Физика 8 класс Сиротюк 2008 by sloven

ББК 22.Зя721

С40 Реко.меидовапо Мттстерством образовопия и IIO}'KU Украины (приказ Мшшстерства образова11ия и науки Украины

от

17 .марта 2008 г.,

/79)

И311Jlно за счёт государственных средств. Про.uж.а за nрещена. Переведе110 с издания: В . Д. Снротюк. Фi з ика: niдpy•L . дnя закладiв.- К.: Зодiак-ЕКО.

2008.

кл. загаль ноосniт . н авч.

Переводчик К. А.д,ттренко

Ответстненныс за 110дrотовку учебш1ка к LLЗдamLю: Е. В. Хо.ченко . главный сnеш1алнст Министерстваобразования Lt науКit У Lф<нtны: Н . А. Юрч)'К , методист высшей категории Ин ститута инновашюнных тех •ю;югиii

содержанLНI обр.1ЗОВ.1Нitя Министерства о6разоuан11Я llttayки Укра11Ны

ТВОРЧЕСКАЯ ГРУППА СОЗДАТЕЛЕЙ УЧЕБНИКА Юрий Куз нецов - рукооодитель nроекта, автор концепций: структуры, д и зайна;

Вл:шнм••Р Сиротюк - автор текста и методическоr·о аппарата; Олеr Костенко - заместитель руковод ителя nроекта; KoнcтattTttн Дмнтренко - редактор ·о р ганизатор; Натал ия Демнде нко - контрольное редактирование;

Андрей Внксеttко - разработч ttк макета, художсствс••ногооформления , художн ик обложки; Ва.r,ентиttа Максимовекая -о ргани затор про и зводствен ноrо nроцссса;

Гал ин а Кузнецова - э коtюмttческое сопровождение проекта; Ро~ан Костенко - маркетингавые и сследова ю1 я у•1 еб ни ка; Ан!J.рей Кузнецов - MOIIИTOpi iH Г аnробЗЦ11 11 уч еб НIIКЗ

С 111.,3"fl:.1,..цl(> ~Зц.,iа~-Е КО•. ti!U.\<д ноrо Н1.~анни

ote

8«

Jtp;tl:\3 ~щнщен111. Ннка~не часn.. '}.'tеоtеНТ, IUell. KOМII03KЦHOitкiiiA

"оrуrбыт~ cкonнpc:>~~aotw

'"'"

носrrроювелеоtw 1.11юбоl! форwс мiNOбw.wм cnocoб.i.'IH

lllt :L1CKТJIOIIIIIoi>IH, 1111 фoTOM~~a t iH'IeCKHMit, а IIMCitiiO KCCpCIKOIНipCIIJ.JHHИ. 'J<IЛHtll К.~Н К0.WЛЬ101Ср11ОrО ар~нвнроuнни.

бс:J nнc~"CIIЖ!rn ~рсщсtнrя кuатс.1и .

С В . д .Сщютюк,2008 С ПcpciiOQ. К . А. д,.нтрснко.

ISBN 978-966-7090-60-9 ISBN 978-966-7090-63-0

2008

(укр.)

С ll uаплы::тВоО •Зо:lrак-ЕКО..

(рус.)

2008

С Хуllо»:сстi\С ttt юсоформлсннс. А. Н

В11ксснко,

Коrщсrщин: C"lp)'O.'Т)'JII>I. зн33Анз. Ю . Б

2008

Kpt~uoв,

2008

Юныедрузьн!

OFnJ~IniHИI ................................................................................. 6

MIXAHИ'IICIOI AIИJtiHИI

§ \. § 2. § 3. § 4. § 5. § б. § 7.

Механическое движен и е

8 9

. .. .................... Равномерное и tiеравномер н ое дв и жеюt е ......... .. .. .. ..... .. ............................... Скоростьдвижеюt я и единицы скорости ....................................... ..... .. .......... Средняя скорость н е рав н оме р ноrодви же tt ия ............................................... Графи•tеское изображе н ие рав н ом е рн оrод tш жс 1т я тела.. .. ...... Лабораторная работа

Относитслыюстьдuиже н ия . Постуnательное движс tшс. Траектор и я. П ут ь

N!! 1.

И змерение скорости движе ни я тела

N2 2.

... .. .......................... 25

Колебательное дв tt жен и е. Ампщtтуда, пе р1 10д и •шстота колеба ни й Лабораторная работа N!! Задачи

§ 10.

19 23

И зготовл е ние механ ич ес кого стробоскоnа

и исследование с его nомощью nериодических nроцессов

15 \6

..................... \8

Зада•tи и упражнен~t я ................................................................................. ....... Вращателыюе дщtжсние тела. П ер и од обра ще ни я .. .. ....................... Лабораторная работа

10 11 12

уnражнения

........... .. 26 ........................ 29 .. ..................................................... 29 .. ...... .. ... .................. 31

И сследование колебаний маятника

Звук. Характеристtt ки звука. Лабораторная работа N!!

4 . Изучение

характери стик звука

.......................... .. .. 34

§ 11. Скорость распрострrш ен и я зву ка ................................................................ 35 § 12. Инфразвук и ультразвук. .. ......... 38 § 13. ВЛ1ннше акусти•tсСКit Х колеба н ий н а ж и вые орга ни зм ы ................................ 41 Зада•111 и уnражнения Истори•tеская справка

......................................................................................... 4Ь

Проверьте свои знания

Контрольные вопросы Что

. .

знаю и умею делать

Тестовые зада шt я

.....

. ............... ................. .... ....... .................. 46 .......................................................................... 47 .. .... 48

1 § 14. § 15. §\б.

................. 52 ..................................................................... ....... .... ....................... .. 53 . ....... 55

§ 17. § 18. § 19.

Сила тяжести

§ 20.

Динамометры. Измерение сил ы

Сила уnругости. Закон Гука. Вес тела. Н евесомость

...................................... .

Зада•111 и упражнения Лабораторная работа N!!

.. ........ . .... . .. .. .............. .. ...................... 70

Конструирование динамометра

.. .

......... 71

ОГЛАВЛЕНИЕ

Лабораторная работа N!!

И змерение сил с nомощью

динамометра. Изм ере ние веса тел

§ 21.

...................... ....................... ...................... 72 ............................................ 73 коэффициента трения скольжения ...... 77 РаВНОде йствующая С ИЛа. Двi t Жение тела ПОддеЙСТВit еМ II ССКОЛЬК И Х Cltл ........ 78 Задачи и упражнешt я .................................................................................... 79 Даален~t е и сила даале н11 и. Единиц ы давл е ~t ия .. ......... ......... ......... 81 Задач 11 и уnражнения.. .. ........ ................. 84 Дааление жидкостей и газо в. Закон Паск аля... .. ................................... 85 Задач 11 и у nражнения ........................................................................................ 89 Гид рамически е машины .. . .. ............................ 91 Сообщающиеся сосуд ы ............................................................................... 93 Атмосферное давление. И з мерени е атм осфе рного даале ния ....... ... .. ... .... .. . 97 Маном етры.. . ........................ 10 1 ЖJ.Щкостные насос ы.. .. . . ..... ....... 103 Задачи и уnражн е ния ..................................... .. ............................................. 104 В ыталкивающая сила... . .................................... 108 Услов и я nлаван и я тел.. . ........................................................... 111 Гидростатическое ВЗВСW IIВЗНИС ..... . ...... ......... \16 Лабораторная работа N!! 8. Измерение nлотности вещества методом гидростатического взвешивания ....................................................... 117 Задач и и упражн е ttия ................................................................................... 11 8 И стор ttческая с nравка ................................................................................... 121 Сила трения. Коэффици е нттрения скольжения Лабораторная работа

§ 22. § 23.

§ 24. § 25. § 26. § 27. § 28. § 29.

§ 30. § 31. § 32.

N2 7. И з мерение

П роверьте свои знания

Контрольн ы е ооr1росы..

. ................................................................. 124 .. ........ . 124 .. .. ......................... ...... .................................................... 126

Ч то я знаю и уме ю делать... Тестовые зада нtt я

§ 33. § 34.

Механ ич ес кая работа. Единицы работы.. Мощность. Ед11 ниuы мощtюсти ..

. ...... ... .. ...... .. .................................................................................. Кинетич еская и nоте н циальная э н е ргии ....................................................... Закон сохранения механи•t еекой э н е ргии .. .. ............ Задачи и уnражнения .... .. ..................................................... Маш и ны и механизмы ............................................................................ Прост ы е меха~•и змы.. .. .................. .......................... .... .......... .. .. .... Условttе равновс е ш1 ры•ш-а. М омент сttлы ... ............ ...... ........ ............ ......... . Лабораторная работа N2 9. Выяснение условий равновесия рычага ............ с Золотое nрав ило • меха~tики.. .. .................................. Коэффищt ент nолезного де йствия (КПД) механизмов .............................. Лабораторная работа 10. Оnределение КПД наiU"Iон ной nлоскости ................. Задачи и у nражн е ния.. . ............................ И стор и • t еска я сnравка .. ... .... .. ........................ ..... ............. ... Задачи

§ 35. § 36. § 37. § 38. ...\. § 39.

§40. § 41.

уnражнения

130 131 132 134 138 140 143 145 148 150 151 152 153 154 157

Проверьте свои знания

Контрольны е воnросы

....................................................................... 159 .. .... ....................................................... 159 . ......... ....... 160

Ч тоя з наюtt у м е юделат ь.

Тестовые зада1нн1..

ОГЛАВЛЕНИ Е

'"·' '

§ 42.

llnЯOIW. llnJIOIWI MAWIIHW

4 , KOJIII'IICIIO

Теnловое двlt жение. Те~шература тела. И змерсн1tе темnературы

N2 11. Измерение темnературы

Лабораторная работа

§ 43. § 44.

Внуrренння энерпt я Dttды теnлообме н а

Зада•tи и упражнения.

§ 45. § 46.

Количество теплоты. Уделыtая теnлоёмкость вещества Теnловой баланс..... Лабораторная работа

. . .. .. .... ... . .. ... .. .. .... ... . .... .. .. ... ....... ................. ... .......... . .....

способы её изме н е ни я. Теплообме н

........... 164

разными

термометрами

167 169 172 177 180 185

N2 12. ИзУ'iение теnлового баланса,

nри смешивании воды разной темnературы

............ 186 13. Оnределение удельной теnлоёмкости ... .. .............................................. 187 . . ........ 188

Лабораторная работа N!!

вещества Зада •ш

§ 47.

11 упражнения

П ламен и е и кристаплизащtя твёрдых тел . Удельная теплота nламсн и и . Задачи

§ 48.

.. .

упражнения

. . 190 .. .... 195

И сtшренне н кондеtt сация жидкостей.

Удельная теnлота парообразованttя Зада•ш 11 упражнения.

............................................................... . .................. ............................. . ...............

§ 49.

Сгорание тоnлива. Удельная теnлота сгорания тоnл и ва

§50.

Теt1ловые двигатели. Экологи•tеские проблемы использования

Зада•ш 11 упражнения

теnловых двигателей

....................................................................................... §51. Закон сохранения энергии Fl механи ч еск и х и те nловых nроцессах ... .. ........ §52. Коэффициент полезного дейстuия ( КП Д) н а гревателя .. . ... ... .. .. .... Лабораторная работа N2 14. Оnределен и е коэффициента nолезного действия (К ПД) нагревателя . . ... . .......... ...... Задачи 11 упражнен11я. .. .... И стори•1 еская сnравка . .. ...........................................

196 200 202 205 208 214 215 216 216 219

Проверьте свои знания

Контрольные воnросы.. Что я знаю и умею делать

Тестовые задания

.. ............. 22 1 . ................... 22 1 .. ............................ 222

Вспомогательные материалы

Физи•t ескttе зада•tи FSОкруг ltac .. . .......... Gловарьфизическ tt хтсрминов.. . ................ Ответы к задач ам и уnражнениям . . ............................................. Ответы к рубрике • Ч то я знаю и умею делать.... .. ......... Ответы к рубрике •Физttческие задачи

Предметно~имснной указатель

225 229 232 234 вокруг нас• .. . ............... 234 . .................................... 237

IOHWE

A'YJ~II

Вы толькочтооткрыли книгу, с которой будете работать на протяжении учебного года. Н адеемся, что она удовлетворит ваwу любознательность ко всему богатству явлений в окружающем мире.

И зучая физ и ку в ресного

7 классе,

закономерностях

вы, конечно , уз нали много нового и инте окружающего

мира,

естественных

явле

ниях , о том , как ре зультат ы физических исследований применяют в тех

нике и быту, убедил ~1 сь в необходимосТи внимательной, одумчивой и с и стемати ч еской

работы с учеб ни ком.

Вы

научились работать с

фи з ическими приборам и , выполнять опыт ы и проводить наблюдения. В учеб нике, который вы держи те в руках, рассматриваются основные

за кономерности механических и тепловых явлений. Теоретический материал поможет вам п онять ~t объяс ни ть эти ямения. Обращайте внимание на сло ва , выделе нны е жирным шрифтом. Это физические терм ~tны, которые надо за п омнит ь. Правила, о п ределения или важные физическ~tе за коны

напс•1атаны жирным шрифтом.

Их необходимо

п ом нит ь и уметь применять.

Учеб ни к содержит много иллюстраций ,

н ём

рассматриваются

исследова ния, которые вы можете выполнить самостоятельно или с по

мощью учителя,

приведсны наблюдения, которые помогут глубже по

нять физически й смысл изучаемых явлений. «Истори••еская справка» в конце каждой •·лав ы, без сомнен ия , расширит ваш кругозор. В рубрике «Зап.а чи и упраж н ения» при ведсны образцы решений важ

нейш и х видов зада ч и уп ражне ни й. Учебник содержит зада чи , уnраж н е

н ия и вопросы разных уро вн е й сложности: А -

на закре пление и

ТIIQPЧCCKO I'O характера .

Проверить свои знан ия по каждой теме вам п омогут «Контрольные вопросы•>, «Тестов ы е задан ия » и задачи «Что я знаю и умею делать» , раз ме щён ны е в кон це каждой главы. «Физические задачи вокруг нас» научат вас п р и менять при обретённые знания на практике. Выполненные вами лабораторные работы обогатят вас у1·лубленным пониманием

зако но мерностей

физических

явлений

умениями

ставить опыты, пользоваться измерительными приборам и.

ТеМ ,

кто

хочет

знать

больше ,

будет

полезной

ин формация ,

помещённая в руб рике «Это интересно знать». Если в ы забыли какой -л ибо фи з ический термин , воспользуйтесь «Словарём физических терм ин ов» в ко н це учебника. Выпол ня я н аблюдения и о пы т ы по физике , будьте внимательны, придерживайтесь правил техн ики безопас н ости.

Счастливого вам пут и к знаниям!

ГЛАВА

ИIIECKOE ДВИЖЕНИЕ • Механическое движение • Относительность движения

•

Поступательное движение

•

Маятники

•

Траектория

•

Математический маятник

• Путь

Амплитуда, nериод и частота

колебаний

• Звук

•

Равномерное движение

•

Характеристики звука

• •

Скорость движения тела

•

Скорость распространения звука

Вращательное движение

• •

Инфразвук и ультразвук

• Период обращения • Колебательное движение

Влияние эвуков на живые организмы

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ Одним

ю п ростейших фи з ич е ск ~1 х явл ений являетс я

механическое

дв ~t же ни е тел. Мы видим. что тела , котор ы е нас ок р ужают, дв иж утся ил и

находятся в п окое. Движуrся люди , летают пти цы 11 самолёт ы , плавают ры бы 11 т.

Н еподв tt ж ны дереиья , дома , столбы Лl tюtй электро п ереда чtt.

К аким образом мы определ я е м

каждый

раз , дв и жется тело tt л и н ет ,

особе нно , когда о н о далеко от нас и мы , напр им ер, н е слышим рабо ч е го

ш у ма дв иrатею• автомобиля и н е вtщим, вращаются ли его кол ёса?

•

Наблюдение .

относительно

Прос лед им за положеннем а вто мобиля на дороге

какого-то

неподвttжноrо

предмета,

например ,

де рева

на

обочин е. Если расстояние автомобt!ЛЯ от него со временем юменяется, то прttход им к выводу , что автомобиль движется. Ес.rш изменений в п оложе юtи автомобиля относительнодерева tteт, то говорим , чтоавтомобиль н еДtшжется , т. е. находится в состоянии покоя.

Так же Оl'tределяем, д вижется ~tли находится в состоянии покоя поезд , пароход или любое тело. Изменение положения тела со временем относительно других тел называют механическим движением .

При мерам tt м ехаюtч еского дв~t же ния являются движе ни е планет вокруг Солнца, туч в н ебе, воды в реках~~ океанах , разных частей машин и станков , людей , животны х, полёт пти ц.

А какую роль играют раз.меры тела при описании его движеиия? В н екоторы х слу•t аях бе з уточнения размеров тела и его ч астей обой ти сь н евоз можно. Н апример , когда автомоб ttль заезжает в гараж , то размеры гаража~~ автомоб иля для tюдtпеля будут иметь на11большее з н а ч е ни е. Но б ывает в емало такtt х ситуаций , когда ра з мерами тела пренебрегают. Ecл tt , н ап ри мер, у п омя в уrый а втомобил ь дt'Нtжется из Ktteвa в Полта ву и н уж н о расс чи тать время его движен ия, то нам без различно , каковы его размеры.

Есл11 разме ры тела в амнога меньше расстояния , которое оно про ход ит за врем я

д вижения ,

то

лл я

уnрощения

исследовавия

этого

движе ния

размерами тела можно п ренебречь , т. е . замен tп ь реальное протяжённое тело на его фtt з ическую модель - материальную точку. Материальная точка

это объект без размеров noдoбtto геометрической точке, который имеет массу исследуемого тела.

В даrтьне йш ем в завис и мости от услов ий дв tt же юtя исследуемого тела будем

считать

его

ил и

материаrть ной

точкой,

иmt

состо ящ11м

сово ку пн оспt матерtt аrтьных то•tск.

IOП,OCW М JАДАИМI

1. Чтр называют механическим движением? 2. Приведите примеры механических движений. 3. В каких случаях тело можно рассматривать как материальную 4. Можно ли считать материальной точкой земной шар?

точку?

из

МЕХАНИЧЕС КОЕ ДВИ?КЕКйЕ

СИ) ОТНОСИТЕЛЬНОСУЬ ДВНJКЕННI Вы уже знаете, что мехаtнtческое шщжсн~tе- это изменеtте nоложения тела со временем относ ительно других те.11. Лодка, наприм ер, д tнtжется относttтельtю берега реки ил~t озе ра, автомобиль - относ~пель н о доропt, •tелонек - относнтелыю деревьев или домов, резец токарного ста нк а- опt осителыю ос н ования станка.

Движение тел всегда относительно . Все тела природы находятся в движении , поэтому любое движение или по к ой является относи тельным, т. е . состояние тела зависит от того , относительно какого тела это состояние рассматривают.

•

Наблюдение

П редставим пассажира , едушего в вагоне rюезда. Ч то

мож н о сказать о мехаюtческом состоянии пассаж~tра? Его сосед п о вагону скажет, •по он неподвижен , так как C t lд ttт на месте, а п ешеход, мttмо которого

движется поезд, уверяет, что пассажир дв tt жется мимо него. Каждый из них n ра в :

сосед

по

ваго н у

рассматривает

п оложение

пассажира

отн ос ttтельно

nредметов в ваго н е, а п ешеход- от н осительно железнодорож н ого nолотна.

В связи с тем, что оба н аблюдателя р ассма трtша1111 положение пассажира относительно разн ы х предметов, о ни

пришли к разным выводам.

Наблюдение 2. П ассажир сидит в закрытом вагоне, где шt видит только его стены и закрытое окно. Сможет л и он сказать , в каком состоянии находится

•

вагон? Если вагон будет медленно двигаться без тол•tков, rюворотов н ГJЮХОта , то н евозможно определить, движется вагон ил tt нет. Н адо подойпt к окну посмотреть,

изменяется

ли

со

временем

положеюtе

вагона

относительно

Здаюt й или дру ги х н е п од ви ж н ьt х пред метов вдоль железнодорожного полотна, только п осле этого можно сказать, д tщ жется вагон или стоит на месте.

Наблюдение З , Вы с 11д и те в пассажирском вагоне во время оста н овк и . Ря дом стоит соседю1 й поезд , к оторый засло н яет от вас станuионньt е сооружения. Каждый может при п омнить, что когда вдруг окна соседнего

•

п оезда н ачнут • п роплывать• мимо вас, в первый момент кажется, что это тронулся ваш ва гон , тол ько со време н ем, когда увид11те , что вокзал стоит на

м есте, осознаете свою ош 11 бку: на самом деле пошёл соседний поезд.

Эта ошибка естественна,

причина её состоит в

относительности

дв и жею1 я и покоя: от н ос ительно Земли ваш вагон находится в покое , соседний п оезд -дв ижется, если же считать , что о н находится в покое , то из за изменения относ ~пельно го положения кажетси, •по тро~tулся ваш вагон.

Так им образом, чтобы о rtредел ит ь, дв и жется тело

1tm1

нет , мь1 долж ны

у казать , отн ос итель н о какого тела рассматривае м движение.

L Тело ,

относит:.льно которого рассматривают движение , называют

Г телом отсчета.

Тела отсчёта избирают произвольно. П ptt изучении разных движений за тело отсttёта будем принимать Землю, пароход, дом, поезд .ил~• любое другое тело,

н еподвиж н ое относител ьно Земли ,

на п ример стол физ11ческоrо

каб tш ета, на котором будем выполнять опыты.

Итак, чтобы говорить о том, движется тело (например, грузовой автомобиль) или находwгся в состоя нии п окоя, нужно сначала выбрать тело отсчёта, а потом посмотреть, изменяется ди относительн о н его положение рассматриваемого тела.

Свойства механ и ческого дв и же н ия , в част н ости относительностьдвижения и покоя , изучал з н аме ни ты й итальянский учёный Галилео Гал илей. IOП-W М UAAIIMI 1. Какое движение называют относительным? 2. Какое тело называют телом отсчёта? П риведите nримеры. 3. Как оnределить, движется тело или находится в состоянии nокоя? 4. Кто находится в движении: nассажир , едущий в автобусе, или человек, стоящий на автобусной остановке?

5. Что на самом деле движется:

(]!>

Земля вокруг Солнца или Солнце- вокруг Земли?

ПОСТУПАТЕJI.ИОЕ ДВИЖЕНИЕ. ТРАЕКТОРИI.

nn•

В природе, технике, быту существует много видов м еханическо го движе ния тел . Простейшим из ни х является поступательное движение.

Движение автомоб иля н а прямолинейном участке дороги , движе ние пор шня в цилиндред вигателя автомобиля , движе ни е ящика, который мы вы

двигаем и з стола - это примеры посту n ательного движения. Во время nо ступательного дв ижения любое выделенное н аправление вдвижущемся теле , на при мер планка в выдвижном ящике, остаётся парал.лел ьным своему ис

ходному п оложению. На рис у нке

1 показа н о

поступательн ое движение ка

ранда ш а- видим, что в разные моменты движе ния карандаши параллель н ы.

Если непрерывно фиксировать в простран стве положения определённой матер ~t альной

точки

подв и жного тела,

то

получим

л инию ,

котор ую

н азывают траекторией движен ия.

Траектория -это мнимая линия , которую описывает материа льная точка во время движения.

На рисунке

по казаны траектори и трёх точек кара ндаша при поступа

тель н ом дв и же нии - вид им , 'ITO все он и имеют оди н аков ы е форму и дл и ну.

П оэтому чтобы изуч ить п осrупатель н ое движение тела , достаточно изучить

1 /~ sl s ::::::::;:.:~==:::= вают nрямолинейным, а есл~ траектория

точки кривая,- крнВОJiннеиным.

Чаететраекториютела можно наблю

дать

н агляд н о

карандаш

во

время

пи сьма оставляет след н а бумаге -ll)Зе к

торию

(рис.

Рис.

Рис .

дв иже н ия

2) .

кончика

грифеля

Траекторию полёта самолёта

определяем п о его следу в небе (рис.

3).

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

Форма траектории зависит от выбора тела отсчёта. На пример, относительно Зе мли траектория движения Луны

является окружностью, ·а относительно Солнuа- линией сложной формы.

В дальнейшем, есл и не указаны другие тела отсчёта, будем рассматриватьдвижение тел относительно Земли. Когда тело движется по своей траектории, то длина её пройленного участка со временем увеличивается. Длину траектории, которую тело оnисывает во вре-

мя движения за определённый интервал времени,

Рис.

называют путём.

Пугь обозначают малой латинской буквой является один метр

/*.

Единиuей пуги в СИ

м).

На практик е пользуются также другими единицами nyrи:

1 м= 100 см= 1000

1 км

мм;

1000 м~ 100 000 см~ 1 000 000

мм ;

:~::~~~~~t. ~

IOПНI<Iol М UДAHMI

Какое движение называют nостуnательным? Приведите nримеры nостуnа

2. 3.

Что такое траектория?

тельного движения.

Что такое nуть? Какие единицы nути вы знаете?

Если тело за первую секунду прошло пуrь вторую - снова

5 м,

за третью -

5м

м, за

и т. д., т. е. за каждую

любую секунду тело проходит одинаковый пугь, то такое движение является равномерным

•

Onwт. Возьмём стеклянную трубку длиной

Ме'ГJЮМ

1 см

(рис.

4).

м и диа

Закроем её с обеих сторон пробками,

п редвар ительно налив в неё воды так, чтобы в ней остался

оо:щушный пузырёк. Теперь установим трубку вертикально или с · наклоном так, чтобы в начальный момент оо:щушный

пузырёк был расположен в нижнем конuе трубки. Пузырёк начнёт медпенно всплывать, и будетудобно наблюдать за ха рактером его движения. В результате опыта убеждаемся, что n уJырёк оо:щуха будет проходитьодинаковые отрезки пуrи за одинаковые интервалы времени. Итак, движение пузырька явняется равномерным.

•

В научной и учебной литературе nуть ещё обозначают малой

латинской буквой

Рис.

Равномерным

дви ж ением называют такое движение , при

котором тело за любы е одина к овые интервалы времени проходит одинаковый путь. П р и мером равномерно годвиже н ия является дв ~t же ~t~t е то ч к~t зем н о й п о

ве рх н ост и при обраще н1111 Земли вок р у г своей ос и . Рав н оме рны м м ож н о с читатьдв иже ни е точ е к ч асов ы х стрелок, ра вн оме рн о м ожет дв игаться а вто

м об иль rю пря мо й и ров н о й доро ге.

Боль шин ст во

дв и же н ий

nри р оде

являются

н с р авноме рны м и .

Н апример, автобус , отходя от оста н овки , за одина ков ы е ин тервал ы врем е ни проход ~t т всё больш~t й п уть , а п рttбл ижа я сь к оста н овке,- н аоборот. Бегу н , прин и мая

у ч астие

соревнова н~tях ,

затра ч~tвает

на

n рох о жде ни е

одинаковы х кругов ра з ное время. Движени е автобуса и бе гу н а

это

nримеры нерав н омер н огодв~t жения.

При н ера вномерн ом

движении

тело за одинаковые интер ~

валы времени проходит неодинаковый nуть.

1on•ocw и :IAIIAIIИI 1.

Какое движение называют равномерным? П риведите примеры дв иже н ия, близкого к равномерному.

Какое

движение

называют

неравномерным?

П риведите

n р имеры

неравномерного движения.

!]!)

СКОРОСТЬ ДВИJКЕНИII И ЕДИНИЦЫ СКОРОСТИ

Лодку, равно м е рнодвнжущуюся tю п оверхности моря, обго н я ют дел ьфины ,

nл ывущ ~t е также равноме р но. Ч ем разли•шются эпt равномер н ые дви жения: лодки и дельфи н ов? И х отл и ч ие состшt т в то~t , чтодельф ~tн ы дв ижутся б ы стрее

лодки. Самолёт движется б ы стрее поезда, но медлен н ее, чем искусстве н н ы й с п утюtк Зer.UJи. А это оз н а•1ает, что н а п ротяже н ии оди н акового и кте р вала време юt дельф ин ы проnлывают болЬL!JИЙ п уть, ч ем лодка, са м олёт п ролетает больши й n yrь, ч ем п роходит п оезд, а с п утн и к- боль ши й п уrь, че м са м олёт.

Дв ~t же нюt лод ки , дел ьф~tн о о , п оезда , самолета и с п ут ника р азл ич а ются и х скоростью . Гq ооря т , •по то тело, кото рое за ед иницу време ни 11роход ит больши й пут ь , д ви жется с большей скорост ью.

С к о рос т ь равномерно~ движения тела

зто физическая величин"! ,

r которая nоказывает, какои nуть nроходиттело за единицу времени .

Н а n р 11 мер , есл11 за каждый час а1Помоб 11ль п рое зжает 60 к м , а самолет пролетает 600 км , то говорят, •по скорост ь движения автомоб ~шя ра вня ется км в час , а скоростьдв11жения самолёта- 600 км в час.

Ско р ость движе н ия

тела

обоз н а ч ают

малой

латннс к ой

Единtщс ii скорости в С И является один метр в секунду (1

f >-

бу к во й

1 1 ~- этоскоростьдвижения тела, при котором оно за 1 с проходит г путь 1 м. П рименяют е шё такие ешtн~щы скорост и движе ния тела:

, -т=о.о,*; , т= , ооо.z ; ~~ = ~m~=0.28* Чтобы определить скорость равномерного движения тела, нужно путь,

пройденный телом

за

оnределённый

интервал времени,

разделить на этот интервал:

где

v -

C7l •. -; l.':.=:JJ ' -\

скорость движения тела ;

nyrь, пройденный телом ;

t -

время

дв ижения тела.

В отлич ~t е от других физ~t'!еских велttчин значеюtя скоростей лежат в опре делённых пределах: от О (кшда тело 1-tаходится в покое) до скороспt распро-

странения света в безвоздушном щюстраt-tстве, которая равна 300 000 Т· Скорость обычной ходьбы человека равна

~ . Во время бепt на ШIИ Н ные

дистанцюt спортсме н развивает скорость до 7 ~ .а на короткие- до 10 ~-

Велоси п едист может ехать со скоростью

с. В воде плове u движется со

скоростью 2 ~ . Эти з н а•t еюtя скоростей н езначительны

по срав н е ни ю со с коростью

предста ви телей животного мира. Есл 11 бы но 1·и спортсмена-бегуна дв~~~~ л ись так же быстро , как ноп1 муравья, то о н развил бы скорость до

1500

Н аиболь ш ая ско рость движения человека втрое ме~1ьше скорости д iJИЖе

ния ге п а рда. В воде человек п лавает в 18 раз медленнее , чем самый быс троходный ж итель океана - меч-рыба . Гол убой кит , масса которого равна

130

т , может разв и вать в воде скорость до

~.Для сравнения укажем,

что мотор н ая лодка может дви 1-аться со скоростью 30 ~. Однако человек создал транспортные средства , разви вающие з н ач ~пель .ные скорости. легковым

Геп ард уже не может соре вноваться с

автомобилем ,

пое здом

lt Л it

мотошtклом.

Спеuиальные гоночны е автомобил и раз вивают скорость

до 284

"* (1022 ,4 ~ ). Вертолёты 11 самолёты значltтел ь

н о опережают золотисто t·о орла - самую быструю из птиц.

Космиче~~им ракетам , летяш11М к д ру гим пл ан етам , сообщают скорост11 от !Одо

17 0 .

Скоростьдвижения тела ха рактеризуется н е только числовым з нач е н~t е м ,

но и н а правлеюt ем. Н апример , чтобы узнать, где будет н аходиться ч ерез

5ч

пугешеств~tя турист , вышедший и з Ки ева, н уж но знать н е только с какой скоростью он движется , а и в каком направл е нии (на правление скорости) . Величины , зависящ и е от направле н ия в п ространс~ве , называют вектор ными величинами, иmt векторами .

t Скорость движения тела является векторной величиной . На рисунках вектор скорости и зображают стрелко й , напрам е н~1 е которо й

совпадает с

напрамени ем

скорости,

а дnи н а

скорости в опредёле нн ом масштабе (рис .

равна

чи словому

з нач е ни ю

5).

З н ая скорость равномерного д!шжения тела, можн о определить п уг ь , который оно проходит за о пределённ ое время. П усть, н апример , велосипедист

движется со скоростью 5 *.Это означает, что за каждую секунду он проезжает 5 м. П оскольку движе ни е велосипедиста равномер н ое, то за 10 с о н п реодолеет пугь, в 10 раз больший, т. е. 5

ум ножш..t на 10 с и полу•тм 50 м.

Чтобы определить путь, который тело проходит при равномерном движении ,

нужно скорость движения тела умножить на время его

движения:

[l =vt[. З н ая п угь и скорость равном е рного дв иже ния тела, можем определ ить

врем я его дв и жения. Например, за какое вре мя nловец переплывёт озеро

шириною 200 м, есл и он движется со скоростью 2

За 1 с о н проплывает 2 м . Чтобы определить, сколько секу нд о н затрапп н а то, чтобы проплыть 200 м , н ужно уз нать , сколько раз в 200 м содерж и тся 2 м. Для этого 200 разделим н а 2 и получим 100. Время , за которое плове ц п ереплывёт озеро , рав н о

100

с, или

1 мин 40 с.

L Чтобы определить время движения тела , нужно пройденный телом Г путь разделить на скорость движения тела:

вт

1)-n o • - •

Американская ящерица бегает по воде , как по твёрдой земле, со

скоростью 11 ~ . Если бы это мог сделать человек, то его стуnни разм е· рам и на nоминали бы ра скрытые зонтики, а за секунду он должен был бы делать

•

20 шаго в.

В Австралии каждый год nроводятся соревнования , в которых принимают

участие необычные беrуны

земляные червяки -самые быстрые безногие

бегуны (nол зуны), nеремещающиеся со скоростью

+·

IOПI'OCW

1 UIIAHII

Чем отличаются одl-'lн от другого раеномерные движения пловца, гепарда,

орла и самолёта?

2. 3. 4. 5.

Что nоказывает скорость равномерного движения тела? Как оnределить скорость, зная nройденный nуть и время движения тела? Н азовите единицы скорости движения тела.

Скоростьдвижения тела является векторной величиной. Что это означает?

CPEДHII СКОРОСТiо

HEPABHOMEPHOFO АВИJКЕНИI

Есл и телодв ~t жетси н еравномерно, то за ощtн аков ы е ин тервалы времени оно проходит неодинаковые n yr и .

И з это го можем сделать в ывод, что

скоростьдвt t жеюtя тела за каждый ~tнтервал време н•t изменяется.

Зна ч ения скоростей движе ния

в живой и

неживой природе лежат в

широком интервале, некоторые ю юt х n риведеныв таблице

Скорости движен ия в природе, u,0014

Улитка

\,,;траус

свет

при

1 000

емля вокруг Солнца

30000

Свет в вакууме

1 д виже ния

определённых услов~t ях

331

Луна вокруг Земли

Не все указа нны е втабл. и

Табли ца

Звук в воздухе (nри О "С)

Муха

1 (.;КВОрец

.!f-

300 000 000

являются рав н омерным tt . Л иш ьзвук распространяются

п остоян н ой

скоростью. Скорости осталь н ых тел изменяются во время дв иж ен и я. П оэтому для ни х указаны сред ни е или максимально дости жи м.ые значе ния. Во время н еравномерного движен ия тела его скорость может з н а чи тель н о ~t зменят ься

разных

точках

траектор Иit ,

но

дл я

уnрощен и я

часто

пользуются сред н ей скоростью н ерав номерного д вижения на о п ределё нн ом участке п уrи или за определё н ное время д вижения, усло вн о полагая его равномер ным .

L С р ':.д н я я

скор о с т ь движе ния тела определяется отношением

r nроидеиного им nути к nолному времени движения :

[v,={[, где Uc- средняя скорость движения тела;

весь nроЙде нны й телом n yrь;

полное время движен~t я тела.

Конечно , получе нны е при этом з н а •t ения средне й скорост и могут н е совпадать со скоростью движения тела н а отдель ны х участках траекто рии .

П ри неравномерном движен ии тело н а од юt х участ ках имеет меньшую скорость,

на д рупt х

большую.

Наприм е р ,

самолёт,

н ачиная

увели чивает свою скорость, потом лепп с определённой скоростью, перед посадкой уменьшает скорость движе ни я.

взлёт,

nостоян н ой

ii[ 16 ~~~~~~~~~~~~~~;;;;~~========Jп~м~~~' J>no•mnciiOIIIAn. Если двигаться равномерно по nрямой {с корость указа н а в скобках), то

nутешествие на Луну nродолжалось бы:

• nешком (5 Т) - 8 лет 280 дней; • на велосиnеде (30 Т) - 1 год 163 дня; • на автомобиле {100 Т> - 160дней; • н а косм и ческо м корабле {28 000 Т>- 13 ч 43 м ин .

IOПНICWMuaAIIMI

Какую скорость движения тела имеют в виду, когда говорят, что скорость

2. 3. 4.

Как оnределить nройденный телом nуть, зная скорость и время его движения?

движения самолёта равна 700 Т ? Ка к оnределить среднюю скорость неравномерного движе ни я тела? Как оnределить время движения тела, зная nройденный и м nуть и скорость движения? Объясните на nри мере.

~ FРАФИЧЕСКОЕ И301РАЖЕИИЕ PABHOMEPHOFO ДВИJКЕНИI

TEJIA

Как известно , все тела п р~1роды находятся в меха н ическом движе1ш и. О ни могут

двигаться

равномерно

н мt

неравномер н о

по

множеству

раз ны х

траектор tt й, которые моrуrб ыть очень слож н ы м и. Далее будем рассматри вать п ростей ш ий дJJЯ исследова ни я и о шt са ни я в ид м еха нич ес к о го д вt1же н ия тел11р ямоли н ей н ое равномер н ое дв ижен 11 е.

П рямолинейноедвижен tJе- этодвижение тела, траектор 11 ей которого явля ется прямая л ttн ия. П р tt мером прямолинейно го дв 11 же ни я может быть

движе н ие автомобиля н а участке шоссе , где нет подъёмов, с п усков и п оворотОв. Прямолинейным

равномерным

движением

называют

такое движение , при котором тело за любые равные интервалы вре мени проходит одинаковые nути по nрямолинейной траектории.

П рямолинейное равномерное движеюt е тела очень удобно представпять и изучать в виде графиков зависtн t ОСТII пройде нн ого телом пуги от време н и

его движения (график движе н ия) и зав и симостtt скорости тела от в ре м е ни е го д ви жения (график скорости).

Рассмотрим np tt мep. П усть а втомобиль дв ижется из Ки ева в Одессу со ско-

ростью 100 ~ . а мотоциклист - со скоростью 50 ~.Для того чтобы постро-

нть график за tш с tt моспt пройденного автомобилем пуш от времени движения , н уж н о ооспользоваться формуло ~i

/ = vt н

состав ttть такую таблицу.

Время,

Путь , l, км

Автомобиль

Мотоцим

100

200

50 100

300

150

------- 7 0 -------t--~~~~~--~----~~~----~

'·):~ · -~---------,

v,'\1' в= = ~=ц'::'

---~-- ----f---- :

200

100 .

•

---

t, .,

100

! о

Рис. б

2 Рис.

Далее на верпtкальн ой ос и откладываем в мacu.rraбe з на•1ения пупt /, а н а горн зо нтальной оси - соответствующие IlM з начешtя времени движения t, н аносt t м точки на ruюскость и CTJ)C)II M графики дв иже ния {pttc. 6). Как видно из рttсу нка , график зав исttмости пройде нного телом nyrи от времеНit , или график двttженttя ,- это прямая лин tt я, которая проходит через начало коорд инат н направлена под углом к оси времени, причём угол наклон а к оси времени тем меньший, ч ем мень ш е скорость д виже ния тела.

Скорость движе ния автомобиля больше скорости движе ния мотоциклиста, поэтом у угол наклона графика движения автомобиля к оси времен и больший. Чтобы постро~пь rpaф ~t к зав ис~tмости скорост и дв иж ения тела от врем е ни движе ния , ~t ли rраф~tк скорости , нужно на вертикальной оси отлржить з начения скорости з н ач е нttя време ни движения

а на горизонтальной оси- соответствующ и е

r, нанест~t точки на плоскость и провести через

н~t хс пло шн у юлинию.Для автомобиля и мотоциклиста получим две nрямые мtюнt, параллель ны е ос и.. времен ~t (рис. 7). Это наглядно показывает , что равномерное д вижение является движением с постоянной (неизмен н ой во времеliи) , скоростью.

Теперь рассмотрttм другой случай. Пусть велосипедист двигалс я

7. а следующ~tе 5 с- со скоростью 5 -%.

скоростью 10

с со

П остроим графики

зависимости nроЙденного велосипедистом п упt и скорости его движения от

времени дв ~tжения. П острое~-tие выполняем , как ~~ в предыдуще м примере , составив табющу: Время, Путь ,

t, м

И з графика движе ни я (p~tc. уме ньшил

вид но , что на пятой секу нде велос ~ш ещt ст

скорость дв ~t жения,

поэтому и

н аклон

п рямой уме ньши лся.

Графиком такогодв ~t жения является лома н ая.

Граф ик за tщс ~t мости ско рости дв и же ни я от време ни ( ри с. сту п е нч атой л инии

«Сту п е н ьк и »,

которая

имеет вид

об разо валас ь также и з-за

уме н ь ш е ния вдвое ско рост tt дв иже ния nелос ип ед и ета на п ято й се кунде. Рассмотрим

за штрихован н ую

фигуру п од

графиком

скороспt :

она

состоит ю двух прямоуголь н~tков. Оказывается , '!ТО, определяя nлощадь эти х прям оуголь ни ков как прои зведение ~t x в ы соты ~~ ШJИ НЫ , мы ум н ожаем скорост ь движения

велос ипеди ста

на

время

*. *.

е.-о д виже ния

определяем

пройденный и м путь н а обоих участках:

/= 10

5 с+ 5

5 с= 75 м.

И з расчётоо в1ш н о, что результат сов п адает с да нными в табли це.

Как в~щим,

по граф икам дв иже ния и ско рости

можно пол ностью

определить вид, скорость , время и п утьдв иж е ни я тела.

Рассм атр ивая графики дв иже ни я, при ведё нны е на рисунке

\0,

делаем

вывод, что это rpaф ~t к ~t прямол~tнейtюrо равномерного дв ижен и я двух тел

11 ,

rtр~tчём скорость тела

1 бол ьш е

скорости тела

11 .

1и

П о графику оп ределяем,

что скоростьдви же ния тела 1 равна 20 *·а тела 11 - 10 *· IIOIII'OQIMUAAJIMI 1. Как изобразить равномерное движение 2. Что можно оnределить с nомощью

тела? графика зависимости скорости

движения тела от времени?

-·PAIOTA Nll •

•

Цель работы:

MIMIPIHMI СКОРОСТИ

AIMJКIHMI

TIUIA

на учиться измерять скоростьдв иже нttя тела.

Приборы

измеритель н ый цил и ндр, рези н овая пробка, пластил и н,

н материалы:

дистиллиро ванная вода, секундомер.

Ход работ..

Из пластилина юrотовьте ш ар ик диаметром чуrь меньше внутреннего диа метра измерительного цил индра.

Поместите ш ар ик в и змер ительный ц илиндр и на лейте в н его до самого верха д истиллированную воду.

П лотн о закройте цилиндр рез ино вой пробкой (см. рисунок

11 ).

П ереве рнюе и зм е рительный цили ндр, шарик будет медленно опускаться. По деле ниям на цилиндре за фиксируйте положение шарика в оnределённые мо менты времени, которы е вы измерите секундомером.

П олуче н ные результаты зап ишите в таблицу. О п ределите скорость движен ия шарика. Укажите , ка кое это дв ижение.

И зме ните наклон цилиндра. Измерьте скорость движе ни я

шарика

этих

случаях.

Укажите ,

как

движется шар ик .

Сделайте ВЫВОДЫ.

