Физика в твоей жизни. Учебное пособие для факультативного курса 10 класс

Физика в твоей жизни 10 класс Пособие для учащихся профильных классов специальных (коррекционных) образовательных учреждений VIII вида Составители: В. В. Жумаев, Б. Б. Горскин    http://www.prosv.ru/ebooks/Gumaev_Fizika_9-10kl/index.html Под редакцией О.В. Омеляшко Дорогой друг!      У тебя в руках новая книга.       Полистай   ее,  посмотри  на  рисунки. Читая  эту  книгу, ты найдешь ответы на  многие вопросы. Ты узнаешь, зачем нужно смазывать детали швейной   машинки   и   велосипеда,  как   лучше  насадить   молото   к   на деревянную ручку, как легко можно вкрутить шуруп в дерево.       Практически  все,  что бы  ни  делали  люди  в  своей жизни, и  все, что происходит  в  природе, подчиняется  одним законам. Эти законы изучает наука — физика.       Знания   по   физике   в   современном   мире   необходимы   рабочему и инженеру, фермеру и домохозяйке.       Книга   «Физика в твоей жизни»   расскажет  о  том, как  эти законы используются   в   повседневной  деятельности   человека.  Многое,  что делают  люди  в  своей  жизни, можно  объяснить при помощи физических законов.   Их    знание  поможет    тебе    правильно      пользоваться  механическими   и   другими   устройствами  дома,   в   мастерских   и   на производстве.       Прочитав    эту    книгу,  тебе   легче   будет    овладеть   многими профессиями I Глава 1. ФИЗИКА — НАУКА О ЯВЛЕНИЯХ ПРИРОДЫ § 1.  ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, КОТОРЫЕ ПРОИСХОДЯТ С ФИЗИЧЕСКИМИ ТЕЛАМИ 1.  С ЧЕГО НАЧИНАЕТСЯ ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЙ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ПРИРОДЕ?       Человек живет в мире природы. Ты сам и все, что тебя окружает, — воздух, деревья, река, солнце — это различные объекты природы. С объектами природы постоянно происходят изменения, которые называются природными явлениями.       С древних времен люди пытались понять: как и почему происходят различные явления? Как   летают птицы   и почему   они   не    падают?             Как может дерево плыть по воде и почему оно не тонет? Некоторые природные явления — гром и молния, солнечное и лунное затмения — пугали людей,     пока ученые не выяснили, как и почему они возникают.       Наблюдая и изучая явления, происходящие в природе, люди нашли им применение в своей жизни. Наблюдая за полетом птиц (рис. 1), люди сконструировали самолет (рис. 2). Рис. 1 Рис. 2       Наблюдая за плавающим деревом, человек научился строить корабли, покорил моря и океаны. Изучив способ передвижения медузы (рис. 3), ученые придумали ракетный двигатель (рис. 4). Наблюдая за молнией, ученые открыли электричество, без которого сегодня люди не могут жить и работать. Всевозможные бытовые электрические устройства (осветительные лампы, телевизоры, пылесосы) окружают нас повсюду. Различные электрические инструменты (электродрель, электропила, швейная машинка) используются в школьных мастерских и на производстве. Рис. 3 Рис. 4       Теперь ты знаешь, что одно из основных умений исследователя       природы — это умение  наблюдать. С наблюдения начинается                  изучение явлений, происходящих вокруг нас.       Выполни задание. Посмотри на рисунок 5 и скажи, какое явление природы на нем изображено? Рис. 5 2. ДЛЯ ЧЕГО НУЖНА ФИЗИКА?       Посмотри, как с дерева падают листья. В этом простом природном явлении участвует множество объектов природы: дерево, лист, воздух, Земля. Объекты природы, которые участвуют в природном явлении и изучаются физикой, называются физическими телами, а природные явления, происходящие с ними, называются физическими явлениями.       Наука, изучающая физические явления, которые происходят с физическими телами, называется физикой. Ученые разделили все физические явления на группы (рис. 6): Рис. 6       Механические явления — это явления, происходящие с физическими телами при их движении относительно друг друга (обращение Земли вокруг Солнца, движение автомобилей, качание маятника).       Электрические явления — это явления, возникающие при              появлении, существовании, движении и взаимодействии электрических                         зарядов (электрический ток, молния).       Магнитные явления — это явления, связанные с возникновением                  у физических тел магнитных свойств (притяжение магнитом                    железных предметов, поворот стрелки компаса на север).       Оптические явления — это явления, возникающие при распространении, преломлении и отражении света (отражение света от зеркала, миражи, появление тени).       Тепловые явления — это явления, связанные с нагреванием и охлаждением физических тел (кипение чайника, образование тумана, превращение воды в лед).       Атомные явления — это явления, возникающие при изменении внутреннего строения вещества физических тел (свечение Солнца и звезд, атомный взрыв).       Наблюдай и объясняй. 1. Приведи пример природного явления. 2. К какой группе физических явлений оно относится? Почему? 3. Назови физические тела, которые участвовали в физических явлениях.   Физика — наука, изучающая физические явления, которые происходят с физическими телами. § 2. СПОСОБЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ, ПРОИСХОДЯЩИХ С ФИЗИЧЕСКИМИ ТЕЛАМИ 1.    ЧТО НАЗЫВАЮТ ФИЗИЧЕСКИМ ЗАКОНОМ? Вспомни к уроку: •  Физическое явление •  Физическое тело       Ты уже знаешь, что изучение различных физических явлений начинается с наблюдения.       Проведи наблюдение за тем, как падает камень. Он всегда падает вниз. Посмотри, как падают капли дождя. Они также падают всегда вниз. Наблюдая за падением камня и капель (рис. 7), ты можешь установить следующую закономерность: они всегда падают вниз к поверхности земли. Рис. 7       После того как выявлена закономерность о притяжении к поверхности земли камня и капель дождя, ты можешь сделать предположение о том, что и другие физические тела тоже будут падать вниз? Да! Это предположение называется гипотезой.       Наблюдая за падением камня и капель, ты выдвигаешь гипотезу:               если бросить любое физическое тело, например карандаш, то                              оно      будет    падать   так    же,     как    камень     и     капли    дождя.       Эту гипотезу необходимо проверить, то есть подтвердить с помощью опыта (эксперимента).       Проведи опыт: подними карандаш на некоторую высоту от поверхности Земли и отпусти его (рис. 8). Карандаш притянулся к поверхности Земли так же, как камень и капли дождя. Это значит, что ты подтвердил свою гипотезу на опыте. Рис. 8       Гипотеза, подтвержденная опытом, называется физическим законом.       Наблюдая за падением физических тел — камня, капель дождя, карандаша, ты изучил физическое явление. Ты выяснил закономерность, характерную для него, и выдвинул гипотезу, которую подтвердил на опыте. Можно сказать, что ты доказал физический закон, утверждающий, что все тела притягиваются к поверхности земли.       Вспоминай и объясняй. 1. Вспомни свои наблюдения за сменой времен года. 2. Какие гипотезы можно построить на основе данных наблюдений? 3. Открой и подтверди доказательствами физический закон о смене времен года. 2.   КАК РАЗВИВАЛИСЬ ЗНАНИЯ О ФОРМЕ ЗЕМЛИ?         Очень часто, для того чтобы получить новое знание,                       человечество должно пройти очень долгий путь. Например, получить знания о форме и размерах Земли удалось далеко не сразу. Это представление сформировывалось постепенно, по мере накопления информации об окружающем мире. Сначала у людей было представление, что Земля плоская и лежит на большой черепахе или ките (рис. 9). В те времена люди жили на очень ограниченном пространстве и мало путешествовали. С развитием мореплавания они получали все больше и больше информации о поверхности Земли. Провожая корабли, люди видели, что они постепенно скрываются за горизонтом (рис. 10) и так же постепенно появляются. В результате был сделан вывод о том, что земная поверхность имеет некоторую кривизну.  Рис. 9 Рис. 10       Первым предложил считать Землю шаром Пифагор, знаменитый древнегреческий философ, родившийся на о. Самос в 584 г. до н. э. В 340 г. до н. э. греческий философ Аристотель в своей книге «О небе» приводил доводы в пользу того, что Земля не плоская тарелка, а круглый шар.        