Інертність. Поняття маси тіла, її зв’язок зі швидкістю

Урок 37-38

Механічна взаємодія тіл. Сила. Види сил. Вимірювання сил. Додавання сил.. Закони динаміки. Перший закон Ньютона. Інерціальні системи відліку

План

1. Механічна взаємодія тіл. Динаміка. Види взаємодії.

(Під час взаємодії змінюється швидкість тіл і відбувається їх деформація.)

2. Дослід з візком.Інерція. Безпека дорожнього руху.

3. Інертність. Поняття маси тіла, її зв’язок зі швидкістю. Методи визначення маси.Єталон маси.

4. Поняття сили. Чим характеризується сила

5. Види сил у механіці.

6. Вимірювання сил.

7. Додавання сил. Рівнодійна.

1. Інерціальна система відліку.
2. Неінерціальна система відліку.
3. Перший закон І. Ньютона.

 

Механічна взаємодія тіл. Динаміка.

Ми з досвіду знаємо, що коли яке-небудь тіло перебуває в спокої, то саме воно, без ніякої причини, не почне рухатись. Покладена на стіл книжка лежить на місці, поки хто-небудь не перекладе її на інше місце. Поїзд стоїть на місці доти, поки тепловоз його не потягне. Куля, вкладена в рушницю, не виле-тить доти, поки її не виштовхнуть порохові гази.

Щоб яке-небудь тіло набуло прискорення, необхідно, щоб на нього діяло інше тіло. Так, тіла, що падають на Землю, рухаються з прискоренням, завдяки взаємодії із Землею. Якщо до сталевої кульки, яка лежить на столі, піднести сильний магніт, то кулька почне рухатися внаслідок дії магніту.

Дію тіл або частинок (одна на одну) називають взаємодією.

Динаміка – розділ механіки, в якому вивчається рух тіла у зв’язку з їхньою взаємодією з іншими тілами. Динаміка пояснює, за яких умов тіло рухається саме так, а не інакше; коли воно рухається рівномірно і коли рівноприскорено; коли прямолінійно й коли криволінійно

.Ісааком Ньютоном у праці «Математичні начала натуральної філософії», що вийшла друком у 1687 р. Закони динаміки дозволяють зрозуміти принцип роботи машин і механізмів, які застосовуються на виробництві, у побуті.

Взаємодія тіл — одне з фундаментальних понять у фізиці. Саме взаємодії є причиною будь-яких змін, що відбуваються з тілами навколо нас. Види взаємодій

Гравітаційні взаємодії (тяжіння): притягання тіл до Землі, існування Сонячної системи, зоряних систем (галактик) зумовлені дією сил тяжіння.

Електромагнітні взаємодії: зумовлені зв’язками в атомах, молекулах і звичайних макротілах.

Сильні (ядерні) взаємодії: наявність у ядрах однаково заряджених протонів і нейтральних частинок свідчить про те, що мають існувати взаємодії, набагато інтенсивніші за електромагнітні, інакше ядро не могло б утворитися. Ці взаємодії проявляються лише в межах ядра.

Слабкі взаємодії: під впливом «внутрішніх причин» нестабільні вільні частинки за той чи інший характерний час перетворюються на інші частинки (розпадаються). Існують повільні розпади з характерним часом 10^-10-10^-6 с; вони відбуваються за рахунок так званої слабкої взаємодії.

Розглянемо приклади, які дозволяють краще зрозуміти сутність явища взаємодії:

- тенісна кулька, потрапивши в сітку, відскакує назад. При цьому кулька змінює напрям руху, а сітка здійснює коливальні рухи.

- гребець, працюючи веслами, взаємодіє з водою. У зв’язку з цим човен рухається по воді вперед, а вода відштовхується веслами назад.

- спортсмен стрибає з трампліна. Взаємодія його тіла і трампліна призводить до деформації трампліна.

Ø Запитання до класу. Який висновок можна зробити з наведених прикладів?

Ø Що є наслідком взаємодії тіл?

(Під час взаємодії змінюється швидкість тіл і відбувається їх деформація.)

