Примеры инерции
Вернемся к нашему самому первому примеру в данном уроке. Теперь мы можем его объяснить. Когда автобус резко тормозит, пассажиры по инерции начинают отклоняться. Тело продолжает двигаться, несмотря на то, что сам автобус уже сбросил скорость. И наоборот, когда автобус резко трогается с места, люди отклоняются, так как их тела сопротивляются изменению скорости.
Разогнавшись на самокате, мы продолжаем двигаться, не прилагая больше никаких усилий (рисунок 8). В этот момент мы двигаемся по инерции. Самокат сохранял бы свою скорость, если бы на его колеса не действовала сила трения.
Рисунок 8. Катание на самокате как пример инерции
Танкер, например, начинает торможение за несколько километров до порта назначения, когда даже не видно берега, так как у него огромная масса и инертность (рисунок 9). Отключив двигатели, он будет продолжать двигаться ещё очень долго.
Рисунок 9. Инертность танкера
В регби и других контактных видах спорта, где часто происходят столкновения, инертность играет ключевую роль. Чем инертнее спортсмен, тем тяжелее его остановить.
§ 35. Давление. Единицы давления.
Вопросы на стр.118
- 1. Приведите примеры, иллюстрирующие, что результат действия силы зависит от площади опоры, на которую действует эта сила. 2. Что называют давлением? 3. Почему при уколе острая иголка легче проникает, например, в кожу, чем тупая? 4. Опишите опыт, показанный на рисунке 94. Какой вывод можно сделать из этого опыта? 5. Какие единицы давления вы знаете?
- Решая задачу на определение давления, Иван воспользовался тем, что давление прямо пропорционально силе давления, а Лена при решении другой задачи — тем, что давление обратно пропорционально площади поверхности, на которую действует сила. Предложите условия задач, которые могли решать ребята.
УПРАЖНЕНИЕ 20
- Выразите в паскалях давление: 12 гПа; 0,3 Н/см2; 0,05 кПа; 6 Н/см2. Выразите в гектопаскалях и килопаскалях давление: 25 000 Па; 700 Па.
- Какое давление оказывает трактор на землю, если его вес 30 000 Н, а площадь опирающихся на землю гусениц 1,6 м2? Во сколько раз оно отличается от давления, производимого станком (см. пример)?
- Какое давление на дно кастрюли площадью 1000 см2 оказывают 3 кг воды?
- Мальчик массой 55 кг стоит на коньках. Ширина лезвия коньков равна 5 мм, а длина той части лезвия, которая опирается на лёд, составляет 17 см. Вычислите давление, производимое коньками на лёд. Сравните полученный результат с давлением, которое производит мальчик, стоящий без коньков, если площадь подошв его ботинок равна 300 см2.
- Зачем для переезда по болотистым местам делают настил из хвороста, брёвен и досок?
- Используя знания о давлении, обоснуйте способ спасения человека, провалившегося под лёд (рис. 97). Почему не следует приближаться к краю полыньи?
ЗАДАНИЕ 25
- В стеклянную ёмкость насыпьте песок. Пластиковую бутылку с длинным горлышком наполните водой, закройте крышкой и поставьте на песок. Затем бутылку переверните вверх дном и поставьте на песок горлышком. Сфотографируйте результаты опыта, сравните глубину погружения бутылки в песок. Что показывает этот опыт? Как следует изменить условия, чтобы показать, что результат действия силы зависит от её значения?
- Зная свою массу, подсчитайте, какое давление вы оказываете на пол, стоя на двух ногах; стоя на одной ноге.Указание. Чтобы определить площадь своей ноги, поставьте ногу на лист бумаги в клетку и обведите контур той части подошвы, на которую опирается нога (рис. 98). Посчитайте число целых клеток внутри контура. Прибавьте к нему половину от числа неполных клеток, по которым прошла линия контура. Полученное число умножьте на площадь одной клетки (0,25 см2), и вы узнаете площадь своей ноги.
- Определите давление, которое оказывает ваш учебник, лежащий на столе.
- Рассчитайте, во сколько раз давление стола, за которым вы делаете уроки, уменьшится, если его перевернуть и поставить крышкой на пол.
Сохранение скорости движения
Какой опыт показывает, как изменяется скорость тела при возникновении препятствия?Рассмотрим такой опыт, проиллюстрированный на рисунке 6.
Рисунок 6. Движение тела в разных условиях
В нашем распоряжении небольшая горка, которую продолжает прямая поверхность, песок и тележка. Насыпаем песок недалеко от горки (рисунок 6, а). Запустим тележку. Скатившись с горки и уткнувшись в песок, тележка быстро остановится.
Теперь попробуем выровнять песок и снова запустить тележку. На этот раз тележка пройдет большее расстояние, прежде чем остановиться (рисунок 6, б).
Полностью убрав песок с поверхности, повторим опыт (рисунок 6, в). Теперь тележка пройдет еще большее расстояние. Ее скорость будет уменьшаться, но гораздо медленнее – теперь препятствует ее движению только сила трения о поверхность. Также мы можем заметить, как от неравномерного движения (резкая остановка, движение по песку) движение тележки становится ближе к равномерному.
Итак, чем меньше действие другого тела на тележку, тем дольше сохраняется скорость ее движения и тем ближе оно к равномерному.