Ри с. 11

Допол ни тельное зада ние. П остройте график и движе ния ш а рика.lJJi я разных положений цилиндра.

f---Но-см:-•-Р--+----'-·с_м___и+-э_рое ме _м_•_~с_.._"_"_""_"+-"__"_'_;;-:. .м__-j_t г-~---+-------r-----~--+-----~~

~~~~~~~~[

··--·

) Ре• а ем 1месуе 1. Если вел ос ипедист за первые 5 м ин проехал 5 км , а за следую щи е 10 мин- 10 км, то можно л и считатьтакое движение равномер н ым? Огвет: да, так как велосипедист двигался с одинаковой скщюстью - 1 ::н. 2. Легковой автомобиль про.ходит расстоя ние 144 км за 2 ч. Определ ить скоростьдв ижения автомоб иля, считая его д вижение равномерны м.

Да н о:

1= 144 1

и-?

Р е ш е ни е км

Для расч ета скорости д вижения автомобиля

используем формулу: и =1, .

Переведём километры в метры, а часы

в секунды:

= 144 000 м; 2 ч = 7200 с. Тоt·да v = 'ji~м = 20 144

км

*·

От вет: скоростьдвижения автомоб иля рашtа 72 ~ , ил и 20 f. Ypo•eм~tl )

Дополните предnоже н не:

•

И зме нени е tюложенин тела от носитель н о д руги х тел со временем

называется ... движе ни ем. • Тело, относительно которого рассматривается движен и е, н аз ывается ... отс чёта . • ... дв иж е ни ем н аз ывается такое д виж ен и е , при котором тело за любы е ... интервалы времеюt прохошп ошtн аковые п ути .

И з описанных явленю1

в ы берите те , которые являются nриме рам и

механи•tескогодвижения: ласточкаловит н асеком ы х в воздухе; светится

электрическая лампа; ветер поднял вверх л и ст бумаги .

П ассажир сидит в движущемся nасажир

наход ится

в покое: а)

вагоне.

Относtпель но

ваго н а; б) Земли ; в)

каких тел

колёс ва гон а;

г) других пассажиров , которые неподвижно сидят в ва гон е? Лодка плывёт по р еке. Поч ему в тума н е , когда н е в~щtю бе регов , нельзя

определtпь •tаправление движе ния лодки ? Движется ил и стшtт антомобиль , изображё н ный на ри су нке 12? Для транспортировки зерна в хра нилищах, угля

руд ы

ш ахтах

во

многих дру пt х

случаях исп ользуют ленточные тра н спортё-

L----::---:::-----'

ры. В каком состоян ии н аход ится угол ь отно

сительно ле н ты трансnортёра? Оrносительно катков? Какова траекто рия дв иже ния отдель ньt х кусков угля? Какова тра ектор и я д виж е ния подводной лодк и по пове рхности мо ря (рис.

13)?

Какие дв ижен ия можно считать рав ном ер ны ми,

какие

эскалатора полосе

от

н ерав н омер ны ми:

метро; д виже ние

аэродрома;

с танц ии

дв иж е ни е

на

д вижени е

самолёта

по

эл е ктроп оезда

перегоне;

Рис.

дв иж ение

автомобиля по шоссе ; паце ние ка п ель дождя?

Автомобиль за

1ч

проходит

км, за

мин-

км , за

15 мин- 15

км.

Как движется аtпомобиль?

1 J Земля движется вокруг Солнца со с коростью 108 000 ~. Выразите эту скорость в метрах в секунду.

МЕХАНИЧЕСКОЕДВИЖЕНИЕ

11 .

Н а пр ямол ин ей н ом участке п уr и товарный

поезд движется со скоростью 72 ~ , а пасса

жирский - 20

Одинаково ли движуrся

rюезда?

12.

Кальма р (рис.

14)

быстро движется в тол ще

воды подобно ракете , с с ил ой в ы брасывая изо рта

13.

14.

набра нн ую

воду.

Какую

с ко ро сть

он

развивает, есл и проnлывает 160 м за 10 с? С какой сред н ей скоростью дв игался автомо биль, есл и за 20 м ин о н проехал п о ули цам го рода 12 км? Поч ему в да нно м слу ч ае · говорим о средней скорост и автомобиля? Какова цена деле ни я шкалы с пидометра

прибора для измерения скорост и д вижения а втомобиля,

изображённого н а рису нке

15?

К акую с коростьдвиже ния он фиксирует?

( Ypo•••ill 15.

Рис.

В книге «В звездные мир ы » В. Бережного так описан

выход астро н авта

из

косми ч еского

корабля для

ремонта

а нте нны : · «Ему показалось, что ракета в и сит на одном месте совсем

н е п одвижно! .. Н о ка к же это так кило метро в в секунду

ракета мч и тся со с корость ю

толь ко подумать!

а дви ж ения н езаметно».

Поч ему астронавт не заме ч ал дв ижен ия ракеты? В каком состоян ии относительно ракеты н аходился астро н авт?

16.

На столе в вагоне движушегося п оезда леж ит книгз. В движе нии ил и в

состоя нии покоя н аходится книжка относительно: а) стола; б) рельсов; в) моста через реку? Как изме нятся ответы н а вопрос , есл и пое зд будетстоять на станции?

Како ва траектория движени я ш ар ика , выпущенного из рук и ? Какова траектория этого ш арика, брошенного верт икальн о вверх?

18.

Прямолин ей ным или криволинейным являетс я движен и е: маятника в часах ; я щика по доске , поставле нно й п од углом к горизонту; груза на

ленте тра нсnортёра ; поршня автомобиль но го двигателя; Земли вокруг

19. 20.

Сол нца; косм ич еского корабл я , летящего п о на правлен ию к Марс у? Какой вид име еттрае ктория движения конца стрелки часов? Трубка дл иной 100 см н апол н е н а водой . В н е й может свОбодно перемешаться п узырёк воздуха. Скорость дв ижения пузырька зав исит от

наклона трубки. В п ервом случае п уз ырёк проходит 10 см за 1 с, 20 см- за 40см - за4 с, 60см- за 6 с; во втором - 8 см за 2 с, 20 см- за 5 с , 85 см- за 25 с. В ка ком случаедвижение пузыр ь ка ЯR.IIя ется равномер н ым?

2 с,

Автобус , дв и гаясь равномерно, проехал

автомобиль -

300

м за

10 с.

4,5

км за

мин, а ле гковой

Какой транспорт дв игал ся быстрее?

Определ и те собственную среднюю скорость во время ходьб ы. Для это го

11ройдите с покой ны м шагом дв ижен ия .

или

100

м и зафикс ируйте время

Глава

/,м

125 ----------------------100 75 - ---- - --------

30 Рис .

1985

Рис.

году на самолёте .- Вояджер• (р и с.

16)

40 50

I,C

впервые был осуществ.лён

полёт вокруг Земл и без посадки и дозаправки горючим . Самолёт

преодолел расстояние с крейсерской скоростью 126 ~.На протяже нии какого време ни самолёт н аход ился в воздухе?

Первый космонавт Юрий Гагари н облетел Землю на космическом

корабле •Восток• за 89 мин 6 с со средней скоростью 7,8 Т. Какой nуть 2.1i

преодолел косм ич еский корабль во время nолёта? Зная средню ю длину шага , определ ите скорость вашего движе ния . Для этого подс читайте, с кол ько шагов вы сделаете на протяжении

1 мин.

Во время движения автомобиля стрелка сп и дометра за нимает п осто я нн ое положение н а отметке •45• его шкалы . Как движется автомо б и ль в этом случае? В как их единицах измеряет спидометр скорость движения автомоб и ля?

27 Скорость движен ия Земли вокруг Солнца равна 30 ~. Какой путь пройдёт Земля за од ин урок (45 мин) ? ~8. Радиосигналы расnростра н яются со скоростью 300 000 Т. Ч ерез какое время наблюдатель н а Земле nримет радиосигн ал , который он n ослал на

Луну и принял посл е отражен ия от неё , если расстоя ни е до ЛУны равно

384400

29.

км ?

И з Львова в направле нии

Ки ева . выехал и

грузовой

и .[lеrковой

автомобили со скоростями соответстве нно 90 и 120 ~- П остройте графики завис и мости п ройде нн ого ими п ути и скорости дв иже ни я от времени, есл и он и дв и гал и сь в Тече ни е

1n.

5ч.

П о графику д вижения тела (рисунок 17) определите: 1) время движения тела ; 2) проАденный телом п уть; 3) скорость дв и жен ия тела н а каждом из участков. Постройте граф и к за висимости скорости дв ижения тела от врем_ен и дв иже ни я.

!]!)

ВРАЩАТЕЯЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТЕЯА. ПЕРИОД О&РАЩЕНИI

До сих пор мы юучали пр ямоли

: : : ;,~ :-.: : : r: :.':"~~ Е:>, G :·счj нейное дв ижен и е тел: хотя в природе

и технике часто совершаются более

сложные движе ни я тел

кривол и -

------,

,----

линию всегда можно представить как 1\ , ____,Л,(_}·--------'\:;)\ .. ______ ) совокупность дуг окружностей раз-

ныхрадиусов(рис.18). Поэтому , и зу-

Рис.

чиндвижение материальной точки по

окруж н ости , сможем в дальнейшем изучать и любые другие криволинейные

движе ни я. Кроме того, из всех возможных криволинейных движений в технике широко применяется вращательное движение деталей маw ~ш

механизмов , напр~1мер вращение ш естерё н

маши н и станков, деталей,

обрабатываемых на токарных станках , валов дв и гателей , колес машин , фрез, свёрл и т. п. Любая точка этих деталей дв ~t жется по окружности. Эти две особенности и обусловил и обязательное иЗучениедвижения п о окружн ости , а именно- равномерное движен и е тела п о окружности.

Движение материальной точки по круговой траекто рии с постоянной по зна-.ению , но изменяющейся по направлению скоростью, называют равномерным

движением по окружности .

Предположим, что тело рав н омерно дв и жется окружности из точки А в точку В (р и с.

19).

по

Тогда прой

денный им пугь- это длина дуги /, а з н ачение скорости определим по формуле:

ВJ. гдеи - скоростьдвижения тела по окружност и ;

J-

прой

денн ы й телом пугь (дrшна дуги); t - время дв и жения тела.

Направление скоросп1 п роще всего определить на опыте.

+опыт 1 . К вращающемуся точильному кругу, прикос немся железным стержнем. Увидим, •по и скры

из-под

стержня летят п о касательной к окружности этого круrа

(рис.

20).

Результат будет таким же в любой точке этого

круга . Но каждая искра

это раскалённая частичка, отор-

u Рис.

~ Рис .

г------"---,

()"

вавшаяся от круга и летящая с такой же скоростью, какую

она имела в последний моме нт движения вместе с кругом.

Итак , скорость матер и альной точк ~t при движении п о окружности направле н а по касательной к ней в любой

точке круга (рис. 2 1), а с учётом представлен ия кривой на """-Р·и~с.,.,;,.,;-

~~ "з

Ри с. 22

Рис . 23

р~tсунке 1 8этотвыводмож норас про -

странить на любые криволинейные

дв ижения (p ~t c.

•опыт

22).

Закре rнt м н а гори зонталь

н ой ос и О фа н е рtiый диск ( ри с.

23) ,

на

ОА.

котор ом

проt~еде н

радиус

Напротив точки А поставим у к азатель В и

будем

медленно и рав н омер н о

вращать д иск. Увид им , что точка А с каждым оборотом д ~t ска снова п оявляется н апроти в указателя В, т. е. совершает движение, повторяюшееся ч ерез определенный интервал времени.

Движения, nри которых оnределенные положения материальной точки

nовторяются

через

одинаковые

называютпериодически м и

интервалы

времени,

движения м и.

Равном ерное движе юt с п о окружноспt - это пер ~ющtч еское дв ижение . П ер иод ическое дв иже ни е ха рактер и зуют так ими велич ин ам и , как период обращения и частота обращения .

Период

которого

обращения

материальная

-э то

точка

интервал времени ,

совершает

один

в течение

оборот

nри

равномерном движении по окружности .

Обозначается п ериод обращен~tя большой латин ской буквой Т. Если за время t материальн ая точка при равномер ном движе ншt по окруж н ости совершает N оборотов, то период обращения о п ределнется формулой

jт=NJ. Един ицей периода обраще ния в С И явля ется одна секунда ( 1 с). Есл и п ер иод обра ще ни я р авняется .1 с , то материаль н ая точка при ра вн ом ер ном движении п о окружности осуществляет од ~tн оборот за Ч

8стот8

1 с.

о бра щ е н и я оnределяется числом оборотов, кото

рое материальная точка совершает за единицу времени при равно мерном движении по окружности

Обозначается ч астота обращения малой латинской букво й вре мя

материаль н ая точка совершила

ч астоту обраще ния

н ужн о N n оделить на

n•.

Если за

оборотов , то, чтобы определить

т. е.:

[п=~~ атаккакt= ТN, то [п=+l· И з nослед н е й формулы вид н о , что ч астота обращ е ния и п е р~юд обращения с вязаны обрапю пропорциональной за висимостью , а для

•

В научной и учебной литературе частоту обращения еще обозначают малой

греческой буквой

v (ню).

определения единицы ч астоты обраще н ия

нужно единицу р азделить на

единицу периода обращения , т. е. на секунду.

+>· +

Единицей частоты обращения в С И ямяется ед1tница, разделённая на

секунду ( 1

н ая точ ка совершает

-это частота обраще н ия , пр11 котор01>1 за 1 с материаль 1 полный оборот, дв и гаясь р авномерно п о о кр ужности.

В тех1-tи ке такую едини цу иногда вазывают одним оборотом в секуиду ( 1 ~), часто п р и меняют также единицу один оборот в минуту (1 м~ 1 ).

? , ~о~::~~:и:~:~:зывают равномерным движением по о'ружносои? 2. 3.

Как наnравлена скорость тела nри равномерном дви жен и и по ок ружности? Какое движение называют nериодическим? П риведите nримеры. Какими величинами его характеризуют?

4. Что 5. Что

называют периодом обращения? Какова его единица в СИ?

nоказывает частота обращения? Какова её един и ца в СИ?

IIAIOPAТCI'IWI

ИЭrОТОВIIЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОrО СТРО&ОСКОПА

РАIОТА

И ИССIIЕдОВАНИЕ С

N! 2

ErO

ПОМОЩ~IО

ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

•

Цель р аботы:

юготовить механическ и й стробоскоп и

исследовать

периодические проuессы.

•

При бо ры

деревянный стержень, к н опка, лист плотного картона ,

и мате ри алы:

ножн иц ы , карандаш, циркуль, стробос копический диск на валу микродвиrателя и вен тилятор с пометкой.

Ход ро боты Стробос к о n

11рибор ШIЯ исследо

вания периодичес к их процессов.

И зготовьте пр остейший !'lоказанный на рис. 24, а.

Вращая стробоскоп , наблюдайте через

стробос к оп,

его про р ези за вращением ве н пшятора

с пометк ой на лопасти (рис. 24, б). Опишите наблюдаемую картину. Когда вентилятор будет казаться неподвиж ным? Ко 1·да его наблюдаемое враще ни е

будет происходить п о часоnой стрелке? Против часовой стрелки?

И сследуйте враще н ие стробоскопическогодиска (р~1 с. даемое

24,

явление.

Рис .

в). Оп и шите н аблю-

По

частоте

вращения

микродв и гателя оцените

максимальную частоту вращения изготовленного стробоскопа. Объясните наблюдаемые вами стробоско п ичес к ие эффекты.

[I!)

KOJIE&ATEJIЬHOE ДВИЖЕНИЕ . АМПJI~ПДА, ПЕРИОД М 'IАСТОТА KOJIE&AHMИ

Колебательное движение (колебания)

один из на~t более распростра-

н ён ных процессов в природе и техни ке.

•

Н а блюдение .

Под действием

ветра

колеблются

высотные дома и

высоковольтные л и нии эле ктропереда ч и , совершают колеба н ия маятник за ведё нны х часов , автомобил ь на рессорах во время движения. Землетрясе н ия L это колебания зе мной коры, приливы и отливы- колебания уровня вод ы в

морях и океанах , обусловленные притяже н ием Лун ы , удары

пульса

результат периодических сокрашений серде чн ой м ы ш ц ы •• еловека.

Колебательные явле н ия изучает с п е ц иаль н ый раздел физ ик и

теория

колебаний. Знания о колебательных процессах нужнысудо-и самолётострои телям , специалистам промышленности и транспорта, конструкторам радио

технической и звуковой аппаратуры и др.

+Опыт 1. fuя наблюдения и изуч ения колебан и й, а также ШJЯ приме н ения в разнообразных пр и борах используют маятники. П ростей ш ий маятн ик - это шарик, подвешенн ый на нити к какой-л и бо опоре. Если шарик откло н ить от исход н ою положения равновесия и отп устить, то он начнёт двигаться слева направо, справа налево до тех пор , по ка колеба н ия н е прекратятся (рис.

25).

В физике маятн ик подобной

конструкuии называют математическим маиrником.

Каковы

же

самые

характерные

признаки

колебательных движений? Проведённый о п ыт даёт возможность

Рис.

колебаний

сделать

вывод,

что

во

в р емя

о п ределённые состояния движения

тела по1поряются и ли п о ч т и п овто ряется. Сделав одно полное колебание , т. е . пройдя п уть от край н его левого положен и я к крайнему правому и назад, тело , п одвешенное н а нити , и в даль н ейшем будет повторять такое же движение. Мы уже знаем, если движение тела повторяется со временем, то его называют пер и од ич еск и м.

Механические

ко л ебани я -это такое движение , при кото

ром положение и ско р ость движ ения тел а точно и л и приблизи тельна nовторяются через о п редел ё нные интервалы вре м ени.

Повторяются движе н ия порш н я

в дв и гателе автомобиля, лодок н а

волнах , стержня отбойною молотка , сита сорт и ровоч н ой уста н овки. Всё это примеры механических колебаний.

Математический маятник состоит из нескольких тел , взаимодействую щих межлу собой: Земля и шарик , шари к и ни ть, юпь и опора в точке п од веса. Если действ~1ем других тел на маятн ик можно пре н ебречь, то говорят,

что тела в составе маятника образуют колебатель н ую систему . Если вывест и колебательную с и стему из состоян и я равновесия

откло н ить шари к из

исходного nоложен и я и отпустить, то далее колебания будуr п родолжаться

без внешнего вмешательства за счёт взаимодейств и я между телам и с и стемы. Колебания, прои сходящие в колебательной системе за счёт вза и м о действия между образующими e i§ телами , называют свобод н ы ми. Рассмотренные нами колебания ш а р~tка н а нити я вляются n р и м ером свободных колебаний. А какой вид имеют колеба н ия и ка к ими физ и ч ес ким и величи н ами он и

характеризуютс я ?

+onwт а . Возьмём маятник, в котором вместо .-------~ шарика подвешен грузи к со сквозн ы м отверстием .

С ПОf>tоШЬЮ такого устройства можно зап и сыват ь колебания (рис. 26). Установим в отверст и е груз и ка фломастер, выведем грузи к из п оложе ни я рав

новес ия и отпустим. Маят н ик колеблется, а фло мастер, касаясьлиста картона , который мы ра вн о мер но протягиваем во время колеба ни й, оставл я ет на нём след.

В результате опыта получаем графи к колеба ний маятн и ка в виде начер ч ен н ой л и ни и (р и с. зав исимость

отклонения

маятника

от

27),

т. е.

време ни .

Позже будем подробно изучать эту важную волн и с l)'Ю линию, наз ываемую си нусоидой .

Как видно и з рисунка

27 ,

маятн и к в о п ределе н

ный момент отклоняется от положен и я рав новес ия

на н е которое максималь н ое расстоя н и е. Это откло нение маятн и ка наз вали амплиrудой колебан и й. Амплитуда к оле ба ний - это наибольшее отклонение тела от положения равновесия .

Рис.

Ам п л итуду

колеба ни й обозна ч ают боль ш о й

лат ин с кой буквой А. Её единицей в СИ является одни метр

м ). Значен ие

амплитуды за висит только от того, н а какое р асстоя ни е тело было отведено

от положения равновесия до начала колебан ий .

Маятник выполняетодно п олное колебани е за определё н ное время. Про долж и тел ьность одного полного колеба н ия н азывают п ери одом колебан111 й .

L f

Пер~ од кол~~а ни й -

3!0 наименЫ11ИЙ иктервал времени , через ко

торыи определенное состояние движения тела полНОСlЪЮ повторяется.

Период кол ебан ий обозначают больш ой лати нс кой буквой Т. Его ед ини цей в С И яв.r1яется одна секунда ( l с). Если за время t произошло N п ол н ых колебан ий , то, чтобы определить пе риод Т, нужно t поделить на N, т. е.:

[ т =*].

ii.. 28

Гnава 1

~~"""'""· ~···- ~ ~~ /~

110двес1tМ 1·рул1к на нить большей шшны. Потом . , . ., . .. '·

Т'dК же ЗШ Н1Ш ем 11)афик ко, ! ебан ий HOIIOJ"O маятни-

ка и сравнflм ею с l'рафнком в опыте 2, Увндим, В

t!TO <~ ем

боль ш е дЛ ина маяп-н1ка, тем бол ьш е пери-

од е 1-о колеба ний ( ри с.

1 .f

___!_] Рис.

28).

Период колебаний маятника за висит от его длины. Чем длин н ее

маятник, тем больше nериод его колебаний . Есл 11 выполнить опыты с r1руж~t нным маятником, который состоит из пру

ЖЮ!ы и подвеш е нного к нему тела, то окажется, что чем больше масса лодве шсн~I ОГО к пружине тела, тем больше п ер иод колебан ий nруж инн ого маятника .

К олсбаliия характе ризуются также •1 астотой колеба ний , которая обозна1ШL"ТСSI греческой бук вой

(ию).

Ча стота колебаний определ яется числом колебаний, выnолнен ных системой за един ицу време ни. Если за время 1 nроюощло 11 ужно

N разделить

на

колебаний, то, чтобы определить ч астоту

r, т. е.:

[v=-o/J,или [v =-Н Ч ас..·тота

вернад колебаний связаны обратно п ропорциональной зависи

,.кх..~t. ю, поэтому:

~, где Т - период колебаний;

частота колеба ний .

Ед11н ицей частоты в СИ является один герц

Гц). 1 Гu

= 1

11 азмtt а r.Jк в •t есть известного немецкого физ ика Ге нри ха Ге рца.

ttat..-тoтa колебаний

Она Если

v = 1 Г н, то это оз н а чает, что прои сход ит од н о колебаюt е

в секунду . Пр11близ ительно с такой частотой бьётся •t еловеч ес кое се рдце.

Если

v =50

Гц , то происходят

колеба ний в секунду.

1) 1110 IIНТiriCHO ЭНАТ~ Иссл едова ния n оказали, что сердце мыши совер шает

мин уту, а кита

- 15

IOПrOCW

1. 2. 3. 4. 5.

600

ударов в

ударов в минуту. Те м н е менее оба сердца

сокращаются за время жизни животного около

750

млн раз.

11 ЭA,IIAIIIII

Что такое колебания? Приведите nримеры механических колебаний. Что называют nериодом колебаний? Как nрактически оnределить nериод колебан и я? Что nоказывает частота колебаний? Какая связь существует между nериодом и частотой колебаний?

IIAIOfAIOfNAI\ 'AIOIA 11! 3

HCCJIIДOBAHHE КОдЕ&АНИЙ ММIIНИКА

•

Цель работы :

•

При боры

оt·t ределить исслсдовательскнм путем. от каких ycлo шtil зав исит период колебаний манпшка.

шарики ра з ной массы, нитн, секундомер, штатив.

н материалы:

Ход р аботы

Подвесьте шарик н а нить миной равновесия.

30-40 см. Отклоните его от положсн ttя

П одсчитайте количество колебаний шарика и врсмн, 11

течен и е котороt·о эти

колебания llpOtiC XOдi1Лi1 . О1 1 ределите пер над

колебаний маятника. Результаты заnишите в табЛiщу.

2. 3.

К этой же нити подвесьте шарик дру гой массы. П овтор11тс tlредыду ший опыт. Результаты запиш ите в таблицу. Сделайте вывод. И змен ите д;нtн у нити и выполните nредьшущие опыты. РезульrdТЬI за пишите втабтщу. Сделайте выводы.

Провер ьте, измеюпся ли период колебаний мtнtт tiи ка, есл и 1-нпь с шариком отклонять на разные углы.

Номер

Длина

Масса

Количество

Время

Период

нити,

шарика,

кол ебаний,

колебаний ,

колебан ий,

l ,с м

т,,

t,c

Т, с

т,

---т-

/1::

т, -

т,

)

/2"'

т,-

'еwаем •мес~е Если при враще юt и шщ1фовалыюго круга скорость движения точек на

его краю равна 95

7, то возникает опасность разрыва круга. Можно ли этот

круг рад~1усом 20 см вращать с частотой 100 Vp

f.?

Решение

Дано:

По усл овию задачи

=957

r= 20 см= 0,20 м

uP-

з нач е ни е скорости,

при которой возJtикасто11асность разрыва круга;

n =100

v- з н ачение скорости,

которую будуr иметь точки

на краю круга, определяем по формуле

v-?

v=r·1 Для одного оборота путь

t=T, a

2п:r и=т·

п=т ·

2п:r, где

n: = 3, 14;

тогдаv=2 п:т .

Подставив значения, получим :

и~ 2. 3, 14. 0,20 м . 100 Ответ:

125,6

п олуче нн ое значение скорости больше

того , при котором возникает опасность разрыва. Значит, шлифовальный

круг нельзя вращать с частотой IOO f. ( Уроаеи•А ) 31 .

П ериод обраще ния круга раве н

14 с.

Как вы это поним аете?

32. Частота обращения тела равен 10 Что это означает? 33. По какой траектории п олет и т камень , вращающийся

на нити , если

юпь внеза пн о оборвётся?

34.

Определите период вращения вала токарного станка , если его •1астота

35.

Определите значение скорости то•1ки земной поверхности вследствие

вращения равна 125

f·

суто чн ого вращения Земл и , есл и радиус Земли равен

6400

км. Точка

размешается н а экваторе.

36.

Пер~юд колебаний зубила пневматического молотка равен Какова частота колебан ий зуб и ла?

(37.Ур••••• 1 )

Шки в д иаметром

см совершает

300

оборотов за

0,02

с.

r.нtн. Оnредел ите

частоту обраще ния шкива и скорость равномерного дв иже ни я TO'te K обода этого шкива.

38.

Определ ите радиус равномерно обращающеrося колеса , если скорость

точек обода колеса равна 10 f • а •1астота обращения колеса- 4

39.

велосип едного

колеса,

центр

колеса

велос ип ед перемешается со скоростью~

·40.

С какой скоростью относительно Земли движутся юtжняя точка и

ве рхняя

е го

точка,

если

Определитескорость равномерногодвижения конца секу ндной стрелк и своих часов. Какова частота обращения этой стрелки ?

4 1. Охарактеризуйте ф и з ически е величины • nериод обращения •, «частота обращен ия ».

ЭВУК. ХАРАКТЕРИСТИКИ Э ВУКА

§ 10

Мы живём в мире звуков: слыш и м голоса людей, п ение птиц, звуча ни е музыкаль н ых ~шструментов , шум леса , гром во время грозы и т. п.

Что такое звук? Как он возникает? Чем одни звуки отличаются от других? Раздел физики, в котором изучают звуковые явле н ия, называют акустикой.

С помощью глаза , воспринимающего свет, мы можем наблюдать волны н а п ове р х н оспt воды как дв и жущиеся последовательны е горбы и впадины.

Волны , распространяющ и еся в газе , внутр и ж идкости или твердого тела , человек п ри определённых услов ~t ях воспринимает с по~юшью уха. Ухо человека

прекрасн ы й

пр и ёмник звуковых

колебаний (рис .

29).

Оно

состоит из трёх ч астей: внешн е го , среднего и внутреннего уха. Элементами внеш н е го уха являются уш н ая ракови н а

1и

в н ешний слуховой проход

О ни служат для того, чтобы направить звуков ы е волны к барабанной п ере п онке

Барабанная перепонка и соединённые с ней три слуховые

косточки -это среднее ухо. Они передают зву ковы е колебания к элементу внутреннего уха

являются:

заполняющей улитку ре ц е пторов

•1 ерез

пере п онку овального ок н а

жидкости ,

J. Здесь звуков ые колебаю1 я с п омощью слуховых

превращаются

последователь н ость

нервных

импульсов ,

котор ы е п ередаются в мозг слуховым нервом .

+Опыт

1. Закр"е п им дли н ную стальную линейку в тисках или плотно при

жмём её к краю стола. Отклоняя свобод н ый конец л инейки от положении рав н овесия, заставим её колебаться (рис .

30).

Если Ю1Нейка довольно длин

ная , мы ничего не услышим. Укоротим высту 11 ающий коне ц л инейки - она начнет «Звучать».

Колеблющаяся стальная линейка сжимаетслои прилегающего к ней с од н ой из сторо н

(рис.

воздуха .и од н овременно создаёт разрежение с другой стороны

31 ). Эrи: сжатия

и разрежен и я чередуются во времени и распространяются

в обе стороны в виде звуковой волны подобно расходящ и мся волнам на водной

поверхности озера от места, где упал камень. Звуковая волна достигает наш его уха и выз ы вает колеба н ия барабанной перепонки 4всреднем ухе . Ч~ловеческое ухо воспринима ет в ви де зву ка колебания , частота которых

лежит в пределах от 16-17 до 20 000 Гu. Так и е колебания н азывают звуковыми, или акусп1 ческ ш..ш. В предыду щем опыте мы наблюдали, что чем короче конец линейк и , тем выше •шстота колебаний. По этому мы и на ч инали сл~шать звук, укоротив коне ц линейки.

Любое твёрдое, жидкое или газообразное тело, совершающее ко

лебания со звуковой частотой, создаёт в окружающей среде зву ков ую волну.

Зву ки , которые мы ежед н е ш-ю слы шим , очень разнообразны. Он11 делятся н а музыкал ьны е звуки и w ум ы . К первым относ я тся п е ние, звучани е на тянуrых

(рис.

стру н

с крипки ,

32), духов ых

гитары

ил и

виолончели

или дру гих музыкальных ИЕiС11Jу

ментов, с ви ст и т. п.

Ш ум ы

воз никают во время

грозы, созлаются работающими двигателями, ш елес Рис.

тяшей листво й . С помощью ор ганов речи люш1 мoryr воссозда вать музыкальные звуки и шумы.

Но поцему с точки зреиия фюики .музыкш1ьные звуки .могут быть такими различuы.ми и чем о1ш отличаются от шума?

•опыт 2 . Возьмём камерто н (от н еме uкоrо: KШtAt - гребень) и ударим шариком по одной из его ножек (рис.

33). Мы услы шим музыкальный зву к 440 Г ц. Посте п е нно вследств и е зату

«ЛЯ>> с ч астото й

хания колебаний ножек звук слабеет. Итак, з вуко вая волна возбуждается но ж ка ми ка м ертона, сове р

шаю шими колебанин. Характер эт и х колебаний можно определить , есл и

прикрепить к ножке

ка

мертона 1-рифель карандаша и , возбуди в колебания

llll'l!jjil•llifliiiilii8 Рис.

кам ерто н а,

равномерно

провести

им

по

пoвe px

ности л иста бумаги. Н а бумаге появится вол нистая линия

(рис.

си н усоиде.

34), подоб н ая уже з н акомой н ам В

этом

случ ае

I"Оiюрят,

что ножки

камертона совер ш ают гармонические колебания.

Звук, производимый гармонически колеблющимся телом, назы ваютмузыкальным

тоном,

илитоном.

Муз ыкал ьны ето ны отли чаютс я н а слух громкостью и высотой. Громкость з вука завнс 1п от амплитуды колебаний. Ч ем сил ьн ее уда р

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

молоточка п о камертону, тем громче

ОН З Вучит , ПОСКОЛЬКУ С И Л ЫIЫ Й удар выз ыва ет колебания боль ш ей амllЛИ туд ы .

Громкость

звука

зависит

от

амплитуды колебаний в звуко вой волне . О звуках различной гроr-.1кости гово рят,

что

один

громче другого

не

во

стол ько-то раз, а на столько-то един иц.

Единицей громкости в СИ является

( 1дБ). Она н азва на в честь

OДIIH децибел

аме р~1канского уч ёного Аrlександера Грейама

Белла ~ изобретателя теле

фона и слуховых аnпарато в для глух t1 Х. Громкость звука измеряют специ аль ным ( ри с.

при бором

сонометром

35).

Громкость шелесталиствы состав ляет !О д Б , ш ё rюта- 20дБ , улично го

шума- 70 д Б и т. п. (рис. 36)

I•_JJ~~:_~~~':""~~~":."'..

Ч у вствитель ность уха зав и с ит от L

частоты звука. Звуковые колебания

Рис.

одинаковых амплитуд кажуrся неод и

наково громк ими , есл и и х ч астоты разные. Ч елове-

,------------,

ческое ухо н аиболее ч увств ител ьно к колебаниям с

частотой около

3500

Гu.

•опыт З. Возьмём несколько камертонов разных размеров.

П оо чер ёдНо

заста вим

их

звучать

каждый раз грифелем, пр~1креплённым

к ножке

к амерто н а, будем провод ить вдоль листа буJ1.1аг и.

---=

Сравнивая п олученн ые результат ы , увидим , ч то с__ _ _ _

ч ем выше звук камерто н а, тем меН ьше период

Рис. 37 · 8

кол еба ний и, соответствен но , тем болuше частота колебаний н ожек камертона.

Высота звука зависит от частоты колебаний . То же самое

можно на блюдать на

примере

колеблюшейся струны. Натя гивая сильнее стру н у гитары

ил и

ск рипки ,

мы

у в елич и ваем

частоту

колебаний, высота зву ка 1,юзрастает.

Звуков ы е колебания, производ и мые камертонами (наприм е р , у камертона «ЛЯ»- частота колебаний-

440

Рис.

37,6

Гц) или муз ыкальными инструментами , можно

наблюдат ь с помошью компьютера или осцилло1·рафа (рис.

а , б).

А что же такое шум? Шум отличается от музыкального тона тем, что у н его нет о пределённой ч астоты КО.[Iебаний , а значит - определённой высоты з в ука.

Шум -это хаотическая смесь многих звуковых колебаний разных частот и амплитуд.

Какой вид имеют эти

колебаюtя , также можно ув ид еть, ~t с пользуя

м икрофон и ком п ьютер или осциллограф.

1) tro ннn••сно JНАт•

1t L

Нзибаnее «громким» в мире животныхявляется голубой кит. Он может ~ть

звуки громкостью

188 дБ,

которые слышны на расстоянии до

850 км

от кита.

1on•ocw н JA/IAHHI 1. Что изучает акустика? 2. Какие колебания называют звуковЫми, или акустическими? 3. Какие основные виды звуков вы знаете? Приведите n ри меры. 4. Что такое тон? Что такое шум? 5. От чего зависят громкость и высота звука?

-AJOIIIIAI

PAIOTA 111 4

ИJУЧЕНИЕ JIAPAК'IEPMC'rMK JВУКА

•

Цель работы :

на опытах оз н акомиться с характеристикам и зву ка.

•

Приборы

столовая ложка,

и материалы:

мастью ·

штатив ,

кусок карто н а (плотная

ни тки,

стеклянная

банка вмести-

л, 1\tеха нич еские часы, резиновый бумага,

шн у р ,

открытка) ,

стеклянная буrылка, сосуд с водой. Ход работы

Возьмите нитку длиной

70- 80 см

и привяжите к её середине столовую

ложку, а концы смотайте в небольшие мотки. Вложите их в у шны е ракови ны и прижмите п ал t)цам и . Н ем но го наклон ившис ь , рас качивай те ложку так , ч тобы она ударялась об край стола. Сделайте вывод н а ос н ове ваших ощущений.

П оставьте н а стол стеклянную банку вместимостью

л, на её д но

положите механические час ы. Разместите свою голову так, чтобы уш и н аход ил и сь ни же краёв банки. Удерюшайте лист картона или фанеры н ад отверст и ем банки и, изменяя его наклон относительно отверст ия и у ш ей, сделайте вывод на основе ваших ощуще ний .

Ре з ~! НОВЫЙ шнур прикре пите ве рти кал ьн о к лапке ш татива. Уда ряйте1 по шнуру пальцем, как п о струне, и зме н яя его натяжение. Сделайте т выводы на ос н ове ваших ощущений.

Подготовьте расчёски с раз н ой густотой зуб ч иков.

Куском

бумаги

зубчикам

~1 ли

открытк и

по

очереди

nровод и те

по

плотной вдоль

расчёсок. Сделайте в ы воды н а ос н ове ваших ощущений.

Осторож н о уда р яйте лож к о й п о п усто й бут ы лке. П остепе н но заnолняйте буrылку водой, постукивая п о н ей. Сделайте вывод ы на основе ваших ощущени й .

1.],

(I!D

-t

CKOPOCIII PACПPOCIPAHEHHI 31УКА

Звуковые волны п одобно всем дру г им вол н ам распространяются с определё н ной скоростью.

•

Наблюдение

Каждый заме ч ал, что на поверхности воды в озе ре от ме

ста nадения камня со п ределё нн ой скоростью расходятся вол ны в виде колец из горбиков и в п ад ин , а ч е рез н екоторое в ремя о н и достигают бере 1-а и набе гают на н его. Что же такое вол н а?

Уда р камня возбуждает колеба н ия частичек воды, он11 п ередаются соседним участкам жидкости, кото ры е в с во ю о ч е редь на ч инают колебаться

и п е редавать колеба ния дал ь ше.

М -: х а н и ч е : к ой

в о л н ой называют распространение колеба

нии в упругом среде . За время , равное п ериоду колеба ни й

скоростью и,

Т, го рб и к волны, дВ 11Гаясь со

п ройдёт пугь, котор ы й обозна ч ают rре •1 еской буквой Л. и

называ ют дл иной волны , т. е.

Дл и н а

вол н ы

это расстояние, на которое распространяется

да нное с остояние колебания (горбик, впадина) за врем я, равное пеРиоду колебания.

Рис.

На воде дпину волны н етрушю измерить: она равна расстоянию между

сосед ними

rорб~tками

ш111

соседними впадинам и (p~tc.

определ итьскорость расГIJюстранения волны

а). Чтобы

38,

надодлину волны Л. ра:шелить

на период колебаний Т(илн у~шожить на частоту v. поскольку v =

+):

• Наблюдени е 2 . Вы , наверное , замечали , •по вс пыш ка молнии пред ш ест вует удару грома. Еслн гроза далеко , то запаздывание грома может достигать десятков секунд. Это запазд ываюtе обусловлено тем, что звуковой волне нужно время , чтобы достигнуть уха от места вспышк и молни11.

Звуковая волна- это распространение слоёв сrущё нtюrо и разрежённого воздуха, которые чередуются и nространстве и выз ываются колебания ~ш

источника, например н ожек камертона. На рис. волны Л

в этом

38,

б в~щно, что дп и н а

случае равна расстоянию между соседними участкашt

сгуще ний или разрежений воздуха. Так же, как в случ ае волн на воде, скорость з вуковой волны можно определить по формуле:

[и.,=t=l.vJ, где и:,в

скорость распространения звуковой волны 8 среде; Л.

вомtьt ; Т - период колебаний ;

дл ина

v - частота колебаний.

Скорость звука зависит от сред ы , в которой он распространяется. С rюмошью опытов Д.

Ф.

Ара го ,

Прони

уста ~ювили , что в воздухе при температуре

звуковых вол н равна 337,2

f . Зная

Ж.

Гей-Люссак в

1822

г.

10 · с скорость распространения

скорость расnространения звука,

можно по приведённым форм уЛ ам определитьдлины волн 8 возлухе , соот ветствуюш~tе гран ~tцам слышимости человеческого уха:

wя

v,, = 20 Гц ШJ ttн a волны л . -= 17 м; 20 000 Гц ШJttна волны л" = 1,7 см.

для Vв =

В воде скорость распространения звука больше, чем в воздухе. Вnервые её

юмернл11 в

1827 г.

на Женевском озере в Швейuа риtt . Н а одной лодке зажиrатt

п орохи с ttн хронно ударятt в подводный колокол (рис .

1-ta расстоянии

ру пора.

14 км

39).

Вторая лодка была

от rtервой. Звук уламивали с п омощьюопуше нно го в воду

По интервалу времени между вспышкой света и п осl)'пле ни ем

зву кового

с игнала

опред елили

скорость

распространения

звука.

температуре 8 °С скорость распростране ния звука в воде равна 1435

При

В твёрды~ тeJJax скорость расrtространенttя звука еще больше, чем в ж11дкостях.

В табтще

приведсны значения скорости распространения

з вуковых волн в разных средах.

37 .!!!!!

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИ)!S:ЕНИ

Таблица

Скорость распространения звука в разных средах Твёрдое

Жидкость (nри

°С)

Ацетон

Железо

6260 5850

Л ёд

3980

Вода

Резина

1040

Вода морская

Стекло

Фарфор

5990 5340

Эбонит

2405

Алюминий

В таблице

2 указаны

Бензин

Глицерин

"""'

Сnирт

Газ

1192 1170 1460 1451

(при0°С) Азот

Водород Воздух

Гелий

1923 1451

Кислород

1180

Углекислый

Метан

334 1284

331 965 316 429 259

з начеюtя с корости распространен~tя зву ка в разных

средах при о пределё нной температуре, п оскольку скорость рас пр остране

ния звука в среде завис ит от её температу ры . Н апример, с корость рас про странения

звука в жидкостя х (за исклю••ен~tс;;м

температуры

уменьша ется , а

воды) с по выш е ни ем

газах с корост ь расп р остранения зву ка

при

неизменном давлении с повышением температуры у вел ич ивается.

Современная техника даёт возможность из м е рить ско рость распростра

н е ния з вука с высокой точностью (р ис .

40).

Скорость распространения звука в среде зависит от её темпера туры .

Опыт .

Разместим источник звука под колпаком воздушного насоса

(p~tc. 41) , и начн ём выкачивать и з него воздух. По мере того, как количество воздуха под колпаком уменьшается, зву к слабеет, а потом вообще исчезает. Такой опыт впервые вы полн ил в 1660 г. Роберт Бойль, показав, что в безвоз душном nространстве , которое называют вакуумом , звук совсем не распростра

няется. Тем самым он доказал необходимостьсреды дnя существования звуковых

ВQ.I1H. Есть материалы , которые плохо проводят звук, поскольку колебанш• в них быстро затухают. Наnример , пористы е панели, пенопласт используют мя звуко изоляции , т. е. для защиты помеще ни й от проникновения в ни х посторон них

звуков. Если з вуковая волна рас n ространяется в не кото рой с реде ( н априме р , воде) , то со времен ем он а достигнет её граниuы, к которой примыкает другая среда (напри ме р , воздух). Эта вторая среда состоит ю других ч астиu

и отличается строением, поэтому скорость ра с простра н е ния з вука в н ей иная.

Н а границе д вух разли чны х сред nроисходит отражение з вук о вой

нол ны подобно отраже нию света н а гра нице воздуха и зеркала.

Почему отражается

звуковая

волна?

Прои сход ит это потому ,

что

колеба ния з вуковой волны передаются частицам другой среды. Эти частицы

сам и

становятся

источниками

нов ой

(втори чн ой)

звуковой

волны.

Вторичн ая волна распространяется не толь ко во второй среде, но и в п ер ной ,

откуда п осту пила первичная волна. Это и есть отражённая вол н а. С отражением звука связано известное всем явление- эхо. Онозаключается в том , что звук от источникадоходит до некО'Юрого препятствия (а препятствием и есть вторая, отличная от оо::щухасреда-стенадома , крайлеса и т. n.), отражается от его поверхносnt ~~ возвращается к месrу, где возн икли звуковые колебан ~tя . Есл и первичный з вук и з ву к отражённый доходят к слушателю н е од н овре менно , то он слышит звук дважд ы . Бы ва ют случа ~t многократных отраже ний звука, то гда и усл ышать его можно несколько раз (например , рас каты грома). Я вле ни е о пределе ния

