8.7

Мал. 8.8

А тепер розглянь малюнок 8.8. Визнач, у якому випадку а чи б) за нитку смикали різко.

З дослідів я зрозуміла: якщо за нитку тягнути повільно, то часу досить, щоб привести в рух тіло, і нитка вже розірветься за ним. А якщо нитку різко смикнути, то порветься тільки вона.

А я цей досвід використаю, коли допомагатиму бабусі виривати моркву. Коли швидко витягуєш моркву, гичка обривається, а коли повільно, — ні.

Спостереження на практиці явища інерції дають змогу встановити ще одну закономірність: що масивніше тіло, то більше часу потрібно, щоб змінити його швидкість.

Розглянь малюнок 8.9. Вислови припущення: який із візочків (а чи б) за коротший проміжок часу змінить свою швидкість, якщо їх штовхнути з однаковою силою.

Мал. 8.9

Як видно на малюнку 8.9, візочки мають різну масу. І внаслідок поштовху порожній візочок швидше змінить свій стан руху, навантажений — повільніше. Тобто тіло з більшою масою, яке під час взаємодії повільніше змінює свою швидкість, називають більш інертним, тіло меншої маси — менш інертним, а властивість тіла зберігати свій стан руху — інертністю.

Що таке маса тіла? Розглядаючи дослід із візочками, застосували поняття маси тіла. Усупереч тому, що, на перший погляд, це поняття здається простим і зрозумілим, воно неодноразово викликало наукові суперечки протягом усього часу становлення фізичної науки. Поняття є одним із фундаментальних і первинних у матеріальному світі. Його суть ти будеш поступово з’ясовувати під час подальшого вивчення фізики.

Будь-яке тіло — людина, Земля, Сонце, крапля води, атом, молекула тощо — має масу.

Маса (mass) — фізична величина, яка кількісно характеризує інертність тіла.

Масу позначають літерою m. У СІ одиницею маси є кілограм, 1 кг.

На практиці, окрім кілограма, застосовують й інші одиниці маси — тонна (т), центнер (ц), грам (г), міліграм (мг):

1 т = 103 кг;

1 г = 10-3 кг;

1 ц = 100 кг;

1 мг = 10-6 кг.

Мал. 8.10

Спосіб вимірювання маси тіла за зміною його швидкості під час взаємодії на практиці використовують не часто. Найпоширеніший спосіб — зважування тіла на вагах (мал. 8.11). Зважити тіло означає порівняти його масу з масою еталона в 1 кг.

Мал. 8.11

ДУМАЙ

1. Яким є стан руху тіла у випадках:

  • а) відсутності дії на нього сторонніх тіл;
  • б) компенсації дії на нього сторонніх тіл?

2. З наведених явищ обери ті, що є проявом явища інерції:

  • а) м’яч падає на підлогу;
  • б) м’яч відскакує від підлоги;
  • в) м’яч випадково потрапляє в кущі і струшує з листя краплі, що залишилися після дощу.

3. Наведи приклади, які свідчать про те, що для зміни швидкості руху тіла потрібен час.

4. Чому людина, перечепившись за щось, падає в напрямку руху?

5. Поясни різницю очищення одягу від пилу за допомогою вибивання і витрушування.

6. Наведи приклади, що показують, як змінюється швидкість двох тіл різної маси внаслідок їх взаємодії.

7. Вантажний та легковий автомобілі їдуть з однаковими швидкостями й починають одночасно гальмувати перед світлофором. Зроби схематичний малюнок й укажи гальмівний шлях автомобілів.

8. Чи може маса тіла дорівнювати нулю?

9. Рухома кулька зазнає зіткнення з нерухомою кулькою, унаслідок чого перша кулька зупиняється, а друга — набирає руху зі швидкістю першої кульки. Що можна сказати про маси цих кульок?

10. Прочитай речення. Визнач, до якої галузі знань застосовано термін інертний, яким характеризують певну властивість.

Інертний — позбавлений активності й ініціативи; недіяльний.

Окрім азоту й кисню, повітря містить інертні гази, які зазвичай не вступають у хімічні реакції.

Самотність часто переживають люди з інертною нервовою системою, яким складно знайомитися з новими людьми, вони повільно звикають до них.

Інертна людина вирізняється безініціативністю на роботі, у навчанні й інших сферах життя.

Тіло з більшою масою більш інертне.

ДІЙ

РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ

1. Запиши в СІ такі значення маси тіл: 0,3 т; 200 мг; 20 г; 1 т 300 кг.

2. Визнач, у скільки разів маса другої кульки більша за масу першої кульки (мал. 8.10, с. 86), якщо перша кулька набрала швидкість 50 см/с, а друга — 10 см/с.

3. Ковзаняр стоячи на ковзанах кинув уперед гілку зі швидкістю 3 м/с і при цьому відкотився зі швидкістю 30 см/с. Яка маса гілки, якщо маса ковзаняра 60 кг?

4. З рушниці стріляють у горизонтальному напрямку. З якою швидкістю рухається після пострілу рушниця, якщо її маса становить 4 кг, маса кулі — 10 г, а швидкість руху кулі — 500 м/с?

5. З платформи, яка рухалася зі швидкістю 3 м/с, зіскочив хлопчик. Після стрибка платформа зупинилася. У який бік і з якою швидкістю відносно землі стрибнув хлопчик, якщо його маса становить 45 кг, а маса платформи — 150 кг?

6. Перебуваючи в нерухомому човні, турист у напрямку берега кинув рюкзак зі швидкістю 2 м/с. Унаслідок кидка човен набув швидкості 20 см/с. Якою є маса човна з туристом, якщо маса рюкзака — 10 кг?

ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ

1. Упорядкуй шкалу, на якій зображено приклади рекордсменів за масою в живій природі, а також рукотворних тіл. З’ясуй, які предмети у тебе вдома мають найменшу й найбільшу маси.

2. Виготов важільні терези з набором важків до них. Виконай вимірювання маси тіл за допомогою саморобних ваг.

3. Виконай досліди, зображені на малюнку 8.12. Переконайся, що є явище інерції.

Мал. 8.12

4. У магазині придбали негазовану воду, олію та згущене молоко в пластикових пляшках об’ємом 0,5 л. Опиши, як ти визначиш масу кожного продукту, якщо у тебе є: електронні ваги з верхньою межею 100 г, мірні циліндри об’ємом 50 і 100 мл та порожня пластикова пляшка об’ємом 0,5 л.

ВИКОНАЙ ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ

Виконуй досліди з дотриманням правил безпеки життєдіяльності!

Лабораторна робота № 3 «Визначення маси тіл»

Аркуш для оформлення роботи роздрукуй із цифрового додатка (Лабораторні роботи, до § 8).