Інерція

Часто доводиться спостерігати, як рухається велосипедист, не працюючи педалями. Досить довго рухається автомобіль після вимкнення двигуна. Куля, виштовхнута з рушниці пороховими газами, продовжує рух і поза рушницею, де на неї вже не діють порохові гази. Однак зрештою всі згадані тіла з часом зупиняються. Чому? Щоб відповісти на це запитання, виконаємо дослід.

Установимо похило на столі дошку. На невеликій відстані від кінця дошки насиплемо купку піску. На похилу дошку ставимо візок. Візок скочуючись, потрапляє у пісок і швидко зупиняється. Вирівнявши пісок, знову пускаємо візок по дошці з попередньої висоти. Тепер візок проходять більшу відстань по столу. Якщо ж зовсім прибрати пісок з шляху візка, то до зупинки він пройде ще більшу відстань.

Отже, чим менша дія іншого тіла на візок, тим довше зберігається його рух, тим цей рух ближчий до рівномірного. Прикладом руху тіл при наявності дуже малого опору може бути рух штучних супутників Землі. Верхні розріджені шари атмосфери чинять незначний опір їх рухові, тому супутники можуть обертатись навколо Землі тривалий час. Якби перешкод рухові зовсім не було, то будь-яке тіло, приведене в рух, продовжувало б рухатися як завгодно довго. Спостереження показують, що тіло, яке рухається прямолінійно, саме по собі не може змінити і напрям свого руху. Велосипедист, повертаючи руль, змінює напрям руху коліс велосипеда. Отже, тіло, яке перебуває в спокої, само собою без дії на нього інших тіл не може почати рухатися, а рухоме тіло само собою не може ні зупинитися, ні змінити напряму свого руху.

Властивість тіла зберігати стан спокою або прямолінійного рівномірного руху називається інерцією тіла. (Інерція — латинське слово, означає "нерухомість").

Латинське слово «inertia» перекладається на нашу мову як «бездіяльність» і навіть … «лінь»! Тіло, до якого не прикладені сили, саме по собі свою швидкість не змінює – йому ніби лінь це робити. Тому закон Галілея-Ньютона (перший закон Ньютона) і отримав назву закону інерції.

Рух по інерції враховується при забезпеченні безпеки руху. Автомобіль неможливо миттєво зупинити, повернути або зрушити з місця. Тому у світлофора є жовтий сигнал, а перед поворотами ставлять попереджувальний знак.

У багатьох видах спорту використовується рух по інерції. Політ стріли, стрибок у довжину, рух м’яча при ударі спортсмена ногою – це приклади руху по інерції.

Інертність. Поняття маси тіла, її зв’язок зі швидкістю.

Звертаю вашу увагу на терміни інерція та інертність. Дехто думає, що це одне і те ж саме. Але хоч ці два слова близькі по звучанню, вони не є синонімами, вони мають різний зміст. Що таке інертність пояснимо за допомогою демонстрації.

Демонстрація

Давайте дослідимо рух двох візків різної маси.

– Чи з однаковою швидкістю рухаються візки після взаємодії?

– Як залежить швидкість руху від маси візків?

Як бачимо з проведеного досліду, та й з нашого повсякденного досвіду, внаслідок взаємодії різні тіла зазнають певної зміни швидкості за неоднакові інтервали часу: одні за більші, інші – за менші. Рух тіла, яке повільно змінює швидкість руху, більше нагадує рух за інерцією, тому кажуть, що воно більш інертне. Часу взаємодії (який однаковий для обох тіл) йому не вистачило, щоб змінити свою швидкість на стільки, на скільки змінило друге тіло. Тобто тілу більш інертному потрібно більше часу, щоб змінити швидкість на задану величину, ніж тілу менш інертному. Таким чином:

Інертність – властивість тіла, яка полягає у тому, що для зміни його швидкості під час взаємодії з будь-якими іншими тілами потрібний певний час.

Властивість інертності мають усі тіла.Кількісною мірою інертності є маса тіла.

Маса тіла – це фізична величина, яка характеризує інертність тіла. Чим більша маса тіла, тим більш воно інертне.