отраже ни я

звуко вы х

ра сстояний

до

волн

раз ны х

от

препятств ий

предметов

их

~t слользуют для

место н ахожде ния .

Предп оложим , что в оnределё нн ый мом е нт времени источни к звука создаёт з вуковые колеба юtя . З вук распростра ня ется, и , встретив препятствие , отражается от н его. Если возле источника звука разм естить ещё и приемник , то через определённый интервал врем ен и он может заф иксировать отражённый звук. И зме рив этот ин те рвал врем е ни и з ная скорость расп ространения з вука в

анной среде , определяют расстояни е до препятствия , уч итывая , что з вук важды проходит искомое расстояние (до препятствия и обратно) по формуле;

где

L.IJ • 1-

среде;

расстояние до препятств ия ;

v311

t -

которое

интервал

времени,

за

скорость распространения зву ка в звук

дошел

от

источн~tка до

препятствия и воз врат ился к при ем нику з вука.

~ IOnro<W И UAAHИI

l.V

1. Как можно оnределить скорость расnространения звуковых волн? 2. От чего зави сит скорость расnространения звуковых волн? 3. Пользуясь табл ице й 2, оnределите , в каком веществе скорость pacnpo· странения звука н а им е ньшая ; наибольшая .

4. 5.

Что такое эхо? Как оnредел ить расстояние до nреnятств ия с nомощью звука?

Вы уже з наете, что колеба ния с ч астотой от l бдо

20 000

Гц вос прини мает

человеческое ухо , поэтому ~t x н аз ывают з вуковыюt.

Колеба ния с частотами, которы е меньше ч е м

н а июt зWая звуко вая

частота называют инфразвуком (от лат инского слова инфра - ниже , п од) .

Инфразвуковые колебания (инфразвук) - это колебания , часто та которых мены.uе

16 Гц - самой

н из кой частоты звуковых колебаний .

Ч еловеч ес кое ухо ин фразвук н е воспринимает. Он возн и кает во время штормов, гроз, землетрясе ни й . Ч елове ч еск ий органюм в целом ощу щает н а себе вредн ое действие и н фразвука, •t еловек очень страаает от морско й и воздушн ой болезней, возн ~t кающ ~tх вследствие укач~tва н ия в ~t нфразвуковом д и а п азо н е колеба н ий.

Мешщинские нсследован~1я

п родолжитель н ого во:шействия

влия ния

на человека

инфраз вука от специаль ны х генераторов

с в идетел ьствуют, что оно может припест~t к не rюправим ы м п оследств и ям.

Инфразвук слабо п о гло щ аетсs1 средой и может рас простра ня ться н а больш~t е р асстоя юt я. Ин фразвук lt С п ользуют в приборах, которые н аз ывают

сеИсмографами . _ О н~t п редназ н ачены для п роr н озирова в ия землетрясе юt й, изучения строе ни я Земщt , разnедк~t nолезных иско t·t аемых (p~t c. 42). Колеба н ия с ч астота~ш. которые больше , чем наttвысшая звуковая •шстота , наз ы вают ультразвуком (от лати н ского слова ультра- даль ш е, боль ш е, нм).

Ультразвуковые

колебаниЯ

частота которых болы.uе

(ультразвук)- это колебания,

20 000 Гц - самой высокой частоты звуковых

колебаний

Ультраз ву ковые колебаюt я nрименяют м я обработки твёрдых 11 сверхтвер дых м ате ри алов. К обрабатываемым детал ям подаётс я смесь воды с мелким п о рошко м -аб раз и вом , част ~tч к ~t

которого под действием ультразвуково го

и :111уч ател я колеблются с бол ьш ой частотой, бомбард ир уя об рабатываему ю по верхн ость, бла года ря чему

n н ей

можн о делать отверстия сложн ой фо р м ы .

Так п олуча ют и зображения н а камне, металле , фарфоре и т.

Мы уже з н аем, ч то с пшюшью звуко воt·о эха мож н о о п редел tt ть рассто я н ие до п ре п ятствня , на п ракт~tке также нужно знать, в ка ком н аправле н юt

оно рас п оложе н о. Обычный звук АЛЯ этого непр 11 годен , пос кольку о н рас простра ня ется по всем напрамениям от источника , поэтому и отражё нн ые с и г н ал ы п осту п ают с разных сторо 1-1 .

С цель ю о rt ределен н я местонахождения объекто в методом эха и с п ользу ют н е об ычны й з вук, а ультразвук. О н имеет знач и тель н о колебаюt й , ч ем звук, т. е. о•t ень ма лую дrшн у вол ны , ч то даёт возмож н ость сформ и ровать узкие ультразву к овые п уч ки, подоб ны е световым , и

Рис.

Этот пр ~t нщt п положен в основу действия эхолота и эхоло като ра прибороtl дnя

измерения rлубины мореi1 , океанов ишt поиска различ н ых

предметов под водо~i. Н а дн~t шах судов устанавл tt вают ультразвуковые излучател~t ,

которые периодически посылают 11мnульсы

Отражён ные колебан и я прttнимаются ( p~t c .

u направлен tш дна 43, б), и на экране

(рис.

43,

а).

ком пьютера

пшшляется рельеф дна. Ко11ы на nyrн ультразвука возникает, например, косяк

рыбы , он также отображ.аt.'ТСЯ на экране . Для мнопt х техническttХ целей н ужны смеси жtшкостеii , которые не смешиваются в обы•t ных услОLшях (напр tt мер,

Р1Уfь

'' вода). Н о сели колбу с водой и ртугью облучать на протяжен ии

определенного вреr-.1е н и которая

ультразвуком, то образуется устой ч ивая

может сохран~пься

промыwле1~ных

в те•1ение

предприятиях

продолжительного

помощью

смесь ,

времени.

ультразвуковых

На

колебаний

смешивают ВОдУ и мaCJJo.

Учёные установили , что простейшие живые существа быстро гибнуr под

действ11ем уЛI,тразвука. Это свойство используют для стер илиза цш1 вод ы , молока

и других пищевых продуктов. Ультразву к является

п р ич иной

параличаи гибели холоднокровных животных- рыб , жаб , головастиков.

мсшщ11не

ультра з вук

щ1агности•1еской целями (рис.

используют

44,

лечебной

(рис.

44,

а)

б).

!) по инт•••сно IНАУ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - . •

Свыше

80 лет тому назад французский учёный

Поль Ланжевен получил па

тент на первый в мире ультразвуковой локатор. Но nрирода опередила его. Летучие мыши и китообразные, ориентируясь в nространстве , действуют как живые эхолокаторы, так как способны

излучать и

восnринимать

ультразвук в широком диаnазоне. Дельфин чётко отличает скалу от косяка рыб .

-------

Собаки слышат ультразвук , поэтому им можно подавать неслышные

для людей команды с nомощью специальных свистков.

IOПI'OCW М JAДAHMI

1. 2. 3.

Что такое инфраэву~? Как он влияет на человеческий организм? Где испоnьзуют инфразвук? Что такое ультразвук? Приведите примеры применения ультразвука.

[f!i)

lnИIHИE АКУСТИЧЕСКИХ КОЯЕ&АНИЙ НА ЖИВЫЕ ОРrАНИЭМЫ

Среди ф1131tческих факторов, отриuательно мияющих ~ш :шоровье человека, одним из наиболее вредных является звуковой шум. Он восnрttнимается как неприятные , нежелательные звук и , мешающие нормально работать, получать

н уж н ую ин~юРмацию, отдыхать. У•t ёные установил и , что шум даже малой ~tн тенсивност и

при водит к сниже н ию трудос п особности, остроты слуха,

юменению функциональных возможностей коры главного мозга, сердечно сосудистой

и центральной нервной систем.

Ш ум действует на человека

возбуждающе, вызывает выделение в кровь большою количества гормонов, вызывающих чувство страха, ort actюcпt, агрессии ~~т. п.

Ш ум- сложноефизическое явление: он образуется вследствие наложенttя

колебаний различных частот, то есть состоит и з звуков разiiой высоты. Он является одной из форм физического (волнового) заt·рязнеtшя окружаюшей

среды, маrпащt я органюмов к которому практичесю t невозможна. П оэтому шум О'ПЮС ~1 ТСН

К серьёЗ НЫ М За i'РЯ З НИТСЛЯМ.

КОТОрые ДОЛЖНЫ быть ПОД

контролем государства н а ос н ове сnециальных зако нов .

Правовую основу зашиты н аселения от ш ума предста.вляют Законы Укра ~tн ы +:Об обес п ече юt и сан~tтарного ~• э тtдемическоп> благо пол учия населе ния • , •Об охране естестве нной окружающей среды », -8 0б охране атмосферного воздуха•, .-Об экологической экс п ертюе• и др. Борьба с шумом состо~п в создан и~• шумоуламивающ~tх экранов, поrло щающ~t х ф 11льтров, бесшумных механизмов, в изменеюtи тех н ологюt про

юводства и д ин амики тра н спортных потоков . Даже озсленен ~t е терри тор~tи с ни жает уличный шум н а 25% ~• более. Уровень шума, его сила (интенс ив ность) измеряется в децибелах (дБ). И нтенс~шность всех зву ков шtапазона слухового восприятия выражают в

относительных единицах от О до

130 дБ

(болевого порога). И зме ряют шум

специальной аппаратурой- шумомерам~t.

Допустимые границы с~tлы звука в разных услов 1t ях составляют45-85дБ. В случае постоянного шума до 70 д Б возникают нарушения эндокринной и нервной систем, nри 90 дБ нарушается слух, пр11 120 дБ возникает физ~tческая боль, становяшаяся невыносимой.

Рекомендова нные щtапазоны ш умов в нутри помещений разного наз на чения такие:

• DJJЯ сна, отдыха- 30-40 д Б; • дr1я умстве нною труда- 40-50 д Б; • ШIЯ лабораторных исследовмtий, работы с ЭВМ 11 т. п . - 50-60 д Б ; • для производственных цехов, гаражей . магази~юн и т. п. - 50-70 д Б. Исто•tниками шумов ямяются осе виды трансrюрта, промыwлен ны е объекты,

громкогоооряшие

устройства ,

л1tфты, телевизоры,

музыкапьные инстр ументы, собрания людей

радиоnр 1t ёмн 11К11 ,

отдельные щща (ldбЛ.

3}.

Ч резмерный шум мияетнаорга н11 зм человека nодобно яду , который ворганюме

медленно н акаruтвается. Он сокрашает п родалжителыюсть жизни на

8- 12 лет.

Медицинск~•е исследования свидетельствуют , •tто у л~1ц, имсющ ~t х • шум

ны е • профе сс ~ш , желудоч ны е заболева ния (гастриты , язвы и т. n.) воз ни кают в четыре раза чаще, ч ем у д ругих. Среди н~1х также н амного боль ш е гл ух и х. От продолж tпель ного с ~ш ыюrо ш ума произ вод и тель н ост ь у люде й

умстве нного тр уда с ни жается

tt a 60 %,

физическоt·о

на

30 %.

Оказалось , что молодежь до 27 лет выде рж 11 вает нам н о го более интенсив ный ш ум, чем люю1 возрастом более 40-50 лет. Од н ако со временем , как свидетел ьствует статисп1ка ,

у молод ы х людй, увлекающихся громкой

муз ыкой (на концертах и дома) , после

30 лет

возникают расстройства слуха,

н ер вной с и стемы и д ру ги е болезни.

Таблица

Влияние на здоровье человека шум а разной интенсивности

""""""'"""""'

Источник шума

звука, дБ

Влияние на организм

Порог слышимости

Шелест листвы

Тихий ш ё n от на расстоянии

1м

Тиканье часов

Не мешает сну

Город НОЧЬЮ, Городсi<ЗЯ ltВЩ)ТИра

Доnустимая санитарная норма

Замедленный разговор

Шум воды из-nод крана

Шум nечатной машинки

Звук громкоговорителя

Шум легкового автомобиля на

расстоянии

Эффективный умственный труд

Снижение трудосnособности

1м

Громкий разговор

Шум трамвая, уличное движе-

Крик на расстоянии

во

Стиральная

1м;

моnед

машин а,

Повреждение слуха, расстройства эндокринной и нервной систем

100

Агрессия , язвенная болезнь,

мотоцикл с глушителем

Фортиссимо оркестра

Вредно для nсихики, вегетат и в· ной нервной системы; аритм ия

гиnертония

Автомобильная

сире н а,

шум

110

вертолета Рок-концерт

11 5

Отбойный молоток (на расстоянии

120

Прямое nовреждение

1м)

Пушеч н ый выстрел

125

Самолёт на старте

130

Старт ракеты

150

Болевой nорог

Наблюде ние специалистов сшщетельствуют, ••то в концерпtых залах, где вы Сl)'tlюот современн ы е рок-а нсамбл ~• . в п ервых рЯдаХ иmенс~tвность звукадоспt

гает 118- 120 дБ, в последних- 100- 11 0 дБ. Врач~t сч итают, что п осле каждого такого концерта почти у 10% слушателей возникают н еобратимы е поврежnен~tя внут-ренн е го

уха

(нерв н ых

окончаюt й),

которые

не

восстанавшшаются.

Установл е но , что очень llJOMкaя музыка негативно влияет на вегетативную н ервную систему человека , сердце, кровообращение , органы дыхаюtя .

П оложительное м ~t я н~t е гармонической, с п о кой ной , мягкой музыки б ыло известно с дав них времён. Существует так н аз ы ваемая музыкальная терашtя, когда

различные

озщ>ровительные

процедуры

сопровоЖдаются

нежными

монотонным~• напевами , с п окой ны м журчаньем воды , мягким шумом морск ~tх

вол н , птичьим •·• ением , с п окой н ой с имфонttческой музыкой.

ton•ocw и JAДAHMt

1. Что такое шум? П риведите п ри м еры шумов. 2. Объясните , как влияет шум на здоровье человека? 3 . Какие звуки положительно влияют на нервную систему

человека?

_ _ _ _ _ _ ..3о.UАА ='-'Ч -"И-'-И '-'Уn "-•"-u= с мсс1"И-И"'I-"'---------

> 1.

Реwаем амесtе Услыш~tм л~t взрыв , котор ый прои зо ш ёл на Лу н е?

О т вет: н ет, так как наЛунеотсугствуетатмосфера. 35ук в безвозду шн ом пространстве не расt-tространяется.

Выпишите названия музыкальных инструментов в порядке возраста ния

высоты тона (в скобках указа н а частота звуковых колебанttй): скр ~ш ка

Гu) , в11олончель (2 16 Гu) , контрабас ( 196 Гu) , альт (4 15 ГiJ). Отв е т: контрабас (196 Гц) , в~юлончель (2 16 Гц) , альт (4 15 Гц), скр ип ка

(640

Гu) .

3. Эхо услышали чере з 2 с п осле вскрика маль чика п еред лесом. Н а каком ра сстояюtи от леса был мальчик? Дано :

Решение

t= 2 с

Используем формулу:/ = ~ -

u38 =33 1 ~

Подставимзначення:

/ -? Ответ:

1= 331

331

~ · 2 с=331м.

м.

Уроаеи~ А '1

Объя с ните, как образуются з вук и в скр ~tn ке , рояле , трубе , ба рабане . Как м уз ыкант может измен t пь характер ЭTit X звуков?

.о

44.

-t

Любое ли тело может б ы ть источником звука? Поч е м у ж урчат ручьи? Как 1·1роверяют нал~tч и е треш11н в колёсах ва гон ов , стеклянной ишt фарфоровой посуде?

46.

Осмотрщ и к и вю·о н он на железнодорожных станциях, п роверяя состоя

ние колёс па t·о нов, ударяют по ободу колеса молоточком.llля ч его он 11 это делают? На что обращает в н имание осмотрщик в моме н т удара моло то ч ком по ободу колеса?

47 .

Ч ело век r..южет слы ш а т ь звуки, которые распростра н яются от и сточ н и

ков, производящих не менее

и н е более

20 000

колеба ни й в

с.

О п редел t пе период ы колебаний , соответствующ 11е этим ч астотам.

48. 49.

Кто чаще машет кр ы л ы шкам и - шмель 11 лн комар?

П о •• ему гром все гда слы ш им после того, как ув ид и м мол н ию? Н а ка ком расстоя н и11 от н аблюдателя вознt t кла мол юtя , если ·гром от н её он услышал через

50.

10 с?

П очему, приложи в ухо к железнодорожному рельсу , можн о уС.(1ы w ать стук колёс 1юезла, tl<tходящегося н а бОЛI>ШОМ расстои ни и?

5 1. 52. 53.

Объясните , по•t ему плохо сл ы ш н о, когда yw11 закрыты ватой. П очему в читальных залах пол всегда застилают мягкшнt дорожками? П о•tему шум от поезда становится оглуш•псль ны м пр 11 входе в туннель?

54.

Где леJ"че о о ределить место о оло жеюtе источника звука:

ной

55.

мест н ост и

или

на ров

горах ,

поле и л и в селе? Может Л ll ч еловек слышать ин фразвуки? П о•t е му?

56.

К как 11 м звукам отн осятся коле баню• с частотой

Г ц? Каков

пер и од этих колебан ий ?

57.

Почему лету•нtе мыши (рис.

45)

даже в rюлной темноте н е нале-

Рис.

тают на пре п ятствия?

58.

Глуб 11 на п роник н о вения ультразвука с частотой 1 М Г ц в стальн ом сл t tтке составляет 6 м. Какое время необход и мо llЛЯ это го?

( Уро•••• 1 ) 59.

llля выявления в а rпомобильном дви гателе нснсправ н ости автомеха ни к

60.

Для чего он это делает? Объяс ните , п очему люди, rюдю&tщшсь высоко в юр ы , должны rромчс

61.

llля чего слабослыШащие люд.t прикладывают к уху рупор? О дефе11.-тах

приклад ы nаст ухо к

ко н цу какого-либо

металли•tеского стержня,

касаясьдругим его ко tшом тех II ШI иных частей работающего двигателя.

говорить, чтобы слышатьдруг друга. ~

ка ко го о р гана ч уиств человека говорится в задаче? П рипомните его строен и е.

62.

За

1с

муха совершает

330

взмахов крыльями , а мотьшек-

Кто и з н их

всл едствие этого является •tсточником звука? Каков период колеба н11 й к р ы льев мухи н мотылька?

63.

С колько времени рас •·•р остра ня етсst звук от стола у ч11теля до послед н ей парты ?

64.

Расстояни е между двумя железнодорожны ми ста нщtями рав но

16,6 к м.

За какое время рас щюстра н яется звук от одной ста нuи~t до другой по воздуху; п о рельсам? Температура воздуха О 0 С. Скоростt. рас lt ростра н е-

ния звука в стил и рав~1а ?500 ~ .

65.

Для ч его стены и потолок помещен и й р ад и о- и телестуд и й rюкрывают материалами, которые хоро шо поглощают звук?

66.

Гром

67 .

CJIЫШII M гро м, хотя разр яд молн 1нt шштся о•lе нь коротк ос время? Струйка воды во время наполнеt tи я буrылкн (рис. 46)

ЭТО звук, ВОЗН~tКаЮЩ11Й ВО время МОЛ ЮI И. П очему МЫ ДОЛГО

вызывает ш у м , в котором можно улов и ть н екоторый

68. 69.

тон . П о мере за полнения буrылк ~t высота тона tt з ме няется. П овышается он ttШt понижается? Поче му это п роисхощп? П ослушайте. как зво н~п будиль ник в комнате и на ули це. Объясннте различие. Ры болове ц кое морское судно , которое 11лы вёт ночью ищt в тумане блю бере гов с высо кими сюuшми , вре

мя от вре м е ни даёт короткие I'Уд ки. Для ч е го это делается ?

70.

Поч ему в

небольшой

комн ате не слы шно эха?

П очему в лесу тяжело ор 1t е нтироваться гю голосу?

71 . Специал ~t сты-пчсловоды по звуку определяют, летят

Рис. 46

пч ёл ы н а взяток или возвра щаются с мёдом. К ак он и об этом уз нают?

72.

Ча сто

у р овень

определ яют

110

запол н е ния зву к у.

зак рыты х

цистер н ,

Поч ему слышатся

баков

~•

бо ч е к

разные звуки от уда ров в

местах, заполне нны х и н езш10М1 е нн ых жидкостью?

73.

Приятн ая м елодия благотворно действует 11 а о ргани зм ч еловека, он

ос вобождается от усталости, отдыхает. Звук ~• . возникающие от работы дв и гателей, вредны,

с нишt ведут борьбу, уста на wн шая глу ш~пел и .

За ч ем?

74.

Ч е м объяснить , что кошк tt

дру t· ие жи вотные перед землетрясением

п о кидают зда юtя , а киты и дел ьфи1-tы за плывают дале ко в морс ?

75.

П ользуясь эх олотом помощ ью

прибором для

отражения

звука,

юмереюtя

определил11,

•1то

з вукового с игиила до rtри ёма отражё нн ого прошло

глуб ины

моря с

момента

пода чи

3 с.

Какова глуб ин а

моря , если с корость рас п ространения звука 13 воде равна 1450 ~?

76.

По•1 ему на

77.

С помощью ультразвука провод и тся дезинсекш tя зер н а. Ч ем объяс ни ть

кораблях уста t·tамивают н е звуковые, а ультразвуковые

гидролокато ры (см. ри с.

43)?

де йств~t е ультразвука н а насекоt.tых? П очему многие насеком ы е пtбнут п ри облучеtl~tи и х ультразвуком?

IICIOPИ'IICKAI CnPAIКA Свыше

fJJ3YX

тысяч лет тому назад Аристотель писал : • Поскольку природа явлRется

началом движения и изменения, а nредметом нашего иссnедования является природа, то

нельзя оставить нееыясненным, что такое движение, так как незнание движения приведёт к незнанию природы ». Под движением Аристотель понимал изменения , которые nроисходят с телом, т. е. ишенения места или гюоожения тела относительно других тел.

более сложное движение, по словам философа, включает в себя предыдущее, менее сложное. Приведём примеры к эmм высказываниям Аристотеля. Простейшее

это

механическое движение, т. е. изменеНие со временем положения тела относительно других тел . ~е механи4еО<ого движения сущестзуют более сложные движения:

тennoeoe , элеКТJ)И'+еекое, атомное. И эти движения уже включают в себя nростейшие движения ('iЗСТИЦЫ при теnrювом движении двигаются по законам механики) . Итальянский физик и астроном Галилео Галилей (1564-1642) основательно исследовал механичесt<ое движение .

Галил ей сформулировал

nринциn

относительности для

равномерного nря~линейноrо движения . Изучая свободное nадение тел, он nришёл к выводу, что тело nадает на Землю с nостоянно возрастающей скоростью. Но дпя

гюдтверждения этих теоретических гиnотез нужны быпи эксnерименты. Изучая свободное падение тел, Гапилей столкнулся со сложной задачей измерения времени . Галилей придумал сnособ замедления nроцесса падения , заставляя тело двигаться по наклонной nлос костиснебольшим уклоном . Галил ей знал теоретически, что

nри

этом

должны

изменяться лишь

масwтаб движения ,

провёл

такой

эксперимент. В брусе из твёрдого дерева он прорезал строго прямолинейный жёлоб с хорошо отnолированными стенками. Установив жёлоб под уmом к горизонту, Галилей скатывал по нему бронзовый шар , измеряя время , за которое тот nроходил отрезки пути разной дпины. Поскольку точных часов в те времена ещё не было, то Гапилей

взвешивал воду, вытекавшую из большого резервуара через тонкую трубку за время первмещения

wapa от одной точки жёлоба к другой.

Он установил , что время движения

точно равно корню квадратному из пройденноrо расстояния согласно гипотезе о падении тел с возрастающей скоростью.

ПРОВЕРЬТЕ СВОИ 3НАИИ11 KoiiТpOII••we

•••pocw

Какие виды механического движения вы знаете? В чём состоит их отличие?

1. 2. Известно , что в густом тумане легко заблудиn.ся , так как не видно предметов, относительно которых мы движемся . Почему же тогда в лесу, где мноrо деревьев,

тоже легко заблудиться? · 3. Чем могут отличаться равномерные прямолинейные движения двух тел, если тела проwли одинаковые расстояния?

4. Как определить среднюю скорость движения тела , скатываюu.i,еrося по на клонной плоскости? Какие величины вы при этом должны определить прак тически и какими приборам и?

5. Приведите nримеры криволинейных движений , в ч астности движений тел по ок

ности .

7. 8.

Все ли тела могут колебаться? Назовите величины , которые характеризуют колебательные nроцессы . Как связаны между собой с ко рость рас пространения звука , длина и частота

звуковой волны?

9. В каких средах скорость рас п ространения звука больше, 10. В каких средах возникают инфразвуковые колебания?

чем в других?

11 . В каких средах не расnространяетс я ультразвук ?

12. Какие

вы знаете сnособы защиты nомещений от шумов?

{Что 1 sиа10 и уме10 Ae.nat~ Я знаю, каковы единицы пути , време ни , скорости движения тела.

Вместо точек вставьте пропущенные числа:

1 км = ... м ; 1 см = ... м ; 1 м = .. . мм ; 100 м= ... см = ... 1 ч = ... с; 30 с = ... ч ; 15 мин = ... с ; 3 ч = .. . мин = ... с;

18 ~ = .. ~; 20 ~

= .. . ~ ; 20 т = ..

~; 9 т

мм ;

"' . .

~·

Я умею описывать и строить графики равномерного движения тела.

Два мотоциклиста из одного пункта одновременно одинаковом

начали

двигаться

направлении

прямо

линейной траектории . Их графики ско ростей представлены на рисунке

ч?

3 ч ? 4ч ?5ч?

60 ·

47.

Каковы скорости движен ия каж

дого м отоциклиста через

и, км

У кого из мотоциклистов с ко

40 --~~

~ -

' '''

''' '

__!__.

рость была наибольшей? Наимень шей? В какой момент?

Какой из мотоциклистов остана-

вливалея в пути? Когда это было?

Рис .

t, ч

4. Какой nуть nройдет каждый мотоциклист за 1, 2, 3, 4 и 5 ч ? 5. Постройте графики зависим ости nройденного мотоциклистам и

пути от вре

мени движения .

б. какова сред/iЯА СКоросlЪдвижения каждого мотоциклиста за всё время движения? Я знаю, как определить физическ и е величины .

Определите глубину шахты, в которую бросили шарик , если звук от момента удара

шарика об дно шахты достигнул её края через б с . Скорость расnространения звука

считать равной 340 ~ · 4.

П ериод колебаний зубила пн евматического молотка равен

0,02

с. Какова

частота колебаний зубила ?

На каком расстоянии находится nрепятствие , если отражён н ый от него звук

вернулся к и сточнику через

5 с?

б . Человеч еское ухо наиболее чувствительно к колебаниям с частотой около

3500

Гц. Какова длина волны в воздухе для этих колеба ний ?

Я знаю, rде на практике применяютсА физические АвлениА.

7. 8.

Как работа ет сейсмограф? Где п рим еняются ультразвуковые колебания?

Почему при nроеерке колёс вагоновна стоянке nоезда rюним nостукивают МОЛОТ1<ОМ? Я умею ВЫПОЛНАТЬ ОnЫТЫ.

1О .

Выnолните такой опыт: nоложите металлическую линейку длиной

40-50 см

одним

концом на край стола и nрижмите её сверху деревянным бруском или книгой . Свободный конец линейки оттяните вниз или вверх и отnустите. Повто~йте опыт, уменЬllJая длину свободной части линейки до тех пор, пока услышите её гудение.

Когда быстрее колебалась линейка

когда она была длиннее или короче? Коrда

было слышно звук- nри редких или частых колебаниях? как называют наиболЬllJее расстояние , на кот9рое смещается конец линейки во время колебаний?

Я ум ею конструировать.

11 . Придумайте прибор для измерения

пуrи во время криволинейного движения тела .

Я ум ею выполнять л абораторные работы.

12. Выполняя

лабораторную рабо-ту, ученик оnредел ил , что маятник совершил

колебаний за

Вариант

с. Каков период колебаний маятника?

Какие из nеречисленных частей велосиnеда, сnускающегося с горки , находят

ся в движении относительно его рамы? А. Педали во время их вращения.

Педали во время • свободного хода • велосиnеда .

В . Оси колёс. Г. Цеnь во время вращения педалей.

Относитепьно каких тел пассажир, сидящий вдвижущемся вагоне, находится в nокое? А. Вагона . Б. Земли . В. Других пассажиров, сидящих в вагоне. Г: Колёс вагона.

Пассажирский

поезд за каждые nолчаса проходил расстояние

15 мин- 30 км,

за

1 мин- 2

км, за

км. Какое это движение?

А. Равномерное . Б. Неравномерное. В. Криволинейное. Г: Движени е по окружности.

4. Один самолёт летит со скоростью 540 ~ , а второй самолёта скорость движения больше? д. У первого. Б. У второго.

В . Одинак ов ые .

130 ~. У какого

Автомобиль nроехал расстояние 2 км со скоростью 20 ~,а nотом 4,5 км - со скоростью 15 ~. Какова средняя скорость движения автомобиля на всём nути?

д. П ~-Б. 16; 35 ~ - В. 16,25 ~-Г 16,00 ~6.

Тело совершает за д.

0,20 с. 6. 4

с. в .

5 с 20 оборотов. 0,25 с. г. 100 с.

Какое период обращения тела?

Зависит ли nериод колебаний маятника от длины нити? А. Зависит. Б. Не зависит.

В. Зависит только в определенных случаях.

Длина одного маятника

м, а второго

- 4

м. У какого маятника период

колебаний больше? А. У первого .

У второго. В. Одинаковые.

Кто чаще машет крылышками во время полёта: комар или муха?

А. Муха. Б. Комар. В. Одинаково.

10. На камертоне есть надnись .. 440•. Какое период ~~:олебаний ноЖе~~: ~~:амертона? А. 0,0030 с. Б. 400 с. В. 0,00227 с. Г Правильного ответа здесь нет.

11 . Во время грозы челоее~~: услышал гром через 15 с после всnыш~~:и молнии. На ка~~:ом расстояния от челове~~:а произошёл разряд?

А. 5000 м. Б. 4965 м. В. 15 000 м. Г. Правильного ответа здесь нет. 12. Самолет на старте создает шум 130 дБ. Как человек это восnринимает? А. Возникают приятные ощущения.

Б. Возникают болевые ощущения. В. Ни~~:а~~: . Вари а нт

Ябло~~:о, лежащее на столе Вагона движущегося поезда, движется относительно ... А} Пассажира , ~~:оторый идет по вагону. Б. Теnлов оза. В. Земли. Г. Пассажира, который сидит е вагоне.

Ка~~:ое из перечисленных тел находится е no~~:oe относительно Земли в данный момент времени?

~усеницы трактора, касэющиеся Земли во время его движения Б . Верхние части гусениц подвижного трактора. В. Солнце.

Г Оси велосиnедных колёс во время движения.

Автомобиль за полчаса nрошёл следующие -

км, причём за первые

мин

- 20

км, а за

км. Какое это движение?

А. Равномерное . Б. Неравномерное . В. Криволинейное. Г: Движение по окружности.

4. Один

автомобиль движется со с~~:оростью 72 ~, а второй -

У ~~:акого из ащомобилей скорость движения больше?

А. У первого. Б\ У второго. В . Одинаковая.

25 "Ё"·

Глава

течение О, 1 ч - 80 ~ и снова в течение 0,2 ч - 40 ~.Определите среднюю скорость движения автомобиля на всём пути .

д. 60 !::!f. Б. 62 !::!f .В. 59,5. !::!f. бnравильного ответа здесь нет. 6.

Какова частота.о§ращения тела, если оно за

д. 100 Гц. Б. 10 ГJ. В . 1 Гц.

1О t

делает

100 оборотов?

Г. Правильного ответа здесь нет.

Зависит ли период колебаний маятника от частоты колебаний?

А) зависит. Б . Не зависит. В . Зависит только в определённых случаях.

Один маятник колеблется с частотой

5 Гц ,

а второй

• 2 Гц.

Какой из маятников

длиннее?

д . Первый. Б. Одинаковые. В. Второй .

9. 1

Пчела вылетела на сбор пыльцы. Будет ли изм еняться частота колебаний её крылышек во время этой Qаботы? д. Не будет изменяться. Б . Уменьшится. В . Увеличится .

1О .Период колебаний ножек камертона равен 0,002 с. Какова его частота? д. 500 Гц. Б . 440 Гц . В. 450 Гц . Г. Правильного ответа здесь нет. 11 . И з меряя глубину моря под кораблем с помощью эхолота, определили , что время между моментом отправки и nриёмом сигнала равно 0,6 с. Какова глубина моря nод кораблем? д.

435,3

м. Б .

870,6

м. В.

600

м . Г. Правильного ответа здесь нет.

12 .Легко вой автомобиль на расстоянии

м создаёт шум

дБ . К чему это

nри водит? д . К доброму расnоложе нию духа. Б. К снижению работоспособности. В . Ни к чему.

ЛАВА

ВЗАИМОДЕЙСТ ВИЕ TEn • • • • • • • • • • •

Взаимодействие тел. Инерция

Давление и сил а давления

Динамометры

• • • • • •

Сила тяжести

• Манометры

Вес тела. Невесомость

• • • •

Мас с а тела

Сила и единицы силы Сила упругости Закон Гука

Измерение сил Сила трения Коэффициент трения скольжения

Давление жидкостей и газов Закон Паскаля Гидравлические машины

Сообщающиеся сосуды Атмосферное давление

Жидкостные насосы Выталкивающая сила Условия плавания тел Гидростатическое взвешивание

~ 13АИМОДЕЙСТВИЕ TEn В

предыдущей

главе

мы

рассмотрели

равномерн ое

неравном ер ное

днижен и st , каждое из которых потраектории можетбыть nрямолинейным и кри воли нейным. Во время равномерного прямолинейн ого д виже ния тело движется

с постоя~ttюй по значению и направлению скоростью. Скорость н еравномер н ого дu tt жcн tt Я и зме няется со временем. Рассмотри,о,1 те rt ерь явления, вследствие которых тело изменяет собственt-~ую скоростьдвиженttя или её нanpaRJleниc .

•

н. блюдение . И з tювседнеuноtu опыта следует : чтобы тело n p ttw лo в

дв ижен и е (т. е. набрало скорость), на него долж н о nодействовать другое тело. Hanpш.tep , лежашнй на футбольном nоле мяч , пр~шёт в дв ttже юt с только тоща , когда на него налепп другой мяч ил 11 rю нему ударят ногой

(pttc. 48).

Но если на мяч

t-t e де йствуют

друп t е тела, то о н сам по себе не

нзме н~tт собственную скорость, не пр~щёт в движен11е оп1осительно Земли. +оnыт

На одну и з двух тележек, стояшихна рельсах , положили магнит , а

на другую - стальной брусок (рис.

49).

Под рельсами перекинуrа нить, которая

с во 11 ми конuам~1 закре 11лена позали кажпой .из тележек и н е позволяет им

сбли з иться. Есл и нить переже•1ь, то тележки начинают двигаться навстреч у друг другу, изменяя свою скоJХ)СТь от нуля до не которого з нач ения. П ричиной и з менения

скорости

тележек

является

притяжение

между

магнитом

жел езным бруском, т. е. ВЗЗ itмодействие между н~1 ми.

+оnыт

Толкнём шарик , лежащий на горизонтальном столе,- он начнет

равномсрнодвигаn.ся по прямолиней н ойтраекrориlt . Положим н астол магнит перед ш ариком на расстоя н11и от лини1t его дв lt ЖСНitя. Шарик

вследствие

вза имоде йствия с магн итом начнёт уве;щчивать свою скоJХ)СТь и отклоняться в

сторону магн ита , т. е. 0~1 измсн ~1т направлениедвижении (рис.

+ опыт (рис.

Од ин кон ец п ружины 11р икре 1ш м к игрушечному автомобилю

51), друго й-

от стойки рез ультате

к стойке на к раю стола. П отян е м за автомоб 1tль в сторон у

начнётся ВЗ.:1 1t модействис руки с автомобилем и п ру-,.киной , в чего

их

Огпуст11м маши нку

скорост1t

Во всех этих опытах

юменяются ,

пр уж ин а

растягивается .

те п ерь взаимодействуют пружина и автомобиль

пружина начинает сжиматься скоростей.

50).

11 двиГ'.tться

с ни м в обратном направлении.

взаш.t одейств lt е тел

nр11вод ит к и з менению и х

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ

П ри

взаимодействии тел

изме н яться

ско р ост ь

может

дв и жен и я

"-~",..,гс-------

не

только тел в целом, но и отдельных

их частей. Это про и сход и т , н ап ри мер, если мы сжимаем в руке те нюiС

ный мяч (рис. накового

52).

Вследствие н еоди

nерсмещения

отдель н ых

ч астей мяч сжимается и деформи-

руется

(изме н яет

свою

форму).

Также изменяют свою форму и пальцы рук и .

Н а фотш·рафни (р и с.

'-----.__ _ _ _ _ _ __ Рис. 53

53)

показ.ано , как пуля nробивает стал ь ной лист. В этом слу ч ае п роизошл о вза и модейств и е пули

с листом , в результате чего они деформировались , а

п уля ещё и изме н ила свою ско р ость движения. Вследствие вза им одействия тел он и из меняют скоро сть и н а прав ление своего движения , а также деформируются. IOПIIOCW М

JAAAHMI

Приведите nри меры, показывающие, что вследствие взаимодействия тел изменяется их скорость движения.

Опишите оnыты, из которых видно, что тела при взаимодействии деформи

3. 4.

Стоя на ледяной дорожке, конькобежец бросает вnерёд круnный кусок

руются.

Пуля nробила доску. Подействовала ли доска на nулю? Почему? льда. Что при этом произойдёт с конькобежцем? Почему?

![!§)

ИН ЕРЦИI

П овседневный опыт п одтверждает вывод, сделан ны й нами из nредыдущ и х оп ы тов: скорость

н аправление движения тела могут изменяться лишь

nри вза ~t моде й ствии е1·о с другим телом .

Рассмотр и м случаи, когда тело в на ч але н аблюде н ю1 уже находится в дни жен ни. Увид и м, чrо уменьшение скорости дв и жения и оста новка тела н е мo ryr про и сход ить сами п о себе , а обусловлены действи ем на негодругого тела.

•

Наблюдение

Вы, н аверное , неоднократ н о наблюдали, как пассажиры ,

едущ ~1е в трансnорте , вдруг н аклоняются вперёд во время торможения или п р и жимаютс я к сте н ке на крутом повороте.

•

Наблюдение

Когда на уроке физкультуры вы п робегаете дистанцию

i!![ s4 Jiiiii~iE===::=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=Jc§••~м~2 60

~~.то стараетесь развить максимальную скорость. На финише уже можно

не бежать, но вы не можете резко остановиться и пробегаете ещё несколько метров. Подоб но этому автомобиль не может остановитьс!! мгновенно , а дв~tжется ещё оnределённое время при отключённом двигателе или даже во время торможения.

Поэтому нельзя

перебегать улиuу п еред пр~tбл ижа

ющимся автомобилем: водитель не сможет его резко остановить.

ь Тележку с бруском на нём поставим на наклонн ую плоскость и отпустим (рис. 54, а). Она будет двигаться вниз , набирая скорость, но достигш~1 nреграды, резко остановится. Видим , что брусок, н е связанный

жёстко с тележкой, будет продолжать свое движение дальше (рис.

54,

б). И з

приведённых nримеров видим, что все тела имеют свойство сохранять скорость

направление дв иже ния

не

мoryr

мгновенно

их

изменить

результате де йствия на них другого тела. Можно предположить, что при отсутствии

внешнего

воздействия

тело

будет

сохранять

скорость

направление движен ия как угодно долго.

Явление сохранения скорости движения тела при отсутствии действия на него других тел называют и н е р ц и е й

Явление инерции открыл итальянский учёный Галилео Гашtлей. На ос нове своих опытов и размышлений он утверждал: если на тело не действуют другие тела, то оно или находится в покое, или движется прямолин ейно и

равномерно. В это м случае говорят, •1то тело движется по ~tн ерции. Инерция - это латинское слово, которое означает «недlщжимость» , «бсз деsпель ность•.

Явление инерции широко используют в технике и быту. Н апример, чтобы насадить молоток на ручку (рис.

55),

нужно другим молотком ударять по

торцу PY'IK~t или торцом ручки -по массивномунеподвижн ому nредмету .

Примером дв ижения п о инерции является такжедв и жение молекул газа каждая

молекула

~tнтервале

времени

между

д вумя

п оследователы1ышt

столк новениями с другими молекулами дв ижется по ин ерции.

oon•cкw н

JAAAHHI

Что такое инерция? Кто открыл это явление?

2. 3.

Как двигалось бы тело, если бы отсутствовало сопротивление движению? Почему нельзя мгновенно остановить движущийся nоезд , автомобиль, мотоцикл?

Рис.

55 .!!!!!

ВЗАИМОДЕЙ СТВИЕ ТЕЛ

МАССА TUIA

§1 •

Набnюдение

это

пример

Мяч пааает н а поверхностьЗеr.u1 и , а потом отскакиl\Зетот неё

вза и модействия двух

тел.

Мы

уже

з наем ,

что

результатом

взаимолейств ~tя тел ямяется измене ние их СКОJ:ЮСПt ~~ направл ения движеюtя. Мяч п осле столкнове ни я отскак~шает п о•rти с той же скоростью, •rто ~~ падал., но

в обратно м напраменни. В состоя н ии Земли п ракшч еск~t не заметно никаких изме н ений, хотя на самом деле они есть, но беско н еч но малы е. В n рн uедеююм nр имере н аглядно видн о , что результаты вза им олействия тел AJНI каждоrо ИЗI-111Х

будуr разными и зав1t сятот свойствэтих тел. Ежедневный опыт

спеuиальные

исследования св ~щетельствуют, что в результате взаимодейстшt я разные тела получают оnределённое изменен и е скорости за неод11н аковые ltнтсрвалы

врем е ни : одни за б6льwие , дру гие- за ме н ьшие. Движе ни е тоrо тела, кот.орое в результате В3а11МОдеЙСТВИЯ мед11е нн ее 113Меняет собственную СКОростЬ, более напоминает движение по ltнерuии , 1юэтому rоворят, •rто оно бс::шее инертно. И н ер т н ость -это свойство тела , заключающееся в том, чтодля

изменения его скорос~.и при взаимодействии с любыми другими телами нужно определенное. время .

Свойством

и нерт н ост 1t

обладают все тела.

К ошtч ественноi1

мepoii

~tн ерт н ости тела является масса тела.

М а с с а

тела

это

физическ а я

величина ,

характеризующая

инертность тела . Чем больше масса тела , тем более оно инертно.

Сушестоуют раз ны е методы оnределения массы тела. Все он11 баз11руются на ~t спользован юt сво й ств, п р~t суш ~t х всем без исклю•1ения телам , наnр11мер на свойст ве инертноспt тел. Н а nрактике на ~t более удобным оказался метод измерения

масс ы ,

связанн ый с

хорошо

известным

явлением

взаимо

действия всех тел с Землей.

•

Наблюдение

Вы , навер н ое, неод н ократно наблюдали , как падают

ка пли дождя, с н ежинки, как оседают мелкие пышtнки , как любое тело.

п од ня тое над Землей

отпуще нн ое , стремител ьн о летит к Земле. Эт11

явлен ия объясняются тем, что все физические тела притягиваются Землей , т. е. взаимодействуют с ней. Оnыты п оказывают,

что

взаимодействия

значе ние

тем

больше,

этого

ч ем

боль ш е масса Тела . •опыт.

Возьмём в одну руку с 1·1 и

чечный коробок, а в друrую

кусок

дерева (p~t c. 56). Оба тела вследств1tе притяжения ~t x Землёй давят на удерживаюш и е их руки. Б6льшую н агрузку ощущаем в руке , держащей кусок

дерева, т.

е. он тяжелее с пи

че чного коробка и соответственно ero

масса больше, чем у коробка.

Рис .

Рис.

Если массы тел бшt з ки по з наченttю , если тела о•tснь малы иш1 слишком велик tt , тосравнttть

ttx массу

на руках уже невозможно. Как мож н о юмерить

массу тела сдоетаточн ой точностью? Для о пределе юt я массы Тела ttспользуют спсuиальные приборы - весы. В магазинах , аптеках , на почте с помощью весов раз ны х ко н струкuий взве шttвают продукты, лекарства , посылк 11 и пр . Определение массы тела с п омощью весов н азывают взвешивани ем.

