Фізика. Повторне видання. 7 клас. Засєкіна
Розділ 1. Механічний рух
ТИ ДІЗНАЄШСЯ
- Як описувати механічний рух тіла.
- Які вимірювання та обчислення потрібно здійснювати, щоб визначати положення і швидкість руху тіла.
- Які є види руху.
- У чому особливість руху по колу.
- Чи можна прямолінійний рух перетворити на рух по колу.
ТИ НАВЧИШСЯ
- Розрізняти види руху.
- Обчислювати й порівнювати величини, якими характеризують рух тіл.
- Будувати й аналізувати графіки прямолінійного руху.
ТИ ЗРОЗУМІЄШ
- Чому рух і спокій — відносні поняття.
- Коли достатньо знати про рух лише однієї точки тіла, щоб уявити, як рухалося тіло.
§ 3. Дізнаємося про механічний рух
• Як описати механічний рух тіла?
ДОСЛІДЖУЙ
1. Розглянь малюнок 3.1 й уяви собі, що ці тіла (організми, середовища, сигнали, молекули) рухаються. Поясни, чим, на твою думку, зображення руху на малюнку 3.1 відрізняються від зображень на малюнку 3.2.
Мал. 3.1
Мал. 3.2
2. Обери по одній світлині з малюнків 3.2 (с. 27) і 3.3. Чи можеш із впевненістю сказати, у якому напрямку рухаються тіла, яким буде їхнє положення через певний проміжок часу? Що на малюнку 3.3 стало тобі в пригоді для виконання завдання?
Мал. 3.3
3. Об’єднайтеся в групи по троє. Нехай один виконує певні рухи, інший описує їх так, щоб третій, котрий не бачить рухів, відтворив їх за описом.
ДІЗНАВАЙСЯ
Дізнаємося про механічний рух. Поняття рух (movement) означає певну зміну (change). У сучасній науці досліджують різні форми руху. Ось основні з них.
Починаємо досліджувати механічний рух тіл.
Ще в давні часи люди намагалися змінити рухи тіл за допомогою певних механізмів (mechanism) — гвинта, важеля, колеса. Саме механічній рух був доступним для дослідження. Так виникла наука механіка, що вивчає механічний рух і взаємодію між тілами.
У цій темі ти переважно розглядатимеш рух тіл, які мають визначені розміри. Механічний рух суцільних середовищ (води, повітря) ти вивчатимеш згодом. Спочатку треба навчитися досліджувати прості форми механічного руху, якісно й кількісно описувати рух тіл, застосовуючи прийняті у фізиці поняття й величини.
Учимось описувати механічний рух. Розпочнемо з якісного опису механічного руху тіл.
Механічний рух — зміна із часом положення тіла (або частин тіла) в просторі відносно інших тіл.
Чи так важливо зазначати «відносно інших тіл»? І так зрозуміло: якщо тіло змінює своє положення, то воно рухається, якщо не змінює — перебуває у спокої.
Спробуй самостійно відповісти на своє запитання. Поклади на долоню іграшковий автомобіль. А тепер рухай рукою. Рухається автомобіль? Відносно руки — ні, а відносно підлоги?
Відносність (relativity) — одна з найважливіших ознак механічного руху. Тому для розв’язання будь-якої задачі про рух треба передусім вибрати тіло відліку, відносно якого досліджуватиметься рух тіла.
Відносність руху
Розглянь малюнок 3.4 (с. 30). Обери довільне тіло відліку, наприклад автомобіль (6). Укажи, які з об’єктів (1-8) рухаються, а які перебувають у спокої відносно нього. Тепер обери за тіло відліку дерево (5).
Який з об’єктів (1-8) змінив свій стан? До речі, як ти вважаєш, до чого хоче привернути увагу персонаж (4)? Можливо, до дотримання правил дорожнього руху? Укажи, чи дотримано їх.
Мал. 3.4
Тіло відліку — довільно обране тіло, відносно якого розглядають положення рухомого тіла. Утім, для опису механічного руху тіла недостатньо лише обрати тіло відліку. Ще потрібно знати напрямок руху тіла, його початкове й кінцеве положення в обрані моменти часу. Тому щоб описувати зміну положення тіла в просторі, потрібна система координат і прилад для вимірювання часу (наприклад, годинник). Як правило, початок координат суміщають із тілом відліку. У цьому разі зміна положення рухомого тіла відносно тіла відліку визначатиметься зміною його координат у часі.
Сукупність тіла відліку, пов’язаної з ним системи координат і прилад для відліку часу утворюють систему відліку (frame of reference).
Розглянь малюнок 3.4. Опиши рух ластівки відносно системи відліку ху та х1у1.
Якщо фіксувати безперервно положення рухомого тіла в просторі точками, то отримаємо лінію, яку називають траєкторією руху.
Траєкторія (trajectory) — неперервна уявна лінія, яку описує тіло під час свого руху в обраній системі відліку.
А чому наголошується «в обраній системі відліку»? Невже в одного й того самого рухомого тіла може бути різна траєкторія?
Спробуй самостійно відповісти на своє запитання, виконавши дослід, зображений на малюнку 3.5.