Поняття маси — одне з найскладніших у фізиці. У міру вивчення цієї науки ви будете дедалі більш докладно знайомитися з цією фізичною величиною. Поки що ж ми повинні запам'ятати, що кожне фізичне тіло: Сонце, людина, краплина роси, мікрочастинка будь-якої речовини — має масу.

Існують різні методи визначення маси тіла. На практиці найзручнішим виявився метод вимірювання маси, пов'язаний з добре відомим явищем гравітаційної взаємодії всіх тіл із Землею. Ви всі добре знаєте, що всі тіла притягуються Землею. Якщо ми візьмемо в одну руку сірникову коробку, а в другу – дерев’яний брусок, то більше навантаження відчуємо у руці, яка тримає брусок, тобто він має більшу масу, оскільки сильніше притягується Землею.

Але якщо маси тіл близькі за значенням, то порівняти їх масу на руках неможливо. Тому для визначення маси тіла користуються спеціальними приладами, які називаються терезами. Серед них найпоширеніші і найпростіші — важільні.

Визначення маси тіла за допомогою терезів називають зважуванням.

Маса тіла позначається латинською літерою m. За одиницю маси в СІ прийнято один кілограм. m = 1 кг

Міжнародний зразок (еталон) кілограма зберігається в Міжнародному бюро мір і ваги у Франції, в м. Севрі, що поблизу Парижа. Він виготовлений з платиново-іридієвого сплаву і має форму циліндра діаметром і висотою 39 мм. За цим зразком з великою точність виготовлено копії для всіх країн світу.

Як і для інших одиниць вимірювання, для кілограма застосовують похідні одиниці:

1 г = 0,001 кг = 10 ³ кг; 1 мг = 0,000001 кг = 10 ⁶ кг; 1 т = 1000 кг = 10³ кг; 1 ц = 100 кг = 10² кг.

Поняття сили.

Для характеристики взаємодії тіл введено силу.

Сила – це векторна фізична величина, яка характеризує механічну дію даного тіла на інше і є мірою цієї взаємодії.

Сила позначається символом F. Одиниця сили в СІ – Ньютон (Н).

Сила характеризується:

1) точкою прикладання;

2) числовим значенням (модулем);

3) напрямом.

Оскільки протягом взаємодії тіл може бути змінена швидкість руху, то силі приписують напрям, який збігається з напрямом прискорення, якого набуває тіло внаслідок взаємодії.

Кожну взаємодію двох тіл описують за допомогою двох сил. Вважають, що до кожного з двох тіл, які взаємодіють, прикладена сила з боку другого тіла. Оскільки обидві сили описують одну взаємодію, то природа цих сил та сама.

Види сил у механіці.

Механічні явища надзвичайно різноманітні, тому на перший погляд для їх опису необхідно дуже багато сил.

Але насправді усі механічні явища можна описати й пояснити за допомогою сил трьох видів:

1) сили всесвітнього тяжіння;

2) сили пружності;

3) сили тертя.

З усіма названими силами ми знайомилися у 8 – му класі, то давайте розберемо приклади дії сил і їх види:

- яблуко відірвавшись від гілки падає на землю.

(сила взаємодії яблука із землею – сила всесвітнього тяжіння)

- стріла вилітає з лука.

(сила взаємодії стріли і тятиви лука – сила пружності)

- людина робить крок по землі.

(сила взаємодії підошви взуття людини і землі – сила тертя)

Вимірювання сил

За допомогою якого приладу можна виміряти силу? Які динамометри ви знаєте?

Демонстрація

1) Вимірювання сили за допомогою різних видів динамометрів.

2) Вимірювання сили за допомогою пружинного динамометра, до якого підвішуються тіла різної маси.

Ø Запитання до класу

1. Що відбувається з пружиною, коли ми підвішуємо тіло?

2. Які тіла взаємодіють у цьому випадку?

3. Як залежить розтягання пружини від маси тіла, що підвішують?

Явище пружної деформації покладено в основу приладів для вимірювання сили – динамометрів. (dіnа - сила; mеtrо -міряю).