Массу тела обозначают малой лати нской буквой т. За едиНiщу массы в

СИ

принят один килограмм

(pttc. 57,

кг).

Ме ждународный образеu (эталон)

о) килограмма сохраняется во Франщнt (г. Сев р близ Парижа). Он

II ЗГотовле н

из

д и аметро м и

ллатиноиришtевого

вы сотой

мм (рис.

сплава

57,

б).

11м еет

форму

uи ли ндра

П о этому образuу с боль шой

точ н ост ью изготомены копи11 для все х стра н мира.

На практике прим е няюттакже кратные (т), грамм (г) , М IIЛЛ ttграмм (мг):

11 дольные

еди ниuы массы: тонну

1 т= 1000 кг; 1 г= О , ООiкг; 1 м г = 0,000001 кг; 1 кг= 0,001 т; l кг ~ 1000 г; lкг = 1 000 000 мг. Основной

частью

уч ебных

весов

(рис.

58)

является

стержень

(коромысло весов), который может свободно поворачиваться вокруг оси, р азмещён н ой п осред tt стержня (в следуюшей главе вы уз на ете, что такой механизм н азывают рычагом) . К е го конuам

Определе ни е

массы

тела

помощью

подвешены чашки весов.

весов основано на том ,

ч то

коромысло находится в равновесии 11 р и услови и , •t то массы тел, лежащ и х

на разных ч а ш ках, од инак овы. Пр11 этом коромысло весов рас п ола гается горизонтально, а стрелка прибора указывает на н улевую отметку. Таким

образом, взвеш ttвая тело н а весах , сравнивают его массу с массой этало на. Пр и ме р .

Н а одн у чашку весов полож11м тело, массу которого нужно

11 змерить , а на д ругую

гири с извест ны ми массаt.ш (р11с.

59).

Гttptt

п одбираем такие , чтобы уста н овилось равновесие . Определяем общую массу гирь, уравновесивших тело. Масса тела равна сумме масс пtрь , т. е.

Результат зап и сывают так:

m = 370 .Г= 0,370 КГ.

370

г.

Рис.

Для взвешивания используют спец и аль ный н або р гирь ра з ной массы . Н а р ~t су нкс 60 и зображён н абор гирь к у чебны м весам. В н ё м есть 9 гирь массой 100, 50 , 20, 20, 10, 5, 2, 2 ~~ 1 г. С их помощью можно подоб рать любую масс у от 1 до 2 10 г. Г~tри , масса которых меньше 1 г, юготавливают ~t З алюм11юtя в виде пластинок массой

500, 200, 200, 100, 50, 20, 20, 10

м г.

С п оf\юшью с п ециальныХ весов можно измерять как боль ши е, так и малые массы. В таблице

приведсны массы тел живой природы, а также

массы тел, созданных человеком.

Таблица Живая природа

Масса тела

Tena,

созда нн ые

Микросхема

М асса теnа

Комар

7м'

Зерно

ЗОмг

Первый сnутник

900мг

83"

Человек

70кг

Автомобиль ЗАЗ

710кг

•Таврия • Страус

100г

Зубр

1000кг

С лон

7т

Кит

150т

•

Трактор К-700

11т

Электровоз

200т

Самолёт · Мрия • с

560т

кос мическ им

кораблём • Буран •

Кроме систем н ых существуют и другие единицы массы . Н аnример,

массу драгоценных камней измеряют в каратах:

1 карат= 0,2

г. В Киев

ской Руси единицей массы была. 1 гривна, которая составляла nриблизи тельна

410 г. Позднее эта единицу стали называть фунтом : 1 фунт= 0,025 nуда = 32 лота= 96 золотников ::: 92 16 долей= 0,4 кг. Расnространённой была и такая едини ца массы, как пуд {около 16 кг ). Для взвешивания лекарств используются граны: 1 гран= 0,6 г. По традиции ещё применяют унцию , значение которой в зависимости от области nриме нения лежит в nределах

28-3 1 г.

IOП.OCW М JAjiAИMI

1. Что такое масса тела? 2. Расскажите , как можно измерить массу тела. 3. Что такое взвешивание? 4. Какие вы знаете единицы массы?

) '"uаем •месте

1. Н а столе лежит книжка. Вследствие взаимодействия с как и ми телам и книжка находится в состоя юt и покоя? Ответ: кн1tжка взаимодействует с Землёй , а также со столом.

Почему с разбега можно п рыrнуrь на большее расстояние, чем без разбега?

Ответ: за счёт инерции.

На рису н ке 61 , а, б, в юображё н процесс юмерения массы воды с помощью весов. Какова масса сосуда с водой? Какова масса nустого сосуда? Какова масса воды в сосуде?

Ответ: а) весы были урав н овешены;

б) масса сос уда с водой составляла

в) масса пустого сосудасосуде -

54 г 600

мг =

54,6

г=

70 г 200 мr = 70,2 г= 0,0702 кг ; 15 г 600 м г= 15,6 г = 0,0156 кг; масса 0,0546 кг.

Рис .

воды в

( Ypooooill 78. 79. 80.

Останется ли лодка в состоя юt и покоя, если человек и з н её с t-t р ыг нет н а

берег? Почему? Вы заб ~шаете гвоздь в стену. Какие тела взаш.юдеiiствуют при этом ? Почему тяжело идти проп18 ветра? С как ~t ми филtческ~tми телами вза~t модействует чело

век при этом?

8 1.

На ветви сидит пти чка. Ч то nроизоЙдёт с вет

82.

кой в тот момент , когда птичка в111етит? При выстреле ю ружья ощущается удар в плечо- отда•tа. Чем объясняется это явление?

83.

Почему большинство велосипедов имеют при

84.

оод тормоза на заднее колесо, а не на передн ее? Какое ямеюtе изобраЖено на рисунке 62, где спортсмен лепп вперёд, оторвавшись от земли?

8S.

Каrtли воды срываются с ветвей растений , а с рук их встрях11вают. Какое различие между этиюt явлениями?

Рис .

1111.1 •• 111111111111111111111111111.1111

__,- ",

[

-JR=.I .

s,~

• • • • • • • • • • • • • 1111111111111 ••• 11111111111 Рис.

86.

Пассажиры автобуса ощуrили, что он и наклоняются в левую сторону.

Как двигался автобус в этот момент?

87 . Почему может упасть споткн увши й ся человек? В какую сторону? 88. Почему np~t резком торможения а втомоб и ля его перед н яя часть опускается вню?

89 . Почему на п оворотах ш офёр, м ото ци кл и ст, велос и пед и ст уме н ьшают

90. 9 1. 92.

скорость движения своего транс п орта? Какое значеюtе массы присуще каждому из существ, и зображённых на рисунке63: 50 т, 4т, 500 кг, 70к г , 350 r, 13 r ? Оnределите массу сви н цового г------=------~

цилиндра (рис.шкалу 64). Рассмотр~пе

торговых

весов

настольных магази н е,

определите цену деле н ия шкал ы

о~ъясните, почему на весах

можно

взвешивать

массой не менее

( Урооен•l ) 93. Почему , сидя

· ;'S ~х

-===Р ис.

продукты

1 • •

rJI , ';' _" 1

г?

в лодке и уnи раясь ногам и в сиде н ье, нельзя сдвинуrь

лодку с места? Взаимодействуют л и при этом ч еловек и лодка?

94.

Дпя уменьшения тол ч ков во время езд ы кузова авто м обилей устанавл и

вают на рессорах. Что происходит с рессорам и , когда автомобиль

нагруж:ён или он едет по выбо и нам?

95.

Выпол юпе тзкой оп ы т: в ваго н е поезда (в автобусе ил и автомобиле), дв~1ж:ущемся равномерно,

п одбросьте вве р х

г--------,

яблоко. Упадет ли оно обрат н о в руки? Объяс ните результаты опыта.

96.

Зая ц , спасаясь от собак и ,

которая за н им

гонится , сове ршает резкие прыжки в сторону,

когда собака уже вот-вот ухватит его зубами. Почему собаке труд н о п оймать зай ца, хоть и

97.

бегает она быстрее? Выполните такой о r1 ыт: положите на кр ай

стола лист бумаги , а сверху на него- н ес коль-

l"'!il!i···

ко книг так , чтобы частьлиста выС'J)'п ала. Что 111

будет с книгами, если лист бумаги в ы будете

Рис .

меменно тянугь? Потянете рывком? П овтор ите опыт, замен и в книги

тетрадью, н есколькио\Н1 монетами. Одинаковы л и результаты опытов в каждом случае? Оrветы зап и ш ите в тетрадь. 9Н

Как с по~юшью весов можно о п ределить , сколько nрибл изитель н о гвоздей н аходится в ящике, если их общая масса paiJHa 15 кг (без ящика)?

99.

Бандероли , а также заказные и цен н ые письма н а почте взвеш ~1 вают на

100.

с пециальн ых весах (р ~1 с. 65) с точ н остьюдо 1 г. Почтовы е марки наклеивают на письмо п осле его взвешива н ия. Есть ли необход им ость в ПОirrор н ом взвешивании писем, если масса марок колебnется от 20 до 150 мг? Определ ите массу воды, которую впитала салфетка , используя сосуд с ВОДОЙ И IJCC Ы .

101 . Опре~елите

длину мед н ого п ровода

в мотке ,

не

разматывая его ,

и с п ользуя только весы.

102.

П оч ему пр и п р иближени и к пристан и на теnлоходе выключают дв и гзтели? Можно ли явле н ие инср щ1и использовать ШJЯ эко н ом ии топл и ва? Каким образом ?

~ сиnА П р и и зу ч е ни я при род н ых явлс ю1й и спользуют разн ы е ф и зические вел ич ины. Для того ч тобы о шt сать качественно и кол ич ественно вза и модействие тел , вводятфизическую величину, которую наз ывают сило й .

Сила- это физичес кая вел ~чина , которая служит ~ерой вэаимоде~

Г вия тел и яem:te1'Cft причинои изменения скороетем тел или их частеи.

Наблюдение . ECJH1 мы рассматр и ваем, напр и мер, взаимодейств и е р уки с вОлейбол ьны м м я чом, то мы говорим: •Мяч де й ствует с силой на руку ил и

•

рука действует с силой на мяч • .

+Оnыт . П одвес и м на п ружину яблоко (рис. 66). Пружи на уШJи нится. Если н а неё nодвес и ть два ябло ка , то он а уШJин ится больше. И так , два яблока действуют напружину с большей силой, чем одно.

l f

Результат действия одного тела ~а другое

ЗЭ8ИСИТ ОТ ЗНаЧеНИЯ ПрИЛОЖеННОИ СИЛЫ . Ч ем плот н ее закры та д верь, тем с большей

с ил ой м ы должны её толкать ил и тя н уrь н а себя ,

чтоб ы отвор ить. Для того чтобы легче открывать дверь, её руч ку прикр е пляют

ка к

мож н о

дальше

от

п етель.

П о п робуйте открыть дверь, толкая её в точке, размещённой вблиз и nетель. Вы убед итесь, что это сделать н ам н ого труднее, чем с помощью ручки.

Результат дей ствия одного тела на другое

Г зависит от точки приложения силы .

Рис.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ

ЛИН II Я

Значение

Ри с.

Рис .

Для дост ижения определённоrо результата действ ия , 1-1априм е р, растяже ния

~t ли

сжат ия

11р ужин ы ,

закрытия

или

открытия

две ри ,

н уж но

прикладывать силы в раз ны х н а nравлениях.

Действие одного тела на друrое зависит от наnравлениядействия силы .

Графи•1 еск и силу и зображают в виде 011Jезка прямой со стрелкой н а ко н це ( ри с. 67). Н а ч ало отрез ка совмещают с то••кой приложеюt я с ил ы. Дп ина отрезка в о п ределё нном масштабе равна з начению силы. Стрелка п оказ ывает н ап рав ление с илы. Вел ичttны , характеризующиесякроме •1ислового значе ния е ще и н а правле ни е м в простран стве , н аз ы вают векто рнымtt , ил и векторами (от

лат ин ского слова вектор - веду щий , несущий). С илу обозначают боль ш ой лат ин ской букной F. На рис. 68 спортсменка приготовилась стрелять и з лука. В этом случае её ру ка дейст вует на тепtву с силой F, н аправле нн ой вnра во , а тетива действует н а р уку с такой же по знач е нию с ил о й , направл е нной влево. И так, значе ния сил ошtн аковы, но их н а nра вле ния противо п оложны .

IOП-W

11 u..AIIIII

1. Что такое сила? 2. От чего зависит действие одного тела на друrое? 3. Покажите, как изображают силу на рисунках. Как ее

обоз начают?

[~}) СИnА ТIJКЕСIИ Почему все подброшеиные вверх тела падают на Землю? Поче.му ua санках легко съезжать с горки, а вверх их. иужио тянуть? П одбросьте вверх мяч. П од ня вшись на некоторую в ы соту, он начнёт дв игаться вниз и упадёт на З е млю. П а рашют и ст , выпрыг н увш ий и з самолёта , падает вни з 11 после раскрытия пара шюта. С 11ояu.лениемдождевой

тучи на Зе млю падает густой дождь. Ка к бы высо ко мы н е прыгали вверх , всегда о пускаемся на Землю. Все тела, находящ.иес• на Земле или вблизи неё, взаимодействуют с

ней: Земля nритягивает тела, а они nритягивают ЗемЛю. Поскольку масса у Земли очень большая , то в результате взаимодействия с нею заметно изменяют свои скорости и положения именно тел а , а Земля nрактич ески остаётся на месте.

L Силу,

~ которой Земля притягивает к себе любое тело, называют

r силом

тяжести .

Or ч е го зависит сила тяжести? Из оnыта с· яблоками, выполненного ран ее, можем сделать вывод, что на два яблока, подвешенных напружине , действует сила тяжести больше , чем на од но , так как масса д вух ябло к больше массы одного.

Силу тяжест и обоз н а ч ают F'тяж· Еди ниuейсилытяжести , какилюбой другой, в СИ является одинньютон(l Н).

Эrа еди ница названа в честь а нгл ийско го учёного И саака Ньютона , впервые сф:>рм ул ировавшеrо основные зако ны дв иже ния тел и за коны тяготения.

ньютон

Н) равен силе тяжести, которая действует на тело

массой приблизительно

1 02

г.

Тогда на тело массой Как, пользуясь

1 кг действует с ила тяжести 9,81 Н , т. е. F'NI* = 9,81 Н . единицей силы 1 Н , определить с илу тяжести, которая

действует на тело любой массы?

Поскольку н а тело массой

1 кг действуеТ сила тяжести 9,81

Н , то на тело

массой т будет де йствовать сила тяжести, в т раз большая.

Чтобы определить силу тяжести Fтяж • действуюшую на тело , нужно

постоянную Ш1Я данной местности величину g = 9,8 1 *ум н ожить на массу тела т, выраженную в килограммах :

[ F,.ж -gm

Но nритяже ни е сушествует н е только между

Землёй и телами на ней или вблизи н её. Все тела притягиваются друг к другу. Наприм ер, притяги

ваются между собой Земл я и Луна, Солнце и Земля или други е планеты , корабли в море , предметы в

ком н ате. Вследствие притяжени я Земли к Луне на Земле возникают пр ил ивы и отливы (рис. 69). Вода в

океанах

п од нима е тся

дважды

сутки

на

несколько метров.

Благодаря с иле тяжести атмосфера удержива

ется возле Земл и , реки те куг сверху · вниз, Луна удерживается возле Земли, планеты дв игаются по орбитам вокруг Солнца. Рис.

~ВЗ~д~ИМ:О:Д :Е:ЙС=Т~ВИ=Е=Т~~====~~~~~~~~~~~~~~~~ 63]!! i Явление притsпкения всех тел Вселенной друг к другу называ

ют всемирным тяготением

Ис аак Н ьюто н доказал, ч то сила притяжения междутелами тем бол ьш е,

ч ем

больше

ме ньш е

масс ы эти х тел и

расстояние

между

ч ем

телам и.

Если бы сила тяжести н а Земле вдруг исчезпа, то все н еза креnлённые на ее поверхности тела от любого небольша го толчка разлетелись бы во все сто рон ы в косми чес ком простра н стве.

А каково направление силы тяжес

ти?

+опыт .

Если

привя за нны й

предмет (р и с.

70),

взять н ит и

отвес

Рис .

и ли

Рис.

какой-л и бо

то ув идим, что нить с грузиком вследствие действия на

н е го с илы тяжести всегда н а п равле н а к Земл и вдоль r1рямой, которую н аз ывают вертикалью. Выполнив этот опыт во всех точках Земли, учё ные убедил и сь, что сила тяжести всегда н а правле н а к uентру Земш1. • Силу тяжести изображают в в иде верп1 кальной стрелк и , направленной вниз и приложенной к о п ределённой то чке тела (рис.

а, б).

Кроме планет с их сnутниками вокруг Солнца двигаются малые планеты, которые ещё называют астероидами. Наиболы.uая из них статус карликовой планеты и радиусом nочти в

меньше Земл и.

Сила тяжести

на ней

20 раз,

- имеет 7500 раз

Церера

а по массе в

насталысо мала,

что человек,

ополкнувшись от nоверхности планеты, мог бы улететь с неё.

•

Вот как описывает основатель теории космонавти ки К. Э. Циолковский в

рассказе • П уrь к звёздам" условия nребывания человека на этом астероиде: « На Земле я могу свободно нести ещё одого человека такого же веса, как я. На Весте так же легко могу нести в

я могу nодnрыгнуть на

30 раз больше.

На Земле

см. На Весте такое же усилие даёт прыжок в

м . Это высота десятиэтажного дома или огромной сосны. Там легко

переnрыгивать через

рвы

ямы

шириной

крупную

реку.

Можно

переnрыгнуть через 1 5·метровые деревья и дома. И зто без разгона".

aon•ocw и JAIIAИИI 1. 2. 3. 4.

Расскажите , что является nричиной падения всех тел на Землю. Какую силу называют силой тяжести?

П о какой формуле определяют силу тяжести? П одумайте, как изменится n риложенная к телу сила тяжести, если его

массу увеличить вдвое?

Каково наnравление силы тяжести?

ii!J СИЯА УПРУfОСТИ. 3АКОН rУКА. ВЕС ТЕЯА. НЕВЕСОМОСТЬ Мы уже знаем, что на все тела, которы е находятся на Земле ~tли вблизи неё, действует сила тяжести. Эта сила является причиной то го , что тела, лишё нны е о пор или п одвесов, наприм е р капли дождя, брошенный вверх

камень, листва , оторвавшаяся от ветв и дере ва , падают н а Землю. +Оnыт

1 . Положим

на две опоры стальную пласт ин у. Она будет находиться

в горизонтальном положе нии (рис.

72,

а). Когда н а серед ин у ее п оставим

гирю , то n од действием силы тяжести г иря вместе со стальной пластиной

будет двигаться вниз до тех пор , пока не остановится (рис.

72,

б). Поч ему

nрекратилосьдвижение rиp~t и стальной пластины? Прекращение дв иже ния можно объяснить тем , что кроме с илы тяжести,

действующей н а гирю и наnравл е н~юй вертикально вниз , на неё н а ч ала действовать сила, направленная вверх, кото рая уравн овесила с илу тяжести.

Откуда возникла эта вторая сила?

И змене ние формы или раз меро в тела называют деформацией. Вследствие движения тела вниз стальная пласти н а r1 рогибается - деформируется. В резуль тате деформаци и в пластине возникает сила, с которой она действует на гирю ,

стоящую на ней. Эту силу назвали смой упруrосТи , она нэпрамена вверх, т. е. в сторону , противоположн у ю силе тяжести. Когда сила упругост и по значе нию сравняется с силой тяжести , опора и тело остановятся.

Сил а уnругостИ -это сила, возникающая вследствие дефор

мации

тела,

направленная

противоположно

наnравлению

перемещения частиц тела при деформации .

Одним и з видов деформа ции является прогиб. Ч ем больше про ги бается опора , тем большей ста н овится сила у пр угости , действующая со стороны опоры на тело. До того как тело п оставили н а пластину , дефо рм аuия в ней отсутствовала, как и сила упругости. По мере персмещения гири прогиб

пластины возрастал и увеличивалась сила у пругости. Свойства уn р у ги х тел (пружин)

всесторонне

и зучил

более

300

лет

а нгл ий ски й

естествоис пытатель Роберт Гук. Прод ела нны е и м опыты позволили уста новить закон, н азван ный его имен ем- зако н Гу ка, а и мен н о: сила уnругости nрямо nропорциональна деформации (удлинению)

тела (пруж:ины) и наnравлена противоположно направлению первмещения частиц тела при деформации .

,------------------.

Если удлинение тела , т. е. изменение его ми ны , обоз н ач ить через х (рис. 73, б), а с илу уnру гости -через f yrrp• то зако на Гука можно nредоставить в таком математическом виде:

[ Fynp= где

k :-

kx J,

коэфф 1щисн т н ро rюршюна.'н,нослr . котор ыii на з ы вают жёсткостъю

тела. У каждого тел а с1юе зна ч ение жесткости. Ч ем больше жёсткость тела (nруж ины , r·rровода, стержня и т.

n.),

тем

мень ш е оно изменяет собстве нн ую длину под де йствf1 ем дан н ой с илы .

Едини uей жёсткости в СИ является одни ньютон на метр (1

*).

Закон Гука даёт возможность срав ни ват ь между собой тела с раз ной мас со й , т. е. взвеш ивать их. Ч ем боль ш е масса тела, которое подвешиваем к пр ужи н е , тем больше она растягивается. Н а этом nрин uип е устроен прибор для измерения сил ы - динамометр.

+onьrt

Установим тело н а опору (р ис .

деформируется

не только опора,

73,

а). Вследствие взаимодействия

но и само тело, которое притягивается

Землёй. Деформированное тело давит н а опору с сило й , которую называют весом тела Р. Если тело п одвесить к пружине, то оно деформируется и при этом растягивает пружи н у, в результате чего возникает с~tла упругости (рис.

73,

б). Тело действует на подвес с силой, которую называют весом тела Р. Вес

тела - это сила, с которой тело вследствие притяжения к

Земле действует на горизонтальную опору или подвес .

Н е следует пуrать с илу тяжести с весом тела .

Сила тяжести действует на само тело со стороны Земли, а вес этого тела- это сила у пру гости, кото рая действует н а о п ору ил и подвес.

Если горизонталь н ая опора или подвес с телом находится в состоя ни и п окоя или движется прямо

линейно и

равномерно , то

вес тела равен силе

тяжести и определяется по формуле:

$ffff,~ii'Гм

(P=gmJ ,

~ ~

где Р - вестела;g= 9,81 ~;т - масса тела. Иногда пуrают вес тела с его массой - это разные ошибка. Во-первых , это разные ф изические вел и чины,

из которых вес

направленная

вел и чи н а ,

' '

вектор, а масса определяется только числ ов ы м з на

чением. Они характеризуют имеют раз ны е еди ниiJы : мя

масс ы

свойства тел и веса

нь ютон ,

мя

F,,,

2 ~

килограмм. Во-вторых, каждое тело все гда

имеет определённую неизме н н у ю массу, а вес тела может и з меняться, если опора ил и подвесдвижется

,,.

н еравномер но. В этом случае вес тел а может с__ _=р,-с--: . :c:- - _ J

!!i 66 iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii~~====:=====}rм~~~2 увеш•••и ваться

или

уменьшаться

сравнению

110

весом тела н а н еподв и жно А опоре и даже исчезать ,

т.

е.

равняться

нулю

(состоян 11 е

невесомостн ).

Наnример, поднимая грузы с nомощью поnъёмного крана ,

нужно

рывков

вес

у читыв ать,

что

груза возрастает.

во

время

резких

трос может разор

ваться. Стоя н а платформе мешщинск•tх весов, мы заме чаем, что их показания

и зме няются , есл и мы

ПрltСедаем или дB itraeм руками .

Вес тела действует н а любую опору:

пол ,

по

которому мы ход и м, стул, на котором сид11 м, канат ,

за

который

ухватились.

Н азначен11е

опоры

ограни•ншать двнжен11е тела гюд де йствием с 1tлы

тяжести, отсюда 11 её н азвю·m е. Ha•JI·IH ЗЯ с 4 октября 1957 1·., когда косм 11Ч еская ракета вывела н а орбиту периый 11скусственный Ри с.

с п ут1нtк Зеt.tл и , началас1, эра освое н11я человеком

космического прос тра н ст ва . Ч елове к rюб ывал на

Луне ,

гото11 ится э ксп едиuия на Марс.

теле ви дению,

читаем

газетах

Мы

ч асто слышим

журналах,

что

по рашю

космонавты

во

время

п олёта в космttческом корабле по орбите вокруг Земли находятся в особом состоянн~t, н аз ыва емом невесомостью .

Что это за состояпие и .можио ли его паблюдать 110 Зе.мле? +опыт

Э.

Верхн~tй

конеu

пруж~tны с

помощью

НСПОДВ11ЖНОЙ О ПОре , а К НII Жti CMY 1ЮдвеС11М грузи к (р11С.

ни ти

74,

прикрепим

а). П од ДСЙСТВ it еМ

силы тяжести он на·Е~tнаст двишться вниз. Пр уж ин а будетрастяпt ваться до тех пор ,

пока воз н и кшая в

ней сила у 1·1ругости

не уравновесит силу тяжести.

П ерережем или п ерсжжём нить, которая уде рюt ваеттс.rю с пружнной. Пруж ~tн а и тело н а чин ают свободно n<щать, при этом растяжение у пружин ы исчезает, а это

означает, что тело потеряло вес

н е действуст на подвес (р и с.

74, 6).

Сила

r1p11 этом н~tкуда ti C исчезает и заставляеттело падать на Землю. Так же если скорос·пt паде н11 Я тела 11 опоры (подвеса) одинаковы, то тело

тяжест11

tle

дейст~ует на н11х , и его вес раве н нулю. Если искусственный cпyrНi tK или

космическая стан шt я обрашастся JЮкруг Землtt, то космоншпы и все предметы BHYfpll HliX дВ IIГЗЮТС Я С ОД IIН ЗКОВОЙ СКОрОСТЬЮ ОТНОСitтеЛЬНО ЗеМЛИ . Вследствие это го тела , размс щё нны е на п одставках, н е де йствуют на них, подве ш е нны е

пружинам тела не растягивают

пла 1щет в виде большой капю1,

их ,

разл1пан

113

сосуда вода

маятниковые часы перестают работать,

косм о навты без особых ус ил11 й передвигаются , «Летая» ~tли «nлава я» в корабле.

Если бы сила тяжести 1~не за пно исчезла , то косми•1еск~tй корабль вследств11е инерцюt удалялся бы от Земли в косшtческос п ростра н ство по прямой ли юtи . В состоя ншt н евесомости находится любое тело во время свобод н ого, т. е. безо п ор н ого паден11я. Если при обычных условиях не У 1 1нтывать со п рот 11 вление воздуха. то в невесомоспt

находится спортсмен,

прыrающий с вь1 шк~t в бассей н ~tл и вьшолняющ1tй упражнения н а батуте; любо й и з ~-t ac кратковременно н аходится в состояюt\1 невесомости во время бега, когда обе ноги отры ваются от Земюt .

•

В давние времена благодаря уnругим свойствам некоторых материалов

(в частности , такого дерева, как тисе) наши nращуры изобрели лук - ручное оружие, nредназначенное дпя метания стрел с помощью силы уnругости

нап1нутой тетивы.

•

Изобретённый приблизительно

12 тыс.

лет тому назад, лук на nротяжении

многих столетий был основным оружием nочти всех nлемён и народов мира. До изобретения огнестрельного оружия лук был наиболее эффективным боевым средством. Английские лучники могли выnускать до

стрел в

минуту, что при массовом использовании луков в бою образовывало целую

Т'f'"IY стрел. Например, количество стрел, выпущенных в битве при Азенкуре (во время Столетней войны), составляло nриблизительно

•

6 миллионов!

Широкое применение этого грозного оружия в средние века вызвало

обоснований протест со стороны определённых слоёв общества. В Латеранекий

(церковный)

собор,

собравшийся

Риме,

1139 г.

запретил

применение этого оружия nротив христиан. Однако борьба за «Лучное

----------.1

разоружение» не имела успеха, и лук как боевое оружие люди nродолжали

использовать ещё на протяжении sоо __"•~т•.

IOПPOCW М JAДAHMI 1. Какую силу называют силой упругости? Когда она возникает?

2. 3. 4. 5.

Сформулируйте закон Гука? Что такое жёсткость тела?

Что такое вес? Как его определяют? Всегда ли он постоянный? Что такое невесомость? Где её можно наблюдать?

( JW~• 1 tiiNitiiiНIII ) )

Ре111аем •месте

Назовите с и л ы , которыедействуют на груз, подвешенный к концу сп и

ральной пружины.

Ответ: на груздействуютсила тяжести, направленная вертик ально вниз , и сила упругости, направленная противоположно уШJине нию пружины.

Каков вес космического аппарата массой

383

кг на поверхности

планеты Марс? На Mapceg= 3,9 ~. Дано:

т =

Решение

383 к г

g= 3,9 ~

Чтобы определить вес космического аппарата, используем формулу: Р =

gm .

Р~ 3,9 ~ 383 кг~ 1493,7 Н . Р -? Ответ: Р ~

1493,7

Н.

3. Космонавту в условиях невесомости необхощtмо физическими уп ражнен иями . П онадобятся Mt ему гантели?

зан иматься

Ответ: обычные упражнения на подъём веса в состоя н1111 невесомости теряют смысл, но упражнения на преодоле ние ~tнертноспt гантелей (махи, повороты , разведею1я рук

11 т.

п.) выrюлнять вполне !ЮЗ\Южно. Те~1 не менее

гантели как юtwюtй гр уз скорее за мснят на эспшшср.

YpOIIИio А

liO.

104.

Н азовите силу, котаран всегдадеik:твуетодннаково влюбо~1 месте ~ш 3e~L1C. П очему выпушенный ю р ук предмет п адает на Землю? Какая сила действует на него ?

105

Какая с11ла вызывает 11 аде1нtе на Землю гр;:ша.

образовавwегося

тучах? Какие физичесю1е тела взаимодействуют в этом слу•ше?

106

Почему большие грузы, которые поднимают с по~юшью мосто ttых кранов, перемешают медленно?

107 10~

Какие СИЛЫ де йствуют на Ш1СТВУ

IIO Rpet-.HI

Л II СТОП<Ша?

Какие силы действуют н а груз, опускающltйся на парашюте? Какие тела здесь вза11модействуют?

109.

Масса одно го молотка равна l ,4 кг, а второго - 875 г. Н а какой молоток действует б6льшая сила тяжести и во сколько раз?

110. Объясните результаты 011ыта (р11с. 75). 111 За счёт каких с 11л стрела лепп на опрелелённое расстоян11е (рис. 76)? 11::? Им еют л11 вес Жltдкости и га з ы ? 11 3. Каков вес человека на rюuерхност11 Земли , если его масса равна 76 кг? 114. Чем у равен вес воды массой 1О кг? 11 5. Тело вес 1п 750 Н . К акова масса тела ? 1111. В магаз 11н е ку пили 1 ю· хлеба, 400 г масла, 1 к t· бОО 1· колбасы и 2 кг саха-

11 7 11 N. 119 ~~

ра. Определите общий вес покупки. У какого стола масса больше: весом

Н или

0,095

к Н?

Всегда ли вес тела равен силе пtжести, действуюшей на это тело?

Всегдалителообладаетвесом?

Когда подняли тяжёлое бревно ю мягкого грунта, то на н ём осталась вмятина. П оддействием какой силы в гру нте образовалась вмятнна? Выполн1пе такой опыт: положите горсть зе мли в стеклянную банку ,

Рис.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ

нал ейте воды и тщател ьно перемешайте смесь пало ч кой. Н аблюдайте за движе ни ем ч астич ек земл и в воде. П ото м дайте смес и отстоя т ься. Какие часп1•tкн земл и выrшдуr в осадок п е рвыми ? Долго ли вода будет м утной'? Как объяс ни ть это я вле ни е?

122. Рассмотр ~пе

пруж~tны

амортизаторов

мотощtкла,

автомоб иля,

тра ктора. Ч ем они отличаются м ежду собой ?

123. Н ейл Армстронг - l'lepвы li человек, Сl)'l'lивший 20 июля 1969 г. н а поверхность Луны (p~t c.

Опрсдстпе вес астронавта на Луне , если его

77).

вес tia Земле был равен 745 1-1 . Н ужно учесть, •tто gл = 1,6 ~· 124. В последнее время можно наблюдать, как смельчаки выполняют голово круж lпс:tыtый трюк - прыжок в пропасть н а канате (р11с. 78). В каком состоятtн

на хошпся

ч еловек

первые секунды прыжка? Какое своiiство должен

и мет ь

канат.

чтобы человек не погиб?

125.

Н а сколько ушнtни тся пружtннt

жёсткостью 200 *·если к ней I'I OЛIJCCил tt тело массо(t

5 кг?

llб . Каков вес воды объё м ом 250 смJ? Ве с пустого nсдра равен 15 Н .

127 .

К аков будет вес это t·о ведра, если в него налить 12л воды?

12fol.

У п ервою искусственного с п уr ни каЗе~tп и ~ш космощюмебыл вес

820 Н.

Косми•t ескнйапrшрат « П(Х)

тон-l о ~•м ел массу

12.2 т.

Воеколь

ко раз масса •Л(.Х)ТОна - 1 ~ превы ш аrrа массу пероого спутника?

129.

Н а Земле мальчик свобод н о мо жет поднять тело, вес

которого

Н. Какой массы тело он мог

б ы п одн ят ь на Луне, l'l pt t КJtaды

вюt

такое

же

уснл11С'.'

пр1пяжен11я тел Луной в

С и ла

раз

меньш е, ЧС\t Зе\lлс~i.

130.

Какая фюttчсскшl tJCЛ\ t 'Htнa масса

строительных

ltЛИ 11Х вес

IIMCCT

IНIС Пpll рас•tСТС

матери<vюn

ГЛШJН~ значе

MOCTOII 11

д j"JYПIX

сооружений?

131 .

Какая ю фи з ич еск их вс.rн.1Ч11 н масса тела или его вес

ляст

н аибоЛЬШIIЙ

охотника.

llредстав

111-IТС реС:

t юкупающе1·о

11J1Я

сшtн

uовую дробь, ИЛ t1 llПЯ спортсме н а,

выбttраюшсго гантсл11?

Ри с.

132.

В первые секунды подъёма в скоростном л и фте высотного дома человек ощущает, что его приж ~щ ает к пол у, а в на•1але с п уска наоборот, о н ощущает

некоторое обле!'!ен ~1 е. Ош1наковы ил и разли чн ы в эти моменты: а) масса человека ; б) сила тяжести , действующая н а тело •1еловека; в) вес ч еловека?

133.

Дnя занятий акробатикой пр~1меняютба'JУТ-упруrуюсетку , укреnлён н ую в горизонтальном п оложени и. Спортсме н -акробат может вы п ол н ять н а батуге м н огократ ны е прыжки на з н ачитель н о б6льшую высоrу , чем без баl)'ГЗ. И зменяется

во время прыжков сила тяжести, действующая н а

тело спортсмена? И зме н яется ли вес с портсм е н а? Когда сила тяжести , действующая н а спортсме н а, ме н ьше с ил ы упругости, возникающей со

сторо ны сетки? В каком случаесила тяжести, действующая на спортсмена,

равна С ~1Ле упругости , воз ника юще й со стороны сетк и ?

134.

П р ~1тя п1 ваются л и Землёй ~1 скусстве н н ые с п ут н ~~ к и Земли ~~ предметы, находящиеся в состоя нии н евесомости в космическом корабле ?

~ ДИНАМОМЕТРЫ. И3МЕРЕНИЕ СИЯW Устройство динамом етра (от гре ч ес ких слов динамис - с и ла; метрео измеряю) ос н овано н а том, что с ~1ла уnругости пруж ~1Н Ы по закону Гука прямо пропорuиональная уШ1 11н ен ию (деформа ц ии) пруж ин ы. Просте йший закре п ляют

(рис.

79,

пружинный д инам ометр

nружи ну ,

которая

изготовляют так.

зака нчи вается

вни зу

На до ще чке

стержнем

крючком

а). К верх н е й части стержня прикрепляют указатель. На до ще ч ке

отмечают nоложение указателя - это н улевой штрих. П отом к крючку подвешивают разновесы массой 102 г. Н а этот грузи к действует с ила тяжест~1 1 Н . П од действием силы 1 Н пружина растянется , у казатель опустится вниз. Отмечают его новое п оложе ни е и напротив метки ставят цифру 1 (рис. 79, б). П отом подвеш~1 вают раз н овесы массой 204 r и ставят метку 2, которая оз н а чает, что в этом положею1 и с ила упругости пружи н ы равна

С п омощью раз н овесов массой н а н ест и

деле ния ,

306

г наносят метк у

3 (р ~1 с. 79,

соответствующие

десяты м долям ньютона:

0,2; 0,4; 0,6

т. д. Дnя этого п ромежутки между соседними штрихами н ужно подеш1ть

на пять одинаковых •шстей. Проградуировать nрибор

это

значит нанести на него шкалу с делениями .

Про граду ирова нн ая таким обра зом

п ружина и будет простейшим

д ин амометром. Для юмерения с~1лы ис п ользуют

(рис.

80):

так и е

динамометр ы

а- школь ный лабораторный Рис .

2Н

( ри с.

79, в).

г) и т. д. М ож н о

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ динамометр; б

школьный демон-

стращюнный динамометр ; в жинныс ВеСЫ: Z -

.---------,

nру

МеШЩИIIСКИЙ ДИ

II<IMOMeTp-CIIЛOMep,

предна з начен

ный для юмере ни я сил ы м ышц руки

ч еловека; д

динамометр-тягомер.

Основ~юй частью такого ди н амомет ра

юшяютс~t

уп руг и е

стальные

рес

сор ы . Этот п р и бо р tt сtюльзуют дЛЯ измере ни я с tt льт тяrtt автомоб иле й , тракторов и т. п.

1 . Какие nриборы nредназначены IOR-W -HHI для измерение силы?

Расскажите, как можно изгото

Дл я чего исnользуют силомер?

r.~~~~~~;~i~~~

вить nростейший динамометр?

Динамометр-тяrомер? Какова l.::.i..iiJL!:!•t..~!L.;,;:;:

_,_ цена

деления

шкалы

метра на рисунке

РАIОТА

•

11! 5

динамо

Рис.

80, 6?

КОНnРУИРОIАНИЕ ДИНАМОМПРА

Цель работы :

изготовить пружttнный шн.tамом етр .

Приборы

стальная щюоо.лока , металлическая труб ка шшметром

и материалы:

1 см,

куск11 фа н еры ил11 оргстекла, ttнструменты для обработки дерева или оргстекла , н або р груз11кон, бумага, кара ~ша ш .

Ход работы Просте йwнй пр уж ннны й дина м ометр изrотомяюттак. Стальную п роволоку ( tHIПp ll м c p , ст р у н у от гитары) на t·ревают на rt ламе ни г азовой п л и т ы до кра с ного с ве ч еtнtя. П осле остывания rtpOUOЛOKa CTaHOBI IТC~I МЯГКОЙ.

Проtюлоку в ыра внивают. П отом н а металл11•tескую тр уб к у д иам етром

IЮЛУ'I ЗТ СПIIралЬ.длИНОЙ 4 СМ. Cпtipa.rtь сжимают 11 закреrtляют так, чтобы о н а не раскручивалась, затем

1 см

н аматывают проволокуо•tень плот ны м 11 рядам11 до тех п ор , пока не

помешают в пламя.

Коt·да она раскал11тся докрас н а, её о п ускают в

холодную воду. Сn11раль закалится н nрtt обрстёт уrt руюсть и ж:ёсткость. Oro t·нyrыe ко н u ы спирал 11 ОТ!lускают (снова разогревают и дают остыть).

i!i 72 ~~~~~~~~~~~;;;;~~;;~==========J~~·~··~' 4.

К п редваритель";.-о изготовленному каtасу ди н амометра из дерева ил и

оргстекла при кре п л я ют изготовле нн ую nр уж ин у ( ка р кас н ужно сделать заранее к лабораторной р аботе, н ап р имер в ш коль н ой мастерско й или физическом каби н ете).

П рограду и руйте шкалу шtн амометра, ис п ользуя набор разновесов (р и с. 79, а-г).

Н а р~t суйте в тетрад11 полуttенную вами шкалу Ш1Н амометра.

IIJМI,IHIII CIUI С nомощ•ю IIJMI,IHIII IICA TIJI

•

Цел ь работы :

•

Пр и боры

АIIНАМОМП,А .

н ау•t иться измерять д ~t намометром силы, действуюшие н а тела, вес и массу тела.

изготовленный д ~t намометр, разные тела.

н матери ал ы :

Ход работы

Оп ределите uену делен ttя шкал ы и зготоменно го вам и динамометра. Ц е н а деления шкапы динамометра состамяет

...

Н.

И з !\l ерьте Ш t намометром сюJ утяжестн, действующую на П Одвеше н ные к не

м у тела, определ ите ~t x вес и массу. Результаты за несите втабл . Сил а тяжести ,

N11:

о n ыта

Н азв а ни е

действую щая

на тело ,

Fn•• Н

Вес тела,

Таблица

М асса тел а,

Р, Н

кг

И змерьте удЛ ин е нн е пружи н ы динамометр а х во время приложения силы 1 Н , 2 Н , 3 Н и 4 Н. Результаты юмерен ~tй занесите втабл. 2. Таблица

Fynш H х,см

П оданным табющ ы

удЛиненl l fl пружины

2 постройте l"р11фик завне и мост и силы Fyr•p(x). Сделаiiте nыводьJ.

упругост н от

СИЯА ТРЕНИI. КО~ФФИЦИЕНТ ТРЕНИI СКОЯЬЖЕНИI

• Наблюдение . двтомобиль после выключен и я двигателя ч е рез определён ное врем я останавливается. Ш айба, дв и жущаяся по льду, также со временем

остановится. Останаwшвается велосипед, если прекрат и ть кр ути ть neдarНt. Что же является причиной уменьшения скорост и движения тел? И з ране е ~t зученн ого вы з на ете, что п ри чи ной изм е н е ния ско рости дви жения тел есть де й ствие одного тела на дру гое. З н а чит, в рассматр~t вае мы х случаях на каждое движу щееся тело де й ство RЗЛа с~tла. Тела оста новилис ь , посколь ку н а ни х в н а nра вле н~1И , противополож ном и х движению, дейст

вовала c ~ma , н азываемая с илой трен ия Fтр . Сила тр е ния воз никает м ежду вза им оде йствующими тв ё рды м и тел а ми в местах и х соn рикосновения

nрепятствует их относ и

тел ь н ому n е рем е ще ни ю.

Одной силы

и з причин воз н икновен ия

тре ния

я вляется

шерохоuатость

сопр и касаюшихся п оверхностей тел. Даже гладк11 е на вид пове рхности тел имеют неровности , бугорки и царапи

ны . Н а рисунке

зги неровности изо

бражены в увеличе нном одно

тело

другого ,

скольз ит

эти

виде.

Когда

по

поверхности

неровности

зацепляются

одназадруrую , чтосооnаетсилу, затруд

н яющую дв иже ние . Вторая п ричина трения

взаимное притяжение моле

кул со прикасающ 11 хся

тел.

Есю1

п оверхностей

поверхности

тел

очень

хорошо отnолированы, то их молекулы

оказываются так блюко друг

<rr

друга,

что нач11нает заметн о проямяться при

тяженltС между ними. Разл ич ают н е-

~~.ьккоа=И::и~::;;:;~~с~t~~е~ L-----------~ тела: трение покоя, трение скольжения,

Рис.

трени е качения.

+Оnыт

1. П олож 11 м брусо к н а наклонную доску. Бр усо к находится в состо

я нии п окоя. Чт о удерживает его от соскальзывания вниз? Трение п окоя обеспечивает сце пление бруска и дос ки .

•опыт

2 . Приж: ~ште с~;~ою руку к тетрад и , лежашей на столе , и п ередви ньте

её. Тетрадь будет двигаться относитель но стола, но находиться

в п о кое

относительно вашей ладо ни. С помощью чего в ы прииудили эту тетрадь двигаться? С п о~юшью тре ни я п окоя тетрад11 об р у ку. Тре ни е п окоя переме шает грузы , которые размешаются на п одвиж н ой ле нте транс1юртёра , пре дотв~~развя зыванlt е шнурков , удерживает шурупы и гвозд и в доске и т. п.

Есл ~t тело с кол ьз ит по другому , то тре ни е , воз никаюшее при этом , наз ывают тренн ем скольжения . Такое треюtе воз никает 11р ~1 д tш женн и саней нлtt лыж по с н егу, п одошвобуви nо земле. Если одно тело катится 110 дру t·ому , то говорят о трении качения. П ри ка•tени~t кол ес вaro t-t a, автомобиля , те.лепt , при перекатыванtш бочек по земле проя вляется тре ние качения .

А от чего зовисит СШIО трения?

+Оnьп 3 . При креп ttм к бруску шtна мометр и будем тянугь е го , сообщая

бруску рав номерное д вижение (p~t c. 82). При этом динамометр будет п оказывать

силу, с которой мы тянем брусок, а тем с__

____ Рис-.- _ _ _ __ _ j

сам ым и с1111утрения , оозникаюw.ую оо

время движе н~tя бруска по поверхност11 стола. П олож ttм на брусок tl>)'З ~tки и пшrrо рим опыт. Динамометр зафи кс ирует бол ьwую СИJ1у 11)ения. Чем большая сила прижимзет тело к поверхности, тем больша я сила трения возникает при этом .

Выполн~t м предыдущий опыт, н о тело будем дви гать по поверхноспt

стекла, по бето н у.

Выясним , •по с ~t ла тре юtя зависит от мате риала ~~

качества поверхноспt , п о которой дв ижется тел о. Сила трения зависит от материала и качества обработки nоверх ности, по которой движется тело .