Первые неопровержимые доказательства шарообразности Земли были получены только спустя тысячи лет, в XVI в., когда начались первые кругосветные путешествия. Первое в истории человечества кругосветное плавание совершил Фернан Магеллан в 1519—1522 гг. Этим путешествием было доказано наличие единого Мирового океана и получено практическое доказательство шарообразности Земли.       Полеты в космос уточнили форму и размер Земли. Первый такой полет был совершен Юрием Алексеевичем Гагариным в 1961 г.       Прошло не одно тысячелетие от первых предположений о том, что Земля имеет шарообразную форму, до бесспорного доказательства этого утверждения.       Выполни задание. Вокруг тебя каждый день происходит много интересных явлений. Опиши любое из них. Познание законов природы начинается с наблюдения за явлениями, происходящими в природе. На основе наблюдения выдвигается гипотеза, которая подтверждается опытом. Гипотеза, подтвержденная опытом, называется физическим законом. § 3. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ 1. ЧТО ТАКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ? Вспомни к уроку: •  Физическое явление •  Физический закон       Наблюдая за падением камня, мы провели изучение физического явления и сформулировали физический закон. Однако точно сказать, с какой высоты падал камень и как быстро он совершал падение, мы не можем.       Для точного описания физического явления используют характеристики, которые называются физическими величинами. У каждой физической величины есть своя единица. Например, единицами времени являются секунда (с), минута (мин), час (ч).       Длительность падения камня можно охарактеризовать с помощью физической величины — время. Говоря о том, что время падения камня составило 1 секунду, мы выражаем физическую величину время с помощью числового значения — 1 и единицы времени — секунды.              Числовое значение и единицы физической величины образуют значение физической величины.       Сравнивать между собой значения физической величины можно, только выразив их в одних единицах. Как, например, сравнить 24 ч и 3600 с? Необходимо эти значения времени выразить в одних единицах, например в секундах. Ты знаешь, что в одном часе (1 ч) — шестьдесят минут (60 мин), в одной минуте (1 мин) — шестьдесят секунд (60 с). Следовательно, чтобы определить, сколько секунд содержится в  24 ч, необходимо 24 ч x 60 мин x 60 с = 86 400 с. Этот результат показывает, что 24 ч больше, чем 3600 с. Единица длины Метр (1 м) Единица времени Секунда (1 с) Единица массы Килограмм (1 кг) Приставка Множитель Мега (М) 1 000 000 Кило (к) 1000 Гекто (г) 100 Микро (мк) 0,000001 Милли (м) 0,001 Санти (с) 0,01          Для удобства представления значений физической величины часто используют кратные единицы, которые в 10, 100, 1000 и далее раз больше основных единиц, и дольные единицы, которые в 10, 100, 1000 и далее раз меньше основных единиц. Например, километр является кратной единицей метра и равен 1000 м. Приставка «кило» и определяет, насколько одна единица физической величины больше другой.         Наблюдай и объясняй. Урок длится 40 мин. Какая физическая величина характеризуется в данном высказывании? Определи, в каких единицах она выражена. 2.  НА ЧЕМ ОСНОВАНА РАБОТА ЧАСОВ?       Выстроить свой распорядок дня, определить продолжительность урока и перемены нам помогает физическая величина — время. Для измерения времени служит прибор, который называется часами. С помощью часов мы можем определить, быстро или медленно протекает тот или иной процесс.       Человечество на разных этапах своего развития придумывало и использовало различные виды часов. В результате наблюдения за вращением Земли были изобретены солнечные часы (рис. 11). Рис. 11       Чуть позже появились песочные часы (рис. 12). Рис. 12       Сегодня часы есть не только в каждом доме, но и почти у каждого человека (рис. 13). По принципу работы они делятся на электронные и механические. Самые точные часы, которые являются эталоном времени, — атомные. Рис. 13       Работа часов основана на периодически повторяющихся процессах. Например, принцип работы песочных часов основан на том, что песок протекает через небольшое отверстие за определенное время. Значит, можно рассчитать количество песка, которое просочится через отверстие за 5, 10 минут.       Работа механических наручных и настенных часов основана                          на периодически повторяющихся колебаниях маятника.       Самые знаменитые и самые большие часы в нашей стране — кремлевские куранты на Красной площади в Москве (рис. 14). Рис. 14       Самые большие механические часы в мире, которые и в наши дни заводятся только вручную, — это часы на башне Биг-Бен в Лондоне (рис. 15). Рис. 15       Выполни задание. Определи, сколько времени длится перемена. Вырази полученный результат в секундах, минутах, часах. У каждой физической величины есть своя единица. Числовое значение и единицы физической величины образуют значение физической величины. Прибор, позволяющий измерить физическую величину — время, называется часами. § 4. ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ 1.    ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ? Вспомни к уроку: •  Физическая величина •  Физическое тело       Для того чтобы точно определить значение физической величины, необходимы средства, которыми можно их измерять. Такими средствами измерения не только в физике, но и в повседневной жизни являются измерительные приборы. Измерительные приборы служат для измерения таких физических величин, как температура, время, масса. Для определенной физической величины есть свой прибор, которым ее можно измерить. Измеряя физическую величину, мы сравниваем полученный    результат  с  однородной   физической   величиной,   принятой   за        эталон (образец). Если мы измеряем длину стороны тетради, то сравниваем                    ее с длиной отрезка, принятого за единицу, например за 1 сантиметр (см), и смотрим, сколько таких отрезков уложится на стороне тетради.       Большинство измерительных приборов имеет шкалу, на которую при помощи штрихов нанесены деления. Рядом с делениями расположены числа, а на самом приборе указаны единицы физической величины, например на линейке это сантиметры (см). Деления и числа образуют шкалу прибора (рис. 16). Рис. 16       Для того чтобы точно определять по прибору значения физических величин, надо знать цену деления измерительного прибора. Цена деления — это значение наименьшего деления шкалы прибора. Чтобы определить цену деления любого прибора, необходимо разность двух соседних значений физических величин, указанных на приборе, разделить на число делений между ними. Например, чтобы определить цену деления шкалы линейки, показанной на рисунке 17, необходимо взять два соседних значения, например 1 см и 2 см, вычесть из большего значения меньшее и разделить на число маленьких делений между ними, которое равно 10:  (2 см – 1 см)/10 = 0,1 см.       Произведя вычисления, мы узнаем, что цена деления шкалы прибора равна 0,1 см. На линейке значения физических величин указаны в сантиметрах (см). Следовательно, цена деления шкалы получается равной 0,1 см, или одному миллиметру (1 мм).       Сделай сам. Определи цену деления своей линейки. 2.   КАКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ, РАССТОЯНИЯ, ПУТИ?       Для основных физических величин, таких как метр и килограмм, в мире разработаны и приняты различные эталоны, которые хранятся в Международном бюро мер и весов во Франции. С эталонов сделаны точные копии физических величин, которые разосланы по разным странам. В России основные эталоны физических величин хранятся в Главной палате мер и весов в Санкт-Петербурге.       Со многими физическими величинами ты сталкиваешься ежедневно, одна из них — путь. Стандартной единицей пути является метр (м). Но для удобства используются единицы как меньше метра, такие как миллиметр (мм), сантиметр (см), дециметр (дм), так и больше метра, такие как километр (км).         Эти же единицы используются, когда необходимо измерить длину, ширину, высоту, расстояние. Десять миллиметров (10 мм) составляют один сантиметр (1 см), а сто сантиметров (100 см) — один метр (1 м). Для больших расстояний используют единицу километр (км). В одном километре содержится тысяча метров (1000 м). 1 см = 10 мм 1 м = 100 см 1 км = 1000 м       Для того чтобы точно определить размеры предмета, пройденный путь, длину или расстояние до объекта, нам необходим измерительный прибор. Простейшими приборами для этих измерений являются различного вида линейки, на которые нанесены стандартные шкалы, размеченные на миллиметры, сантиметры и метры. Небольшие расстояния мы можем измерить линейкой. Расстояния в несколько метров удобнее всего измерять рулеткой (рис. 17). Рис. 17       Для более точного определения размеров используется штангенциркуль (рис. 18) или микрометр (рис. 19). Рис. 18 Рис. 19       Выполни задание. Измерь длину, ширину и высоту стола. Полученный результат вырази в миллиметрах (мм), сантиметрах (см), дециметрах (дм), метрах (м). Для изучения явлений природы и физических объектов используются измерительные приборы, которыми измеряют физические величины.