Мал. 3.5
Візьми сірникову коробку, фломастер та смужку паперу. Проріж у коробці щілину, щоб вільно проходив стержень фломастера. Просунь смужку паперу під щілину. Рухай фломастером уздовж щілини вгору-вниз й одночасно протягуй паперову смужку. Розглянь отриману траєкторію руху фломастера.
Траєкторія руху тіла інколи може бути заздалегідь відомою. Наприклад, траєкторія руху потяга визначена залізничною колією, траєкторія руху плота — руслом річки. Траєкторія руху може бути видимою (сліди на снігу, туманний слід від літака, лінія, проведена олівцем) і невидимою (політ птаха). За формою траєкторії розрізняють два види руху: прямолінійний і криволінійний. Наведи приклади прямолінійних і криволінійних рухів (скористайся малюнком 3.3 на с. 28).
Моделюємо механічний рух. Механічні рухи тіл можуть бути різноманітними та складними. Проте в деяких випадках нам достатньо дослідити рух тіла за положенням лише однієї його точки, коли розміри та форма тіла несуттєві й ними можна знехтувати порівняно з відстанню, яку тіло долає. У цих випадках тіло приймають за точку, у фізиці кажуть — за матеріальну точку.
Матеріальна точка (material point) — тіло, розмірами й формою якого в певній задачі можна знехтувати.
Слід зазначити, що одне й те саме тіло не завжди можна вважати матеріальною точкою. Наприклад, велосипедиста, який рухається дорогою й долає відстань 1 км, можна вважати матеріальною точкою (мал. 3.6, а), але не можна, коли потрібно визначити, на який кут він нахиляється під час повороту (мал. 3.6, б).
Мал. 3.6
Уважати чи ні тіло матеріальною точкою залежить не від розмірів тіла, а від поставленого завдання. За малюнком 3.2 (с. 27) укажи тіла, які можна вважати матеріальною точкою.
Матеріальна точка є фізичною моделлю тіла з певними розмірами. Згодом ти дізнаєшся і про інші фізичні моделі.
Тепер я можу описати рух, наприклад, свого телефона. Він може рухатися так, що всі його точки описуватимуть однакові траєкторії, а також може обертатися й коливатися (мал. 3.7).
Мал. 3.7
Так, це три основні прості види руху: поступальний, обертальний і коливальний.
ДУМАЙ
1. Чому рух тіла називають механічним?
2. Чому механічний рух відносний?
3. Опиши рухи, які спостерігає хлопчик і які спостерігає дівчинка (мал. 3.8).
Мал. 3.8
4. Порівняй поняття тіло відліку й система відліку. Чим вони відрізняються? Що в них спільного?
5. Які бувають механічні рухи за формою траєкторії?
6. Чому кажуть, що Сонце сходить і заходить? Що в цьому разі є тілом відліку?
7. Уяви, що ти перебуваєш у вагоні купе потяга, що прямує з Києва до Львова. Опиши характер свого руху відносно столика, залізничної колії, Південного залізничного вокзалу міста Києва, Сонця.
8. Два автомобілі рухаються в одному напрямку так, що деякий час відстань між ними не змінюється. Укажи, відносно яких тіл протягом цього інтервалу часу кожний автомобіль перебуває у спокої і відносно яких автомобілі рухаються.
9. Коли тіло вважають матеріальною точкою? Наведи приклади. Уважно розглянь малюнок 3.9, а-г. У яких випадках спортсменів можна вважати матеріальною точкою?
10. Дізнайся більше про українських чемпіонів у різних видах спорту. Розпочни дослідження про зв’язок фізики і спорту.
Мал. 3.9
ДІЙ
1. Уяви, що твій стіл — система координат, початок якої — один із кутів стола, осі — прилеглі до кута краї стола. Накресли цю систему координат у масштабі в зошиті. Розташуй на столі пенал, ручку або інший предмет. Укажи його початкові координати. Пересувай предмет прямолінійно в певну точку стола. Запиши нові координати предмета. Рухай предмет у початкове положення криволінійною траєкторією.
2. Уяви, що гелікоптер піднімається вертикально вгору (мал. 3.10, а). Зобрази траєкторію руху точок 1 і 2, розташованих на лопатях гвинта гелікоптера: а) відносно пілота; б) відносно Землі. До речі, чи відомо тобі, що винахідником гелікоптерів є наш співвітчизник Ігор Сікорський? Дізнайся про нього більше.
Мал. 3.10
3. Візьми скляну трубку (пробірку). Заповни її підфарбованою водою майже до країв. Закрий корком. Переконайся, що у воді є бульбашка повітря (мал. 3.10, б). Вислови припущення, за яких умов бульбашка буде нерухомою відносно одного з кінців трубки. Перевір свою гіпотезу на досліді.
4. Візьми лінійку, олівець та аркуш паперу. Поклади лінійку на аркуш паперу. Зафіксуй положення олівця біля однієї з відміток лінійки (наприклад, на позначці 16 см) (мал. 3.10, в). Що потрібно зробити, щоб олівець був нерухомим і водночас залишав слід на аркуші паперу?