Силу трения скольжения определ яют по формуле:

[ F,p=~N J, где

сила тре н~t я скольжен ttя ;

F,P -

которой

равно c tt лe да вл е юt я

коэфф ищt е нт

трения

N -

тела

на

с кол ь же tшя .

сила реакuюt опоры , з начение п оверхность скольжения;

Есмt

п ове р х но сть

горизонтальна , то с ~tландав.ле нtt я на неё рав н а весу тел а , т. е .

Fтр= }.lgт, rдeg= В табли це

ll -

скольжс юt я

Р = тg, а

9,8 1 Кг; т- масса тела.

5 у каза ны

коэффици е н ты трения скольжения nля 1-t е которых

пар материалов .

Таблица М атериалы

Сталь по стали Железо

железу

Железо по чугуну и бронзе Дуб по дубу nри nараллельных волокнах Дуб по дубу nри nерnендикулярных волокнах Сталь по льду Сталь по твёрдому грунту Дерево по льду

Коэффициент трениА

0,17 0,30 0,18 0,40 0,20 0,02 0,20-0,40 0,035

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕ11

+опыт. Положим деревянный бру сок на круглые карандаши (рис.

83).

Потянем брусок д11намометром , ка рандаши за счёт трения между ними,

бруском

доской на•1нуr вращаться,

а брусок

качен и я

двигаться. Сила тре ния

окажется

меньше

силы

Рис.

трения скольжения.

При одинаковых нагрузках сила трения качения всегда мен .. ше силы трения скольжения.

Рассматривая швейную иглу , вы сразу заметите , что о н а отполирована до блеска. Для чего нужна такая полировка? А легко ли шить заржавевшей иглой? Здесь вы н е посредствен но ощущаете, какую роль играет трение в бьпу. В природе

11 технике трение

может быть и полезным , и вредным. Когда оно

полезное , его стараются увеличить, а когда вредное- уме ньшtпь.

И з -за трения изнашиваются механ и зм ы и машины, стираются подошвы обуви

шины автомобttлей, усложняется персмешение разных грузов. Но

предста вые , что тренttе исчезло. Тогда движущttйся автомобиль н е смог б ы остановиться, а н еподв ижный - сдвинуrься с места; пешеходы упал tt б ы н а дорогу и не смогли бы подняться; ткани распал11Сь бы на нити , так как о ни удержttваются тренtt ем; вы даже не смогли бы перелистать страницы этого

учебника. Вы , наверное , неоднократно замеч ал и , что на автомобильных шинах есть рельефные рt1с унк11 (так называемые щютекторы) , которые размешены IШQ/lb и

поnерёк шины (рис.

84).

Они сделаны дпя увеличе ни я трения, т. е. силы сцепле

ни я колёс с п олотном дoporn. Поп ере•1 ные п олосы увеличttвают сцепление колеса с nQ/1отном дoporn, а продольные ПQЛОСЫ и выСl)'пы, размешённые под углом , препятствуютбоковому сме шен ию , соскальзыванию автомобиля. Во

всех

машинах

вследствие трения

нагреваются

изнашиваются

подв11жные части. Чтобы уменьшить трение, сопр и касаюшиеся поверхноспt

Рис .

дела ют гладкими и между ними вводят смазочное масло, поск ольку трение между п оверх н остью твердого тела

ж идкостью знач 1пел ьн о меньше , чем

между поверхностями твёрдых тел. Вращающ11еся в.'lllы машин

станков

уста на влt1 вают на п одш ипни ках. Под шиnюtки качения бывают ш ар ико в ы ми и роликовым и (рис .

85).

Они да ют возмож н ость уме ~1 ьwип. с ю1 у

трения в 20-30 раз п о сравн е ю1ю с пoдw ttП HitKЗM11 ск ольже юtя . И звестно , что смазка трущ11 хс я поверх н остей з н ач и тель но уме ньш ает тре ни е между ними . Поч ему же тяжелее удерживать топ ори ще тоnора сухой

рукой , ч ем влажной? Оказ ывается, что при смазкедерева мелкие волокна на его п оверхности

набухают, поэтом у трение между рукой

и то п о р11щем

увел ичивается , что и пом огает уде ржи вать то t1 о р в руках.

• Н абл юдение . Когда вь1 стараетесьбежать в воде бассе йн а, ре к и и л tt озе ра , то ощущаете большое сопротивле ни е со стороны вод ы и в е можете передв11гаться быстро Л ере нося лё г к и е больw н е предметы в ветреную погоду, вы ощущаете такое сапротимение со сторо ны ветра. что вам очень

тяжело идп1. Когда в бе з ветрен н ую погоду вы стоите у дорог и

мимо вас

проезжает большой гру зо вой автомобит. н а бол ьшой ск орости , то вы обязательно ошуrи те ветер, со п ровождающttl! движение автом об 1t ля. Сила этого ветра тем больше, чем выше скорость автомобиля. Силы трения, возникающие при движении тел в жидкости или газе, называютсилами

соnротивления

среды .

Сила со проти вле н11я зашt с 1потформы тела . Ракетам, самолётам , подвод ньtм лодкам, кораблям и автомоб1tлям п ридают обтекаемую форму, т . е.

форму , при которой сt1ла сопротивления м ини мальна.

+оnыт . Возьмём два измерительных uил индра, н аполним один ю ни х водой, а второй- постным и л и машинным м асло~оо t . БpocltM одновреме нн о в них одинаковые метал ли ч ес ки е wарик11 . В результате опыта ув 1tд1tм , •по

шарик в воде у п адёт на дно быстрее, ч ем в масле, т . е. сшtа сопротивления дв иже ния шарика в масле больше , ч ем в воде.

Лодки , корабш1 не моrут разв 1пь так и х скоростей , какttе разв11вают самолётьt , так как с 11ла сопротивлеюtя дв1 1 жения в воде н амного больше, чем в воздухе.

ton•ocw м JAДAHMI 1. Какие бывают виды трения? 2. Назовите причины возникновения трения. 3. Как определяют силу трения скольжения? 4. Почему трение может быть и nолезным, и вредным? 5. Какими способами м ожно уменьшить силу трения? 6. Какие силы называют силами соnротивления?

И3МЕРЕИИЕ КОЭФФИЦИЕНТА "ЕИИI CKOЛ~JIIEHИI

• •

1. 2.

Цель работы:

на опытах определить коэффиц и е нттрения скольжения.

Приборы

динамометр, деревянный брусо к , деревянная линейка,

и материалы :

набор груз и ков.

Ходработы Опредетпе динамометром массу бруска и од н ого грузи ка. Положите брусок на горизонтально размешённуюдеревяннуюлинейку. На брусок nоставьте rрузик.

Прикр еnите к бруску с гр узиком динамометр и тя н ите его вдол ь ли н ей

ки с постоянной скорост ью (рис.

86).

Занес ите показания ди н амометра

в таблицу. Коэффициент

Масса бруска

с rрузиками, m,кr

Сила трения ,

Сила реакции

трения скольжения,

оnоры,

Fтр о Н

Fтр Fтр ~ =н= тg

N = mg, H

К первому rруз ику добавьте второй , а потом

третий , кажл ый раз

взвешивая брусок и грузи к и и измеряя силу трения. Для каждого опыта определите силу реакции опоры, значе ние кото рой в условиях каждого

опыта равна весу бруска и грузиков, по формуле

N = mg.

Результат ы

измерений и расчётов запишите в табли цу.

Определите коэффициен т трения скольже ния для каждого случая по

формуле Jl =-iJ ~;; . 6.

По ре зультатам измерений н расчётов постройте график зав и с ~t мости с~1лы

трения

от силы

реакции

опоры

и,

пользуясь

им ,

среднее значе ни е коэффициента трения скольже ни я ВЫВОДЫ.

Рис.

определи те

Jlc· Сделай те

ii.78

Глава2

§2

РАIНОДЕЙСТIУIОЩАI CИIIA. ДIИЖЕН ИЕ ПОА ДЕЙСТIИЕМ HECKOII.KИX CИII

TEIIA

Обы•• но на любое дв ~t жущеес я тело действует н е одно , а сразу несколь ко окружающих тел. Н апример , когда тя н ем б р усок по линейке, то брусок взаимодействует и с рукой (с и ла тяг и ), и с Землёй (сила тяжест и ), и с

п оверх н остью линейки (с и ла трен и я скольже ни я , сила реакциfl опоры). В этом случае общее действие на тело н ес кольк ~• х сил

можно заменить

равнодействующей силой. Силу, которая оказывает на тело такое же действие , как и несколько отдельны х

сил,

одновременно

nриложеиных

н е му,

н аз ывают

равнодействующей силой .

Рав н одействующую силу определяют в зав ~• симост ~t от направлений и зна ч е ни й отдель ны х составляющих сил. Если к телу п риложс ны две силы

F2,

которые направлены вдоль одной п рямой в

г------------,

Fравн = Ft~авн

~:=~а ~~~~:;~и: си~х (~~~.н8~~~:~:в~~~:Л::~~

совпадаете направле ни ем пр ~•ложен н ых сил.

Fравн

= fi + F, ·

напЕ;::лекн::~: ~~~~~ж~~~~О~веп~:~t~й~1 :oF2~ Fраен = F, -

разные сторон ы, то, ко гда F1 больше, ч ем F21 их рав н одействуюшая

Fpa 811

рав н а раз н ости этих

Fравн

rъ==t -

с ил, а её направление совпадает с на п рав-l::=:=:=::=::=::=:::=::=:J

леннем

силы

больше!\ п о значению приложенной

(p ~I C.

Рис.

88):

F"r<tntt = fi - ~ . Если в этом случае F1 = F2, то ~tx равнодействующая равна н ул ю , т. е. силы F1 и F2 уравновешивают, ~tли компенсируют друг друга. П оэтому покоящееся тело

таким

останется ,

дв и жущееся

будет

продолжать

двигаться

прямол ин ейно и рав н омерно с н ачальной скоростью.

Как будет двигаться тело, если на

него будут действовать одповре.менно

,-----;:;--------,

несколько сил?

+Опыт

89).

1 . П оложим брусок на стол

(рис.

Н а него действуют две с~~nы: с ~tла

тяжести Fп.ж= тgи с ила реакни~t опоры

= тg. Э'ш силы однаковы по значению, но

противоположны

п оэтому .

их

по

н аправлению,

·равнодействующая,

результ и рующая с ила рав н а нулю.

или

'----- - - - - - - - _ j Рис.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ

+опыт

rюмощью

Будем тянугь брусок с

н~1пt

иmt

динамометра

поверхности стола (рис.

90,

по

а). В этом

случае на тело будут дейстооuать такие

CIVIЫ: сила тяжесш Fпж • сила реакшш о п оры N, сила тяпt F и C lt лa тре ю1 я

F",. Если

N = F.,"*

д i:НI Iаться

Fтр, тотелобудет

равноме р но,

т.

е.

скорость

тела не будет изменяться со временем.

ECЛ II N = Fтюк • а С~1Ла тяги Fбольше СltЛЫ трс t iНЯ Fтр, то при дв~t жени l t тела его

скорость

будет

возрастать

со

временем, т. е . тело будет двигаться

неравномерно (рис.

90, б).

+Оnыт З . Толкнёмбрусоктак,чтобы

'-----------------'

он двигался по поверхност~• сrола. Н а

Рис.

н его будуг действовать с ила п1 жести

Fтиж• с ила реакции опоры трения Fтр. П оскольку

Fти*• то они

КОМПСНСitруют друг дpyrd ,

N и сила

lliНIЯTb на

дВ~!ЖеН~IС бруска будет ТОЛЬКО С 11Ла трения трения

Frp

(p~tc.

все1·да

движения,

то

91).

Поскольку сила

на11равлена

брусок

со

щютив

временем

остшюшtтся , •rro и наблюдаем на 0 11ьrте. В завнсимОС11t от значен ия равl юдейству ющей с иль1 , тело может t1аходнться в состояttнн покоя, дви r.1ться ра вttомерно или ttepaвнoмeptto .

IOПPOCW И JАДАНИI

1. Что называют равнодействующей силой? 2. Как может двигаться тело nоддействием нескольких сил? 3. Когда тело находится е покое или движется равномерно? 4. Почему тело движется неравномерно?

) Решаем аместе 1. Можно Лll взвес1пь брусок весом 8 Н , если имеются толь ко два одJt на ков~•х динамометра, рассчитанных на юмере ни е с ~1лы 4 Н? Ответ: можно. Нужно укреп1пьобащ1 намометра рядо м на одном уровне, а брусок подвеситьсразу к обо~tм крючкам. При усло 1mи п олногорастЯжен и я пруж1т динамометров к брускубудуг п р ~•ложе н ные две с ~tлы уn р угости

• В естественных науках. постоянные величины символически const (от латинского constans- nостоян н ый, неизменный).

по

обозначают словом

4Н

каЖдая одол ь одной прямой , направленные вверх. И х равнодействующая

будет рав н а

8Н

и уравновесит силу тяжест и , действующую на брусок.

Каково н аз начени е насечек на рабочих поверх н остях плос когубцев?

Отв ет: за с•1ёт н асечек возрастает тре ни е меЖду деталью н рабо чи м ~t поверхностями плоскогубце в , что обеспечивает надёжное удержа ни е детал ~t во время работы.

Стальное тело массой

кг тянут п о льду. Какая с ила тре юtя возникает

при этом? Дано:

Р е ш е н~t е

т = 50 кг g=9,8 1 ~

Чтобы опредеюtтьсилу'J1)е ния , воспользуемся формулой

Fтp= JJ.N = мm.

"_~_~_:oe.:,0:.::2_----j F,. ~ 0,02 · 9,8 1 ~·50 кr ~ 9,81 Н . FТТI -?

Отв ет: Fтр =

9,81

Н.

(!роае..-А) 135.

Двое уч е ников канатом тянут к берегу лодку. Один ю ни х п рикладывает с илу , равную

120

Н , а второй

- 100

Н . К а кая с ила действ ует на лод ку?

Какую силу покажет д инам ометр, к которому нитью прикреплены связанн ы е меЖду собой груз ик~t весом 10 Н , 20 Н и 40 Н ? 1л П очему ш а йба , дв ижу щаяся п о глад кой ледян ой п ове рх н ости, в ко нuе концов остан авливается ? 1~Х. П очему л ыжник , стре щпельно спустившийся с гор ы , едет дальше п о

1:16.

ровной го ризонтальн ой п ове рх н ости снежного nоля с уме ньшающейс я

139. 140. 141

с коростью? Поч е му вода в реках возле берегов и дна теч ёт немного медnе нн ее, чем п осред ине реки? Рассмотрите вним ательно, как сотканы из нитей марл я и ситец. Что произошло бы с тканью , есл и бы н е было трения ? П о •t ему мука или круnы, если их в ы с ып ать из стакана н а стол, образуют кучку конической формы, а вода растекается тонк tt м слоем?

142

П о•tему неоnытный конькобежец падает назад , съезжая со снеговой до рожки н а гл адкий лёд катка , а, возвращаясь со льда н а до рожку , падает вnерёд?

143.

С11ла тре ния качения меньше силы трения скольже ния. П оч ему же з имой ездят на санях , а н е на телеге?

144.

Кол ёса подводы, д виж у щейся по дороге, иногда не вращаются . При

14)

Заче м з имой на колёса автомоб илей н адевают цепи? ДЛя ч его электро возы и тепловозы оборудованы песочниuам11 , и з которых песок тоне ньким11 струйка ми сыпется н а рельсы ? Дnя чего Пt м насты в спортив н ом зале натираютобувь канифолью , руки

каких услов ия х это может быть?

146 147.

п оро ш ком, хоро шо втпывающщ.t влагу (жжёная магнез ия) , а футбо

14R.

л и сты обува ют бутсы с шип а щt ? За •1 е м вратарь футбольн ой кома нды во время ~t rpы пользуется с п е uиальными пер•1атками , особенно в дОЖ11.Ливую погоду? Каким требо ваниям долж ны удометворять такие перчатки ?

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ

149.

Н а p~t c. 92 ttзображё н кузнечик. назначение зубцов на его ла пках?

150.

К акая c ttлa трения действует во время движе

н~tя железного тела массой п оверхноспt ?

Каково

кг п о железной

( Урои••l ) 15 1.

Как можно дву мя д ин амометрам и измерить

c ttлy

Н , ecл tt каждый ю н~t х рассчитан на

Н? П оложите н а ладоtiЬ монету и П О ilfюбуйте ,

152.

проводя по ней шёткой для одежд ы. смести её с

153. 154

155. 156.

ладо ни .

Как

объяс тпь

наблюдаемое

ямение? За ч е м на головке 11 в верхней • t астн гвоздя делают насечк ~t ? Капл и дожля легко с катываются по наклон~юй п оверхности кро вли, а с н ег н а крышах соб11 рается толстым пластом. Какобъяснить это явлени е? П очему раз в едё нной пилой ле гче пи лить, ч е м н сразведё нн ой? Од ин аково л и разводят пил ы для ре з ки сухого и вл аж ного дерева? П очему нагружё нн ый антомоб н л ь бу кс ует н а п лохо й дороге меньше, ч ем п усто й ?

157.

Грузовой а втомобиль с nрtщепом долж ны п еревезт и тяжёл ый ста нок .

158. 159.

Для ч его во время гололешшы дорож кtt п осыпают ,-, еском?

Чтолуч ш е загруз нть: кузон автомоб ttля 11ли прице п ? П очему?

160. 161. 162. 163.

П оче м у коньк~t и са нки хоро ш о скользят по льду? П очему в сильные морозы это скольжение ухуд шается? П очему, когда труд н о с н ять п ерстен ь , 11ользуются мыль ной водой? Ч еловек nоскользн улс я , н аступ и в н а cyxtte ropoш~t н ьt. Как это объяснить? Укаж ите, в каких местах велос11 п еда есть ш а рико вы е подшипники . Для ч его ш у р у rtы

п еред зак р уч ивани ем в твердые породы деревьев

смаз ыtш ют мылом?

ДАВЛЕНИЕ И С ИЯА ДАВЛЕНИI . ЕДИНИЦЫ ДАВЛЕНИI

Вы уже знаете, что дейстtнt с одного тела на д р у гое характе риз у ют прило

же нн ой к нему силой. От цегозависит результат действия этой силы на тело? Н аблюдени е 1 . И з собст ве нно1·о о пы та вьt з н аете, •tто оч е нь тяжело идти rю глубокому рыхлому с н е!)' , поскольку ноги глубоко t·t ровал н ваются в н ём, а

•

н а л ыжа х

персдвигаться

намн ого легче, так

как проседанис снеговой

поверхности в этом у случае з н а'lител ьно меньше.

В обоих случ а я х вы

действуете н а снег с ошt наково11 сило й , н о плошадь поверхноспt, н а которую

она рас предел яется в случае лыж з нач11тельно больше, ч ем в случае обуви , поэто м у и деформаuия с н е га оказывается раз н ой. Стоя на л ыжах, вы давите на каждую еди ни цу площади П ОIJС рх н оспt снега с C IIJJ OЙ, меньшей во столько

раз , во сколько раз плошадь rю ве рх н ости л ыж больше пло шади подошвобув11.

!![82 Jiiiiiiiiiii~~====~~~~===:============~~~·~~~2 Наблюдение

•

гусеничного

2. Легковой

трактора

автомоб11ль, в отличие от

или

болотохода,

не

может

проехать по болотистой местности , хотя его вес намного мet t ьwe веса трактора.

Рассмотр ев колёса ле t· кового

автомобиля ~~ 1-усеницы трактора , вы убсждаетесь в том ,

'ITO 11лошадь поверхности rусенин намного больше, чем колес.

Результат ~~йствия силы на поверхность з~ вис ит не

только от ее значения , но и от площади тои поверх

ности, перпендикулярно к которой она действует . УбедИМСЯ В ЭТОМ С ПОf>ЮШЬЮ О П ЫТОВ.

+Опwт 1 . 3аполн tt мстеклянныйсосудпеском. На песок поставим столик ножками вверх и на него - гирю массой

кг.

Результат: столик по ч ти

не п огрузился

в в есо к

(рис. 93, а) . Поставим столик ножками на песок ltt·ta него с н ова п1 рю массой 2 к г. Результат: нож к и стола увязли в п ес ке (рис. 93, б). Возьмём столик с острыми ножками. Поставим его ножка~ш н а песок , п оложив сверху ту же гирю массой 2 кг. Результат: заострён н ые ножки пол ностью погруз итtсь в песок (рис. 93, в). Опыт свидетельствует, что чем меньше плошадь оtю ры

столика, тем

t"Лубже он

поt·ружается в

деtiстнием одннаконой силы. +Опыт 2. Возьмём два столика.

песок

110д

L~~~=-J

П лошааь поверхности

Рис.

ножек одного столика вдвое больше, 'tем второго. Полож11м на столики груз, пр11чем на столик с большей плошааью tюверх ностн ножек полож11м ВJ.lвое больш11й груз. Резул ьтат действия силы будет одинаковый. В рассмотреtшых rt римерах имела з н а,tение сила, действуютая перпен

д11куляр н о к rюuерХ1-юсп1 тела. Такую силу н азывают с ило й да вле ttн я. Величину, которая определяется отнош е нием зна~ения силы давле

ния

площади

поверхности ,

на

которую она

деиствует,

назы вают

д а влен ием.

Давление обозначают малой латинской буквой р . Итак , чтобы 011ределить давле ние р, нуж н о силу

действующую п ерпеншtкулярно к поверхности,

подслит ь на плошадь это й поверхности

1шт~tвн::

(

S, 1

т. е.

ll _ltlll" п.

Един~щей да вления является один п аскаль

французского у•t ёного Блеза П аскаля. Давлею1 е

1Н,

действующая ~ta п оверх н ость плошаа ь ю

ИЛ11

1 .

Па) , она назваt-tа в честь

1 Па

создаёт сила давле ни я

м2, то есть

1 Па

=~=

1 ~-

На практи ке ешё используют кратные един1щы давлен~t я: гектопаскаль (гПа), килопаскаль (к П а):

1 г Па = 100

Па ;

1 к Па = 1000

Па .

Зная давлен ~t е, можно определить сил у давле ни я , действующую н а поверхность тела. Давление п оказывает, какая сила дамения действует на ед иницу площад и , п оэтому эта силаданления равна rtрою всдсн ию даwtсния

и площади пове рхности:

F = pS. Всем хорошо и з вестно , что во время шитья иглой шве и пользуются на п ёрстком. И глу делают очень острой , чтобы умеренной силой п альцев создавать большое давле юt е на т ка нь~~ прокал ы вать её. Но во вре мя н аж има пальца н а и глу о на с тако й же силой дав ит н а п але ц . Кон е ц иглы со стороны у шка делают прюуплён ны м, но во время работы даuле ни е на кожу паль ца может быть оче н ь боль шим , достато чн ым, чтобы ее поранить. Прочн ый металюtч еск~tй н а п ерсто к н ап.еж но защи щает nалец.

Почелtу подушка мягкая? Почему удобно лежать на перине или на надувном

матрасе, а лежать на досках или твёрдой поверхности неудобно? О казывается, ощущение мя t·кости или твёрдост~t зав исит н е от свойства м ате риал а, а от зна ч ени я давления на поверхность тела. Сделаем небольш и е рас ч еты . Будем с читать, ч то масса взросло го ч еловека составляет 60 кг, что ра вно весу пр~tбли зител ьно 600 Н , а поверхностьтела - пр~t бл и зитель но 2 м 2 • Если ч еловек леж ит в кровати на nерине, которая прогибается и будто охватывает тело , с ней сопри касается при бл и зительно ч етверть всей поверхности его

0,5

тела , т. е.

М 1 • Рас•1 ёт ы п о таким данн ым дают давление

1200

П а. А есл и

человек ляжет на твердую nоверхность , то п ло щадь со прикоснове ния будет

составлять около давле ни е тела

0,01

м 2 • Это соответствует дамеюtю

на тuёрдую п ове рхность уветtчится в

60 000 50 ра з,

П а, т. е . отсюда и

неудобства.

В ра з ны х обл а стя х современной тех ники приход ится ре шать задач и получ е н ия высок ~t х дамен и й, с ниже ни я давле ния ил и сохранения его в

заданных грающах. П роблема даме н ия ~trpaeт важн ую роль в транспорте. Дороги и железнодорож ны е пуrи долж ны н адеж н о выдерживать дамение

разных тран спо ртих средств. Этого достигают, уменьшая вес транспортных средств и увели ч~tвая ~tx площадь опоры. К олеса ле гкового автомоб иля прои зводят н адоро гуюдамеtiиеоколо 300 кПа. Чтобы уме ньшить·давле ни е на дорогу грузовых автомобилей, и х делают многоосными , с колёса ми большого диаметра , ~t с пользу ют гусе ницы. Так , даме ни е, прои зводимое трактором

Т- 130, вес которого - сотюt тысяч н ьюто н ов, равен 27 к П а. Это в 1,5 раза больше даме ния , которое оказывает н а до ро гу ч елове к весом 600 Н . С помощью чрезвычайно то нко го ~tнстру м е нта - жала - оса создаёт давле ни е, со и з меримое с давлением во время взры ва (33 000 000 000 Па ).

~ •fllfi'КIICI!!IIU~a~=--

• 1

В Арктике и Антарктике на

научных станциRх nольэуютсR такими

трансnортними средствами , как снегоходы • Пингвин • и •Харьковчанка•. С н егоход • Харьковчанка • имеет дизельный двигатель мощностью кВт и запас горючего на шириной

1 м,

1500

км. При массе

736

т он имеет rусеницы

что даёт ему возможность преодолевать снежную целину,

ледовые торосы, крутые склоны . Снегоход имеет утеnлённую кабину nлощадью

м2

мощной

отоnительной

системой,

сnециальной

герметичной обшивкой, nозеоляющей работать даже nри морозах ниже

- 70

·с .

В кабине е сть сnальные места , радиорубка , рабоч ая хомната ,

- 8.5

кухня , сушилка , •·а рдероб, санузе л . Размеры снегохода : длина ширина -

3,5

IOП,OCW И

м , высота-

4,2

м,

м.

-HHI

Почему по снегу леNе двигаться на лыжах , чем без них?

Почему гусеничный трактор не nроваливается

во влажном грунте, а

легковой автомобиль вязнет?

3. Что

называют давлением? Как оnределяют давление?

Объясните, как можно оnределить силу давления.

Как можно увеличить давление? Уменьшить давление?

) Реwаем •месте С какой llел ью под головк у болта ~~

гайку

nод кладывают широкие металлические кольца

шайбы, особенно когда скрепляют деревянные детали (p~tc .

Отв е т :

94)? во 113бежание повре Ждений деталей

у м е ньшают на ни х давл е ние за сч ёт увелич е ния площади контактной поверхност~t.

2. Вз рослый человек , у которого плошадь 1юдошв обуви равна 450 см \ давит на пол с с~tлой Н. Определитедавл е ние человека на пол.

700

Дано :

Рис .

Р е ш е ние

F = 700

S ~ 450 см ' ~

Оr1рсделим давление челов е ка на пол по формул е :

р ~ ~;

р ~ о .6~~ОНм' ~ 15 556 П а.

~ 0,0450 " ' р- ?

От11 е т: давлен11е человек а на пол равно

15 556

Па.

(!poaeиill 164

Почем у тупым ножом п1жел о ч ~•нить карандаш? Почему тяжело работать затупленным~• инструментам11 во время обработки дерева?

165.

П од н а ж~• мом nальuа кнопка сравнител ьно легко входит в деревянн у ю стену.

Почему этого нельзя

сделать с

гвоздём ?

Какш.t

образ ом

nосту п ают в этому случае?

166.

С какой целью 110д железнодорожные рельсы подкладывают шпалы и

167. 168.

Для ч е го загибают верхний край л опаты , на который наж11мают ногой? Од но ведро с водой ftмеет на дужке деревянн у ю ручку , а второе - нет. Ка

металл ~tческ~tе подкладки?

кое из вёд~р будетоказывать

IIO время

подъёма большее дамен ~tе на руку?

169. Во время шитыt с ~tл а давлен ия равна 2 Н , а ШlВЛе н~t с ~trлы на ткань-

200 000 000 170.

П а. Ч ему ра вна п лощад ь кончика иt·лы?

Какое из пр~tведённых ниже значений давления является Halt бoльw tt м,

а какое- наименьшим:

кН

6 ~ , 60 ~. 600 Па ?

12 000 Па , а давлен11е з.:"1й uа1 200 П а. Кому из нtt x легче двигаться по снегу? 172. Давление штормового ветра на препятствие достигает 100 П а. О tlреде юпе силу, с которой ветер дав ит на стену дома площад ью 24 м • 173. Как создать дамение 50 000 П а , действуя с и лой лишь 1000 Н? 171 .

Давле ни е волка на рыхлый снег рав н о

Уеоае@ 174

Ч еловек провалился под лёд. К ак нужно действовать, используя знанttя о давле нии , чтоб ы спасти его?

175.

Ч ему равно давление на рельсы четырёхосного ва t·она массой площадь касания ошtого колеса с рельсом-

176

10 см

60 т, есл11

Как ч ело век, стоящttй на nолу, может оче ttь быстро удвоить давление н а ПОЛ, Не нагруЖаЯ Себя IНIК ЗКИМИ ДОГIОЛ I-IИ теЛЫIЫМИ Грузами?

177

Площадь сту пни ч еловека

1 7Х

массой 70 кг , сели он стоит на обе~t х ноrа.х? Н а одной ноге? Давление н а кон чик е жала пчелы в момент укуса раВt-ю приблизи тел ьна

3 200 000 000

- 180 см 1 . Какое давлен и е создаёт человек

Па . Во сколько раз это давле ни е больше давленtнt

человека на п ол? (Смотрите услоВitе преш>~душей задачи).

179

Эйфелева баш н я в П арttже массой

9 000

т создаёт давление на t'"PYHT

200 000 IRO.

П а. Какова пло шадь оtюр башни? К а кое давление будет созда вать кирnич размерами

6,5

см и

массой 3,5 кг, когда будет о 11ираться на раз t-tые грани? Каток , уnлотняющий rюкрытие во · время строительства дорог. создаёт даме юt е 400 000 П а. П лощадь опоры катка- 0,12 м 2 • Какова масса этоt·о катка? IIO П очемуфундамент дома шире , ч ем стены? РО Как влияет тяжёлая техюtка на плотность

181

грунта? Как это отражается на развипнt рас

184.

теюtй ? К как~tм последствиям это приводнт? У комара (р11с. 95), ко н е чно , сила комари ная. Как же комар прокалывает кожу слона ,

коровы?

§ 24 +оnыт

ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ Н rАЗОВ. 3АКОН ПACКAJII 1 . Возьмём три uилиндр ~tч еск и х сосуда: в од11н полож~tм деревян

ный брусок, в другой насыпем какой-л11бо крупы или песку, а в третий

н альём вод ы (ри с.

96).

Деревя нны й брусок вследствие действия н а него сил ы

тяжести будет дав и ть лишь на д н о сосуда. Горох будет дав и ть н е только

на д н о, а

на стенк ~1

сосуда во

всех

то чках каса ния горошин. Каждая горо ш~tн а внуrри сжата со

всех

сторон

соседними

гороши н ами

вследствие

действ ия с ил у п ругости сама будет дав~пь во все стороны на горошины. Эт и силы давле ния будуr тем боль ш е , чем глубже лежит горошина, т. е. чем больший слой гороха давит на неё сверху.

Вода, налитая в сосуд , вследств~t е большой подвиж ности молекул будет давить н а дно и стенки сосуда.

Каждая частица внутр и воды будет сжата со всех сторо н сосед ни ми ч астицами

вследств ~t е у п ругоспt будет с

такой же С ~U1Ой давить на соседн и е частицы. Эти с ил ы будугтем больш е, чем глубже будет н аход иться частица.

Н а рис . 97, а изображ:ён прибор , который называют шщ:юм П аскаля. Он имеет в разных местах поверхности маленькие отверстия.

нем у

прttсоеди н е на трубка

цили нд р, в которую вставлен поршень. Есл и набрать в шар воды

и н ажать н а поршень , то увидим, что струйки воды

сквозь отверстия бьют во все стороны с одинаковой силой.

Это объясняется тем, что поршень дав ит н а поверхность ж ид кост и

в трубке. Частицы

воды передают давлен и е

п орwня другим частицам , которы е лежат глубже. Таким способом давление порwня передаётся

на все ч астицы

воды в ш аре. Вследствиеэтогочасть воды выталкивается из шара в виде струек , бьюших изо всех отверст~tй.

Есл и wap за полнить дымом, то и з всех отверст~t й шара начнуr выходить струи дыма (рис. 97, 6). Это подтве ржда ет, ч то и газы передают давлен и е , оказываемое на юt х, во все сторо н ы од ~1н аково.

Давление,

оказываемое

на

жидкость или

газ

внешними силами, nередаЕiтся жидкостью или газом одинаково во всех наnравлениях .

Это утвсржде юt е н азывают зако н ом П аскаля. Н а за коне П аскаля основывается дef"tcтв tt e шприца: давле ни е пальца вра ч а на tюршень шпрtща передаётся без изме н е ни й ж идкости, содержашейся в нём. н лекарство в ы ходят через иглу шприца.

+опыт 2 .

В стеклянную трубку, нttжнее отверстие которой закрыто то нкой

рези н овой nлёнкой, н альём воду ( р11 с.

98,

а). Днотруб ки п рогнётся. Зна чит, н а

дно действует сила давления воды. Ч ем боль ш е н алинаем воды, тем более rt ропtбается плёнка. Н о кажд ы й раз после того , как рези tювое дно прогн улось, вода в трубке находится в равновесиtt , так как кром е сюtы тяжести на воду дейстnуетсttла у пругости резиновой nлёнки. Оо устttм трубку с рез11новым д н ом, в которую нал~па вода, в более широкtt й сосуд с

водой.

Видим,

что по мере оnускания трубки

резиновая плёнка rtосте 11 енно распрямляется (рис.

вниз

98, 6). П ол н ое рас п рям 11 снизу оди н аковое.

леtнt е плёttки п оказывает, ч то давление н а н её сверху

З н ач tп , в жид кости сушествует давле ни е, н ап ра tше нн ое снtпу вверх , и н а это й r·луб ин е оно равно давле нию , направл е нном у све рху вниз.

Если выполнить оп ы т с труб кой , в которо й резиtюtшя плёнка закр ывает боковое отверспt е (рис. 99, а, 6), то м ы убедимся, что боковое давле н ие Ж ttдкоспt на резиновую 11лёнкутакже будет оди н аковым с обеих сторо н .

+опыт З . (р 11 с.

100,

Сосуд, дно которого может отпадать, о rt ускаем в банку с водой

а). Дно при этом плотно п рttж11 мается к краям сосуда давлеюtем

воды с н изу вверх . П отом в сосудосторожн о нальём воды. К о гда уровень воды

в н ей совnадёт с уров н ем воды в банке, д н о оторвётся от сосуда (р11с .

100,

б).

В момент отрывания н а д н о дав ит сверху столб Жttдкоспt в сосуде, а с н юу

столб воды, находяшейся в ба н ке. Эти давле ни я одинаковы по з нач е ни я м , ош·t ако дtю отр ы вается от сосуда под де йств11 ем с 11лы тяжести. Соrласно закону Паскаля давление внутри жидкости на одном уровне

одинаково во всех направлениях . Давление увеличивается с глубиной.

Давление жидкостей, обусловленное силой тяжести,

называют

гидростатическим .

А как рассчитать давлеиие жидкости на дно и стенки сосуда? Чтобы ответ ит ь

на этот

во п рос припомним ,

\ITO

для того,

чтобы

определить

плотность

вещества

р,

нужно

массу тела

раздещtть

на его

объём V, т. е.:

П"оlность = Масса · Объём

' или

1р

= ~V 1·

Единицей плотности в С И яЕVtяется один КИЛОf1J3ММ на кубический ме11J (1

-;i ).

И з формулы для плот н ости можно опредещпь массу тела. Для этого нуж н о плотность вещества р умно::юt ть на объем тела

V, т.

е.:

(m=pVJ Теперь возвратимся к рис.

в опыте

Рассч итаем дa tl.fle ни e, которое

создаёт столб ~• к жидкости высотой h на дно цttл~t ндрttч ескоrо сосуда . Мы уже ЗНЗСМ , ЧТО ДЗМС НИ С р раВНО OTHOWCIOI IO С IIЛЫ ДЗWlCH IIЯ f К ПЛОЩадИ поверх н ости S, на которую она действует:

p=L

В наш ей зада ч е сила давле ния равно весу жtщкоспt Р:

P=gm, где

масса

жидкоспt ,

которую

ЖИДКОСПI р И объём ЖИДКОСТ11

Объём

площади д на сосуда

f1l

можем

определить

у ч ёТОМ

ЭП1 Х

раиен

и высоты уровня жидкоспt над дном

СООТНОWе Н 11Й

через

nлотность

= pV

цилиндрического столба жtщкости формула

дл Я

пр еюведению

/1:

V= Sh.

ДЗВЛе JН1Я

Приобретёт

о ко нч атель ны й в ид: ~---;-;----;о;------,

f1 Вид им .

f=..Y=~=~=gpll, . т e[ p = gph J.

что гидростап t ческос лавлен11е

ЖИдКОСП1 ЗЗВ ~I СИТ ТОЛЬКО ОТ ее llЛОПЮСТИ р п роюведению эт и х величин и постоянной

на любой

глубине в н утри

ВЫСОТЫ уроВНЯ

ОНО раВНО

Гидростапtческоедавленltе ж 11 дкоспt не зависит ни от форм ы сосуда, ни от масс ы жидкосп t в сосуде ,

ни от плошали его дна. Со гл асно зако н у

П аскаля это даоление на ош-юм уров н е ж ид кост и од1t н ако1ю де йствует и на д но , и н а сте нки сосуда.

l) по миnнсмо JНАТ. • В 1648 г. Блез Паскаль nровёл интересный оnыт. Он вставил е закрытую деревянную бочку, наnолненную водой , тонкую трубку и , nоднявшись на балкон второго этажа , влил в эту трубку кварту

(= 0,9

дм J ) воды. Из-за

малой толщины трубки вода в ней nоднялась на значительную высоту, и

давление в бочt<е увеличилось настолько, что креnления бочки не выдержали, и она треснула.

IOЯ-WMJAAAИMI

Чем объяснить, что ЖИДI<ОСТи и газы nередают давление во всех направлениях

одинаково?

2. 8 чём заключается закон Паскаля? 3. Объясните, как на опытах можно nродемонстрировать

nередачу давления в

жидкостях и газах?

4. 5.

Какое давление называют гидростатическим? От чего зависит давление на дно сосуда?

> Ре111аем аместе 1. Чем

объяснить,

рас п ростране н ы (p~t c.

что

101),

вёдра

фо р ме

среза нн ого

ко н уса

о ч е нь

хотя о н и менее устойчив ы ,~~

ю них больше расплёскивается вода по сравнен ~tю с

ведрами IНI ЛIШдрической формы и Т'JКОЙ же высоты? Кроме топ1, ко н усообраз н ые ведра н еудобно нести, так как приходится широко расстамять руки.

Ответ : оказывается , в большинсТiiС случаев выходят

ttз

строя

из-за того ,

что

нttx

вёдра

выпадает дно.

Следовательно , проч н ость дна определяет долгове чн ост ь ведра. В ведре кони ч еско й формы площадь д н а ме н ь ш е, чем в ведре UИЛ11Ндр11Ческой формы такой же вмести~ моспt , а потому Cltлa давленшt на дно меньше.

Это

ещt нстве нн ое пре11Мущеспю конических ведер оправды вает все другие их н едостатки.

2. Н аибольшая глу6 1t на , на которой учёные с ко рабля • В1пя з ь• выловили рыбу , составляет 7200 м. Какое

'------'

дамение созлаёт вода на это11 глубине? Дано:

11 = 7200 р

Рис. 101

Решен1tе

" = 1030 -;3

Давлеi·IИе создаваемое морской водой н а глуб ин е , определ 11 м п о формуле: р

=gph.

g~ 9.81.;;;:

П одставив зt-tачення веЛ11ЧИН , получ1tм:

р- ?

р~9 , 81-;:;:

О т ост: р =

72 751

72, 75

М Па.

к nа ~

K l"

-;;з

7200

72 , 75

м nа.

· 1030

( Уроое•• А ) 185. Тонкостенн у ю. дове рху наполненную

м ~72

750960

П а~

водой бугылкустараются плотно

закрыть пробкой. Что может проюо й п1 пр 11 этом и 110ч ему?

186.

П очему взрыВ fiOД !ЮдОЙ У НIIЧТОЖЗСТ Ж IШЫХ существ , ЖИВУШИХ там?

Почем у

.'\,

водолаз ы

на больших глубJmах

rюльзуются скафандраrо.ш ,

IO I'OTOВJI C HHЫMII ИЗ Л УЧШИХ СОрТОВ стаrнt? На каком этаже дома вощ1 из кранов иытс кает !Юд б6льшим давлением: Нltжн с м и л и ве рхнем ?

'J Зачем трубы для нодачи воды на больш у ю высоrу дел ают ltЗ прочноrо материала 11 с толстым н стснкаrо.оt ?

190. ВЫЧИСЛI!те даВЛСJН!е Ж11ДКОСТ11 ПЛОТНОСТЬЮ 1800 ~ на ШЮ ШIЛИНдрИ ЧССКОГО сосуда, если высота жидкоспt в нём равна

191 19:>

10 см .

Какое дaШJCHite создаёт керосин на дно бо•tкн , высота которой

1,2

м?

Для намьш.ан11Я песка на сч.юитсльные llЛОщадкlt ltСrlользуют земснаряд, насос котоr.югосо::ш.аёт давление 785 к Па. На какую высmуов может 110дать n ул ьпу (смесь 1юды и r1сска), есл~1 её JlЛопюсть равна

Н)

.,.

1080 ~ ?

Почем у стенк11 внутренних органов глубоководных рыб, быстро поднятых на поверхность, оказьшаются разорианныrо.ш?

( Ypooeo•l ) 194. 195

196.

В резул J.т<tте выстрела в круто сваренное яйцо в нём образуется отверстие. Почему же при выстреле в сырое яйJюоно разлетается во осе стоr.юнь1 ? Почем у при сжапtи тюбика с з убноii пастой она uыходит •1ерез OT!Je pcпt c ? Что проюойдёт , ccлlt , закрыв отверстие , сжимать тюбик? В одну н з трёх одинаковых меюурок до одинаковой высоты н м1па !Юда. в д р у 1·ую - керосин, в третью - ртуrь. В какой мензурке давлен Jt е на д но будет наltбольuщм, а в какой - на11меныJшм?

197.

В шtлиндричсск•tй сосуд , част1tчно заполнен~•ый водой, опуспши дереш1нный брусок. Изме1-1ится л11 даnление воды на дно сосуда?

19R

Б удет щ1 од инаковым время, ~•еобхолимос мя наполнения юmнтком стакана из крю1а самовара в случаях , есл11 самовар полностью заnолнен

водой IIЛII если из него уже вытекают остатки (Юды?

199.

BыllOЛHII ТC такой 011ыт: наполн11Те стакан до краёв 1юдой , выпалните соот ветству ющие IIЗМСрения

lbltlllet!HC

11 определитедаru!еtmе

воды на дно сrdкана. Какое

на дно с·п1.кана создавала бы HaJI~tтaя ло Т"dКОЙ же высоты ртугъ?

2(Х) _

Молоко ш.uшли из бyrьUJK11 в кастрюлю. Какие из указанных ниже физичес

201

Для 11аб.t J юдеюн1 расппет,ного и животного мира мореt1ш1и океанов II С

Кit х

вefii1ЧIIH

из мсНitЛII

свое

значев11е ,

какие

не

изменили:

масса

молока , сила тяжести, вес малока, объём молока , СJ1ла дам е ния, давление? пользуюттолстостеtlные метаJUJнчес к11е сферы с IWJ юминаторами- бати

сферы. Какос дшшенtlе со::шаёт вода на поверхность ба.тисферы на J:nубнне

1км? С какой силой дашп н а этой

глуб1t не !Юда на бапtс~ру, если llЛОШМь

её noвepx~IOCТII равна 1,1 м 1 , а плотность морской ооды - 1030 ~?

202.

В сосуде находятся один н ад другим три слоя несм ~ нн1вающ и хс я жид костсlt: !Юда , масло , ртуть. Высота каждо1·о слоя равна 5 см. И зобра з ите это на рисунке и укажите на нём порядок размеще н11 я слоёв. Ооредеюпе давление на дно сосуда.

ВЗАИМОдЕйСТВИЕ ТЕЛ

§2

91 -

FИA,AIJIM'IICKИI МАWИНW

Закон Паскаля лежит в основе устройства ~1 действия гидравлических машин. Гидравлические машины (от греческого слова гiдравлiкос - водный)

это машины, ШJЯ работы которых используется жид- МJ кость. Подобно другим простым маш~1Нам и мехаSz

ни змам, которые вы будете и зучать в следующей главе , назначение гидравлической машин ы

это

преобразо ван и е значения силы и направления её действия. Глав ной частью гидравл и ческой машины

Ft 1

ямяются два цилиндрических сосуда разного диа-

метра , соединённые междУ собой трубкой (рис . 102). Внутри сосудов свободно перемешаются плотно прилегающ ~1 е к сте нкам поршни. Сосуды п од

~ Рис.

102

поршнями обыч н о запол ня ют машинным маслом. На обоих поршнях стоят гири; видим , что на большем правом поршне

гиря имеет з н а чительно боль ший вес, чем на ле вом малом. П оэтому сила давления

на жJщкость, которую создаст правый поршень, ~начительно

больше силы давления каких

условиях

F1,

поршин

создаваемой левым поршнем. будут оставаться

отношением силы давле ния

F1 к

площад и поршня

Р!- !j_

Выясним , при

равновес~•и,

поршне м р 1

неподвижными. Давление п од малым

т.

е.

будут

будет определ яться

S1:

S, ·

Давление р 2 п од большим порш н ем будет равно соответственно:

"'=fL s,· В равновеси и жидкость в машине должна н ахошtться в покое , т. е. не

nеретекать из одного цилиндра в другой. Это возможно только тогда, когда дапление жидкост и слева будет равно дапле ни ю жидкости справа, т. е.:

Р 1 =Р 1 • або

F: t=t. F

П ользуясь свойством п ропорци и , это соотношени е можно представить в виде:

rrxl

~ ·

Оrсюда следует, что в состоянии равновес и я сюш дамения F2 поо большим поршнем ООСТО1lько разбальшесилы даме ния F1 под малым поршн ем, оо сколь ко раз площаnь большого поршня больш е nлошаа.и малого S1• Это означает.

что, действуя малой силой на малый поршень, можно уравновесить большую силу на большом поршне , наприм ер удержать или nоднять тяжёлый груз.