II Глава 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ       Раздел физики, в котором ты познакомишься с механическими явлениями, называется механикой.  § 5. МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ 1.    В  КАКОМ  СЛУЧАЕ  МОЖНО  ТОЧНО ОПРЕДЕЛИТЬ, ЧТО  лодка  ДВИЖЕТСЯ? Вспомни к уроку: •  Механические явления •  Физическое тело •  Физические явления       Представь себе, что ты сидишь   в  лодке, которая плывет по течению   реки. Если закрыть глаза, то нельзя определить,   движется   ли   лодка относительно берега или стоит на месте.       Почему так происходит? Потому, что, закрыв глаза, ты не видишь, перемещается ли лодка относительно неподвижных объектов, расположенных на берегу. Для того чтобы это определить, необходимо выбрать на берегу неподвижное тело, например дерево, и понаблюдать, перемещается ли лодка относительно этого тела (рис. 20). Неподвижное тело (дерево), относительно которого наблюдается движение другого тела (лодки), называется телом отсчета. Значит, чтобы понять, движется тело или нет, надо выбрать тело отсчета и посмотреть, меняется ли положение рассматриваемого тела относительно тела отсчета. Рис. 20       Процесс изменения положения тела относительно тела отсчета называется механическим движением.       Одной из физических величин, которая характеризует механическое движение, является скорость. Скорость — физическая величина, характеризующая быстроту перемещения одного тела относительно другого тела (тела отсчета). Единицей скорости в физике является метр в секунду (м/с). Однако в жизни чаще используется другая единица — километр в час (км/ч).         Наблюдай и объясняй. Посмотри на рисунки 21, 22 и скажи, в каком случае проще определить, движется автомобиль или стоит на месте. Объясни свой ответ. Рис. 21 Рис. 22 2.   КАКИЕ ПРИБОРЫ СУЩЕСТВУЮТ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ?       Для определения скорости движения физических тел люди придумали различные приборы. Например, в автомобиле находится прибор, который называется спидометром (рис. 23). По его показаниям определяют скорость автомобиля в данный момент времени. По скорости движения водитель может определить время прибытия в назначенный пункт. Для этого необходимо все расстояние, которое требуется проехать автомобилю, разделить на среднее показание спидометра. Рис. 23       Существуют и другие приборы, способные определить скорость движения, например радар. Этот прибор определяет и скорость, и расстояние до любого объекта.       Большие радары (рис. 24) используются для определения скорости и места расположения кораблей, самолетов, космических аппаратов, для обеспечения безопасности их перемещения. Рис. 24       Маленькие радары (рис. 25) используют инспекторы ДПС  для контроля скорости, с которой движется автомобиль. Рис. 25       Зная скорость движения, например, автомобиля, мы можем точно сказать, какое расстояние он проедет за определенное время. Если скорость автомобиля равна 60 км/ч, то можно рассчитать, что через 1 ч он будет находиться на расстоянии 60 км от пункта, из которого начал движение, через 2 ч — на расстоянии 120 км и т. д.       Для вычисления скорости используется формула: V= S/ t, где V — скорость, S — пройденный путь, t — время, затраченное на прохождение этого пути. Реши задачу. Туристу необходимо пройти путь, равный 10 км, за 2 ч. С какой скоростью ему необходимо идти? Выполни задание. Отмерь на улице расстояние, равное 100 м. Отметь по часам, за какое время ты пройдешь это расстояние. Вычисли, за какое время ты прошел бы расстояние, равное 1 км, 5 км. Механика — раздел физики, изучающий движение физических тел. § 6. МАССА 1.  ЧТО  НАЗЫВАЕТСЯ  МАССОЙ  ФИЗИЧЕСКОГО ТЕЛА? Вспомни к уроку: • Механика • Скорость       Попробуй провести опыт. Возьми два шарика разного размера, которые сделаны из одного материала. Лучше всего для опыта подойдут железные шарики. На ровной горизонтальной поверхности покати эти шарики навстречу друг другу с одинаковой скоростью (рис. 26). Рис. 26       После столкновения (рис. 27) маленький шарик покатится с большей скоростью, чем большой, хотя до столкновения их скорости были одинаковы. Причиной изменения скорости шариков послужило их действие друг на друга. Действие тел друг на друга называется взаимодействием. В результате взаимодействия шарики изменили свою скорость. Маленький шарик после взаимодействия стал двигаться с большей скоростью, чем большой шарик. Рис. 27       Свойство тел изменять свою скорость при взаимодействии называется инертностью.       Чем  инертнее   тело,  тем   меньше изменяется его скорость  при взаимодействии   с   другим    телом.  Про шарик,   который    после столкновения начал двигаться с большей скоростью, говорят, что у него меньше инертность и меньше масса. Про шарик, который стал двигаться с  меньшей скоростью, можно сказать, что у него больше инертность и больше масса.       Масса — физическая величина, характеризующая инертность тела.  За   единицу    массы   принят  килограмм (кг). Масса    тела обозначается латинской буквой m.        Каждое  тело  —  человек,   металлический  шарик, молекула — обладает  массой. Сравнивать  массы  тел  можно путем сравнения изменения  скорости движения  тел  после взаимодействия. Если мы для  опыта  возьмем одинаковые шарики,  скорости  которых  после взаимодействия     будут    равны,   то  можно  сказать, что    шарики обладают одинаковой массой. Наблюдай и объясняй. Положи лист бумаги на край стола так, чтобы одна его половина свешивалась. На ту половину листа, которая лежит на столе, поставь небольшую металлическую гирю. Свешивающуюся часть листа возьми одной рукой за край, а ребром ладони другой руки резко ударь по нему. Что произошло с гирей? Подумай и объясни наблюдаемое явление. 2. ЧТО МОЖНО измерИТЬ НА ВЕСАХ?       Существует несколько способов определения массы. С одним из них — изменением скорости тела при взаимодействии — ты познакомился сегодня. Другой  тебе давно хорошо известен.       Взвешивание — один из самых древних способов определения массы. Взвешивание проводится с помощью весов — прибора для определения массы физического тела путем ее сравнения с массой копии принятого эталона. Для рычажных весов такие копии делают в виде гирь разной массы. В настоящее время существует множество конструкций весов. Наиболее распространенными являются рычажные весы (рис. 28). Их принцип работы основан на уравновешивании рычага — главного элемента конструкции весов. На одну чашу весов кладут тело, массу которого необходимо измерить, и уравновешивают весы с помощью гирь, масса которых известна.       Для различных целей используют разные весы. Для точного взвешивания лекарств — аптекарские весы (рис. 28).  Рис. 28 Для взвешивания продуктов на рынке и в магазине — механические (рис. 29), электронные весы (рис. 30). Рис. 29 Рис. 30       Массу тела человека измеряют на медицинских весах (рис. 31). Рис. 31       Массу небольшого тела, например яблока, измеряют на весах в граммах. Более крупные физические тела — в килограммах. Тысяча граммов (1000 г) составляет один килограмм (1 кг). Если одно яблоко имеет массу сто граммов (100 г), то 10 яблок будет иметь массу один килограмм (1 кг). Масса очень больших грузов, например тех, которые грузят в железнодорожные вагоны, выражается в тоннах (т). Тысяча килограммов (1000 кг) составляет одну тонну (1 т). 