Упражнения
Упражнение №1
Встряхните медицинский термометр. Почему показание столбика ртути начинает падать?
Когда мы встряхиваем термометр, то и он, и ртуть внутри него, движется вместе в нашей рукой. Когда наша рука останавливается, останавливается и градусник, потому что мы плотно его держим. А вот ртуть внутри термометра продолжает свое движение по инерции — столбик падает.
Упражнение №2
Почему при езде на автомобиле необходимо пристегивать ремни безопасности?
При езде на автомобиле человек движется вместе с ним. Если автомобиль вдруг резко затормозит (например, при аварии), человек внутри автомобиля продолжит двигаться по инерции и может вылететь из машины или сильно удариться. Ремень безопасности же удерживает людей в сиденьях, не позволяя получить травмы.
Задание
На плотную салфетку положите две монетки, а на них перевернутый стакан. Третью монетку, меньшего размера и толщины, положите между ними (рисунок 10). Достаньте маленькую монетку, не прикасаясь к стакану и монетам и не используя других предметов.
Рисунок 11. Задание с монетками и стаканом
Инерция
А как тогда движется тело, если на него не действуют другие тела? Галилео Галилей (рисунок 7), благодаря своим опытам, установил, что в таком случае тело будет находиться или в покое, или двигаться равномерно и прямолинейно относительно Земли.
Рисунок 7. Галилео Галилей (1564-1642) – итальянский физик, астроном и математик, основатель экспериментальной физики
Здесь и появляется понятие инерции.
Термин произошел от лат. inertis – бездеятельный. Так называли людей, которые ничего не хотели менять, и заставить их что-то сделать было очень трудно. Похожая ситуация в физике: если тело обладает большой инертностью, то изменить его скорость очень тяжело.
Изменение скорости движения
Наблюдения и опыты показывают, что скорость тела не может изменяться сама по себе. Рассмотрим несколько простых примеров.
Изменение скорости в начале движения
В детстве вы наверняка играли с машинками, и имеете представление о том, что нужно сделать, чтобы машинка приобрела скорость. На нее требуется воздействовать с некоторой силой (рисунок 1). Если машинку не трогать, то она так и останется стоять на том же месте.
Рисунок 1. Изменение скорости игрушечной машинки при воздействии на нее
Футбольный мяч лежит на поле. Ударом мы приводим его в движение (рисунок 2). Сам мяч не начнет двигаться, пока не него не подействует какое-нибудь другое тело.
Рисунок 2. Изменение скорости мяча после воздействия на него
То есть и игрушечная машинка, и футбольный мяч не меняют свою скорость и не начинают движение, пока на них не подействуют другие тела.
Изменение скорости в конце движения
Хорошо, если никак не воздействовать на тело, то оно и начнет движение. А если тело уже находится в движении, и его скорость начинает изменяться или вообще становится равной нулю? Это тоже не происходит без причины.
Как может остановиться игрушечная машинка? Например, она остановится, если столкнется с другой игрушкой (рисунок 3).
Рисунок 3. Прекращение движения вследствие соударения с другой игрушкой
После того, как мы пнули мяч, он будет катиться по земле. Из-за этого на него будет действовать сила трения о землю. В итоге, он остановится (рисунок 4).
Рисунок 4. Остановка мяча вследствие трения о землю
Значит, тела уменьшают свою скорость и останавливаются под действием других тел, а не сами по себе.
Изменение направления движения
Помимо численного значения, скорость имеет и направление. Направление также может изменяться во время движения:
- во время игры в футбол, мяч меняет свое направление после того, как игроки ударяет его ногами (рисунок 5);
- игрушечная машинка поедет в другую сторону, если ребенок толкнет ее.
Рисунок 5. Изменение направления движения мяча во время игры
Заметим, что направление движения меняется даже у молекулы газа после удара о стенку о стенку сосуда или столкновения с другой молекулой.
Так мы можем сказать, что изменение направления скорости происходит под действием другого тела.
§ 37. Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля.
Вопросы на стр.124
1. Опишите процесс передачи давления жидкостями и газами. 2. Сформулируйте закон Паскаля. Почему он справедлив только для жидкостей и газов? 3. Опишите опыт, на котором можно показать особенность передачи давления жидкостями и газами. 4. Какое физическое явление используют при изготовлении бутылок из расплавленного стекла (см. рис. 31)?
УПРАЖНЕНИЕ 21
- На твёрдое тело, песок и воду подействовали с одинаковой силой (рис. 105). Объясните, в чём разница при передаче давления этими телами.
- Сравните давление газа в двух сосудах (рис. 106). В каком сосуде давление меньше, если массы и температуры газов одинаковы? Ответ обоснуйте.
- Почему взрыв снаряда под водой губителен для живущих в воде организмов?
- * Выполняется ли закон Паскаля на орбитальной космической станции?
ЗАДАНИЕ 27
Выдуйте несколько мыльных пузырей
Обратите внимание на их форму при выдувании и после отрыва. Объясните наблюдаемое явление.
Изготовьте прибор для демонстрации закона Паскаля.Указание
Можно использовать пластиковую бутылку с пробкой.
Проделайте опыт, показанный на рисунке 107. Зарисуйте или сфотографируйте результаты опыта при различном сжатии шарика, дайте им объяснение.