Рис.

103

ВидltМ, что пtщ>анлttчсск; ш мштта tюз волstет увеличить силу и изменить IIШlJXIIVJC II~IC Сё дeiictiНI Я

Гидравличе ская ~.1 аш и н а даёт выигрыш в силе во столько раз , во

сколько площадь сё большого порwня превышает площадь малого .

Гндра ш•t••• сскую \taruн н y, п рещ t аз ll ачс •-•• .. у ю для прессовк ~1 (сж атия) tiOp lt C'IЫ X тел

(вн утр l t

1\:(lТОры х сет ь п устоты),

называют гидравлическим

t tpeccoм . T t'JIO JJJI}f tЦ>Cccotxl l-tШI КJiiШYJ. н а tматформу , размещённую на бол~>~u ом 11ор ш н с ~рщ:. 10 3). Когда 1юр ш е н ь поднимается , тело у пирается в IICП OД B II Ж II Y IO IICp XHkiiO 11Л<1ТфОр м у И CЖ IIM<ICTCЯ.

И J м:JЛ ОI'О сосуд:t в бол ьш о й ~шсlю I ! Сре ка•нt вается повторными щщжсi!Шt М it ~ t ШJO IO rюрш ня. К о гд а о н rюд нltмается внерх, то под п оршень всасыва стс н масло rr з сосум. П р ~r этом кл апан

1 открывается,

Jа к рынаст с sr

Ко гда опус к ае тся

под дciic·rнrrc ~ r да влс нJt }l

rюр ш с нr •• tr аобо рот. rcrar1aн

м а сла .

а клапан

малый

1 закрытtстся , а открывается кла п а н 2, и

ЖИд К ОСТ Ь 11Cj)CXOШI T В бо; rыло ii сосуд.

ccm-1 rr:ющюь ''~L'IOI'O rrop rш m S1 = 5 см l, а площадь большого 500 С\1 ~. ТО HL>tl!ll)ЬIШ В r.:ше будет СОСТШJЛЯТЬ [OQ ра з . YCT<I t iOBII B

Haпprr \r cp. IIOpi iiiHI ~; =

лог yшrшrr·cлы rы ir фа"''· llш.:r-;a; rь нaПII C<ul, что с п омощью изобрете н ной им щншrны <•O,lJI H чс.тюве~~::, Н<JЖИ\ tаюшиii н а маrrый пор ш е н ь, уравновесит силу ст~r люлс i i . которые нaжrl\r:нor нн rюpLrrc r~ь. н <.'ТО раз боль ший , и тем сам ы м

пр~.·о,ю;rс~l r r aчa.rrr

c1r.ry

Jer;~rнo~o:r·o

rrprr,rcшrr \.~:~r

rra

:o ...·rштrr . tiO.JC~t"Ф. Впе р в ые гrшрамrrч ески е пре с сы

пp;rr-;п r~~:: c

"-ОННС

X V III -

в нa•r<UJ C

X IX

ст.

Гидрав.:нl'н:скrrе rrpccr.:ы t1crю.II,Jy ют в rrронзводстве стальных валов и кузовов

машин , железнодорож ны х колес, раЗJIИЧJIЫх мст~LJлн•tе..:к~t"<

JJ;Jаст ма ссовы'l

~tздел~t й. Для выдавливани я сока И.J mtн o • pa,t:.~, ''асла 11з сем~111 подсол н счни ка , ~t зrотоw• ения X<UIJII>I также J tCJJ O.'J t ,J~ кн lt JX:ccы. Coвpc\t C t1t tьн:

41 70()

гидравлическ~t е прессы моrут со:щ;щап. шнщенtк· ;ю

М Па.

В автомобил я х и с пользу ют П lд рав.пнческl н: НJj)\Н i bl. С\сма устро й ства такого п шравлическо го торм оза JIO K<~1<111a на рщ:.

10-1.

Ec.t JJtюшпc. н • .'J,att н t

н а 11 едаль /, то порш е н ь в UltЛII JJДpc 2 CO J.i.t:tl:t дан.. н.:н t1 с на :.+..илкостJ , , кото рая за п ол ня ет цилиндр 2. тр убку и тор,ннныс t~щ1нндр ы J. Это да в.л е tш е согласно за кон у П а скал н п е редастен бс·1 H JMC'JIC HJtЯ жндкос1ъЮ н а nорш н и тормозных ци JJitн д р ов J. ll oplltl\11 но:t .t.:iic ltнtcм сш t ы давл е юt я расходятся и пр~tжн ма ют тормозны е .._олощ,Jt барабанам

кол еса автом обнлs1 тор~10З}It 1.:Я

-1

к тормоз н ым

<tBЛHttlбllдb ~ меt t ь шас т

скорость ~~ оста н авл и вается . Е сл 11 1ющпель нp ~кpJнt<t~l .' t:шнть на JJ ед:шь , то

пр у ж tш а

сж има ется

во з вращает

то рмо 1ныс

h.O·IO

~к и

ltc xoд Jюe

положен11 е.

aon•ocw и JАДАНИI 1.

Что та кое гидравлическая машина?

2. Для чего исnользуют гидравлич ески й npecc? 3 . Какой выигрыш в силе дает гидравлич ески й nрнсс? 4.

Объясните, как работают гидравлические тормоза.

СОО&ЩАЮЩИЕСII СОСУДЫ

• Н аблюден ие . На столе сто1п н а rюлн е •н• • ·•i1 нрснра• • н ыil •ш i i~111к. Что н уж но сделать , чтобы н а111пь чaif в ч ашк у?

В11д но , что •1 а йник и н осик - сосуды, сосдин i.: н ны с м ежду c oб o ii отвср спt ем в юt ж н е й части , поэтому жидкость за п ал и н ет

JtX

11 находитсн на одно м

уров н е, а верх н ее отверспt с н ос 1tка рас п оложс 1 ю BЫIII C Y fiOit ня жидкостн в

п ол н ом чай нике . Есл и ч ай ни к liaКJIOtlllть в сторон у опуст 1пся ниже уровня жидкост11,

!I OC II Ka,

тое го от верст и е

о н а будет вытек ал. ltЗ чайника в • ш шку.

+Оnыт . Возьмём две стеклянные трубки , соешн11t м 11 х рез иновой трубкой. которую п ерс крое м заж и мом ,

11 1-шльём в од н у 11 з трубок вод ы (pttc. 105. а) .

Ко гда заж 11 м с ним ем, то Yll llд Иr.t , •по жtшкосп, в трубках усnнювнлась IН\ одном уров н е

(pttc. 105. 6). П од н1ш е м од н у 113 трубСiк - у ровен1 . Ж ltдкоспt н Трубках ti C 11ЗМС НИ ТСЯ (р11С . 105, 6).

\.)' Рис.

105

Риг.

106

Соединённые между собой сосуды, в которых жид кость может свободно перетекать из одноrо сосуда

в друrой, называют сообщающимися сосудами . Заменим

одну

из трубок

сообшаюшихся

сосудов

трубками друго го д и аметра и другой формы (р и с.

1Об).

результате опыта убед и мся, что свободные пове рхности неподв и жной однородной

жидкости

в сообщающихся

сосудах л юбой формы находятся на одинаковом уровне .

Огсюда вытекает закон сообщающнхся сосудов. В сообщающихся сосудах свободные поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне.

Рис.

107

Дпя объясне ния этого зако н а рассмотрим малые объем ы жидкости воблаСПI поперечногосечения вн изусоединитель

ной 11Jубки. В Состоя нии равновесия эти объемы находятся в покое, что означает равенство с ил давле ния , действую щих н а них с права и слева от сечен и я.

Поскольку ruющадьсечени я одна и та же для левого и правого столбов жидкОС111 , то и созnаваемые ими гидростатическ~t е дамения должны бьrrь одинаковыми, а

вместе с ними, по зако н у Паскаля,- и высоты обо и х столбов, т. е. h 1 = h1. Если води н изсообшающихся сосудов нал ить, н а при мер, водуnлотностью р 1 ,

а в друюй - керос ин nлотностью р 2 , то свободн ые поверхности этих жидкостей

установятся на разных уровнях, причём уровень керосина будет выше, чем уро

вень воды (рис. 107). Поскольку жидкости в равновесии находятся в покое , то со гласно закону Паскаля можно угверждать, что дамения, со:шаваем ы е левым и правым столбам и жидкости , например, на уровне ра:щела жидкостей АВ, одина ковы, т. е.

р , =р, ·

Отсюда с помощью формулы ги дростатического давле ния получим соот н ошение:

или послесокраще ния наg

p,h, = p,h, · Из этого равенства следует пропорция:

~ ~

Вид им, ч то высоты разнородных жидкостей , отсчиты ваемые от уровня поверхности их раздела , в сообщающихся сосудах обратно пропорцнональны их плотностям . Для уста новления равновесия высота столба менее плотной

жидкости должна б ыть большей.

Примеры сообщающихся сосудов: лей ка для полива растений (рис .

108);

водомерное стекло парового котла-

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ для о п ределения уровня воды в котле;

водяной уровень

для

горизо н таль н ой линии

проведения на

н еровней

местности. На основе закона сообщаю- i~fiJ!!ifl!l шихся сосудов действуют артезианские

колодuы

~tли

скважины

(рис.

109). '

Скваж!"ну делают в наиболее низком месте водяного пласта, и

вода подн и

маясь на поверхность , бьёт фонтаном.

Водонапорнаи

сеть

представляет

собой разветвлён ную сеть сообша-

' - - - - - : : - - - c::--= =-__j

юшихся сосудов. Чтобы вода посrу пал а

н аивысшее

место

водона-

порно~1 сети, нужно водонапорную башню размешать не н иже этого места.

Рассмотрим , какдействует водопровод (рис.

Н а водонапорной башне

110).

уста t~овлен большой бак

шн1 воды. С

п омощью мощных насосов З из водоёма (реки, озера) иш1 скважины воду закачивают для очистки в отстойник

потом подают для фильтрования в

резервуар 4, а дал ьше - в магистраль и в водонапорн ую башню. К ма1· и страли 6 п рисоединены водопровош .. ые трубы отдельных здан ий . Ч тобы вода в них з имой не замерзала, их изолируют и укладывают под землю. В каждом доме в квартирах на трубах устанавливают водяные краны. Кшда открывают кран , вода начинает выливаться, так как уровень жидкости в ба шн е выше, ч ем в квартире.

Прим ерам сообщающихся сосудов ~шляются шлюз ы. Шлюзы (от латинского шлеузе- удерживаю, отделяю)- это гидротех ническое

сооружени е для

одного уровня на дру гой.

nеревода судов

на

реке

или

канале с

Рис.

111

112

Ш люз ы являются одн ~1 м ю н р к н х пр и меров пр и ме н ении сообшаюш и хся сосудов в тех ни ке. Л юбой ш люз состоит из шлюзо tюй камеры, в которой есть верхн~1е н нижние ворота. Камера соединена с рекой или каt-tалом широкими трубам ~t , которые закрывают uыдвижным tt заслонкамtt. Н а р11сунках

11 1- 112

нuказана схема действ и я шлюза , коt·да корабль пл ывёт по течению рек и .

Когда корабль подходит к шлюзу , ворота А шлюза закрыты (pttc. 111). Открывают заслонку трубы , соединяюшей верхнюю часть реки с камерой. Вода из реки постепенно перетекает

u камеру а.

Когда уровень воды в камере а

сравняется с её уровнем в верхней части реки, верх Нi tе ворота А открывают. и корабль вход и т в камеру а. П осле этого ве рх н ие ворота закрывают (рис.

11 2) и откр ы вают засло нк у труб ы , соединяюшей каме р у а с н tt ж н ей ч аст ь ю реки б. Ка м е р а шлюза а п остепенно освобождается от вод ы до уровня её в н иж н ей част и ре ки б. Затем открывают нижние ворота В. и корабль выходит в реку.

П p tt большой раз н ости верхнего и нижнего уровней реки строят несколь ко шлюзовых камер , которые работают последователь н о. Если будете п лыть на теплоходе по Д н епру из K tt eвa в Ч ёрное море , то обязательно увtщите такие шлюзы.

IOП.OCW

1. 2. 3.

• Ullllllltl

Какие сосуды называют сообщающимисR?

В чём заключаете~=~ закон сообщающихсR сосудов? ОбъRсните, как устанавливаютсR nоверхности однородной жидкости в сообщающихся сосудах.

Как устанавливаютсR поверхности разнородных жидкостей в сообщаю щихсR сосудах?

5. 6.

Приведите примеры сообщающихся сосудов. Почему водонапорную башню всегда строят на самых высоких местах и nоднимают её бак на уровень выше всех зданий , снабжаемых водой?

~ АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. ИJМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОrО ДАВЛЕНИI Нашу

планету Земля окружает мошная

газовая

оболо•tка.

которую

называют атмосферой (от греческих слов ат.мос- пар 11 сфера - шар). И сследован 11я околоземного пространства с 110мощью искусственных

с п ут н иковЗемл и п оказали. ч то еёатмосфе ра п росп1рается на тыся ч у и более к~tлометров в высоту. Резкой t·раннuы она не имеет. Её верхн tt е пласты очень разрежены и постепенно переходят в безвоздушное межпланетное

пространство (вакуум). С уменьшеtнlем высоты плотность воздуха возрас тает. П о•пи 80% всей массы воздушной оболочкн Земш t сосредоточены в пределах масса

1 мJ

15 км

над Землей. Опытами установ.лено , что при температуре О ОС

воздуха н а уровне моря равна

1,29 кг.

На воз.аушные слои действует

сила тяжссп1, поэтому верхние слои давят на средние, а средю1е - на нижние.

Н а~1большее давление , обусловленное весом

всей атмосферы , испытывает

поверхность Земл 11, а rJкже осе находяшиеси на ней тела.

Давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней тела ,

а также на земную поверхность, называют атмосферным давлением . Выясним , насколько велико этодамение. Формула rидростаТI!ческого ламения р = ~11 мя расчёта атмосферного

дамеt1~1я не подходит , так

как атмосферный во:щух не имеет постоянной

гuюпtости (она на разных высотах разная) и не имеет определённоti высоты (атмосфера не имеет резкой гран1щы). Как измер 1пь даме 1-ше атмосферы ,

в п срвыедоrааался 11тальянск и й ученый Э. Торри ч елл 11 . П реlLЛоженный 11м опыт бьUJ осуществлён в

1643 r.

учеником Г. Гапилея В . Вавиани. В это,..,, опыте была

и спользована запая нн ая с одного ко нца стекля н ная трубка дл11ной около

1 м.

Её

заполнял11 JJ1YГbiO, а потом, закрыв открытый ко н сu, псрсоорачивал и отверстем

вниз и погружали в широкий сосуд с ртутью. П осле того как 11Jубку открывали , частъ р1уп1 ю неё вьтивалась в сосуд, а в верх н ей части ll)убки образовывалось

безвозаушное пространство - ..-торр1·1'1 е.rtлева пустота» (р11с. 113). При это~• высота сталба ртупt в трубке состамяла приб.rшз~ггельно 760 мм. Результаты этого опыта Торричелли объясюtл так: «до сих пор сущест вовала мысль, будто сила. которая не даёт возможt-юспt ртути . во п рек11 её естественному свойству, падать вню. содержится внутри верхней част11 труб к и, т. е.

пустоте ,

или

разрежё н ном

утверждаю, что эта С 11 ла снаруж 11 .

вещест ве.

На поверхность жиnкосп1 ,

сосуде, действуют своей тяжестью же

странного ,

если

ил11 в

Од н ако

lнteW I-tяя и что сила берётся

ртуть

находяшеtiся

миль воздуха. Что

rюnн~tмается

настолько ,

•tтобы уравновесить тяжесть внешнего воздуха • .

И так , атмосфер н ое давлен11е согласно зако1-1у Паскаля равнодаш1е~t~1ю столба ртути в трубке: P;IT\1

=Р:

Рис.

113

Есшt бы эт11 давления не былtt равны , то ртуrь

tte

находилась бы в

равновесии: пptt увел ич еюнt давления pтyrtt она выливалась бы ю трубки в сосуд, а при уме ньшении - поднttмалась бы по трубке вверх. И так, давлеtt ие атмосферы мож11о измсрttть высотой соответствующего ртуrноrо столба . Его высоту обычно измеряют в миллиме трах. Если, н апример, говорят, •tто 11 и скотором месте атмосфер н ое давле ни е равно 760 мм рт. ст., то это озна•ш ет, •tто воздух в этом местесозnаёттакое же давле ние , ч то и вертикальны11 столб рrути высотой 760 мм. Чтоб ы опредемпь это давле tнt е в паскалях, tюсtюльзуемся формулой гидростэтичного даме t-t ия: р

= gp/1.

ПодстаВJt Шt в эту формулу значе ния

р = 13 595,10 ~ (rtлотность ртуrи I"IPИ о 0 С), g= 9,8 1

~1 h = 760 мм =О, 76 м

(высота столба ртупt) , п олучим такое з начение нормального атмосфер н о го дамен ня:р =

101325

П а.

Давление атмосферы, которое равно давлению столба высотой

760

ртути

мм при темп ературе О оС , Н аз ывают н о р м а льны м

атмосферним давлением.

Еди ни uами атмосферного дав.ле нt1я ЯtlЛЯЮТСЯ

Па) и оди н гекто n аскаль

мм рт. ст. , один паскаль

г П а), между юtмt1 сушсстнуюттаю1есоотноше ния:

1 \l~tJ)I

1]3.3 П а= 1 .33 tП а;

t: t

76{) ~'" rн 1.:1

10 1 325 П а

10 13 гПа;

Об о пытах Торрич елл и узнал франuузский учёный Блез П аскаль. Он п овто р tUI их с раз ны ми юtдкостям~t (маслом, вином и tюдolt ). Столб воды, уравно веш tшаю ший дамсн и е атмосферы, оказаnся намноi"О выше столба ртуп t .

Однако П аскаль сч tпал, что для окончательl!оt·о доказательства факта сушествован11я атмосфе рн ого давления нужен ешё ошнt решаюший о пыт. Для этого он вып ол нил опытТоррt1ЧСЛЛ11 с н ачала у подножия t·оры, а потом н а её верш~1н е. Результат ы удив111111 всех при сутствую щи х . д<шле ни е воздуха

на вершине горы б ыло почти н а 100 мм рт. ст. мены t.J е. чем у подножия. Этим было доказано, •по ртуrь и трубке в самом деле п оддержи tшется атмосферным даuлен н ем:.

Если 11 Змер 1пь атмосфер н ос дамен l"!е на раЗ t1Ы Х высотах , то полу•н1м так11е результаты.

Высота над уровнем моря , км

Давление , мм рт. ст .

0 1

760

674

Н аблюдая ежсд~t ев н о за высотой ртуrного столба п трубке , можно заметить,

что она изменяется: то увел t1'1t-tПается, то уменьшается. Сушсствован11ем атмосферного да t1Ле Н11Я можно обыt с ю1ть м t-ю rо stвлсюt й. Н а р11сунке 114 юоб раже н а стек.лstнная трубка,

tmyrp11

которой 11местся

ор~tлегаюш нй к её сте нкам. Конеu трубки опуще 11 в воду.

пopw c t-lь,

11лот tю

ECJH1 подн 11 мать 11 водой

порш ень, то за ним будет п одн 11 маться ~~ вода. Между поршнем

ВСJJедств~tе nоднятия nоршня образуется безвоздушное пространство , в кото ром нет давления атмосферы. В это nростра н ство под давле ни ем внешнего воздуха

входит за nоршн ем вода. Дан н ое явление исnользуют в работе

ШllpiЩa , ВОДЯНОГО НаСОСа.

+оnыт

1 . Возьмём щtлиндричсский сосуд, закрытый

пробкой, через которую nро n у щена трубку с

краном.

Выкачаем 1 1 з неё воздух, закроем кран, трубку опустим в воду и откроем кран. П оскольку атмосфе рное давлен и е больше давления в сосуде, то nод е го действием вода

будет бить фонтаном внуrри сосуда (рис.

11 5).

+оnыт

бумаги,

немного б6льш~tм диаметра стакана. Держа

Н альём в стакан воды ~~ накроем его листом

стакан за н~tжнюю часть, nрижмём бумагу стака~tа ладонью

краям

п еревер н ём его кверху д н ом, убрав

затем руку от бумаги (рис.

116). Уд lt вtпельно, но вода бу

дет удерживаться в стакане и мtсток останется н а месте

почему? Дело в том, что давле нttе атмосфер ы на бумагу больше, чем давле ние столба воды в стак ане.

•

Наблюдени е. Влиян и е атмосфе рн огодавле ния весьма

заметно проявляется во время ходьбы по вязко й п оч ве

(засасывающеедействиетряс ~tн ы). При подъёме нопt п од ней образуется разрежённое пространство, и вследствие прttсасывания н ога тянет за собой тяжёлую трясин у (как поршснь- жидкость в н асосе).

Благодаря дамен ию атмосферн ого воздуха работают nри соски

мя

крепления

nредметов

на

гладких

плоск ~tх

----'--.-1

nоверхностях. Есл и вьrrеснить воздух под nрисоской, то о н а nрижмётся с ило й давле н11я атмосфер ы , и чтобы её оторвать, нужно приложитьдоволыю большое усилие (рис.

117).

Результаты r1 ростых выч ~t СJJ ений показывают , что сюш давлен и я атмосферы на поверхность обычной тетраа ~t равна

3000 Дело

Н. П очему же вы так легко можете поднять тетраць?

том, что силы дамения воздуха зверху и снизу

тетрац11 уравновеш~1Ваются,

при подъёме вам прихошпся

преодолеватьлишь вес самой тетраnи.

Для

юмерения атмосферного даме ния

и спользуют

ртутный барометр, барометр -ан е роид и барограф. Есм1 трубку, подобную той, что использовал в своём о п ыте Торричелли, снабд ить ш калой, то п олучим rtр остейший давле11ия

прибор

;.rempeo -

для

11 змерен и я

- · ртутный барометр (от

гре•1сских слов барос

вес, тяжесть;

юмеряю) (рис.

118

на с.

100). Барометр-анероид (от греческих слов: барос, .метрео , анероид) юображёli на р11су н ке 119. Основная

атмосфер н ого

, - - - - - - : - - -..----

---.,-- ------,

часть

nрибора

круглы е

•·офрнрованные металлнческис

коробо••ки,

соеди н ённые между собой. В н угри коробок создано разряжен11е (давление в

коробках HltЖe атмосферtюго). С увелнченнем атмосферного давлении коробк~t сжимаются 11 тянуг прltкреriЛённ ую к HltM nруж 11н у. Перем ещен11с конна ,-,ружнны через спеuнальные устройства псрсдаётсн стрелке, а её

указатель движется

вдоль шкалы.

значенин

П ротив

атмосферного

штрихов шкалы д<ШЛС НIНI .

нанесены

Например ,

если

стрелка останавливается напротив отметкн 750, то это значит, что атмосферное даuленне равно 750 мм рт. ст. П ри уменьшении давле ния стенки коробо•tек расходятся ,

Стрелка

растяжение

д811ЖСТСЯ

llP YЖ iнtЫ

СТОрОНу

уме ньшается ,

уМС ~IЬШеJШЯ

З НаЧСН11Й

давле~t11я.

Барометр-анеро 11д - это ощ1н 113 основных nрнборов, который n рогно зон

11сrюльзуют погоды

на

метеорологи

дл я

бм1жаiiш1tС

д1111,

составлен11я так

как

её

II ЗMCHC ~IIIC ЗЗВ 11 СИТ ОТ 11ЗМеНСННЯ <ITMOCфCj)I·IOГO ДЗВЛСН11Я.

Для ш~томаТ11Ческой 11 неr1рерьшt-юii записи измене нш1 ап.юсферного даш1еш1я используют барограф (от греческих слов барос: графо

Пltшу).

л и ••еских гофрitрованны х коробоч ек

Кроме метал

IJ этом 11р1tборе есть

механизм для дBIIЖCHIIЯ бума.ж: tюй ленты, на которой нанесены сетка значений дЗIIЛС НitЯ 11 д ни ведеш1 (p1tc. 120). По так11м лентам можно ВЫ}IСН~пь, как юме

нялось атмосферное даuлен11е в теч е н~tе любой недели.

Рис.

118

Рис.

120

j) JTO MHTI,ICHO JHAT. •

Вывод о существовании атмосфе рного давления независимо от

Э. Торричелли сделал немецкий физик Отто фон Герике

( 1602- 1686).

Откачивая воздух из тонкостенного м еталличес кого шара , от увидел , что щар сnлющился. Анали з ируя nричины сnлющивания шара, он nонял, что оно nроизошло под действием давления окружающей среды.

•

О'nфыв атмосферное давление, Герике nостроил перед фасадом своего до

ма в г. Маrдебурге водяной бароме'fР, в ко-щ:юм на поверхности жидкос:n.1 плавапа фигурка человека, указывающая на деления, нанесённые на стекле .

•

1654

г. Герике, желая убедить всех в

существовании атмсх:ферноrо давпениs., выnолнил знаменитый оnыт с "магде бургскими Г10J1УШЭРИЯМИ». Надемонетра ции оnыта nрисутствоеали члены Ре

rенсбурrс~<ого рейхстага и имnератор ФеАщ-1нсu-щ

111 . В

их nрисутствии из nоло

сти между двумя составленными вместе металлическими полушариями выкачали

воздух. При этом силы атмосферного

Рис.

дав.лениятаккреnко'l)ИЖаnиэrиполуша-

12 1

рия QDJiO к другому, что их не смоm и разъед,~~~нить восемьnарлошадей (рис.

•

В nрироде существует более

400

121).

растений-барометров. Ц веточный

барометр можно найти и на огороде. Это маленькая ветвистая трава

мокрец. По её мелким белым цветка м можно предсказывать погоду в тече ние всего пета: еспи утром венчики не раскрываются

днем будет

дождь.

IOПIOCW М

1. 2. 3. 4.

J.I,IIAHMI

Вспедствие чего создаётся атмосферное давпение?

Что доказывает опыт Торричелли? Что означает запись: оно равно?

.. дтмосферное

давпен ие равно

780

мм рт. ст. • ?

Какое давление называют нормальным атмосферным давлением ? Чему

•

Как изменяется атмосферное давление

увеличением высоты

над

Землёй? Почему?

6. 7.

Приведите nримеры nодтвержающие наличие атмосферного давпения. Какие приборы используют для измере ния атмосферного давления?

~ МАНОМЕТРЫ Ка к вы знаете, барометры служат для измерс юtя атмосфе рн о года8Jiенюt. Если же ttужно 011ределнть какое-то 11ное даме нн е. создаваемое Жltд костью или газом. то прим еняют 11р11боры. называемые мано.ч етрамн .

Ман о метры

- это измерительные при

боры, предназначенные для измерения давления или разности давлений. Маном етры (от греческих слов .манос- жидкий; .метрео- и з м е ряю) бывают жидкостные и дефор мационные .

Ман ометры ШJ Я и з мерения даме ния заполняют ртуrью . И ми измеряют давление в пределах от

до

160

100

~ ;. ~

ж ид костью (рис.

L--~~~~~~J Рис.

122

100

мм рт. ст. М анометры , с по м ощью которых

и змер яют разность давле н~tй в пределах от

мм

рт.

ст,

заполняют

водой

ttл и

1О

до

д р у го й

н а ~t более рас п ространены

122).

деформационные манометры. Общий вид одного из

н их п оказан на р~t сунке 123. Он был изобретён в 1848 г. французсКitМ уч ё ны м Э. Бурдоном. В таких

манометрах

и змеряемое

давле ни е

ил и

ра з н ость

даме н ий определяется п о деформ ац ии упругого ч увств итель ного элемента.

Ч увствител ьны м элементом может б ыть трубч атая пружнна. Такие манометры называют трубчато-пр уж ~1нными . П ружи н а - это металли'tеская трубка, закрытая с од н ого ко н ца, её второй ко н е ц пр исоединяют к среде , лавле юt е в

которой н уж но изм е рить. При увел ичении дашt е ния внутри трубк~1 она начинает раз r~t баться. Это дв и же ни е трубки через с п е ци ал ьны е устройства п ередаётся к стрел ке, указы ваюшей на шкале манометра з н а•t ениеламения. Н а рисунке 124 изображё н жидкостны й U-образный манометр. Он состоtп 11з стеклянной трубки , им еющей ф:>рму латинской буквы

в каrорую н ашm

жидкость (вода или с пирт) . С помощью пtбкой трубки одною колен манометра соединяют с круглой плоской коробочкой , затянугой резиновой m1е н кой. Ес..rш даме ни с

ОШIН З КОВЫ ,

левом ТО

t·tравом

ЖидКОСТЬ

коленах

устанами

вается н а одном уровн е. Есл и н адавить

на плё н ку , то урове н ь жидкости

колен е

маном етра ,

соед ин ё н ном

коробочкой , понизwrся, а вдругом - н а

столько же п овысится. Объясняется это тем , что п ри нажапт на m1ёнку ламе ние возп.уха в коробочке повышается.

Это юбыточное лашtе ние передаётся жидкости в соответствую ще м колене ,

её уровень снижается. Урове нь в этом колене будет с нижатся до тех п ор, пока избыточ н ая силадамен и я н е уравнове сится весом избыточного столба жид кости

во

втором

коле н е

ман ометра .

П оэтому по разности высот столбов жидкости

в манометре можно

шщеть,

насколько дalllle н11 e на плёнку оттtч а ется от атмосфер н ого.

•

Оnыт . В сосуд с ж t шкостью (рис.

125}

будем опускать маtюметрltческую

коробочку U-подобного манометра. Мы видим, что

'ICM

глубже опускаем

коробочку манометра, тем боль ш е разность высот жtшкости внутри при бо ра. Та к и долж но быть: с увел.tчСIIНСМ глубиttы norpyжe111tя гидростатическое давлеttне жидкости воз раста ет.

10nrocw•JIIIAII• 1.

Как называют nриборы дпя измерения давлений, больших или меньших

атмосферного?

2. 3. 4.

Какие бывают манометры?

Чем отличается трубчато-nружинный манометр от жидкостного? Обьясните, что nоказывает оnыт, изображе нный на рисунке

125.

~ ЖИДКОСТНЫЕ НАСОСЫ П оршвевой жидкостный насос , схема которого юображена на рис у н ке \26, СОСТОIП Ю ЦИЛIIНдра 11 llOPШ~IЯ , КОТОрЫЙ СВободНО ДВIIЖеТСН В ЦIIЛИНдре, ПЛОТIIО llрилеrая К ею СТеНКЗМ. В вижней

•нtспt

шtлttндра

которые открываются

поршне есть

только вверх.

Если

к.лапаt-tы,

поршень

дв ижется в ве р х, то вода под действием атмосферtюt·о ДЗUJICH ШI ВХОДИТ В Трубу, I"IOдiНIMaCT HIIЖIOIЙ КЛЗilЗН

дв 11ж етс и за порwнем. Пptt ШН1ЖС Н1111 поршня вниз вода дав 1п на нижний клатш, и он при этом закр ыва етсst .

Вм есте с тем под даилением воды открывается клапан внутри

п оршня,

иода

псрехошп

11ространспю

н ад

поршн ем. При следующем д1нtжен 11 и 11оршня вверх вместе с юtм

поднимается

вода ,

которая есть над поршнем,

выливается вотводную трубу . Одновреме нн о за поршнем подюtмается

новая

поршtя

воды.

которая

во

время

следующегоопускания пopwtiH будет уже над ним . Такие

Рис.

126

про цесс ы будуr п овто рят ься до тех п о р , пока

мы не

прекрат и м КЗ'!ЗТЬ воду.

Н а п ра кти ке используют также поршнево й жидкост ный н асос с воздушной камерой. Такой н асос схемати ч но юображёtt на рису нке через

П осле втягивания вод ы

127.

кла п ан

нажимают

t-ta

всас ывающ и й

rюмощью р учки

цилиндр

порше нь

насоса,

вместе с тем открывается t-tаrнетательн ы й клапан поступает в сосуд с воздушной камеро й

Давле ни ем

воды в u t1 линдре зак ры вается всасывающ ttй кла п а н

вода

и ч е рез трубу

ВЫЮIВЗСТСЯ 11 а р ужу. П ри Дf! II ЖC IHHI руЧКI I ВВерх закрываетс я клапан 3 и открывается кл апа н 2 - вода r1 оступает в uил ~1нд р . Далее процессы п овторяются до тех

'---1_ _ _. _--' Рис. !JlУГИ в

!Юр , п ока н е нака•шют н еобходимое количество воды.

А на какую высоту или с какоiJ глубииы мож110 подиять воду с помощью таких иасосов? Вы уже з наете , что плотность раза бол ы 1J е , ч ем ооды. Plyrь в трубке rюднимаетс я на 760 мм. Тогда

127

13,6

вода подымется ~!а высоl)', в 13,6 раз бол ьш ую: о н а ра вна 10 336 мм . З начит, поршн евыми ЖJШкостным и насоса11.ш мож н о качать воду лишь с глуб ~t ны, не

r1рсвышаюшей

10 м.

1)110 МНТI,IСИО JИАТiо

•

Сердце

человека

является

уд иви тельным

насосом,

н епрерывно

работающим в течение жизни человека. Оно перекачиеает за одну минуту

6л

крови, за сутки-

около

220

8600 л ,

за год- около

млн литров, а за

70 лет жизни

млн литров. Если бы сердце не nерегоняло кровь по замкнутой

системе , а накачивало е какой-то резервуар , то можно было бы заполнить

бассейн длиной

100 м,

шириной

100 м

и глубиной

22 м.

IOПI'OCW М UjiAJIMI 1. Какие ти n ы nоршневых жидкостных насосов вы знаете? 2. Объясните, каково их устройство и принцип действия. 3. На какую максимальную высоту можно поднять

воду

nоршневым

жидкостным насосом?

> 1.

Реwаем •мест е Кому легч е вытя пшать но гу ю грязи: корове или ло ш ади?

Ответ: леr.~е вытягнвать ногу из грязи корове, так как у нее, в отли•1ие от лошад 11 , копыто ра:швоено.

2. Н а ри су н ке 128нзображен •~ ая мо рс кая звезда. За с ч ёт ч его она может легко цепляться к !\Юрс ком у дt~у или к др у пtм предметам ?

Ответ: за с ч ёт большо го кошtчествн присосок в н~1ж н ей ч асти звезды. Рис .

128

М а н о м етр, п р и соед ин ённый на водонапор~юй станции к трубе, по

которо й подаётся вода к баку в ба ш не, п оказывает дамение Ка кова в ы сота вод ы в ба шн е? Да н о:

р=

Ч тобы

Па

р= 1 000~

h-?

Па.

Р е ш е ни е

303 000

g=9,8 1

303 000

о п ределить

высоту

исrюл ьзуем фо рмулу р =

из которой п олучи м h

303 000 П а 1000

~ . 9,8 1

воды

баш н е,

gp h,

=fg30,88 м

Ответ: высота воды в водо н апорной ба ш не рав н а

30,88

м.

( Ypoot•• А ) 203.

Если бутылку, на п ол н е нн ую водой, по грузить шейкой в сосуд с водой, то вода из н её не будет выли

204.

ваться . П очему? К огда вода в ыл и вается ю бу тылки, мы слыш ~1 м бульканье.

205.

П о •• ему? П оч ему тяжело п и ть и з н акло не н ной бутылки, если nлотно

обхватить её ш ей ку 1)'6ам и ?

206.

П одсч ~пано, ••то на п оверхность тела взрослого •• елове ка (масса

60кг, pcx:r ! бОе м ) ruющадью 1 ,6м2, действует сила 160 000 Н , обу сло вл ен н ая атмосферным дав ле ю•ем. Ка к орган и зм выдерж и

207. 208.

ваетта ки е большие нагруз к и? К огда самолёт r~аб и раст бол ьш ую высоту, пассаж ~t ры на ч инают ощущать боль в ушах. П очему? П ло щадь rю верхности п е р вого спутн ика Зе мшt состамяла

8820 см

• Какой была с ила давлеюtя на его

поверхность на в ы соте

300

км, есл ~t давлеюt е во.зцуха

там б ьuю рав ным nри бrш зител ьн о 0,00006 П а?

209. 2 10. 21 1.

Какое атмосфер н ое давле н~• е п оказывает барометр анероид (р и с. 129)? Какое даме н ие по к азывает ртутный барометр ( Р Иf· 130)? Выразите это да мен и е в паскалях. Н а ри сунке 13 1 схемат ич еск ~t и зоб р аже н о устрой ство п оршневоrо жидкостно го н асоса с воздушной камерой. О пи ш ите, как работает этот н асос. Рис.

130

Рис.

2 12. 213.

Рис.

131

Рис.

132

133

П од н~t мается или опускается порш ень жидкостного насоса , юобра жён н ого в разрезе на рисунке 132? К а к~t е приборы

и зображе ны

на рисунке

133?

Как ую физическую

вел 11чин у оюt измеряют? Снимите гюказан ня каждоt·о из приборов.

2 14. с ,,

215.

Как н уж н о пользоваться пип етками для псремшания небольшого комt•t ества жид косп t ? Объясюtтс действие этих тtпеток.

••••• 1 )

Уче юtк , отве ч ая н а уроке, сказал: • Атмосферное давление равно даме нию столба ртуп1 дJнtной

216.

760

мм ~.

Какие ошибки догt успш

уче ник в своем ответе? Для ч е го в крышках б tщонОВШIЯ смазочных матерttа..rювделают не одно, а два отверстия: од н о бол t,wое, а второе- меньшее - на противоrюлож

ной

сто рон е

крышки?

Каково

назначение

малого отверспtя

пр и

наполненttи ~~ опорожнен tш бидона?

217.

П оч ему стака н , вымытый тё t·tлой водой 11 оnрокннуrьrй на nокрьrты li полиэт иле н овой скатертью стол, плотно прил егает к ней и немного втягивает ее?

218. 219. 220. 221 .

В металли ч еской крышке , закрьшающеii верхнее отверстие топшшного бака автомобttля, есть малое отверстие. Если это отнсрспt е случай н о засорttтся, то горючее tie потечёт по нижней трубке к двигателю. П очему?

Будет

ли

действовать

барометр-а н ероид,

если

•~

сте н ке

е го

метаrtлической гофр~tроt~а~• ~юй коробочки пояtнпсн тре щина? Какая с и ла атмосферного давления действует на тело человека, пло щадь п ове рх н ости которого равна пр11 блюителыю 1,6 м 1 ? Вы •rи слите, с какой силой давит воздух на ладонь вашей руки . Атмосферное даi,\Ленне н змерьте барометром - аttероидом.

222.

С какой силой дав ~п атмосфера на поверхность стра ющы тетради, размеры которой 1 6х20 см np11 атмосфернщt давлени ~t 100 000 Па?

223.

Определите атмосфер н ое дамен~tс на уровне моря н на горе (рис. 134, а); н а повсрх~юсти Земли 11 н а стан щtи метрополитена (pttC. 134, б). Как объяс ю1ть разность в показа ння х барометров-анероидов? На ри су нке 135 и зображена за m1еь атмосферного дамен и я барографом

224.

ВЗАИМОДЕЙСТВИ Е ТЕЛ

на rtротяжении недел и . П ользу ясь ЭТИМ

графИКОМ ,

ВЫЯС НIПе:

а) каково было наибольшее ( н а t1 меньшее) давле н 11е

какой

день; б) какое дамение было в полде н ь в четверг; в) н а с кол ь ко

м илл и метров

ртуr н ого

столба

да в.ле ~tи е во втор ник б ыл о бол ь ш е, чем в пятни цу.

225.

В середине

XVII

построитt

всасываю ш11 е

в. во Флоре нuии насос ы

для п одъёма воды н а боль ш ую высоту,

в ы ше

226. Какой

но вода подн и малась не

10 м.

П очему?

н асос и спользуют в ги

дравл и чес ки х

npeccax:

всас ы ва

ю щий ищ1 на гн етательный?

227.

Рис. 134 П очему жид кость , кото рую ка- г-т----т:---т-:----;-----т:-=---г-----,

чают всасывающим насосом, ~~~~ - .- ~- - 11

течёт п рер ы в и стой струё й ?

228.

Рассмотрите YCТJIOЙC"rnO

.-~-~

Пр 11Н

ШIП действ ttя п ожар ного насоса,

изображё н ного на рису н ке 136. Сколько зл.есь насосов? Как 11 е они: всасыващие ил 11 нагнетател ь

ные? Каково назнач е н ие воздуха,

Рис .

135

закрытого в камере? М ожно л и было б ы п осьтатьструю вод ы эти м н асосом на з н ач tпельн ое расстоя ни е без оо:щу ш ной « п одушк и »?

229. 230. 231 .

К акое давле н11 е создаёт t·t op w e н ь нагн етател ы-t о t·о н асоса, 110да ющи й воду на в ы соту

15 м?

Атмосфе рн ое давление нормальное.

Как11м из двух насосов (р 11 с. 137) можн о поднять воду на высоту 30 м? П очему рез11новые трубк и , соеди н яюш 11 е воздушные н асос ы с СОСудаМИ, И З КОТОрЫХ ОТКа'IИВЗЮТ ВОздуХ, 11МеЮТТОJIСТЫе сте н ки ?

§ 30 •

BЫTAIIKИBAIOЩA!I СИЯА

Наблюдение. Почем у тяжело поrрулпь мяч в воду, и п очему, как только

мы его отпустим, он выпрыгивает из воды? Почему в морелегче плавать, чем в озере? Почему в воде мы можем поднять камень, а в воздухе- нет? +Опыт 1. Подвес~tм к пружине тело (рис. 138). В связи с тем, что н а тело де й ствует с ~tла тяжест и Fтяж• пр ужи на растянется. Тело будет находиться в равновесии, так как сила тяжести и сила упругости Fynp• которые действуют на

тело,

равны

по

зна ч е н ию,

но

противополож ны

по

направле нию.

Погруз и м это тело в воду. Удrтинение пружины умен ь шится. Масса тела н е и зме нилась , то есть не и зме нилась и сила тяжести, действующая на тело.

Зна•tит, уменьшилась с ила уnругости. Отсюда можно сделать вывод, что со стороны воды на тело действует сила, выталкивающая его из воды. Эту силу н азывают выталкивающей силой. Этим же можно объяснить, по ч ему гюд водой легко можем nоднять камень, который с ЧJУдОм удерж ивае м на воздухе.

Если оr1 устить мяч в воду, то он вы n рыгнет и з н её. Га зы во многом подобны жидкостям. На тела, помешённые в газ, также действует

выталкивающая

с ~1 ла.

И ме н но

n од

действ и ем

этой

силы

воздуш ны е шары , метеорологические зонды, детские шарики , наполненl-tЫе водородом, подни маются вверх.

А от чего зависит вьtталкивающая сила?

+Оnыт

2 . Два тела р азного объёма, но одинаковой массы, nо грузим п олно

стью в од н у и ту же жидкость (воду). Мы видим, •1то тело большего объёма

выталкивается из жидкости (воды) с большей силой (рис.

139).

Выталкивающая сила зависит от объёма погружённого в жидкость

тела . Чем больше объём тела , тем ббльwая вытал ки вающая сила действует на него .

+опыт 3 . Л огруз ~1 м полностью два тела одинакового объёма и массы в разные

жидкости,

на п р и мер

воду и

керосин

(рис.

140).

Н ару ш е ни е

равновесия в этом случае свидетельствует, что в воде на тело де йствует б6льшая выталкивающая сила, это можно связать с тем , что плотность воды больше, чем плотность керосина.

~вз~~~мо:~::с: m:и:•::::~==~~~~~~~~~~~~~~~~1~09!! ~ Выталкивающая сила зависит от

плотности

жидкости'

которую погружено тело. Чем больше nлотность жидкости , тем б6льwая выталкивающая сила действует на погружённое в неётело.

Обобщая результаты наблюде ний

и о пы тов мож н осделатьтакой вывод.

'-----------__j Рис.

140

На тело, поrружённое в жидкость (газ), действует выталкивающая си ла, равная по значению весу жидкости (газа) , вытесненной этим телом.

Это утверждение н азывают за коном Архимеда , древнегре ч еского учё н оrо , который

е го открыл

и,

п о ле ге н де ,

ус п е шн о

п риме н ил

nрактической зааачн : определил, соде р жится л и

мя

реш е ния

и золотой короне

царя

Ги еро н а примесь серебра. С ил у, котора я выталкивает тел о из ж и дкост и или газа, н азывают еще архим едаво й силой .

Н а основе закона Архи меда мож н о сразу на11и сщъ формулу шtя оп реде.nения вьгrалки ваюшей сил ы , н о •rгобы луч ше понять, вследствие чего она возн икает ,

вы п олним простые расчёты. ДЛя этого рассмотрим тело в форме прямоуrольного бруска , п оrружённоrо в ж ~щкость та ким образом , •rгобы его верхняя и нижняя

грани расnолагал ~t сь паралле.nьно nоверхности жидкости (р и с .

141).

П осмотрим ,

каким будет результат де й ствия сил даме н~tя н а поверхностьэтою тела.

Согласно закон у П аскаля горизонтальные сил ы с и мметр ~tчны е боковые грани бруска,

F3 и F4, действ уюш ~t е

п о п ар но равны

на

по з н а ч е ни ю и

прот иво п олож но н ап раме t·IЫ . Он и н е вы тал кивают б русок вве р х, а только

сж 11м ают

ero

с боков. Рассмотрим с илы ги дростати ч еского давле ни я н а

верх нюю и ~1и жнюю грани бруска.

П усть верхняя грань п лощадью давле ни я

F1 на

расположе н а н а глубине

неё будет равна:

F, = gp. h,S, где Рж - плотность ж~tдкост и .

Ни жняя гра ньбрус ка площадью Sрасположена на боль ш е й глубине h2, п оэтому с ила давлен и я F2 на н её будет также больше , ч ем

F1:

F, = CPжh, S. О бе с илы давлени я F1 и F2 де й ст в уют вдол ь вертикали , их равн одействующая и будет с ttлой Архимеда большей

Fд. с ил ы

разности сил

направлен н ой

F2 , а F2 ~~ F1:

вверх

сторону

её значе ни е будет равно

fA = F,- F, = l:i'жh,S -g;>жh,S= !:i'жSJ:h, - h,).

h 1,

тогда сила

Рис .

142

П ос кольку раз н ость

S(h 2

Рис.

h2 - /1 1 ям я етс я

143

вы сотой бруска, то произведе ни е

h 1) рав н о объёму тела Vт, и мы окончательно п олучаем формулу,

ЯIJJJ Яющуюся математическим выраже ни ем закона Архимеда:

Дейст в и тель н о, посколь к у ж и дкост ь не сж и мается, то объём вытес н е н н ой телом жидкоспt раве н объёму это го тела, и п роизведе н ие Рж Vт равно массе жидкоспt тж в объёме тела Vт- В свою очередь , произведе н ие mJ ЯllЛЯеТСЯ ВеСОМ ЭТОЙ ЖИДКОСПI.

Из

п риведённого

расчета

н агляд н о

видно ,

что

выталкивающая

(арх и медова) сила возникает вследствие то го , чтозначения гидростатtt ческого да нлен ~t я н а разных глуби нахнеодинако вы и возраСТ'dЮТ с глуб tt ной. А рх и медовую силу можн о о 11 редел и ть экс п ер и ме н тально.

+оnыт 4 . П одвесим тело к динамометру (рис.

142). Н а тело де йствует сила

тяжест~t почти 10 Н . Погрузим тело в ж ~tдкость (рис. 143). Динамометр показы вает 6 Н . Определим разность п оказа н~t й д ~tнамометра . Она равня етс я 4 Н .

•

Однажды у и мnератора Цао-Цао, который nравил в Китае свыше

тому

назад,

возникла

мысль

взвесить

слона.