1000 г = 1 кг 1000 кг = 1 т Выполни задание. С помощью весов определи массу своего тела. Вырази ее в килограммах, граммах и тоннах. Масса — физическая величина, характеризующая инертность тела. Массу тела можно определить по изменению скорости тела при его взаимодействии с другим телом и взвешиванием на весах. Основной единицей массы является килограмм. § 7. СИЛА 1 . ЧТО ТАКОЕ СИЛА? Вспомни к уроку: • Масса • Взаимодействие       Посмотри на рисунок, на котором изображены тележка и человек. До тех пор, пока человек не начнет толкать тележку, она будет находиться в состоянии покоя. Толкая тележку, человек приводит ее в движение. В этом случае скорость тележки изменяется под действием руки человека (рис. 32). Рис. 32       В    предыдущем разделе мы рассмотрели процесс столкновения шариков,  в  результате   которого   они   изменили  свою   скорость. Шарики сначала находились в состоянии покоя до тех пор, пока мы не привели их в движение и они не приобрели некоторые  скорости. Затем шарики столкнулись, и в результате  такого   взаимодействия их скорости опять изменились.       Попробуй положить на стол металлическую скрепку и медленно приблизить к ней магнит. Еще до того как магнит коснется скрепки, она уже начнет двигаться по направлению к магниту, пока к нему не притянется (рис. 33). Рис. 33      Эти примеры показывают, что скорость тела относительно поверхности Земли изменяется только тогда, когда на него действуют другие тела, причем эти тела не обязательно должны приходить друг с другом в соприкосновение (например, при воздействии магнита, в предыдущем опыте, на скрепку).       При взаимодействии тел может измениться не только их скорость, но и расположение их отдельных частей, тогда говорят, что тела деформируются. Например, при сжатии пружины или изменении формы ластика.       Если два тела каким-то образом действуют друг на друга, то мы говорим, что тела друг с другом взаимодействуют. Мерой такого взаимодействия является физическая величина, которая называется силой.         Сила имеет направление. Так, толкая тележку, ты действуешь силой в определенном направлении, которое можешь менять. Единицей силы является ньютон (Н). Она так названа в честь великого английского ученого Исаака Ньютона (1642—1727 гг.). Для измерения силы используется измерительный прибор, который называется динамометром (рис. 34). Рис. 34 Наблюдай и объясняй. Положи на стол железный шарик так, чтобы он не двигался. Без помощи рук найди способ вывести его из состояния покоя. 2.КАКАЯ СИЛА ДЕЙСТВУЕТ НА ВСЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ТЕЛА, НАХОДЯЩИЕСЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ?       Камень, брошенный в горизонтальном направлении, упадет на поверхность Земли. Мяч, брошенный вверх, через некоторое время тоже упадет на поверхность Земли. Подпрыгнувший человек вскоре вновь окажется на земле. У всех этих явлений одна и та же причина — притяжение Земли. Эта сила не только притягивает деревья, дома, людей и все, что находится на поверхности Земли, но и действует на такое большое тело, как Луна.       Сила, с которой  Земля притягивает к себе все находящиеся у ее поверхности тела, называется силой тяжести.       Атмосфера Земли не улетучивается в космическое пространство, а остается вблизи ее поверхности тоже в результате действия со стороны Земли силы тяжести.       Сила тяжести, действующая на тело, уменьшается с увеличением высоты над Землей. Чем дальше тело находится от Земли, тем слабее она его притягивает. Благодаря этому космические спутники различного назначения могут находиться на околоземной орбите долгое время. Но для того, чтобы преодолеть силу притяжения Земли и вывести в космос небольшой спутник, приходится строить мощные космические ракеты.       Земной   шар немного   сплюснут,   поэтому    тела,   находящиеся у полюса, расположены ближе к центру Земли. Поэтому   сила тяжести,   действующая   на  тело, больше   на полюсе,   чем   на   экваторе.  По  этой   же   причине   сила   тяжести   на   вершине   горы меньше, чем у ее подножия.       Сила тяжести зависит от массы тела. Чем больше масса тела, тем больше сила тяжести, действующая на него. Выполни задание. Посмотри на рисунки 35, 36 и определи, в каком случае сила тяжести, действующая на тело, больше. Поясни свой ответ. Рис. 35 Рис. 36 Мерой взаимодействия тел друг с другом является физическая величина, которая называется силой. Сила, с которой Земля притягивает все находящиеся вокруг нее тела, называется силой тяжести.  § 8. СВОБОДНОЕ ПАДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ТЕЛ. УСКОРЕНИЕ 1.   ЧТО НАЗЫВАЕТСЯ УСКОРЕНИЕМ? Вспомни к уроку: •  Ускорение •  Сила       Автомобиль, который стоит на месте, начинает движение. Через некоторое время он постепенно разгоняется и достигает большой скорости.       Физическая величина, показывающая, на сколько изменяется скорость движения тела за каждую следующую единицу времени, называется ускорением.       Ты уже знаешь, что все тела притягиваются к поверхности Земли. Если с высоты бросить камень, то, приближаясь к поверхности Земли, он будет лететь все быстрее и быстрее. Любое тело, падающее с некоторой высоты, приближается к поверхности Земли с возрастающей скоростью. Для наблюдения свободного падения тел их помещают в стеклянную трубку, из которой выкачан воздух (состояние вакуума). В этих условиях все тела падают на дно одновременно. Перо и металлический шарик, находясь в таких условиях, одновременно начинают движение (рис. 37) и одновременно достигают дна трубки. В результате опытов было установлено, что скорость падающего тела (если не учитывать сопротивление воздуха) за каждую секунду движения возрастает приблизительно на 9,8 м/с. Если в начале движения тело было неподвижно, его скорость была равна нулю, то через секунду она будет равна 9,8 м/с, через 2 с — 19,6 м/с и т. д. Рис. 37       Значение ускорения, равное 9,8 м/с2, называется ускорением свободного падения и обозначается буквой g.  Реши задачу. Автомобиль стоял на месте. Затем он начал двигаться и за время, равное 10 с, достиг скорости 30 м/с (110 км/ч). Определите ускорение, с которым двигался автомобиль. Наблюдай и объясняй.  Посмотри на рисунок 38 и скажи, какой предмет упадет на поверхность Земли быстрее. Объясни свой ответ. Рис. 38 2.   КАКОЙ ПРИНЦИП ЗАЛОЖЕН В УСТРОЙСТВО РАБОТЫ ПАРАШЮТА?       Люди давно искали способы, которые помогли бы уменьшить возрастание скорости при падении. И такой способ был найден, когда поняли, что воздух тоже обладает сопротивлением. Если ты бросишь одновременно скомканный и расправленный листы бумаги, то увидишь, что скомканный лист упадет значительно быстрее расправленного. Это происходит потому, что воздух оказывает сопротивление любому падающему телу. Чем больше будет площадь поверхности листа, тем больше сопротивление воздуха и тем медленнее он будет падать.       Это явление используется при изготовлении парашютов (рис. 39). Парашют замедляет падение благодаря сопротивлению воздуха. Рис. 39       С помощью парашюта могут спастись летчики, покидая аварийный самолет. Парашюты используются и для того, чтобы сбросить груз в труднодоступные места. Они используются также при приземлении космических аппаратов и торможении военных самолетов при посадке. Выполни задание. Положи на край стола линейку или рейку длиной 50—70 см так, чтобы одна ее часть свешивалась на 10 см. Положи на линейку полностью развернутую газету (рис. 40) так, чтобы газета плотно прилегала к столу. Резко ударь по линейке ребром ладони или молотком. Объясни наблюдаемое явление. Рис. 40             Физическая     величина,     характеризующая   быстроту     изменения             скорости              тела, называется ускорением. При   свободном    падении тела   приближаются   к     поверхности     Земли      с возрастающим     ускорением,          которое называется   ускорением  свободного  падения.  § 9. СИЛА ТРЕНИЯ 1.    В ЧЕМ РАЗНИЦА МЕЖДУ ТРЕНИЕМ СКОЛЬЖЕНИЯ И ТРЕНИЕМ КАЧЕНИЯ? Вспомни к уроку: •  Сила       Если ты попробуешь везти санки, то заметишь, что по земле их тянуть значительно тяжелее (рис. 41), чем по снегу (рис. 42). В чем же дело? Оказывается, что при взаимодействии полозьев санок и земли или снега очень большое влияние оказывает трение друг о друга соприкасающихся поверхностей. Рис. 41 Рис. 42       Сила, возникающая при движении (или попытке движения) одного тела по поверхности другого, называется силой трения.        Различают  три вида  трения:  трение покоя, трение скольжения, трение качения.       Проведи простой опыт. На линейку, лежащую на столе, положи ластик. Затем начни поднимать линейку за один конец (рис. 43). До тех пор пока ластик находится в состоянии покоя, на него действует сила трения покоя. Если продолжать поднимать линейку, то наступит момент, когда ластик начнет скользить по поверхности линейки, но в результате действия на него силы трения скольжения он в конце концов остановится. Рис. 43       Существует    также   трение качения, которое  проявляется, когда тело не   скользит   по  поверхности   другого тела, а катится по  нему. Оно  возникает  в   месте    контакта    колеса или цилиндра с поверхностью, по которому они катятся.       Повторим опыт с ластиком и линейкой, отметив угол наклона линейки, при котором ластик начнет скольжение. Проделаем тот же опыт, используя вместо ластика предметы, имеющие более гладкие поверхности, например наконечник от ручки (рис. 44). Угол наклона, при котором он начнет скользить по линейке, будет меньше угла наклона в случае с ластиком. Следовательно, чем более шероховатые поверхности имеют взаимодействующие тела, тем больше проявляется трение. Рис. 44 Наблюдай и объясняй. В зимнее время пешеходные дорожки посыпают песком. Попробуй объяснить, для чего это делают. 2.   ПОЧЕМУ КОЛЕСА АВТОМОБИЛЯ НЕ ПРОСКАЛЬЗЫВАЮТ НА МЕСТЕ?       Только благодаря трению колес о дорогу автомобиль может передвигаться. Если бы не было трения, то автомобиль просто не смог бы сдвинуться. Его колеса скользили бы по асфальту, а сам автомобиль стоял бы на месте. Для увеличения силы трения автомобильные покрышки делают не гладкими, а рифлеными (рис. 45), чтобы они лучше цеплялись за поверхность, по которой едет автомобиль. Подошву зимней обуви также делают рифленой, чтобы ботинки или сапоги меньше скользили. Рис. 45       Трение используется и в тормозной системе автомобиля. Накладки тормозных колодок (рис. 46) делаются из специального состава, который образует шероховатую поверхность независимо от износа. Такая поверхность обеспечивает большее сцепление, соприкасаясь с тормозными барабанами. Рис. 46       Трение может быть не только полезно, но и вредно. Для уменьшения трения в различных механизмах применяются смазочные материалы, например моторное масло в автомобиле, которое заливается в двигатель и образует на трущихся поверхностях тонкую пленку, обеспечивающую хорошее скольжение деталей двигателя. Если двигатель будет работать без масла, то из-за трения детали будут сильно нагреваться, что приведет к их разрушению.       В тех случаях, когда надо уменьшить силу трения, возникающую между движущимися частями какого-либо механизма, используют подшипники (рис. 47) — устройства, служащие опорами движущихся частей и уменьшающие трение. Рис. 47 Выполни задание. Попробуй закрутить в доску шурупы, один из которых натерт мылом, а другой — нет. Какой из шурупов закрутится легче? Объясни почему. Физическая величина, характеризующая взаимодействие тел, которое возникает в месте их соприкосновения, и препятствующая их относительному движению, называется силой трения. Для увеличения силы трения поверхности делают более шероховатыми, а для ее уменьшения используют различные смазочные материалы. § 10. ИНЕРЦИЯ 1.   ЧТО НАЗЫВАЕТСЯ ИНЕРЦИЕЙ? Вспомни к уроку: •  Физическое тело  •  Сила трения •  Сила тяжести       Мы   уже выяснили, что для того, чтобы   тело приобрело или изменило свою скорость, на тело должно воздействовать другое тело.       Попробуем   рассмотреть   случай, когда   на   тело, имеющее  определенную   скорость    движения,   не будут действовать другие тела.        Запусти металлический шарик с любой наклонной поверхности, которой может быть, например, книга или кусок картона. Рассмотрим сначала случай, если шарик будет скатываться с книги на песок (рис. 48). В этом случае на шарик будет действовать сила тяжести, которая помогает шарику скатиться, и сила трения. При попадании на песок значение силы трения возрастает и шарик быстро останавливается. Рис. 48       Теперь рассмотрим случай, если шарик будет скатываться на гладкую поверхность пола (рис. 49). В этом случае сила трения, после скатывания шарика на поверхность пола, невелика и шарик укатится значительно дальше. Рис. 49       Представим себе, что на шарик, после того как он скатился с книги, не действовала ни сила тяжести, ни сила трения. В таком случае шарик катился бы бесконечно долгое время, но на Земле создать такие условия для движения невозможно. А космонавты, находящиеся на орбите, такое движение могут наблюдать, потому что в космосе отсутствует сила тяжести.       Способность тела продолжать движение или сохранять состояние покоя после того, как на него уже не действуют другие тела, называется инерцией. Наблюдай и объясняй. Попробуй разбежаться и, набрав скорость, резко остановиться, например, у определенной черты. У тебя ничего не получится. Ты либо сделаешь еще несколько шагов, либо проскользишь по земле. Объясни, почему так происходит. 2.   ГДЕ ПРОЯВЛЯЕТСЯ ИНЕРЦИЯ В ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ?       Любое движущееся тело из-за инерции останавливается не сразу. Об   этом   нужно   помнить.   Например,  необходимо помнить,  что  автомобиль,  который  ехал  на  большой    скорости и  резко   начал   торможение,   будет  продолжать    движение   по инерции   еще   некоторое   время,   даже    если    его колеса   не будут     вращаться. Поэтому   нельзя   перебегать    дорогу   перед идущим впереди и даже тормозящим транспортом.       Стоя на эскалаторе в метро, нужно всегда держаться за поручень, потому что при резкой остановке эскалатора ноги, удерживаемые   на ступеньках эскалатора силой трения, остановятся вместе с ним, а туловище будет продолжать по инерции движение вперед. При начале движения эскалатора ноги, стоящие на ступеньке, уже начнут движение, а туловище резко отклонится назад, так как туловище по инерции будет еще некоторое время находиться в состоянии покоя.       При резком торможении и остановке автобуса, электрички, троллейбуса некоторое   время тело   по    инерции  будет продолжать движение вперед, а при торможении — назад. Поэтому в транспорте нужно держаться за поручни.       Знания об инерции помогают и при отладке различных инструментов. Для того чтобы получше насадить молоток на рукоятку, необходимо резко ударить концом рукоятки о твердый и прочный предмет (рис. 50). В момент удара о поверхность рукоятка остановится, а сам молоток еще будет некоторое время продолжать движение по инерции и насадится глубже на рукоятку. Таким способом можно глубже насадить лопату, грабли на деревянный черенок, а топор на топорище. Рис. 50        В   автомобиле также   необходимо   помнить  об      инерции      и пристегиваться    ремнем, ведь в случае  резкого торможения можно удариться о руль или лобовое стекло.       Помнить об инерции необходимо и при выполнении спортивных упражнений. При приземлении во время прыжка с высоты нужно подгибать ноги в коленях, чтобы ноги пружинили за счет работы мышц. При приземлении с прямыми ногами можно повредить суставы или даже сломать кости ног. Выполни задание. При работе с рубанком столяр придает резцу нужное положение так, как показано на рисунке 51. Определи, в каком случае резец входит в рубанок, а в каком выходит. В каком из этих случаев наблюдается явление инерции? Рис. 51 § 11. ВЕС ТЕЛА 1.   ЧТО НАЗЫВАЕТСЯ ВЕСОМ ТЕЛА? Вспомни к уроку: •  Ускорение  •  Сила •  Масса       Если положить книгу на полку, то книга и полка будут взаимодействовать между собой. Книга вследствие ее притяжения к Земле, будет оказывать давление на полку с некоторой силой. Тяжелая толстая книга будет действовать на полку с большей силой, тонкая — с меньшей. Если на полку положить много тяжелых книг, то полка будет прогибаться под действием этой силы.       Если ты поднимешь и будешь удерживать на вытянутых руках штангу, то она также будет оказывать давление на тебя с некоторой силой. Чем больше на ее грифе дисков, тем больше сила, с которой штанга будет на тебя действовать.       Сила, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на горизонтальный подвес или опору, называется весом тела.        Единицей измерения веса тела является ньютон (Н). Увеличивая количество дисков на грифе, ты увеличиваешь массу штанги. Следовательно,  вес  тела   Р   зависит  от   массы    тела m.       Для вычисления веса тела Р используется формула Р = mg, где m — масса тела, a g — ускорение свободного падения тела.       