Как

ни

2000 лет

суетились

сановники, никто из них не мог ничего nридумать , ведь нигде не было

таких гигантских весов, чтобы на них можно было взвесить слона. Когда все сановники nризнали сво ю бесnомощность,

nришёл человек

имени Чао Чун и сказал, что он может взвесить слона. Он nоnросил:

• Прикажите nоставить слона в большую лодку, nосле чего обозначьте уровень nогружения лодки в воду. Снимите слона, а лодку загрузите

камнями так , чтобы она nогрузилась до отметк и. Вес камней будет равен весу слона•. Талантливый самородо к , на много лет оnередивший вепикого Архимеда, nопучил за с воё nредпоженив • щедрое • вознаграж

дение- благосклонный кивок императора Цао-Цао .

IOП-W И :!АААИИI

1. Назовите

известные вам из жизни явления, указывающие на существование

выталкивающей силы.

2. Что является

nричиной возникновения выталкивающей силы?

3. 4.

От чего зависит выталкивающая сила?

Будет ли действовать сила Архимеда на тело, nлотно nрилегающее к дн у?

Как можно измерить силу Архимеда?

YCJIOBИI ПЯАВАИИI ТЕЯ

В ы уже знаете, что на tюt·р ужё нное в ж tшкость тело действуют две С ltлы: cttлa пtжести Fтяж. = gm. ноюравлен н ая вертикальн о вниз, и арх tt медова C ttлa Fл= gpp н а прав.ленt-tая вертt tкально вверх. . Под дейст вием эт tt х сил тело будет дв игаться в сторону боль ш ей С ttлы. П p tt этом возмож ны е следующ и е случ а и: 1. Если сила тяжсети ме ньш е архимедо

V,.,

вой силы вать (ри с.

(f.;. 11 ж.< fд), то тело будет всnл ы

144,

а).

Н а поверхности

оно

будет плавать, ч астично поt-рузившись на

ГЛуб ИН у, КОТОрОЙ ДОСТ<ПО ЧI-1 0 длЯ ВОЗНI!К Н ОВеН ИЯ архимедавой сил ы , урашювеш и

вающеti tJCC тела.

2. C ltл C

Если C llлa тяжести рошна арх ttм едовой (f,. 11 ж = FД), то тело будет н ахошtтся 8

равновесии (рис .

144,

любом

месте

жидкости

б}.

Есшt с ила тнжести больше арх имедо

вой с и л ы (F,. 11 ж fд), то тело уто нет (ри с. 144, в) . Рассмотренные услов tt я 11шшания тел в каждом случае определяются соот н ошен tt ем между плотн остями ж ttдкости

и п оrру

жённого тела.

1. Есл11 плотность тела меньше плотноспt ж1шкости ПOrp yЗ IIIIOIII Cb

(Рт

< Рж).

8 ВОду.

Ри с.

144

то тело будет плавать на nове рхности , част~tч н о

Если nлотность тела равна nлотности жидкос

2. ти

(Рт = Рр) ,

то

будет

н аблюдаться

состоян и е

безразличного ( ин дифферент ноt'о) равновесия , когда тело может зав ~t снуть на любой глуб~tне (в водоёмах это представляет опасность для судо

ходства ю-за возмажАого стол кн овения).

Если п лотность тела больше, чем плотность

жидкости (Рт

> Рр), то тело будет тонуть.

Подвод н ая лодка, опустив ши сь на илистое дно,

ttн огда с трудом может оторваться от него. Такое прttсасывание

лодк~t

ко

дн у

возникает

том

слу чае ~ КОI'да лодка пр~tжимается к грунту так , •по

между н ею и гру нтом нет воды. З н а чит, вода н е давит

на

его

нижнюю

часть,

т.

е.

не

возникает

nыталкивающей снлы.

Для выполнения подводных работ tt сnользуют

tюдолазные костюмы (pttC. 145). О юt имеют массу до и более 50 кг, так как п одошвы в ни х делают свинцовыми, чтобы увели чить вес водолаза и придать

ему большую

устойчttв ость

во

время

работы в воде. Как же может водолаз передои-

Рис.

гаться

145

таком

тяжёлом

З Н а ЧIIТСЛЬ Н ОМу объёму сила

воды

уравновешивает

п очти

ве

его

костюме?

Благодаря

КОСТЮМа ВЫТалК 11ВЗЮЩаЯ

вес,

поэтому

водолаз

может

свободно персдвигаться в воде. Пользуясь

аквала н гом,

изобретённым

ювестным

исследователем

морских глубин французским учёным Жаком-Ивом К уста, человек может

долго находиться в воде и свободно плавать (рис.

146).

Для исследования морей и океанов на больших глубинах используют бапtсферы ~~ батискафы. Батисфера (от греческих словбатис-глубок ий и сфера)- это очень п рочный сталь н ой шар с иллюминаторащt (окнам tt ) из толстого стекла. Внутри шара находятся исследователи, подll.ерживающие связь с кораблём. Батисферу о п ускают на стальном тросе.

Рис.

146

Рис.

147

Бат и скаф (от греческих слов батис- глубокий;

скафос- судно) отли•.ается от батисферы тем, что он не удерж и вается на тросе , а имеет собственный

дви гатель и может свобод но перемешаться на больших глуб инах (до 1 1 к м) в люб ы х н аправлениях (рис.

Т ело,

н е которы е

меньшую

ж идкости,

гре ч еских слов

измеряю)

жидкости

погружается

метрео

глуб~1 не

их

погружения.

это стеклянный

поплавок

труб ки с делениями и грузом внизу ( ри с.

Он

ареометра х (от

жидк ~1 й

apauoc -

чем

приборах для и змере ния плот н ости по

nлотность,

nо-разному

ни х. Это явление использу ют

ареометр

--------

147).

и меюшее

п огружае.тся

жидкость тем

меньше п лотность жидкости.

Любой в

ви де

148,

глубже,

нижней

а).

ч ем

ч асти

,..

ареометра может б ы ть термометр для и зме рения температур ы исследуемой жидкости.

Ареометры имеютешё и дру гое н азван и е; и х на з и вають денсиметрами (от лат и нских слов деисусгустой и метрео). Денсиметрами можно и зме рять

...

•...

плотности жидкосте~ от О, 7 до 2,0 ~ . На рисун ке

148 , 1 -

б изображе ны де н симетры разных видов: денсиметр д.rlя

измерения

п ло тно сти

ж идкостей, плот н ость . котор ы х меньше, чем вод ы.

Предел ы измерен ия: 800-1000 ~; 2 -

де н симетр для

измерения

плотност и

жид костей, плотность которых больше, чем воды.

Пределы измерения: 3-

I000-! 200

денс ~1 метр ШIЯ измере н ия плот н ости жидкосте й , плотность которых

бол ьше, чем воды. П ределы измерения: 1000-2000 ~;

спиртометр. Пределы измерен и я:

0-95 %;

5- лактометр. И меет МСТК~1: «Чистое МОЛОКО»,«+ ВОДЫ»,«+ ВОДЫ», «f ВОДЫ». П лавающее тело своей п одвод н ой частью в ы тес ня ет воду. Вес это й вод ы рав н е н силе тяжести, действующей на это тело. Это сп р аведливо и для

любого суд н а. Вес воды , которую вытесняет под вОдная ч асть суд на , равен с иле тяжести, де йствушей на суд н о с грузом.

Все суда погружаются в воду на о п ределённую глуб ин у , н азывае м ую осадкой. Максимально до r1уст~1мую осадку обоз н ач ают н а кор п усе суд н а красной л ини ей , называемую ватерлинией (от голла ндского слова ватер

вода). Кроме ватерлинии на судах делают и друг и е п омет ки , обозначающие

TD DТ -

троnическая тёnлая вода; тёnлая вода; троnическая солёная вода;

Е - летняя солёная вода; Н - зи м н яя холод ная вода;

HAN -

зимняя Северная Атла н ти к а

уровн и rюrруже ния судна в разны х морях и океанах в зависимости от време ни

года (рис. 149). Это связано с тем, что плотность воды в разл ичных местах Мирового океана разная , кроме того , она ешё зависит и от темnератур ы воды (летом плопюсть меньше, ч ем зимой). Каждое судно имеет свое водоизмещение. Водоизмещение судна - это вес вытесне нной суд ном воды, равный силе тяжести , действуюшей на судно с грузом при его погружении в воду.

Наибольшие суда используют для

перевозки

танкерами. Водоюмешение так их судовдостигает

н ефти,

их

5 000 000 000

называют

Н.

Свыше 200 лет отделяют нас от первых воздушных полётов человека. мая 1783 г. - п ервая публичная д емо н страция полёта оболо чки ,

наполненной

горяч~1м

воздухом.

ноs1 бря того же года французские

изобретател и братья Жозеф и Этьенн Монгольфье осуществ 11ли п ерв ый полёт воздухо плавателей (р 11 С . 150). А через 1О д н ей французский физик Жак

Ш арль от прав и лся в путе ш еств 11 е по воздушному океану на аэростате собственной конструкц ии , оболочка которого была наполнена водородом.

Этот аэростат стал прообразом дирижаблей. Для исследова ния верхю1х слоёв атмосферы н а метеорологи ч еских станциях запус ка ют небольшие, диаметром 1- 2 м, воздушные шары-зонды (р11С. 151). Они подн и маются н а в ысоту до 35- 40 км. К

HI1M подвеш1шают

приборы , п осылающие

по радио CI11'HaJIЫ о высоте п олёта , давлении ,

темпе ратуре воздуха. По н аправлению и скорости rюлёта шара можно определить направле ни е

силу

ветра

на

разных

высотах .

Сведения , п олучаемые с таких зондов , очень важны для прогнозирования погоды.

Н а рисунке

152

изображён

уnравляем ы й

летательный а 1ш арат , который легч е воздуха

д11рижабль. Этот аппарат приводят вдв 11 же ни е винты,

которые

Су щ естве нный типа

вращаются

двигателями.

недостаток ап11аратов такого

заклю•1а ется

том ,

что

их

оболочка

наполня ется огнеопасным газом водородом.

Воздушные шары, стратостаты, дирижабл и ,

зонды rюд нимаются вверх за счёт того, что они наполнены rазами, которые легче tюздуха, и на нихдействует выталкивающая с и ла.

1) ПО Иllti..CИO 311An. •

В июне

1893

г. канадский параход • П орция,. совершал рейс из порта

Сент-Джон (Ньюфаундленд) в Нью-Брансвик . Мимо судна nроплывали огромные ледяные горы

айсберги. Пассажиры захотели nолучше

рассмотреть айсберг и уrоворили каnитана приблизиться к одному из них. •Порция • застопорила машины в горы составляла почти

250

м, а высота

м от айсберга. Длина плавучей

- 60

м. Неожиданно ледяная

глыба, искрящаяся на солнце, быстро отошла от nарохода , и тоNас корnус судна содрогнулся от резкого толчка. Удивлённые матросы и nассажиры увидели, что параход лежит на огромной льдине и с каждой секундой nоднимается все выше и выше над nоверхностью воды.

Произошел невероятный случай! И звестно,

что время от времени

айсберги nереворачи ваются. Пароход был nодхвачен щелью в подвод ной части айсберга и оставался на вершине ледяной горы в течение нескольких минут. Потом айсбе рг nошатнулся и снова занял предыдущее

положение, а судно благополучно оказалось в воде. Впрочем, не соесем благоnолучно: в его обшивке образовалась трещина, и • Порция • едва добралась до ближайшего порта .

IOП,OCW И 3АДАИИI

1. 2.

Сформулируйте условия плавания тел. В

каком случае тело плавает, частично выстуnая

над поверхно стью

жидкости?

3. В какой из жидкостей будет плавать лед: в керосине, воде 4. Для чего используют денсиметры (ареометры)? 5. Почему тонет корабль, получивший пробоину? 6. Что такое осадка? Ватерлиния? Водоизмещение судна? 7. Кто впервые осуществил nолет на воздушному шаре? 8. Назовите воздушные летательные аппараты.

или сnирте ?

~ rИДРОСТАТИ'IЕСКОЕ 838ЕWИВАНИЕ l"' и дростат и •!tское

извешивание

это

ме.тод

и зме рен ия

riЛ отности

жидкости или твёрдот тела, основанный на законе Арх им еда. Плотность

твёрдых тел определяют методом д Dойного взвешиван и я тела: с н ачаnа в воздухе, а потом в жид кост и , плот н ость которой известна. Если определяют плотность Ж lщкост и , то в н ей взвешиваюттело и звестной масс ы и объёма.

Есл и исследуемое с плошное твёрдое тело то н ет в воде , то для вып ол н ения заnа ния н уже н Юtwь лабораторный д инамометр (ил и равнопле •!И е весы) и сосуд с водой.

С н а чала определяют вес Рисследуе мого тела в воздухе: Р= р

не и звестная

плотность исследуемого тела ,

а т

mg= р J..g,

где

обозначают

соответствен но его массу и объём.

П отом твё рдое тело погружают в сосуд с жидкостью, плотность которой р0 известна (в случае и спользования д истиллированной

или чистой воды

р 0 = 1000 ~). и определяют вес тела Р 1 в жидкоспt , который по закону А рх и м еда мень ше ве са тела в воздухе н а з наче ни е с илы Архимеда FA= CPu V. Р1 = Р - FA> отсюда FA= Р- Р, или gp 0 V= Р - Р1 И з этой формулы мож н о оnределить плотность жид кости , если она не11 З всстна , а объём тела и з весте н: ~--~

[p, ~7J Объём жидкости , выте сне н ной телом, раве н объёму тела, но п оскольку

Р = р Vg, то V= _!!__. Подставим это в выражение мя архимедавой силы, pg получим ..1!.2.!_ р

Р - Р1

отсюда и вытекает искомая формула м я

о пределе юt я r1 лотности вещества твёрдого тела:

[P ~ Poh[ ~

aon,ocw и JAAAHИI

~ 1. Что такое гидростатическое взвешивание? 2. Как можно измерить nл отность твердого тела? 3. Расскажите, l(aK можно измер ить плотность ЖИДI(Ости. 4. Каl(ие приборы исп ользуются для измерения пл отности Жидкости?

твердого тела?

ВЗАИМОДЕйСТВИЕ ТЕ1t -A'IOI'IIAII PAIOTA 111 8

iiiii

ИJМЕРЕНИЕ ППОТНОСТИ ВЕЩЕСТВАМПОДОМ fИДРОСТАТИЧЕСКОfО BJBEWИBAHИI

•

Цель работы:

и з мерить плотность твёрдоrо тела методом гидростапt-

•

Приборы

ди н амометр, штатив с муфтой и ла п кой, твёрдое тело

и материалы:

с при вяза нн ой

ч еского взвешивания.

нитяной

петлёй ,

плот н ость которого

нужно определить, сосуд с чистой водой. Ход работы

П овторите по учебнику материал§

32 о гидростатическом

взвешиван ии.

1. 2.

Закретпе динамометр на штативе и подвесьте к нему на нитке тело.

П одставьте стакан с водой и опускайте муфту с лапкой и д инамом етром

Определите

по

показаниям

динамометра

значение веса тела в воздухе Р(Р= р

tj;)

(рнс.

за пиши те

табли ну

153, а).

до тех пор, п ока тело полностью не погрузится в воду (рис .

153,

б).

Определите по показания м динамометра и запишите в таблицу з нач е н ие веса тела в воде Р 1 • Разность между весом тела в воздухе и воде равня ется

выталкивающей силе

FA (FA =

Р- Р 1 ;

FA = gpo ~.

Вычислите плотность твёрдоrо тела р по формуле Р = Ро~ и её значе ни е запишите в табл и цу. Плотность чистой

воды равна 1000 ~ . 5.

Пользуясь табл ицей « П лот н ость твёрдых тел» , определите , из какого

Сделайте выводы.

вещества и зготовлено тело.

Пл отн ость вещества

ВестелаввоздухеР,Н

Вестелавводе Р 1 , Н

твёрдоrо тела р ,

-;:;3 "

)

Решаем амес'е Купаясь в реке с илистым дном, м ожн о замет и ть, что ноги боль ш е

IJЯ з нуr на мелких местах, чем н а глубок и х. Объяс ни те , почему. Ответ: так как на глубоких местахдействуетбольшая выталкивающая сила.

Определите , какая архимедова сила действует на тело объёмом

м\

погружённое полностью в воду? Дано:

V= 5 мз

g = 9,81

Ре ш ение

П о фор муле fл =

силу:

p=IOOO~ 1'д ~

49,05

fд-? Ответ: Fл

F,. =9,8 1

кН

= 49,05

*·

gppV,.

1000

о п ределим

арх и медову

· 5 м3=49050

Н.

кН.

Нужно ли уч итывать загрузку суд н а п р ~t переходе его из моря в реку?

Догружать или разгружать н ужно судно, чтобы его осадка была н е глубже ватерлини~t? Ответ: при ГЕереходе судна и з моря в реку н ужно уч и тывать за грузку СУДIШ , так как ПJIOT iiOCTь воды умень ш ается. Судно нуж н о разгружать.

(Уро•••• А ) 232. 233.

Почему по каменистому дну рек и не так больно ходить босыщt ногами, как по каменистому берегу? Два мальчика легко подняли со д н а озера камень на поверхность вод ы и

вынесл ~t его н а бере г.

Н а берегу каме н ь показался

им

намного

тяжелее , чем под водой. П о ч е м у?

234.

Дnя чего водолазы н адевают боти н ки со сви н цовыми подошвами, а иногда ещё и на грудь и с п и н у цепляют тяжелые свинцовые пластины

(рис .

235.

!54)?

Известно , что, наб~t рая из реки ил и озера воду, ведро легко поднимать до тех п ор, пока о н о на ходится

236.

воде ,

тяжелее

по

м ере

вы

таскивания его из воды. Объяс нитеэто явле ни е. Од инаковы ли натяжен и я яко рн ой ue mt корабля , когда якорь висит в воздухе или н ах одится в толще вод ы ?

237. 238.

Какая выталкивающая с ила действует на тело объёмом 2 м ), nол н ост ь ю п огружён н ое в воду; в керос ин ? Какой объём имеет тело, п огружён н ое п ол ностью в воду , есл и н а н его действует вытал-

кивающая сила

Н?

Рис .

154

.... . ' Рис.

239. 240.

155

Рис.

156

В какую жидкость п олностью погрузил и тело, если его объем равен 200 см ) и на н его действует выталкивающая сила 160 Н ? Всплывёт или утонет: отли в ка св11н uа в ртуги; дубовый брусок в беюине; кусок льда в керосине; масло в воде?

241 . П очему ж ~tр в су п е собирается н а поверх ности ?

242.

П о•1 ему пустая буrьUJка плавает на поверхносm воды , а н а полн ен ная водой

тонет?

243.

Отвечает л и зако на м фю~tки такое ошt са ни е: «... Мы tl e могли уго в угь. Здесь можно вытя н утьс я н а воде 1ю всю длину , лёжа на спине и слож ив руки на груди, nр 11ч ём б6льшая часть тела будет оставаться н ад водой

244.

(рис. 155). При этом можно совсем поднять голову ... •? Тр11маран - это шнрокя лодка, плавающая на трёх боль ши х п о плавках

245. 246.

Судно вес и т 100 000 000 Н . Сколько вод ы оно вытес~tяет? М а н ометр, устан овле нtt ы й н а бат и скафе, показ ыва ет, •tто давление

(р 11 С.

156).

В чём преl tм ущество лодки та кого пt na?

воды рав но

9,8

М П а. Н а какой глубине находится бапt с каф?

с Ур•••••• ) 247.

Зависит ли выталк11ваюшая сила, действу ющая н а п ол ностью п оrру

жённое в жидкость тело , от глуб11ны его поrруже ни я? К весам п одвеше но два оди н аковых алюми н ~t евых тела. Н аруши те я л и равновесие весов,

248.

есл~t оба эпt тела поrрузить в воду? Одно- в воду, а второе- в керосин ? Больw~t нство водоросл ей ~t меет то нкий rи бк ~tй стебель. П о'iему 11м н е н уж ны крепкие, твёрдые стебли? Что прои зойдёт с вод ны ми расте нюtми , если в ып устить воду из водохра нищtща, в котором о ни растуr?

249.

П оч ему выталкивающая сюtа, действующая на тело в любом газе,

250. 251 .

Для ч его предназна ч е н rt лавательный п уз ырь у рыб? Определите на опыте , боль ш е ишt меньше плотности воды пл отность

00 много

рдЗ меньше выталкивающей сил ы , дей ствуюшей на это же тело в жидкоспt ?

уч еН ~1 '1еСКОЙ реЗ ~IН К И .

252.

Оч и ст~пе картофелину и положите её в воду. Н асыпайте в воду соль

(размеш 11вая её) до тех пор , пока картофелина н е всплывёт. Как объяснить это явлеюtе?

253.

Выполн ите такой о пыт: в н~tжнюю часть стеа риново й све•tи воткн ите

гвоздь так, чтобы свеча плавала в воде верпtкально. Зажгите свечу. Как долго будет горет ь свеча, плавая в воде?

iii l20~~~::~::~::~~~~::::~~~~~======~'~"a~м~2 - Как проще всего отдел ~tть сливк~• от молока? Что тяжелее: ста кан молока или стакан сливок? Существует такой способ очи щения

ceй:

зер на

от

раз ных

rt p~tмe

в раствор кухонной

(20 %)

высыпают,

соли

наrt рим е р ,

рожь, засорён н ую семе н аftш сор няков. Семена сорняков всплы вают н а поверхность раствора , а

зер н о то н ет. Как это объясн~•ть? Утонет ли в воде стальной ключ в условиях н евесомоспt , например

на борту орбитальной станuиtt, внуrри

которой подд.ерживается

нормальное

давление

Действует ли за кон

воздуха?

Паскаля

Ри с .

157

усло виях невесомоспt?

В каком молоке- несиятем или снятом- лактометр нагружается глубже? Какие приборы изображены на рисунке

!57? Для •t ero

они предназна

чены? П очему шкалы у эпtх приборов неодинаковые?

Как с помощьЮ карандаша ил и Шtнейки изготов~tть пр~tбордля сравнения плопюсти жидкостей , которые содержатся в двух раз ны х сосудах? И зготов ьте модель денс ~t метра из пробирки (рис. 158). Для этого в r1робирку положите столько кусоч ков св~tнца (стальных шариков ищt гвоздей) , ч тоб ы пробирка держалась на воде верпtкально. Огметьте надфил ем границу (уровень воды) между под tюдной и н адводной частями пробирки. Выполните то же самое , ПО!l)ужая пробирку в друпtе жидкосп1 .

Если на поrружённое в жидкость тело действует постоянная сила

= 8Рж V,., то каким образом подводная лодка (рис . 159) п оrружается в море на большую глибин у , а потом всплывает? Бывает , что подводн ая лодка , опустившись н а итtстое дно , не может подняться , н есмотря на то, что балластные цистерны её пусты. Ино гда пр~tходится делать холостой выстрел из торпедного а пп арата , \tтобы сорвать лодку с места. Поч ему?

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ

263.

Аппарат(рис.

\60) , предназначе н

ный для исследова ни я морс кого дна

подводного

мира,

может

поrружаться на глубин у до

6000 м.

Расс ч итайте давле н~1е

морской

воды на этой глуби н е.

264.

Лёгки е рез и новые шар ы , н апол ненные водородом, моtуrбыстро

п одниматься вверх. П о ч ему эти

шары поднимаются? П оч ему н а определённой высоте о ни лопа

265.

ются? Изменяется л и подъёмная с ила аэростата с увеличе н ием высоты

его подъёма? Чему она будет равна , сели объём аэростата раве н м 1 и он наполнен водородом? Высота подъёма- 2 км.

266.

Ш ар-зонд (рис. атмосферы

20 000

16 1) объёмом 10 м J nеред за п уском в верхние слои

наполнили

гел ием.

Какая

выталкиваюшаи сила будет

дейст вовать на шар-зонд? Буд ет ли она изменяться с высотой?

Роберт Гук

{18.07.1635 - 03 .08. 1703)

в историю науки

вошёл как автор закона зависимости силы уnругости от

деформации тела и коэффициента упругости.

Ему также

принадnежит немало работ по оптике, теплоте, небесной механике,

частности,

киnения воды;

установnение

точек

таяния

льда

nостоянства точек киnения и nлавления для

всех тел; клеточного строения орган измов; усовершенство

вание микрос к оnа; становление физической оптики; а также выводы о том, что сила всемирного тяготения обратно про nорцианальна квадрату расстояния между телами. Бурный тем n ерамент Гука был источником его изобретений. В

1684

г.

он nредставил Королевскому обществу nервую в мире систе му оnтического телеграфа. В

1666

г. в Лондоне nроизошёл

большой nожар , и Роберт Гук стал архитектором. Перестрой ка города включала даже проектирование мостов через Тем зу, канала, церкви, госпиталей Бедлама и Христа, торговых помещений. Известно участие Гука в строительстве Грин вичской обсерватории, которое длилось nочти тридцать лет. Исаак Ньютон

(05.01.1643- 3 1.03.1727).

Будущий учёный

родился в Вульсторпе (графство Линкольн) в семье мелкого фермера. С детства увлекалея механическими моделямы, с троил

маленькие

солнечные часы

водяные

мельницы,

делал

(в одном из музеев Англии

самопалы,

сохра нил ся

циферблат часов свыше 350 - летней давности). В

1658

г.

Исаак Ньютон

!![ 122 iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii:~~~~~~========~m~•~··~2 провёл первый физический опыт: стараясь определить скорость ветра, он измерял Дflину прыжка по ветру и nротив ветра.

Предметом исследования Ньютона были механические, гравитационные , оптиче ские явления.

Ньютон сформулировал основные законы классической механики,

открыл закон всемирного тяготения, явление разложения белого света на цветовые составляющие, развил теорию света, рассматривая его как поток подвижных световых

частиц, разработал (независимо от Г. Лейбница) основные разделы высшей матема тики. Обобщив результаты исследований своих предшественников и собственных по механике , создал фундаментальную работу «Математические начала натуральной фи лософии", изданную в

1687

г. На надгробной плите учёного высечена трёхгранная

nризма, раскладывающая белый свет в сnектр. В последние годы

жизни

директора

занимал

должность

Королевского

надзирателя ,

монетного двора,

позднее

где достигнул

немалых усnехов в перечеканке монет.

Измерение атмосферного давления. Галилео Галилей

(15.02.1564 - 08.01.1642)

первым доказал , что воздух имеет

вес. Он взвешивал стеклянный шар. Потом накачивал в него воздух и снова взвешивал.

Разность между полученными

результатами учёный правильно

связал с

весом

воздуха,

накачанного в шар. Но Галилей никак не мог объяснить другой опыт. Почему во всасывающем насосе с подведённой трубой высотой

12 м

вода поднимается лишь до 1О м? И как бы долго не

качали, вода выше не поднималась!

Ученик Галилея Эванджели ста Торричелли

25.10.1647) пришёл к выводу,

(15.10.1608-

что жидкость «nринуждает» подни

маться не сила наших лёгких, а давление воздуха на её поверх

ность. В рой в

1643 г. он nровёл эксперимент с ртутью, nлотность кото 13,6 раза больше, чем nлотность воды. Торричелли рассчи 760 мм создаст такое же давле

тал , что столб ртути высотой в

ние, как и 10-метровый столб воды. В

1648

г. французский математик и физик Блез Паскаль

(19.06. 1623 -19.08. 1662) провёл

опыты с трубкой на скnоне горы.

Дпя этоrо nод его РУI<оводством была проведена серия эксnе-

Эванджелиста Торричелли

риментов с барометром при подъёме на вершину горы Пюи-де-Дон (высотой около 1300 м). С высотой уменьшалось количество воздуха над гооовой, а nотому и давление воздуха становилось меньше по сравнению с Д3.ВЛением на уровне моря. Чем выше nоднимался nаскаль, тем ниже опускался столбик ртути в его

трубке. На основе этих экспериментов было впервые доказано, что с высотой атмосферное давление снижается.

Изобретение гидравлического npecca. Независимо от С. Стенина закон ы гидростатики открыл Г. Галилей. Учёный считал, что жидкость состоит из маленьких шариков подобно

частицам твёрдоrо тела. Эти частицы испытывают действие силы тяжести, но они довольно nодвижны. Галилей nриходит к интересному выводу: если жидкость находится в закрытой бу-

Блез Паскаль

тылке и одна часть nоверхности испытывает оnределенное да-

ВЗАИМОДЕйСТВИЕ ТЕn

вление (с nомощью пробки) , то это давление передаётся в жидкости так , что всякая другая часть поверхности такого же

размера будет испытывать точн о такое давление . Отсюда сл едует, что сила давления , которую исnы тыва ет поверхность

бутылки, относится к силе давления на пробку, как площадь nоверхности бутылки

относится

nоnеречному сечению

nробки. Поэтому бутылку, наполненную водой, легко разбить одним Уда!ЮМ по nробке . Если nодлробкой находится воздух, то он ослабляет удар . Все эти результаты Галилей исnользовал для конструирования гидравлического пресса , на который в

1594 r: пр есс

получил патент сроком на Галилея

применения.

не

нашёл

лет. Н о гидравлический

какого-либо

существе нного

Джозеф Брама

200 (!) лет английский механик (1749 - 1814) в Лондоне nолучил патентнапресс , предназначенный

Лишь через

Джозеф Бр а м а

для прессования сена и хлопка . Поэтому гидравлический пресс по обыкновению называют прессом Брамы. В узком цилиндре А с nрочными стенками движется с nомощью рычага

nоршень.

Этот цилиндр соединен узкой трубкой с другим ,

широким цилиндром В, в котором движется широкий цилиндрический nоршень С (рис.

162).

i8 1;24~::::::::":'=0~1E~P~~~T~E~C~I~O~И~3~H~A=H=И=I==::::::~ ( Коитро•••wе oonpocw ) Что происходит nри взаимодействии двух тел?

1. 2.

Как учитывают явление инерции во время сбрасывания из самолета парашю· тиста в заданный nункт?

З . Что такое масса тела?

4. 5.

Что хара~~:теризует сила?

Почему мяч, брошенный вертикально вверх, падает на Землю? Какие силы nри этом действуют?

6. В чём состоит различие между весом тела и силой тяжести. действующей на него? 7.

Сила трения качения меньше силы трения скольжения. Почему же зимой ездят на санях, а не на телеге?

Что такое давление и сила давления?

От чего зависит гидростатическое давление?

10. 11 .

Каким свойством обладает атмосферное давление?

12.

Действует ли архимедова с ила в услов и ях невесомости?

В чём за кл ючается особенность жидкостн ых насосов?

('lro •••оо и умеоо А••••~ Я умею оnределять массу и ве с теn.

1. Кит

длиной

м имеет вес

1 500 000

Н , что соответствует весу

слонов.

Определите массу к и та и вес слона. Я знаю, в каких случаях действуют те или иные си лы.

Чем объяснить nриведённые ниже явления: а) наличием инерции; б) действием силы тяжести; в) действием силы уnругости; г) _существованием веса; д) невесо мостыо? А. Споткнувшийся чеповек падает вnерёд. Б . Луна вращается вокруг Земли.

В. Мосток ч ерез ручей nрогибается, если на него стать.

Г Космонавты •nпа вают,. в косми

ческом корабпе. Д . Пружина , к которой nодвесили груз, растягивается.

3. Под действием

какой с илы nроисхо

дят указанные явления: а) земного

nритяжения ; б) уnругости; в) трения? А. Ябпоко падает с яблони.

Прекраща&тся движение автомо

биля nосле отключения двигателя. · в.

Мяч

изменяет

наnравление

скорости nри ударе в штангу.

Я знаю, как на рисунках изобра жают силы .

4. В

каких случаях (ри с.

163)

Рис.

163

изображены: а) вес тела ; б) сила тяжести; в) сила уnругости? Я знаю , какие существуют nриборы дnА измерения сил, и умею ими nоль зоваться .

5 . Какие приборы изображены на рисунке

164? Определите массу и вес

иэображённых предметов.

6 . П о рисунку

165 определите силу тАжести , действующую на баклажа н , и вес

баклажана. Изобразите это графически . Какова масса баклажа на ?

Рис.

164

165

Я умею оnределять значения сил.

7. Какая

сила тяжести действует на тело массой

8 . Парашютист

массой

кг

рав н омер но

1 кг 300 г?

опускается.

Ч е му

равна

соn ротивле ния воздуха, действующая на парашютиста? Я знаю как складывают силы.

9 . Каков виддвижения самолёта? (рис.

166)?

Я знаю, какие тела плавают, а какие - тонут.

10 .ОбьАсните результаты опыта (рис.

167).

----

11 .Почему железный цилиндр тонет в воде, а лёд- плавает? 12 . Лёд плавает на воде. Будет ли он плавать в бензине?

Рис.

166

Рис .

167

сила

Вариант 1 1. Если два теnа взаимодеЙСТВуют между собой и nервое из них nосле взаимодействия испытывает болы.uее изменение CКC>fXXm1 движения, то говорят, что .. д. Массы этих тел одинаковы.

Б. Масса первого тела больше, чем второго. в. Масса nервого тела меньше, чем второго.

2. Может ли двигаться тело, если на него не действуют другие тела? д. Может, если оно уже двигалось. Б. Не может. В. Может, но в скором времени остановится.

з. Одинаковую ли массу имеют одинаковые вёдра с питьевой и морской водой? д. Одинаковую. Б. Разную.

4 . Изменится ли сила тяжести, действующая на медную деталь,

если её расnлавить?

д. Изменится.

Б . Не изменится .

5. Чему равен

вес шара массой

кг?

д.

19,6 н . 29,4 Н . В. 21 Н . г: 18 н. Б.

б . Какие из указанных nричин влияют на значение с илы трения? д. Природа трущихся nоверхностей .

Б . Силы, которые прижимают дРУГ к другу трущиеся nоверхности. В. Шершавость nоверхностей тел.

7 . Какие величины нужно знать, чтобы рассчитатьдавление жидкости на дно сосуда? д. Высоту столба и nлотность жидкости . Б . Силу давления на дно и площадь дна. В. Вес жидкости и её объем. в . какому давлению в nаскаляхсоответствует

1 мм

рт. ст.?

д.

1013 Па. 133,3 Па . в. 133,3 гnа. г. 10, 13 Па . Б.

9 . В гидРавлическом прессе площадь малого nоршня 400 см 2 • Какой выигрыш в силе даёт этот npecc?

равна

см 2 , большого-

100. 6.400.

д.

В. Г.

10.

16 000

10 . Чему равна сила, с которой воздух давит на поверхность стола длиной

шириной -

д.13888Н .

см? Атмосферное давление нормальное. Б . 7,2кН.

В.7200кН .

Г:72кН.

1,2

м и

11 . Изменится ли значение архимедавой силы, действующей на nодводную лодку, если она из моря зайдет в дельту реки?

А. Не изменится. Б. Увеличится. В. Уменьшится.

12 . Тело nлавает внутри жидкости, если ... А. Сила тяжести больше архимедавой силы. Б. Сила тяжести равна архимедавой силе. В. Сила тяжести меньше архимедавой силы.

Вариант

1. Если

на движущееся тело не действуют другие тела, то скорость его движения ...

А. Уменьшается. Б. Увеличивается.

В. Не изменяется.

2. В

ведро весом 19,6 Н налили

л воды. Какой стала общая масса ведра с

водой?

д.

29,6 кг. Б. 117,6 кг. В. 12 кг. Г. 20,6 кг.

3. Может ли тело двигаться, если сила тяги и сила трения равны между собой? д. Тело обязательно будет находиться в nокое. Б. Тело может двигаться равномерно. В. Может, но скорость тела будет уменьшаться.

4. Какая сила тяжести действует на тело массой 3 кг? А. 30 Н. Б. 29,43 Н. В. 31 Н. r 29 н. 5. Оnределите жёсткость nружины динамометра, к массой 100 г, и она удлинилась на 1 см?

А.100~.

Б.102~.

8.98,1~.

которому nодвесили тело

Г.97~.

6 . Зависит ли сила трения от nлощади nоверхности трущихся тел? А. Зависит. Б. Не зависит.

7 . Зависит

ли давление жидкости на дно сосуда от nлощади его дна?

А. Не зависит. Б. Давление тем больше, чем больше nлощадь. В. Давление тем меньше, чем меньше nлощадь.

8. При

нормальном

атмосферном

nоднимается не более, чем на

давлении

10,3

вода

за

nоднимется за nоршнем нефть? Плотность нефти равна А.

10,3

м.

Б.

12,9

м.

В.

11,3

nоршнем

м. На какую высоту nри

м.

8 м.

800

насоса

тех же условиях

;3. "

Оnределите высоту уровня воды е водонаnорной башне, если манометр, устаноеленой у её осноеамя , nоказывает давление д.

Б.

кПа.

2,2 м 10,3 м.

В . 12м. Г.

м.

· О В е оду бросают де е одинаковые закуnоренные ·бутылки

- с е одой и nустую.

Одинаковые ли архимедазы силы будут действовать на них, если обе бутылки находятся nод водой? А. Б6льшая на nустую бутылку. Б. Б6льшая на бутылку с водой.

В. Одинаковые

Тело весом

Н nри nогружении е воду вытесняет обьём воды весом

Н.

Утонет ли тело? А. Утонет.

Б . Будет nлавать внутри жидкости .. В. Будет nлавать на nоверхности жидкости .

1 2 .Пробирку nоместили е мензурку с водой. Уровень воды nри этом nовысился от деления

100 до 120

д.

Б.

0 ,2 Н. 0,02 Н.

В.

мn. Сколько весит nробирка, nлавающая

Н.

Г Правильного ответа нет.

воде?

ГЛАВА

РА&ОТА И JHEPfИI •

Механическая работа и

•

мощность

•

Простые механизмы

•

Кинетическая и

• •

Условие равновесия рычага

потенциальная энергии

Закон сохранения энергии

«Золотое nравило» механики

(IW В

MEXAHИ'IECКAII РА&ОТА. ЕДИНИЦЫ РА&ОТЫ

повседнев tюй жизни слоuо

«работа>> у потребляетсs1 очень часто.

Работой называют любую полезную работу рабочею, у<1 ёноrо, учени ка.

В фюике по н ятия работы значительно Уже. Прежде всего рассматривают механическую работу.

Ме_ханическаи работа ~ыполняется при перемещении тел.а под

Г деиствием приложеннои к нему силы. Рассмотрим п римеры механической работы. Автомобиль тя н ет с опреде

лё нн ой силой прицеп и перемешает его на некоторое расстояние , nри этом

выnол н яется мехаю1•1 еская работа. Рабочий поднимает пакеты (рис. 168) и складывает их. О н вы п ол ня ет механическую работу. Ш айба движется по льду , п од действием силы трения она ч ерез некоторое

время останавливается. В этом случае также выполняется механическая работа . Рассмотрим , от чего зависит зна ч ение механической работы. Для того ч тобы поднять груз массой

с илу

9,8

1 кг

на высоту

1м,

нужно приложить

Н . При этом выполннется механическая работа. А дЛИ того чтобы

поднят ь тело массой

кг на такую же высоrу , нужно приложить силу, в

10 раз большую. Вьтол н енна~1 работа в этом случае будет в 10 раз больше. Если п од ни мать тело массой 1 ю· не на 1 м, а, например , на 10 м, то работа,

10 1 м.

выполненная при подъёме груза на вып олне нн о й при подъёме тела на

м, будет в

раз больше работы,

Следовательно , механическая работа прямо пропорциона льна прило женной к телу силе и расстоянию , на которое это тело nеремещается.

Ч тобы определить выполненную механи•t ескую работу , нужно зна•tен11е силы умножить на пуrь, nроЙде нный телом в наnраменни действия силы, т. е.

[Механическая работа- Силах Пуrь] , или

\A=FIJ , где А

механическая работа;

F-

сила;

пуrь ,

пройденный телом в направлеюн1 действия силы.

Единицей работы В СИ ЯWНiеТСЯ ОДИН джоуль (!Дж).

джоуль

сила

это работа, которую выполняет

Н, перемещан тело на

нии действия силы:

1 Дж: = 1

1м

в направле

Н х

м=

Н· м.

Эта единица названа в честьанt·лийского физика Джеймса Джоуля.

Едини цами механической

ра

боты ямяются также килоджоуль и меrад.жоуль:

1 кДж=

\ ОООДж ;

Рис.

168

1 МДж = 1 000 000 Дж . Рассмотрим случаи, когда м еха юt•t ес кая работа н е вы п олняется. Мы хопt м передви н уть тяжёл ы й wкаф , действуем на него с силой, но не можем сдв~tli)ГIЪ его с места (т. е./= О)- работа не выполняется. Если тело двttжется

по ин е рщш

(т. е.

0),

то работа также

не

выnолняется.

•on-w м uаанм•

1. Какую работу называют механической? 2. Приведите nримеры, когда тела выnолняют 3. Как оnределяют меха ническую работу? 4. Назовите единицы механической работы. 5. 8 каких случаях робота не выполняется ?

меха ническую работу.

~ мощнрсть. ЕДиницы мощности Ра ссмотрим следу ющ~t е примеры выпомtения меха ни•t ес коf't работы .

дt~ум у•tсникам одинаковой массы нуж н о подняться по канату вверх на од н у и ту же высоту (p ~t c. 169), т. е. выполнить одинаковую механ~tческую работу . Один ю н их может выполнить это б ы стрее.

Под:ьёмный кран на строительстве за несколько минуr

поднимает на зааа нн ую высоту, например ,

400

кир11ичей.

Если бы эту работу выполюlll рабоч ий , перснося кирпич вручную, то он затратил бы на это весь рабочий де нь. Гектар земm1 сильная лошадь может вспахать за 10- 12 ч , а трактор с мноrолемеховым 11л угом эту работу выполняет за 40-50 шн1 . В эп1 х пр~t мерах один из учеников выполняет одну и ту же работу быстрее , чем другой, подъёмный кран

быстрее, •t ем рабочий , а трактор - быстрее, чем лош ад ь. Скорость выполнения работы характеризуют ф и з иче ской вели•нt ной , которую называют мо шностью. Рис.

Мощность

169

это физическая величина , которая определяется

от н ош ени е м вып олн е нно й работы к затрач е нному времени .

Чтобы опредетпь мощность , нуж1ю работу разделить на время её выполН С ЮIЯ:

Мощность = Работа [ ~1ли

L._ _ _ _ _ _ _ _

где

N-

~ в~~мя ~·

мощность; А- механическая работа ;

jN =

A.jt •

время.

Единицей мощности в СИ является один ватr (1 Вт). Она н азва н а в честь английско1·о изобретателя паровей маw ~1ны Джеймса Уюта.

ватт - это мощность, при которой за

1 1 ватт = 1 :s:;,ri~~

,или

с выполняется работа

1 Вт=

= 1 Деж

1 Дж:

Используют также друr~1 е един и цы мощности: к~tловатr и меrаватr:

1 кВт= 1000 Вт; 1 М Вт = 1000000 Вт. Зная мощностьдв и гателя

N, можно определить работу А ,

которую выпол

няет этот дв~trатель на протяже н ии определённоrо интервала времени

по

формуле:

l) no•mncнiUa •

Мощность сердца в nокое у разных людей лежит в nределах О,

7-1,8

Вт,

т. е . она соизмерима с мощностью электричес~~:ого звонка. При нагрузке она может возрастать в

2- 6

раз , у тренированных людей- даже в

раз .

Длительное время человек способен работать со средней мощностью

75 Вт, а кратковременно , наnример во время бега , - до 600 Вт. • Хвост голубого кита имеет горизонтальные лоnасти . Он развивает мощ ность 368 кВт. Эта мощность только в 2 раза менЫJJе мощности двигателя самолёта Ан-2 и в 7 раз болЫJJе мощности двигателя трактора ДТ -75. • Теnловоз имеет мощность 4400 к Вт, а ракета-носитель .. n ротон" свыше 44 000 Мвт.

IOПrO<W Н ]AAAHHI Что такое мощность?

1. 2.

По какой формуле оnределяют мощность?

З . Какие существуют единицы мощности?

Как можно оnределить механическую работу, зная мощность двигателя и

время, в течение которого он работал?

JАААЧН Н

)

Yn'AIIHIHII

'е111аем •месте

1. Какую рабоrу выпол няет трактор , тянущи~t прице п с с илой расстояние 300 м ? Дано: Решени е F = I5000 H П о форм ул е А = Fl определя е м / = 300 м рабоrу , выполненную трактором : А = 15000 Н· 300 м =4 500000Дж. А-? А = 4500 КДж = 4,5 МДж.

- ----1

15 000

Н на