Вес тела, как и любая сила, определяется измерительным прибором, который называется динамометром. Основными элементами динамометра является пружина и шкала прибора. Чем больше вес тела, тем сильнее удлиняется пружина. Шкала прибора проградуирована при определении веса эталонов. На рисунке 52 показано определение веса тел массой 200 и 500 г. Для определения веса тело подвешивают к пружине динамометра и смотрят, до какого деления она удлинилась. Вес тел, изображенных на данном рисунке, в земных условиях равен соответственно 2 и 5 Н. По такому же принципу работают весы, которые называются безменом (рис. 53). Рис. 52 Рис. 53 Реши задачу. Определи вес тела, масса которого равна 50 кг. Ускорение свободного падения — 10 м/с2. 2.   ПРИ КАКИХ УСЛОВИЯХ МОЖЕТ ВОЗНИКНУТЬ НЕВЕСОМОСТЬ?           Вес — это сила,  с   которой   тело действует  на опору или подвес   вследствие   его притяжения   к    Земле. Эта  сила  зависит от массы тела и ускорения свободного падения.         Масса тела является постоянной величиной для каждого конкретного тела, а значение ускорения свободного падения может изменяться в зависимости от условий. Например, на Луне ускорение свободного падения в 6 раз меньше, чем на Земле. Следовательно, и вес любого тела на Луне в 6 раз меньше. Если ты можешь поднять на Земле штангу массой 20 кг, то на Луне сможешь поднять 120 кг.       Если тело не будет действовать на опору или подвес, то его вес будет равен нулю. Такое состояние тела называется невесомостью.       На Земле подобное состояние можно испытать в первый момент движения при спуске в лифте или верхней точке при прыжке вниз.        Состояние невесомости испытывают космонавты, находящиеся на околоземной орбите (рис. 54). Невесомость наступает, когда выключены двигатели космического корабля. Сила притяжения Земли, которая действовала на корабль до его выхода на околоземную орбиту, значительно ослабевает, и космонавты могут парить в кабине корабля. Рис. 54       Состояние невесомости, в котором находятся космонавты длительное время, оказывает отрицательное влияние на организм. В состоянии невесомости практически полностью отсутствует нагрузка на мышечный аппарат человека, и после приземления космонавтам приходится мышцы тренировать заново. Выполни задание. Посмотри на рисунок 55 и скажи, при каком движении лифта (вверх или вниз) люди, находящиеся в лифте, могут испытать состояние невесомости. Попробуй объяснить это явление. Рис. 55 Сила,   с    которой  тело   действует  на  опору  или подвес, называется весом  тела. Единицей измерения веса является ньютон. Вес тела измеряется с помощью  динамометра. § 12.  РЫЧАГ 1.   ДЛЯ ЧЕГО ИСПОЛЬЗУЮТ РЫЧАГ? Вспомни к уроку: •  Сила  •  Вес тела •  Сила тяжести       Попробуй поднять штангу, масса которой больше твоей массы. Скорее всего, у тебя ничего не получится. Сила человека ограничена. Однако еще в древности люди смогли придумать простые приспособления, которые увеличивали человеческую силу. Их назвали простыми механизмами. Одним из таких приспособлений является рычаг.       Рычаг — твердое тело, способное вращаться вокруг неподвижной опоры (рис. 56). Рычагом может служить лом, доска, палка, которые имеют точку опоры. Использование рычага и других простейших механизмов позволило людям в Средние века построить такие большие сооружения, как египетские пирамиды, которые сложно построить, даже используя современную строительную технику. Рис. 56       Рычаг позволяет увеличить приложенную к нему силу, т. е. получить выигрыш в силе. Для расчета выигрыша в силе необходимо знать правило рычага, открытое Архимедом в III веке до нашей эры. Для того чтобы уравновесить меньшей силой бóльшую силу, необходимо, чтобы ее плечо превышало плечо бóльшей силы. Плечом силы называется расстояние от оси вращения рычага до точки приложения силы (см. рис. 56).       Предположим, что масса твоего тела 60 кг и тебе надо приподнять тело массой 120 кг. Для этого необходимо найти точку опоры, на которую можно опереть рычаг, и сделать так, чтобы плечо, к которому ты будешь прикладывать свою силу, т. е. расстояние от тебя до точки опоры рычага, было в 2 раза больше плеча рычага от точки опоры до тела. Если тебе необходимо поднять тело массой в 3 раза большей, чем масса твоего тела, то нужно, чтобы плечо рычага от тебя до точки опоры было в 3 раза больше, чем плечо рычага от точки опоры до тела. Чем больше масса тела, которое необходимо поднять с помощью рычага, тем длиннее  он должен   быть. Прикладывая   к  большему концу рычага необходимую силу для подъема тела, мы опускаем этот конец на большее расстояние, чем поднимается тело.       Используя простые механизмы и получая выигрыш в силе, мы во столько же раз проигрываем в перемещении. Это утверждение называется «золотым правилом механики». Наблюдай и объясняй. В школьной мастерской есть множество различных инструментов. Попробуй определить, какие из них увеличивают силу человека. За счет чего это происходит? 2.   КАКИЕ БЫВАЮТ ПРОСТЫЕ МЕХАНИЗМЫ?       Использование простых механизмов, таких как рычаг, значительно упрощает работу, которую делает человек. Кроме рычага, существуют другие простые механизмы: ворот, блок, наклонная плоскость. Принцип их действия похож на принцип действия рычага.       Блок применяется в работах, связанных с подъемом различных грузов на высоту. Он представляет собой устройство, имеющее форму колеса, по которому пропускают веревку или трос. Различают два вида блоков — подвижный и неподвижный.         У неподвижного блока (рис. 57) ось крепко закреплена, и при подъеме какого-либо груза сам блок остается неподвижным. Неподвижный блок не дает выигрыша в силе, а только изменяет направление ее действия. При подъеме груза с помощью такого блока ты не сможешь поднять груз, масса которого больше массы твоего собственного тела. Подвижный блок (см. рис. 57) перемещается вместе с грузом и дает выигрыш в силе в 2 раза. На практике применяют комбинацию из неподвижных и подвижных блоков, добиваясь при этом многократного выигрыша в силе.      Рис. 57       Ворот был изобретен в глубокой древности и состоит из цилиндра и прикрепленной к нему рукоятки (рис. 58). С помощью ворота удобно поднимать ведро с водой из колодца.                                                      Рис. 58       С помощью лестницы человек поднимает свое тело на высоту. Это еще один вид простых механизмов — наклонная плоскость(рис. 59). Рис. 59           В основу конструкции многих инструментов заложен принцип работы клина (рис. 60). Такое устройство помогает человеку расколоть камень или дерево. Рис. 60 Выполни задание. Ответь, с помощью каких простых механизмов можно:  а) поднять ведро на высоту 10 м; б) приподнять и передвинуть большой камень; в) закатить большую бочку на небольшую высоту. Простейшее устройство, позволяющее получить выигрыш в силе, называется рычагом. Во сколько раз получается выигрыш в силе, во столько же раз получается проигрыш в перемещении.  § 13. ВИДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ 1.   КАКИЕ БЫВАЮТ ВИДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ?       Чтобы передавать на расстояние движение от одного механизма к другому, используют механические передачи. Вспомни к уроку: •  Простые механизмы       Рассмотри, как происходит передача вращательного движения от большой шестерни к маленькой в велосипеде (рис. 61). Велосипедист, нажимая на педали, вращает большую шестерню 1. Это усилие передается с помощью цепи на заднюю шестерню 2. При этом скорость вращения маленькой шестерни (2) будет значительно больше, чем большой. Такой вид передачи называется цепной передачей. Шестерня, от которой происходит передача движения, называется ведущей (1), а та, на которую движение передается, — ведомой (2). Рис. 61       Так же происходит и передача движения от ведущего шкива мотора к ведомому шкиву рабочего вала в швейной машинке (рис. 62). Только вместо цепи используется приводной ремень, который не проскальзывает по шкиву в результате силы трения. Такой вид передачи движения называется ременной передачей. Основными элементами ременной передачи являются ведущий и ведомый шкивы, валы, на которые они насажены, а также ремень, посредством которого передается движение. Рис. 62       Использование ременной и цепной передач позволяет не только передать движение на расстояние, но и изменять скорость вращения рабочего вала станка или механизма при неизменной скорости ведущей шестерни, от которой происходит передача движения. Скорость вращения ведомой шестерни зависит от отношения ее диаметра к диаметру ведущей шестерни. Соответственно, чем меньше диаметр ведомой шестерни по отношению к диаметру ведущей, тем больше будет скорость ее вращения.       По такому же принципу работает и зубчатая передача (рис. 63). При этом передача движения происходит непосредственно от одной шестерни к другой. Рис. 63 Наблюдай и объясняй. Рассмотри станки, которые стоят в мастерских школы. Определи, в каких станках какая передача используется, и объясни для чего. 2.   ГДЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ?       Зубчатая, ременная и цепная передачи нашли широкое применение в различных станках и механизмах.       Зубчатая передача применяется в коробке передачи машин и станков. Приводя в соприкосновение шестерни разного диаметра, подбирают необходимую скорость вращения ведомого вала. Так происходит переключение передачи в автомобиле, токарных и слесарных станках.         Различные виды зубчатой передачи используются в домкратах (рис. 64). Домкрат обычно имеется в каждом автомобиле. С его помощью водитель может приподнять многотонный автомобиль в случае необходимости.       Лебедка, состоящая из системы зубчатых колес разного диаметра, также позволяет передвигать и поднимать значительные грузы, прикладывая незначительные усилия. Рис. 64          Использование цепной передачи в устройстве велосипеда позволяет велосипедисту передвигаться с большей скоростью, чем он мог бы развить, прикладывая такое же усилие, как и при ходьбе. Сегодня есть велосипеды не с одной, а несколькими передачами. Это позволяет велосипедисту достигать значительной скорости велосипеда и поддерживать ее, не прикладывая лишних усилий.       Ременная передача используется не только в швейной машинке и станках, но и в двигателе автомобиля (рис. 65). С ее помощью соединяются различные агрегаты двигателя для их совместной работы.  Рис. 65 Выполни задание. Рассмотри устройства, изображенные на рисунке 66. Определи, какая передача используется в каждом механизме.          Рис. 66 Передача движения от одного механизма к другому происходит с помощью цепной, ременной и зубчатой передач, которые используются в различных технических устройствах. §14.  МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА И ЭНЕРГИЯ 1.   ЧТО НАЗЫВАЕТСЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ? Вспомни к уроку: •  Сила       В повседневной жизни мы говорим, что человек совершает работу, если выполняет какое либо действие, например переносит тяжести, копает землю, пилит, шьет.       Попробуй перенести ведро, которое весит 20 кг, на расстояние 100 м. Для того чтобы ведро переместить на такое расстояние, тебе необходимо приложить определенную силу. Попробуй теперь переместить это ведро на расстояние 200 м. И хотя сила, которая необходима для того, чтобы поднять и перенести ведро на это расстояние, не изменилась, ты затратишь усилий больше и устанешь больше, следовательно, ты совершишь бóльшую работу.       Если нужно перенести на расстояние 100 м ведро, которое будет весить не 20, а 30 кг, то к нему необходимо приложить бóльшую силу, затратить больше усилий и, значит, совершить бóльшую работу. Отсюда следует, что работа зависит от того, какая сила прикладывается к перемещаемому телу, и расстояния, на которое необходимо переместить это тело.       Физическую величину, характеризующую перемещение тела под действием приложенной силы, называют механической работой.       Работу совершает не только человек. Например, кран на стройке совершает работу, поднимая груз на определенную высоту, прикладывая к нему определенную силу; работу совершает локомотив, перемещая состав, и т. д.       Про тела, которые под действием силы могут совершить работу, говорят, что они обладают энергией. Например, поднятый молоток обладает энергией, потому что при его опускании совершается работа по забиванию гвоздя. Чем бóльшую работу может совершить тело, тем бóльшей энергией оно обладает.       Физическая величина, характеризующая способность тела при определенных условиях совершать работу, называется механической энергией.       В физике понятие энергии является очень важным. Это понятие связывает механические явления с тепловыми и электрическими явлениями.  Наблюдай и объясняй. Посмотри на рисунок 67 и ответь на вопрос: совершает ли работу человек, перевозящий санки? Докажи свой ответ. Рис. 67 2.   КАКОМУ ОБЩЕМУ ЗАКОНУ ПОДЧИНЯЕТСЯ ЭНЕРГИЯ?       При забивании гвоздя в доску мы поднимаем молоток, совершая работу. Поднятый молоток обладает энергией, которая равна работе, совершенной по его поднятию. Опускаясь, молоток совершает работу по забиванию гвоздя, преодолевая силу сопротивления, которая действует на гвоздь со стороны доски.             Забивая гвоздь, мы передаем молотку часть своей внутренней мышечной энергии. Молоток, опустившись на шляпку гвоздя, передает энергию гвоздю. Если после забивания гвоздя потрогать его, то можно почувствовать, что он нагрелся. Следовательно, механическая энергия удара перешла в тепловую энергию, которая расходуется на нагрев окружающего воздуха.       Откуда же в самом человеке взялась мышечная энергия для совершения работы по подъему молотка? Эту энергию мы получили в результате химических процессов переваривания продуктов питания. Продукты, которые мы употребляем в пищу, в свою очередь, запасли энергию от Солнца.       Солнце является главным источником тепла и света на нашей планете. Жизнь на Земле существует лишь благодаря тому, что мы получаем от Солнца именно то количество энергии, которое необходимо для поддержания жизни всех ее обитателей.        Все виды энергии подчиняются общему закону природы, который называется законом сохранения и превращения энергии. Это значит, что энергия может только превращаться из одной формы в другую, но не исчезать бесследно. Выполни задание. Глядя на горящий костер на рисунке 68, подумай и ответь, откуда взялась его энергия. Рис. 68         Механической   работой    называют  физическую величину, характеризующую перемещение тела под действием приложенной силы. Физическая величина, характеризующая способность тела при определенных условиях совершать работу, называется энергией.  Существование энергии подчиняется закону сохранения и превращения энергии. Самое главное в главах 1 и 2       В природе постоянно происходят различные изменения, которые называются явлениями природы. Физика — наука, изучающая явления природы. Для точного описания явлений природы и их изучения используют измерительные проборы, такие как рулетка, часы, динамометр, весы, термометр. Измерительные приборы служат для измерения физических величин. Каждая физическая величина имеет свои единицы измерения.       Раздел физики, который изучает движение физических тел, называется механикой. Неподвижный объект, относительно которого рассматривается движение другого объекта, называется телом отсчета. Для характеристики движения тел используются физические характеристики — «скорость» и «ускорение».       Для характеристики самого физического тела пользуются понятием «масса», которая является мерой инертности тела.       Физические тела взаимодействуют между собой. Мерой такого взаимодействия является сила. Сила, действующая на опору или подвес, называется весом тела. Сила, с которой Земля притягивает все тела, называется силой тяжести. Если на тело не действует сила тяжести Земли, наступает состояние невесомости.       Одним   из   видов сил, которые характеризуют соприкасающиеся тела, является сила трения.       Для увеличения силы, с которой человек действует на тела, или для облегчения производимой работы используют простые механизмы, основанные на принципе рычага. Такими простыми механизмами являются блок, ворот, наклонная плоскость.       Для передачи движения от одного механизма к другому используются цепные, ременные, зубчатые передачи. Проверь себя I. Выбери верное продолжение фразы: 1. Состояние тела, при котором его вес равен нулю, называется:       • невесомостью;       • вращением;       • падением. 2. Раздел физики, в котором изучается движение физических тел, называется:       • механикой;       • оптикой;       • атомной физикой. 3. Сила, действующая на опору или подвес, называется:       • массой;       • весом;       • силой трения.       II. Выбери верный рисунок.       1. Из нескольких изображенных простых механизмов на рисунке 69 выбери тот, с помощью которого можно поднять автомобиль. Рис. 69 1.      Из нескольких видов передач, представленных на рисунке 70, выбери ту, которая используется на  велосипеде. Рис. 70

VIII	КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

§ 15. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ

1.   ЧТО НАЗЫВАЕТСЯ МАЯТНИКОМ?

Вспомни к уроку: •  Сила тяжести

      Чтобы понять, как происходят механические колебания, собери устройство для их изучения. Привяжи к одному концу нити какой-либо груз (металлический шарик), а другой конец закрепи на неподвижном предмете (лабораторном штативе). Мы получили нитяной маятник — колебательную систему (рис. 222). Сделай так, чтобы шарик не двигался, т. е. находился в положении равновесия. Затем отведи его в сторону, т. е. выведи из положения равновесия, и отпусти. Под действием силы тяжести и силы натяжения нити шарик начнет движение и окажется в точке О положения равновесия. Пройдя положение равновесия, шарик продолжит движение по инерции и окажется в точке В, где остановится на некоторое время. Таким образом, шарик совершит одно полное колебание. Затем шарик начнет движение в обратную сторону и, пройдя положение равновесия, окажется в точке А. Движение шарика из одного крайнего положения (точки А) в другое крайнее положение (точку В) называется полным колебанием маятника. Движение, при котором тело отклоняется от положения равновесия, затем вновь в него возвращается, называется колебательным движением, а время, за которое совершается одно полное колебание, называется периодом колебания.

Рис. 222

      Если укоротить длину нити, на которой висит шарик, то можно заметить, что колебания будут совершаться чаще. Отсюда можно сделать вывод, что период колебания маятника зависит от длины нити и угла отклонения маятника от положения равновесия, который называется амплитудой колебания.

Сделай сам. Сердце человека — это тоже колебательная система. В результате ритмического сокращения оно проталкивает кровь по артериям. На внутренней части запястья мы можем это почувствовать. Определи, сколько ударов сделает твое сердце за 1 мин.

Движение, при котором тело отклоняется от положения равновесия, затем вновь в него возвращается, называется колебательным движением.

§ 16. МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ

1.   КАКОЙ ПРОЦЕСС НАЗЫВАЕТСЯ ВОЛНОЙ?

Вспомни к уроку: •  Маятник •  Колебательное движение

      Наверное, ты не раз наблюдал, как от камня, брошенного в спокойную воду, кольцами разбегаются волны. Рассмотрим, как возникает волна. Привяжи к неподвижной опоре один конец веревки, а другой возьми в руку (рис. 224). Начни совершать колебательные движения рукой с зажатой в ней веревкой (см. рис. 224). От источника колебания, которым является твоя рука, та часть веревки, которая расположена в непосредственной близости от нее, также начнет совершать колебательные движения вверх-вниз. Затем начнут колебаться части веревки, расположенные все дальше и дальше от источника колебаний. Чем энергичнее ты будешь совершать колебательные движения рукой, передавая энергию мышц веревке, тем больше будет ее амплитуда колебаний. Чем длиннее у тебя будет веревка, тем сложнее поддерживать ее колебания на конце, расположенном у самой опоры.

Рис. 224

Процесс распространения колебаний называется волной.

      Для того чтобы возникла волна, необходим источник колебаний, который их поддерживает. Наблюдая, как возникают колебания в веревке, можно сказать, что они не возникают сразу во всех ее частях, а распространяются постепенно.
      Скорость распространения волн зависит от упругих свойств самой среды. Чем дальше от источника, тем меньше становится отклонение веревки от положения равновесия, т. е. уменьшается амплитуда колебаний. В природе существуют два типа волн — продольные и поперечные. В случае с веревкой мы наблюдали продольную волну, когда частицы среды, т. е. веревки, совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волн.
      Наблюдать поперечную волну можно, если к одному концу пружины подвесить металлический шарик, а другой конец пружины покачивать вверх-вниз, зажав его в руке (рис. 225). В этом случае колебания частиц среды, т. е. витков пружины, будут совпадать с направлением распространения волны.

Рис. 225

Наблюдай и объясняй. Постукивая палкой по воде, определи, зависит         ли амплитуда образовавшихся волн от силы твоего удара. Объясни наблюдаемое явление.

2.   КАК ВОЗНИКАЮТ ВОЛНЫ В ПРИРОДЕ?

      Источниками    возникновения    механических    волн    в    природе могут быть самые разнообразные явления. 

      Наиболее распространенными являются волны, появляющиеся на воде (рис. 226). Причина их возникновения — ветер. Они так и называются — ветровые волны. Ветер как бы выдавливает на поверхности воды впадину, от которой и образуется волна. Высота волны при этом зависит от силы ветра.

Рис. 226

      В океанах и морях могут возникать огромные волны — цунами (рис. 227). Они образуются в результате подводных землетрясений, когда сильные колебания морского дна передаются большому объему воды. Скорость распространения таких волн достигает 1000 км/ч. На поверхности воды, далеко от берега, такая волна не видна, но при приближении к береговой линии ее высота увеличивается и при подходе к берегу может превышать 40 м.

Рис. 227

      В результате движения земной коры также возникают волны, которые называются сейсмическими волнами. Они передаются по земной коре и вызывают землетрясения, приводящие к большим разрушениям.
      Если наблюдать, как распространяются волны на воде, то также можно увидеть, что сначала начинают колебаться те части водной поверхности, которые расположены поблизости от источника, затем колебания распространяются все дальше от центра. Чем дальше от источника колебаний, тем меньше становится амплитуда колебаний волн, и на некотором расстоянии они исчезнут совсем.

Выполни задание. На рисунках 228, 229 изображены волны, возникающие на воде. Определи, в каком случае скорость ветра, их образовавшего, больше. Объясни свой ответ.

Рис. 228

Рис. 229

Распространение колебаний в различной среде называется волной. Скорость распространения волны зависит от свойств среды.

Содержание

Глава 1. Физика – наука о явлениях природы.

§1  Физические явления, которые происходят с физическими телами.       4

1.      С чего начинается изучение явлений, происходящих в природе?

2.      Для чего нужна физика?

§2  Способы изучения физических явлений, происходящих с                      7

      физическими телами.

1.      Что называют физическим законом?

2.      Как развивались знания о форме Земли?

§3  Физические величины                                                                                 9

1.      Что такое значение физической величины?

2.      На чем основана работа часов?

§4  Физические измерения.                                                                              13

1.      Для чего нужны измерительные приборы?

2.      Какие измерительные приборы используются для измерения

длины, расстояния, пути?

Глава 2. Механические явления.

§5  Механическое движение                                                                            16

1.      В каком случае можно точно определить, что лодка движется?

2.      Какие приборы служат для определения скорости?

§6  Масса                                                                                                            19

1.      Что называется массой физического тела?

2.      Что можно измерить на весах?

§7  Сила.                                                                                                             22

1.      Что такое сила?

2.      Какая сила действует на все физические тела, находящиеся на

 поверхности Земли?

§8  Свободное падение физических тел. Ускорение.                                    26

      1. Что называют ускорением?

      2. Какой принцип заложен в устройстве работы парашюта?

§9  Сила трения                                                                                                 29

1.      В чем разница между трением скольжения и трением качения?

2.      Почему колеса автомобиля не проскальзывают на месте?

§10  Инерция                                                                                            32

      1. Что называется инерцией?

       2. Где проявляется инерция в повседневной жизни?

§11  Вес тела.                                                                                             35

1.      Что называется весом тела?

2.      При каких условиях может возникнуть невесомость?

§12  Рычаг.                                                                                                38

1.      Для чего используют рычаг?

2.      Какие бывают простые механизмы?

§13  Виды механических передач.                                                              42

1.      Какие бывают механические передачи?

2.      Где используются механические передачи?

§14  Механическая работа и энергия                                                        45

1.      Что называется механической энергией?

2.      Какому общему закону подчиняется энергия?

Самое главное в главах 1 и 2                                                                    48

Проверь себя                                                                                            49

§15  Механические колебания                                                                 52

     1. Что называется маятником?

§16  Механические волны.                                                                        53

1.      Какой процесс называют волной?

2.      Как называют волны в природе?