Ответ: трактор выполняет работу , равную 4500 кДж или 4,5 МДж. 2. Какую работУ нужно выполнить, ч тобы поднять мешок сахара массой

кг на второй этаж высотой

3 м?

Дано:

Решение.

А = FН.

т ::::1 -sOкг Н= 3 м

!Qli

- - -"- - 1 А -?

РЗбЬту )])I Я подъёма тела на не которую высоту определяем по формуле: Если сила тяжести

F = mg,

тогда А

= тgН. А ~ SOкr · 10 li · 3 м~ 1500 Дж. А~ ISООДж. кг

Ответ: чтобы поднять мешок сахара на второй этаж , нужно выполнить работу , равную ISООДж.

3. 7200

Определить мощность дв игателя , если он за

кДж.

1О

мин выполнил работу

Дано:

Решение

А = 7200 кДж = ~ 7 200 ОООДж

мощность двигателя:

t= 10мин = 600с

N-?

По формуле N

=1 определяем

7 20~ ~О~Дж ~ 12 000 Вт~ 12 кВт.

Ответ: мощностьдвигателя равна

кВт.

( Урооеи•А )

267.

Какие силы выполняют работу в случаях: а) падения камня на Землю ; б) остановки автомобиля после выключения его двигателя; в) nодъёма urraнrn спортсменом; г) подъёма воздушного шара.

268.

Поднимая какой из грузов, подъёмник выполняет меньшую работу

(рис. 170)? Во сколько раз? 269. Ящикn ередв игают по полу на расстояние 5 м. Сила трения равна 100 Н.

Какую работу выполняют при этом?

270. Человек массой 70 кг поднимается на высоту 5 м. Какую работу он выполняет?

271 . При подъёме тела массой 20 кг г--------------, выполнена механическая работа

80 Дж.

На какую высоту подня

ли тело?

272. Мощности автомобиля и wакто ра

почти одинаковы, а движутся

они с разными скоростями. Поче му? У какой из машин сила тяги

больше?

Рис.

170

273.

Самолёт , построенный в 1882 г. 11нженером Александром Можайским , имел два паровых д вигателя общей мощностью 22 кВт. Определ ите ,

какую работу выполняли эти шшrатели за

0,5 ''·

( Ypooe••l ) 274. Электрокартянеттележку соскоростью 3 ,Z, преодолевая с11Лусопротив ления 400 Н . Какую раб<лу выnолняет двttrатель эле ктрокара за 8 мин ? 275. Лифr, поднимая на шестой этаж 6 человек , выпаnнил работу 84 000 Дж. Масса одного челонека- 70 кг. На какой высоте рас11аnо.жен шестой этаж? 276. Мальч ик, масса которого 30 кг, з а 20 с rюднялся по ступенькам на вы соту 10 м. Какую мощность развил маль•tик? 277. Подъёмный кран работал 10 мин. За это вре мя он выполн11л работу 20 Мд.ж. Какую мощность раз вил подъёмный кра н ? 278. Оnредел11те мощность , раз виваемую трактором , если он , двиrnясь равномерно со скоростью 3,6 к~t , преодолевает силу сопротtt вления 42 500 Н.

279.

Н а г и рю н асте нн ых маятниковых часов действует сила тяжести 8 Н. Ка кова мощность 'lасового механизма, есл11 за 24 ч гиря опускается на 1 20см?

280.

П одъёмный кран равномерно полнимает груз на высоту

10 м

за

20 с .

Какую

мощностьразвюJЗет кран , есл11 на груз действуетсил а тяжесn1SООО Н ?

[ill

КИНЕТИ'IЕСКАI И ПОТЕНЦИАJI.НАI :tHEPfiiИ

Для работы двигателей, приводящ11х в двtt.жеюtе аtпомобили , трактора , теnловозы, самолёты , необходимо топливо , ямяющсеся источником э нер

mи. За счёт энерпt и воды, падающей с высоты , 11ращаются гидJХУIУрб ttны, соединё нны е с элсктрическим11 машинами, вырабатывающим11 электр и ческий ток. Ч еловеку для тоt·о чтобы существовать и работать , также необход и м 1tсточн11к энерги и . Говорят, чтодля того , чтобы выполнятьлюбую работу, необходима энергия. Что же такое энергия?

• Оnыт 1 .

Поднимем нал Земл ёй мяч. Пока он находится в состояюtи

покоя , механttческая работа не IJыполняется. Отпустим его. Под действием

силы тяжести мяч падает на Землю сопределённой в ы соты. П ри п аде ни и мя ч а вы п олняется м еха ническая работа.

• Оnыт 2. Сожмём HIITbiO И ПОСТЗВIIМ на Пережжём

н11ть ,

nружину , зафикс11руем её

npyЖIIHY ГИрЮ (р11С. 171) . пруж11на распрямится и

п од юt мет гирю на некоторую высоту . Пружина вы полнила механ ич ескую работу.

•

Оnыт З .

Н а тележке закре п им стержень с

блоком на: ко н це (рис.

172).

Через блок nерекинем

н и ть , один конец которой н амоrdн на ось тележки ,

Ри с.

171

а на втором в и с и т rруз 1 1К. 0Пi успtм груз и к, п од де й ствием силы тяжести он будет 011ускаться вню и привсдёт в движение тележку. Грузик вып ол нил мех аttнч ес кую работу.

• Опыт 4 . Стальной шарик А, скатнвшийся п о на кло нн ой плос кост и (p ~tc. 173), также выпол tнш м еха нич ескую работу: он tщремеспш ц илинд р В н а н е к оторое расстоя ни е.

Если тело или несколько тел при взаимо действии выполняют мех аничес кую рабо ту, то это значит , что они имеют меха ни ческую

энергию , или э н е ргию .

Мя•t, п однятый над Землёil, сжатая пруж ~t н а, д ви жушийся спшыюй шарик имеют э н ер гию. Энергия

- физическая величина, харак

теризующая способно сть тел

выполнять

работу.

Энер пt я (от t-реческогослова эпергия- деятельность) обоз н ачается больш ой латннскоil буквой Е. Ед t-t ющей э н ер пt и. а также~~ работы в С И является 0д1111 джоуль (1 Дж). И з п ршJеДённых оnытов вtшно, что тело выnол н яет работу ТOI".lta. когда переходнт из од ноrосостшlнtt я в другое: поднитый нaaЗei\Ulё ii rрузик о n ус кается, сжатая

r1 pyжttнa

распрямляется, дВ J-t жу щий ся

ш а рик оста н а в

щшается. Э н е р п1 я тела np11 этом юменяетс я (уме ньш астсsl) , а выnол не нная телом м еха ни ческая работа равна ltЗ ч е i·J С ни юего мсха нttч сс ко й э н ергии. Разл ttч ают два вtша мсхаНI I 'Iеской энерги и- nоте1щШ11tьную 11 кинеntческую. Потенциальная

эн е ргия

(от лати нского слова потенциал

возмож н ость)- это энергия, которая определяется взаимным поло жением взаимодействующих тел или частей одного тела .

П ос кольку любое тело и Земля 1·1р tпипшают друt· д р у га, т . е. вза !lм оде ~1 ст вуют, то tютеншшлышя энерп1я тела, поднятого tl aд Зе млей, будет

зав и сет ь от в ы соты 1юдъёма

11.

Ч ем больше высота rюдъё м а тел а, те м больш е

его п оте нни ал ьн ая Эl·l ерп t я.

Овыта м и устан оме н о, • по IЮТе нци м ьн ая э н е рпtя тела за ви с ит н е тол ько от вы сот ы , н а которуюо н о вод н ято, но 11 от м асс ы тел а. Есл и тела под няты на од инако вую высоrу, то тело, у которого масса боль ш е, будет им ет ь и б6л ьw у ю

п оте нщt аль н ую энсрп1ю. Во врсми паде юt я п однятого тела н а п о ве рх н ост ь Земл tt С 11 Ла тяжеспt выполнила работу, соответст в у ю шую и зме н е нию п отенш t аль н ой энерпнt тела со значен 11 я её н а высоте

до з нач е ния н а

п о верхностн Зсмл11. Есшt мя удобства пр~t нять, •по n отен циаль н ая э н ер ги я тела н а rюверх н ости Земли равна нулю, то tюте н шшль н ая э н е р г ия п од нятого тела будет равна выtюлненной во время r1адения работе:

Итак , nотенuиальную энергию тела, п однятого на некоторую высоту, будем определять п о формуле:

f--rr

!Щ;'~.

где En - rюте нuиальная энерп1Я rюднятого тела; т - масса тела; g = 9,81 ~; h-

в ы сота , н а которую п од н ято тело.

Большой запас поте нииальной э н ер гии у воды горных или равнинных рек, nодняты х nлотина~ш. П адая с высоты вниз, вода вы гюлняет рабоrу: npttooщtт в движе r·rи е турбиr-tы пшроэлектростанций. В Украине на Днепре nостроено несколько гндроэлектроста нии й , в которых tt с п ользуют э нергttю вод ы мя

ПОЛУ'Iйrия электроэне ргии .

На рисунке

174

изображено сечен 11 е та кой

станu ии . Вода с более вы со кого уровня п адает вниз и врашает колесо гидроrурбttны. Вал турб ины соещtн ё н с генератором электрttческоt"О тока. Потенииальной э нергией обладает самолёт, летя щий высоко tl небе; дождев ы е капли в ту'rе; молот кo rrpa при заб ива ншt свай. Открывая две ри с nружиной , мы растягиваем её, пре одолевая c tt лy упругости, т. е. выполняем работу. Вследствие этого пруж tt на приобретает потенuиальную э н е ргию. За счёт этой э н ерпш пружина , сокрашаясь, выпошtяет рабоrу - закрывает двери. П оте нии альную э н е ргию пружин используют в ч асах, разнообраз н ых заводных игр у шках.

В автомобttлях ,

ваго н ах

пружины амортизаторов и

буфе ро в , деформируясь , умен ьш ают тол чки .

Поте нцttальная э н е ргия пружины зав tt сит от её ум ин е ния (юменения длины п p tt сжатиtt или растяжени11) и жёсткости (зав и сит от ко н струкщtи пружи ны и упр уrоспt матерttала, 113 которого она изготовлена). Ч ем бол ьш е удn ин сн и е (деформаuия) пружttны, и

чем бол ьш е её жёсткость, тем большую поте нuи аль н ую э н ер г и ю о на прtюбретает при . деформа uии .

Такая

зав исим ость

любому

yrrpyro

с вой стве нн а

деформ ttрова нном у

телу.

Потенииальн ую э н е ргию у r·r руrо деформированного тела о пределяют п о формуле:

~· де

En- потен ии альная

э н ергия уп р у

го дефор мированного тела (пружи

ны ); k -

жёсткость тела (ед июща

жёсткости -

1 ~) ; х -

умине ние

(деформаuия) тела ( п руж и ны). Рис .

174

Нотела мoryr обладать энергией ~te только потому, что о н1t нахолятся в опре

деЛённом положении IUIН деформируются, а и потому, что они н аходятся в движе нии.

Кинетическая

энергия (от греческого слова кинетик:ос -тот, что

~ nриводит в движение) - это энергия, которой тело обладает вспедствие

собственного движения. Кин етической энергией обладает ветер, её ~1Сtlользуют для сообшения

дв ижен ия ветряным двигателям. Движуш~t еся массы воздуха оказывают дав.ле юtе на наклонны е плоскости крыльев ве1ряных дВttrателей и застанляют и х

в ращаться. На рttсунке 175, а изображена ВС11Jя ная мельница, в которо й за сч ёт э нергии ветра мелют зер н о. Современ н ые доволь н о мошные ветря ны е двига тели

(pttC. 175, 6)

ttсnол ьзуют для того, чтобы вырабатывать электроэнерпt ю,

качать из скважин воду и nодаватьеё в подона порные башни.

Дтtжущаяся вода или нarpen.tй пар, врашая -турб tt ны электростанции , теряет часть своей кttнетической энерпш и выполняет рабаrу. Самолёт, летяший высоко в небе. кроме потенииальной обладает и кинетическуй энергией. Если тело находится в состонн ии покоя , т. е. его с корость относительно Земли равна нулю, то и его юtнетttческая энергия отн ос ительно Земш1 будет равна нулю. Опытами устаноuлено, что чем больше масса тела и скорость, с которой

оно дВ ttжется ,

тем

больше

его

ки н етическая

энер гия.

Выя вле нн ая

завис ttмость матемапtческtt выражается тз кой формулой:

~· где Е.:.- кинетическая э н ергия тела; т- масса тела;

v- скоростьдвижен~tя

тела.

IOП.OCW М

JAIIA)IMI

1. Что называют энергией? 2. Какую энергию называют nотенциальной? Кинетической? 3. От чего зависит nотенциальная энергия тела , nоднятого над Землёй? 4. Как оnределяют nотенциальную энергию уnругодеформированного тела 5. Как оnределяют кинетическую энергию тела?

/]1§)

3АКОН СОХРАНЕНИI МЕХАНИЧЕСКОЙ :tНЕРfИИ

И з рассмотренных прим еров следует, что все тела в природе обладает или потенциальной , или к~tнетической э н ергие й . Но в больши н стве слу ч аев тело (на пр~t мер, самолёт в

п олёте) обладает одновременно и

потенциальной , и кинепtческой энергией.

Сумму потенщt аль н ой и к~tнетической э н ергий тела называют nол ной ме ха нической энерги ей.

В np~tpoдe, тех вик е и быту можно наблюдать взаим ны й п ереход п оте нци альной~~ кинетической энерг ий тел.

+ Опыт 1 . Рассмотрим при бор с груз~tком и лружиной (рис.

176),

выяс ни м,

какие юменения энер пt й эпt х тел будуr щ.юttсхощtть оо время ею действ ия. П однимая грузи к массой т на высоту

h над

пружиной, мы сообшаем ему заnас

полно_й механической э н ергии Е потенциального вида: п аде юtи

rрузика

его

п отен uи алыtШI

энерп1 я

mgh.

Е= ~ 1 =

уме 11 ьшается,

скорость и, а вместе с ней 11 кш1ет1tческая энерl'tt я 4. ==

но

П ри

возрастает

mf- . Н а уровне

Г1 руж1tн ы вся rютенщt аnьная э н ерrtt я превратится в К lt нетlt ческую, а за еёсчёт

пружи1шсож:мётся 11 приобретёт nотеншшльную э11ергию Еп 2 =

-kf. При этом

ки н етич еская э н ергия rрузика перейлёт в п оте нци апь н ую э н ергию

ynpyro

деформ 11рованно rотела (пружины) . Когда со временем пружина распрямится и сообщит гр узику скорость и, её 1·юте нuи аnы-шя э н ер 1·ия снова t·t ерейдёт в кинет1tч ес кую энергию грузи ка, за счёт которой

01-1

под ни мется н а высспу

Далее процесс мо 1· б ы п овторяться бес конеч н о, при этом знач е ни е за п аса полной механической э н ергии грузю~а и пруж1tны было бы nостоянным и в любой момент д tт жения было бы равным сумме всех шшов энерrи11 :

[Е= En l + En2 + Ек = constJ. Н а самом деле двtt жение будет затухать и со време н ем п рекратится, по скольку и сход н ый запас энерrниюрасходуется на преодолен 11 е сил трения и со проти вления воздуха.

•

Оnьп2 . И зме н е н11 е потенuиаnьной

11 кинетической энерrnй можно н аблюдать

также с помощью при бора, который н азывается маятнtt ком Максвелла (рис.

177).

Если накр}'fИТЬ н а ось нить, то дис к прибора подн~tм ется н а н екоторую высоту

~~ будет иметь залас п олной мехаюtчес коf't энерп1и потенциального

вида Е = Ел = mgh. Есл~• ш• ск отп усnпь, то о н , вращаясь, начнёт пааать. При паде нии потенuнальная э н ерnt я диска уменьшается , н о вместе с тем возрастает

его кинети~tеская энергия, т. е.

про~t схоюtт и змене ю1 е потенциальной

кин етической э н ергий. В конце t1ап.ения дис к приобретаеттакую кинетическую

энерги ю Е.,_=~, кото)Х>йдосгаточнодля того, чтобы он снова поднялся ПО"fГИ на п режнюю высоту. Если бы не был о потерь энерпtи на выпооне ни е работы по п реодолению сил

сопротивления, то движение

маятника

повторял ос ь бы

бесконе~tно , а его полная механическая э нерrnя имела бы постоянное значение и в любой точке бЬUJа бы равна сумме поте нuиапьной и кине111ческой энерnt ~ шtска:

\Е- En +

E,j.

Н а основе многоч и сленн ы х исследований дв ~t жен ~tя и взаимоде йствия тел , подобных рассмотре11ным н а ми п римерам, был уста н овлен очень важ ~1ы й за кон сохра н ен ия механнческой эне ргии . Если изолированные от внешнего влияния тела взаимодействуют

между собой силами тяготения и упругости , то их полная механи ческая

энергия остаётся неизменной

во время движения, т.

е.

вс егда выполняется соотношение :

iE= Ел+ Е,= constj. При этом энергия не создаётся из ничего и не исчезает, а только переходит из потенциальной в кинетическую энергию и наоборот .

Н а практике любое дв иж е ни е тел про ~t сход ит при н аличи~t боль шего или ме ньш его со п ротивления среды.

Для п римера рассм011J им движе н ие груза, опускающеrося на п ара шюте (рис . 1 78) . До раскрьmtя парашюта груздвижется вниз , увели ч~1вая собспен н ую

скорость паа.ения. П отенци альн ая э н ергия rруза ум еньшается, за счёт чего воз растает кинетltческая енерrnя ~• вы п ол

няется работа по преодолению сил со

щ:ютивле н~tя •ю:шуха. После раскрьrmя п арашюта резко возрастает со п ропt вле н ие

воздуха

уменьшаются

скорость

п аде ни я, а вместе с н ею - и кинети ч ес

кая э нергия груза. Уменьшение скорос ти щденюt груза щюисходит доопреде

лённого з начения , достигнув которого он начинает двиппься вниз с постоян

ной скоростью . Кинетическая э н ерrnя rруза при этом также осгаётся постоян

ной , потенциальная же э нерПJя всё время уменьшается вместе с высотой.

Рис .

178

Полная механическая энергия груза в наивысшей точке Е1 равна его по тенциальной э н ер пtи в этой точке , т. е. Е1

= En = тgh; полная механическая

энергия груза в момент приземлеюt я ~равна его к~t непtч еской энергии в

этот моме нт, т. е. ~ = Ек = ~· Работа по преодолению сил сопроти влен и я воздуха при падении груза была выполнена за счёт умень ш е ния е го полной

механtt•tсской энерг ии и определяется формулой:

[ A ~ E 1 - E, J И так,

всегда при н ал ичии сопротивления среды механическая работа

дв мжущеrося тела выполняется за с ч ёт умень шен ия

ero п олной механической

Э tt epntн .

То же происходит, когда при движении действуют силы трения ме)!СЦ)' твёр дыми телами. Н апример, при nодходе nое:ша к станци и двигатель теnловоза не рабоrс~ет, работа nротив сил трения выполняется за счёт уменьшен и я ки нети•tеской э н ерги и лое:ща, скорость которого п ри этом уме ньшается.

aonrocw м IAAAHMI 1. Приведите примеры, когда тела имеют гютенциапьную и кинетическую энергии. 2. В чём заключается закон сохранения механической энергии? 3. В каких случаях закон сохранения механической энергии не выполняется?

) Ре•аем •месте 1.

Какое и з тел на рисунке

2 кг

179

имеет наиболь ш ую потенциаль н ую

•

энерги ю? Наименьш ую? Выч и слите

~:;.если все тела п одняты на высоту 1

Ответ: все

тела

находятся

на

одинаковой высаrе, поэтому наиболь-

: :

шую потенциальную энергию имеет

! t : t4

тело 2, масса которого 5 кг, а наимень- L..---ЁЕ:=1111i1•--шую- тело

4, масса которого 2 кг.

Рис. 179

Чтобы в ычислить з н а ч е ни е этих э нерt·ий, воспользуемся формулой:

Е, ,= тgh.

Е" ' = 5 кг · 9,8 1 ,\!о · 2 м = 98,1О Дж , Е", =2кг·9,8 1 о\!о·2м~З9, 24Дж. 2. Теломассой 10 кrподнялtt на ВЫСО'I)' 10 м и оmустили. Какуюкинетическую энергию оно будет имеrъ на высоте 5 м? Сопрсmiаnением вашуха пре н ебречь. Дано: т=

10 кг

= 10 м

Р еше ни е

Тело массы т, поднятое на высоту п оте нци альную энергию = mgh.

имеет

~м~rо2т~д~и]э~нЕ~Р~m~яс===~==~~~~~;;;;;;~~~~;;;;~ 141 !!! h,

=5 м

Есл~t тело падает, то нанекоторой высоте

h 1 оно имеет

g~9,8 1-,\}

потенцшu1ьную энерrnю ~ 1 =

------1

П ользуясь законом сохранения энер гии , запишем:

mgh 1 и

кинетическую Ек 1 .

Еп =Е,,.+ Екt· То гда Ек 1 = Е11 -

En 1 = mgh- mgh 1 = mg(h- h 1).

Подстави в значения величин , получим:

Ответ: Е,, ~

Е.,~ IOкr 9,8 1-,\}r (10м -5 м)~490,5Дж. 490,5 Дж.

( Уро••••А ) 281 . Дополните

п редложения: При падении мяча верпtкально вню увещtч~шается его

энергия 11 •

...

потенциальная э н е ргия .

Энергия

выполнять

282.

велич~tн а, которая характер~tзует способность тела

... , еди ни цей

энергии является

Вместо то ч ек впишите назва ют фИзических вели ч ин или их единиц: скорость дв ижения тела

Н; -!Дж;

... -1

...

энер гия

283.

- ...

Определите , каким видом механ ич еской энер гии (кинетической , потенциальной, кинети ч еской и потенциальной) обладаюттела (или не имеют механической э н ерrии):

а) мчащийся nоезд ; б) летящий самолёт; в) сжатая пружи н а;

г) подвешенная к потолку люстра; д) лежащ и й на фуrбольном пол е мяч (мяч с читать материальной точкой).

284.

За счёт чего мы забиваем гвоздь в дерево молотком?

285.

Тела массой

286.

скоростью. Которое из них имеет большую кинети ч ескую энергию? Объясните, какие изменен~1Я энерг ии происходят в таких

5 кг и 3 кг движугся с одинаковой

а) nри nаден ии воды в водоnаде (рис. 180); б) п р и

n одбрасывании мяча вертикально

Рис.

180

"""""""""""""""

вверх

в) при закручивании пружины буш1льника

(р 11 С.

181);

287.

г) на примередверной пр уж ины . Объясните, зачем вагоны поезда оборудова

288.

С какой целью хрупкие вещи перед п еревоз-

ны буферами.

кой упаковывают в солому или вату?

Рис.

181

г..... з

iiii l42 289.

Какую п оте нци аль н ую энергию и меет тело массой

290.

Определить

высоту

кг, поднятое на

10 м? массу

тела,

под~1ятоrо

потенuиальная э ~• ср rия равна

291 .

на

высоту

м,

если

Жёсткость пружи ны

100

его

98 1 Дж.

Ка кую п оте нци аль н ую э н ер гию имеет п ружина , если её сжали на

"*.

8 см?

292. Велосипед11ст массой 70 кг движется со скоростью 36 кчм . Какова к ин ети•• еская э н е ргия велос~t nедиста?

сУР····· & Moryr 2ЧJ .

Л lt два тела раз н ой м ассы им еть оди н аковую Кltн епtческу ю

эне ргию? П р11 каком услов 1tи ?

294. 295. 296.

297

298.

У какого автомобиля долж ны быть • мощнее • тормоза: легкового или гр узового? Поч ему? Поч ему рез иновый мяч подс какивает , есл и брос 11 Ть его на п ол? Какие юменения э нергии п ршt сходят при этом ? За п ас какой Э н е ргии им еет пруж ин а заведё нны х ручны х механических ~шсов? Ч то оз н а~шет сза веспt пру)tшну ч асов•? П о~t е м у дрова рубят не малым, а масс ~t в ным тоnором ? За счёт какой э н ергии разрушается дерево? П очему н а дорогах легковым автом обилям разрешено ехать с боль ш ей ско ростью, ч е м грузовым ?

299.

Украинский с п ортсмен Серге й Бубк а, выrюл н яя пры жки с шестом (p ~t c. 182) , преодолел высоту 6 м 20 см. За с•1ет какой э нергии он поднялся н а такую высоту? К а кие изме н ения энергии· происходили во время п рыжка?

300.

ДЛя акробапt ческих прыжков, пр ыжков в воду, прыжков при выпол нении

нений

н екоторых

пtмнастических

прим е няют

трам п л ин ,

у праж

который

ямяется у 11 ру гой доской , за креплённой с

одного конца . Объясн ите при нцип де йствия трампли н а

вспом ните ,

как~tе

и зме н е ния

э н ер гии происходят при этом.

30 1

За счёт какой э н е ргии са н ки спускаются со с н ежн ой гор ы ? Каки е изменения э н ергии про и сходят при этом? Каки~tм в~tдами э н е р гии обладают санки на середине спуска?

302.

Ветер , дующ ий с боль ш ой с ~tлой на откры

том месте, з н а ~нtтельн о ослсiбевает, если на его пути есть лес, а в лесу совсем ст~t хает. Н а что

расходуется

при

этом

кинети ч еская

э нергия движу шеrося воздуха? Как и с п оль зу ют это ямение для борьбы с суховеями в

ЗЮ .

сте пны х районах? Какая река- гор н ая или равн~тная

имеет

Рис.

182

больший энергетический ресурс? С какой оговоркой нужно отве

, . . . - - - - - - - - ----..

ппь на этот вопрос?

304.

П ерегораживая реку плоти н ой (рис.

183)

п ри сооруже tши гид

роэлектроста нц ии,

ре ш ают три

пр облем ы . К акие? П оясните. Какова рол ь плоп1Н ы?

30~. Тело массо й

20 кг у п ало с к рыши 25 м. О п ределите

дома в ы сотой

поте нц иальную~~ кинетическую

э н ерпш тела на высоте

3~.

м.

Рис.

183

Как ~tе виды э н ергии имеет груз массо112 т в кузове автомобиля, дв~tжушего ся п одороге соскоростью

к:1 ? Определите их. Высота кузова-

1,2 м.

[!У) МАШИНЫ И МЕХАНИJМЫ Оруди е , которое держ~1т человек выполняя рабо1у, повторяет те дв ~1 же ни я, котор ы е выполняет рука. Н а п ример , разб~tвая скорлуrtу ореха, молоток так же поднимается и о п ускается, как 11 кулак. Т.акне движения н е всегда имеют достаточн ую то•t ность и скорость. Удары молотком, клинком юш остриём не всегда п о падают в олно ~1 то же место обрабатываемого тела. П ри шитье лёrкой иглой с Н J.ПЬЮ п рихощпся поднимать во много разболеетяжёлую руку, вы п ол няя

п р и этом л ишн юю paбcrry.

П отребность уме н ьш tпь

paOOty

на бес п олезн ые

движе н ия, увел и чить скорость н точность действия орудия работы обусловила

н еобходи мость уде рживать это орудие не щюсто ру кой, а закре плять его в с пе циаль н ых устройствах, которые выполняли бы абсолютн о точ ные и быстрые

движе н и я . В идимо, таким пугём реализовывалась п отребность человека в машинах и механизмах. Н апример, швея за одну минугу в ыполняет около

5О стежков, а сконструирова н ная мя этой самой операцин швейная маш ~tна с механнческ~1 м nриволом делает 1500 ОШ1Наковых стежков за одну ми нуту. В п ереводе с древнегреческого слово ((меха ни з м • означает орудие, устро i1 стоо. В эпоху pacuвera греческого театра (500 г. до н. э.) с помощью сnе ци ал ьн ы х устройств подн ~tма.rt и и опускали на сцене актёров, кото р ые

юображал и богов. Эти устройства назьшали «мexatte», отсюда , н аве р ное , и про исход ит термин «МСХаt·IИЗМ» ~1др . Когда • t еловеку пр и в ы nол н е нии работ ы н уж н о

11 е ре м ест и ть какое-то тело от носительно друr и х тел

на п ра вле ни е

его

дв tt женltя ,

он

использует

~tл и

с п е щ1 альн ы е

изме юtть

устройства,

наз ы ваем ы е механизмами. Как свидетельствует ~1стория, человек н а•t ал использовать один из первых меха н измов- лук- ешё за 12 тыс. лет до н. э. М н ожество механизмов используются в современноii техюt ке и б ы ту, в ч астноспt колесо, шестерни , петли , кли н и др.

L Мех а н из м

это устройство, которо~ nередает движение или

nревращает один вид движе ния в другои .

Рис.

184

185

Рис .

186

Слово «Машина}}стапи широко у п отреблятьлишь с

XVIII

в. Им называли устройства, изобретённые

инже н ерами для

етве нны х

выполнения

операц и й

управлял таким и

основных

(работы).

прои звед

Человек

устройствами-маш ин ами .

лишь Если,

н а при мер, человек копает зе~шю лопатой (орудием

Рис.

187

труда) , экскаватор (машина) (рис . 184) выnол н яет то же самое действие своим ковшом. Электромаг нитный кран грузит метал (рис . 185), крановщик л иш ь управл"ет этим процессом.

Машинами

являются

также

велос~шед

(рис. 186), используемый человеком для передвиже~ ния, батискаф- подводны й апnарат (рис. 187) для исследования

корабль (рис.

морских

188),

глубин,

космический

без которого было б ы невоз

можно освоение космического простра н ства.

ДЛя вы nолнения работы в каждой машине имеет ся соответствующий рабочий орrан: у экскаватора ковш , подъёмного крана - электромагн ит , велоси педа

ведушее колесо.

Рабочий орга н машины

н ужно приводить в движеюt е, затрачивая энергию: в

велоси п еде экскаваторе сгораюt я

мышечных усилий и

косм~tческом

топлива,

ног человека,

корабле

електромагнитн ом

энергию кране

электри ч ескую энергию. Следовательно, в каждой машине должно быть устройство, в котором тот или иной вид энер гии

nревращается в механическое

движе ни е. Такое устройстоо называют двигателем. Механическое движение от двигателя к рабочему органу машины сообщается разными nередаточ ными механ и змам и (например ,

Рис. 188 осиовне •шст и

шесте р -

н ями, цепями). Таким образом , в каждой маши н е имеется три рабочий орган, nередаточный механизм и дв игатель. Наличие

этих трёх частей отличает машину от дру ги х технических устройств.

Маш и н а

это

механизм

или

сочетание

механизмов

для

преобразования энергии из одного вида в другой . В наше время нсё шире и шире ис п ользуются не отдельные маши ны , а системы маши н автомапt•tескоrо действ и я.

aon•ocw м )ljiAJIMI

1. Что называют механиЗмом? Машиной?

Укажите, что из перечислен н ых названий является машиной, а что- механиз

Назовите механизмы, используемые в автомобиле.

мом: колесо, автомобиль, лук, э"кскаватор, клин, самолёт, петля, ракета.

~ ПРОСТЫЕ МЕХАНИЭМЫ Ты сячи лет тому назад люшt выполнял и все работы с помощью силы мышц. Со временем они и зобрели различные меха н изм ы, чтобы облегчить сво й труд. Люди убедилис ь в том, •по намного легче перемещать гр узы, перекатывая их на катках. Н а ос н ове этого они изобрели колесо ( ри с. 189). Пр едстав ьте, что вам нужно п од ня ть, наприм е р , ящик , который наполнен инструментами и вес ит на м н ого больше , чем вы (рис.

190) .

К ак

это сделать?

Н аверное, нужно найти креn кую жердь или металлический стерже нь , нижним концом упе реть его в грунт под ящи ком и п однят ь груз, воспол ьзо

вав ши сь механизмом, который называют рычагом. Рыча

-это твёрдое тело , которое может вращаться вокруг неnо

движной опоры.

Блоки помогают подюtмать и опускать грузы. БлоК"- это колесо с жёлобом, закреплённое в обойме { рис.

191).

Ч ерез жёлоб блока пропускают верёвку , трос ил и цепь.

Опыт

1 . К нити п р ик реп им груз . Нить перекинем ч ерез · блок.

Свободный

конец нити

прикрепим

к д ин амомет р у.

При

подъёме

опускании груза ось блока н е дв~жетс я. Д 11н амометр показывает з нач е ни е с илы, с которой мы поднимаем гр уз (р и с. 192).

Рис .

189

Рис.

190

Рис.

191

Н е по д в и ж н ы й б л о к -это блок , ось которого при подъёме или опускании грузов неnодвижна .

И зменя я

положеюtе динамометра, обращаем

вн~tман11е

на то, что

п еказан ии д инамометра остаются по стоянными . П одвес 11 м груз к крю•1к у

щtнамометра. П оказа ни е д ин а м ометра будеттак и м же.

+Опыт

2. Оди н кон ец н~пи прикре п и м, н а прш.t ер, к штат иву, а второй- к

д ин амометру (рис.

193).

Н а н~tпt подвесим блок с тем же грузом. Под ним ая

ищt оnуская груз, мы в~щим, что вместе с ним дв11жется ~~блок { поэтому е го

назвали п одвижн ым ). Кроме того, показание д 11н амометра стало вдвое меньше , чем вес груза.

Подвижный

блок

-это блок , ось которого поднимается или

опускается вместе с грузом . Подвижный блок даёт выигрыш в силе в два раза .

П одв и ж ный блок вы м ожете у шtдсть в любом п одъём ном кран е. Он объединё ti обой мой с крюко м крана (рис. 194). ВОрот - зто разнов ~щность рыч ага. Он предназна ч ен для получения ВЫ~tгр ыша В C IIЛC.

В6рот часто и сnользуют в сельских колодцах (рис.

195).

С его nомощью

даже ребе н ок может вы тянуть полное ведро воды.

Во мнопtх случаях вместо того , •побы п од ни мать груз н а некоторую

Рис .

Рис.

196

197

высоту, его вкатывают или втягивают на ту же высоту с п омо щью наклонной плоскости.

Поднимая груз вдоль наклонной nлоскости, nолучаем выигрыш в силе во столько раз, во сколько дл ин а наклонной плоскости больше её высоты

(рис.

196,

а. б). Наклонная пл оскост ь (рис.

197)

обле гчает rюдъём грузов.

Хотя идти по ней приходится дол ьш е, н о усил ий нужно затрачивать н амного меньше, чем при подъёме груза вертикально вверх.

Винтовая лестюща (рис.

198)

также ямяется на клонной плоскостью ,

обвивающей ось, подобно резьбе вин та. По винтовой лестнице п од ним аться легче, чем по вертикально й , но приходитс я преодолеватьбольшее расстояние.

Винт (рис. 199), как и ви нтовая лестница,- также н а клонн ая плоскость. Винты используют для скре п ления деталей. Кл ин - разновидность наклонной плоскости. Клин ямяется основной частью колющих, реж у щих, строгальн ы х инструментов: иглы , н ожа, ножниц , топора, стамески, рубанка, лемеха плуга.

Шестерни

(р и с.

регулирования

200) -

скорости

это зубчатые вращения.

колёса.

Одна

И х используют для

ш естер ня

может

вращать

соседнюю с большей или меньшей скоростью. Н а nр~1м ер, шестерня, имею щая 5 зубьев, вращается вдвое быстрее, чем шестерня с 10 зубьями. В этом можно убед и ться, наблюдая за работой механического миксера.

Упомянуrые устройства изме няют зна чени е силы и л и её наnрамение и используются мя выполнения меха нич еской работы. Устройства, предназначенные для изменения силы по значению или н ап раsлению , называют простым и

Ри с.

198

Рис .

199

механизмами .

Рис.

200

Рис.

201

Без простых механизмов мы не можем oбottrncь ни одногодня (р и с. 201, а, б, в).

aonrocw м JAIIAMMI 1. Назовите nr:;::юстые механизмы, которые человек исnользует в своей деятельности. 2. Что такое рычаг? 3. Чем отличается nодвижный блок от неnодвижного? 4. Для чего исnользуют наклонную nлоскость? 5. Назовите разновидности наклонной nлоскости.

Какой выигрыш в силе даёт nодвижный блок? Наклонная nлоскость?

1]1!}

УСЯОВИЕ РАВНОВЕСИI PWЧAfA. МОМЕНТСИnЫ

Как уже отмечалось, рычаг которое

опоры.

твёрдое тело,

может вращаться около

Его

направления

применяют и

з н а ч ения

неподвижной

для

силы,

изменения

на при мер

уравновешивания большой силы малой. имеет следующ и е характеристики (рис.

Точка приложекия силы

для

Рычаг

202).

это точка, в которой

на рычаг действует другое тело.

Ось вращения

Рис.

202

прямая, проходящая через неподвижную точку опоры

рычага О, и вокруг ко:rорой он можетсвободно вращаться. Рассмотрим случай,

F1 и F2• Линия действия силы -это прямая, вдоль которой на правлена сила. Плечо силы - кратчайшее расстояние от оси вращения тела О до л инии

когда ось вращен ия расположена между точ ками пр ююже ния сил

действия силы. Плечо силы обозначается буквой СИ является один метр

•

d. Ед ини цей плеча силы в

м).

Опыт . Возьмём рычаг, п одобный изображённому на рис.

203. На

расстоянии 10 см от оси вращения подвесим к нему 6 rрузиков, каждый массой по 100 г. Чтобы уравновесить рычаг двумя такими же rр узиками, нам придётся их подвесить с другой стороны рычаrа , но на расстоя ни и

30 см.

Следователь н о,

для

того

чтоб ы

ры•• аr

;t '

находился в равновесии, нужно к дл~tнному nлечу прилож:ить

силу ,

во

столько

раз

меньшую,

.t•

во

сколько раз его длина больше длины короткого

плеча. Такое правил о ры ч ага оп ~tсываютформулой обрат н о п ропорциональной зависимости:

-Рис.

203

где F1и F2 - силы, действующие на рычаг; d1 и d2 - rшечи соответствующих сил . П оэтому п равило (условие) равновес 11 Я рычага можносформулировать так. Рычаг находится в равновесии тогда, когда з н а ч е ни я сил , действу

ющих н а него , обратно пропорциональны nл еч ам этих сил. С тех пор , когда Архимед уста н ов ил правило ры•шга , оно просущество

вало в первозда нн ом виде по•1 ти

1900

лет. И щt wь в

1687

г. французский

у ч ё н ый П . Ва р иньо н п р идал ему более общую форму, используя п онятие моме нта с ил ы .

М о м е н т с и л ы М - это физическая величина, значение которой опре деляется произведением модуля силы F, вращающей тело, и ее nлеча

Единицей момента силы в СИ является один н ьютон-метр

Н ·м), рав

ный моменту силы 1 Н , приложенной к плечу 1 м. Докажем, что рычаг находится в равновесии под действием двух сил , если з н а•1е н ие момента М 1 с и лы, в ращающе й ры••а •· 1·1 ропtв часовой стрелк и , рав н о значению моме н та М2 силы, вращающей et"O по часовой стрелке , т.е.:

Из п равила рычага

F21 :zdl на основесвойства пропорции вытекает равенство:

\fid, ~ fid,J . Но fjd 1 = М 1 -момент с~t лы , вращаюше й р ычаг r1 рот и в часовой стрелки (рис. 202), F2d2 = М2 - моме н т с ~tлы , вращающей рычаг по часовой стрелке .

Таким образом:

jм,~м,J , что и требовалось доказать. Итак , nравило (услов~t е ) равновесия рычага можно ещё сформулировать так.

Рычаг н аходится в равновесии п од действием двух с ил , если зна

чение момента силы , вращающей рыч аг nротив часов ой стрелки, равно значению момента силы , в ра щающей его по часо вой стрелке. Момент силы

важ н ая физическая величи н а, она характеризует действие

силы, показывает, •tтоонозависит и от модуля силы,~~ отеё меча. Н а пр~tмер, мы знаем, что действ ие силы на дверь завис ит и от модуля сил ы , и оттого, где приложена сила: две рь тем леГ'"Iе повернуть ,

•t ем дальше от оси

вращения

приложена сила , действующая на неё; гайку легче открутить длинным гаечным ключом, чем коротким; вещю тем леГ'"Iе вытянуть ю колодца, чем дл иннее руч ка ворота.

1on•ocw м JAДAHMI 1.

Назовите основные характеристики рычага .

2. 3.

Что такое плечо силы?

От чего зависит момент силы?

Сформулируйте правило (условие) равновесия рычага.

Что такое момент силы?

IWICHIHIII YtnOIIIЙ "IHOIICIII 'WЧArA

'AIOYA 111 f

•

Цель работы:

•

Пр иборы

на оnытах проверить , при каком соотношении сил и их плечей рычаг находится

в равновес ии.

Провер ить

п равило моме нтов.

ры •tаг н а штативе , набор грузи ков, динамометр,

и матер иал ы :

линейка с мшiЛиметровыми делен иями

Урав н овесьте рычаг ,

Ход работы вращая гайки на его

концах так, чтобы он размест ился горизон

тально (рис.

204)

Подвесьте два грузи ка к левой •шсти· рычага на расстоян и и

см от оси вращения. На опыте

установите, на каком расстоянии справа от ocat L~"';;"[!'~"'"~!!!!!!!!!!!;;!'!..J

вращения нужно подвес~tть 1) один rрузик ; •••••• 2) два грузи ка; 3) тр и грузи ка; 4) четыре грузи ка. Рис. 204 3. Считая, что каждый rрузик весит 1 Н , за пи шите да нные и результаты измерений в таблицу (с. 151 ). 4. Рассч итайте отноше ни е сил и отношение ГUJечей для каждого опыта. Сделайте выводы.

Про верьте правило мом е нтов сил. Сделайте выводы.

5. 6.

Подвес ьте три грузика с пра ва от оси в ращения рычага на расстояюt и

см. С пшюшью шtн амометра определите с ил у, которую н уж н о

15 см

пр~tл ож ~tть н а расстоянии

от оси вращения с пр ава от гр уз и ков ,

чтобы рычаг н аход ился в равновес~tи. Как направлены в этом случае

с ~tлы, де йствующ ие н а рычаг? П о кажите на рtiсунке. Рассчитайте отношен и е з на•t е ни й с~tл и плечей для этого случая ~~ сделайте выводы.

~ «ЭОnОТОЕ ПРАВИnО» МЕХАМИКИ Рассмотренные на~ш rtростые механизмы пр tt м е ня ют п ри выполненшt работы в тех случаях, когда •t уж в о меньшей с илой урав н овес tпь боль ш ую. Тогда перед на~н1 встаёт во прос: Простые .мехаuиЗАIЫ дают выигрыш в силе, а

дают ли Of/U выигрыш в работе? Уравновесим рычаг, прилож и в к н ему две раз ны е п о З l·tачению с и лы

F2.

П ривсдё м

окажется ,

что

ры•t аг в движс юt с. за

одно

то

же

При этом

время

точка

F2 1·1 роходит больш ~t й а точка приложе Нi t Я боль ш е й с илы F1 -

приложения меньшей с tt лы путь

12,

меньш11й пуrь

11.

12 и 11 ~~ d2 tt d 1, убеждаемс я , что

И змер~tв эт и пуги

срав юt в их с пле ч ам и с ~ш

Рис.

отноше ни е п утей равно отношен и ю соответству-

ющих плечей (рис.

205),

теперь в

ры•шга

правиле

т. е.

205

*=f. Види м , что

мож но

за м е н ить отно ш е н и е

пл е ч ей

с ил

11 а

отношеюtе путей точек приложения сил , тогда полу•t им : ~=f. И з свойства пропорuии вытекает:

ifil,~ ~~~ . П о о п ределе нию механической работы: отсюда делаем следующий вывод.

F111 =

А1 , а

F212 =

А 2 , т. е. А 1 = А 2 ,

Рычаг выигрыша в ра боте н е д аёт. Это касается 11 друпtх просты х механизмов.

L Ни один из простых механизмов не даёт выигрыша в работе: во сколько

r раз ВЬIИrрываем В СИЛе, ВО СТОЛЬКО же раз nроигрываем В раССТОЯНИИ . Это правило назвал и ~золотым правилам.-. механик ~• -

10n1'0Cw • uааи•• 1. Дают ли простые механизмы выигрыш в силе? В работе? 2. Объясните, в чём заключается •Золотое правило• механики.

§-.1 КО~ФФИЦИЕИТ ПОдЕ3НОfО ДЕЙСТIМI (КПД) МЕХАНИ3М01 Во время действш1 маш~tн ~~ механизмов всегда кроме необходимой работы при ходитс н

в ы пол ня ть допол н ительную рабо·1у на преодолен~1е трен и я в

подв ~t жных частях , а также на r1ерем ешение эпtх частеlt. Har1p1tмep , r1рименяя подвижный блок, приходится дополн1tтельно ВЫ I"ЮЛ I-tять рабоrу , чтобы поднять сам блок, верёвку и преодолеть силу трения в oc ~t блока. П оэтому nолная работа, вы п олняемая п рююженной сююй, всегда больше полезной работы.

КаКой бы механюм мы не взяли, rюле з ная работа , выполненная с его помощ ь ю , всегда представляет тнuь •шсть пол н ой работы.

L Отношение полезной работы к nолно й (затрачен ной) работе называют

r коэффициентом

nол ез ного дей с твия (КПД) м еханизма .

Оnредел~t м, наnр~t мер, КПД наклонной nлоскости , nримеюt в •золотое правило» меха н ик и (рис. 196). Работа , выпошt яемая во время nодъёма тела вверх по вертикали, определяется прои зведением силы тяжести F1, де йствую щей на тело, ~~ ВЫСОТ Ы накло нн ой ПЛОСКОСПI h: А 1 = F111. Н а ту же в ы соту h мож н о под нять тело , равномерно перемешая его вдоль накло нн ой nлоскоспt миной /, пр~tкладьшая к тел у силу F2• Выполне нная

пр и этом работа определяется по формуле: А 2 f21. Согласно •золотому п рав~tлу• м еха ники , есюt

рассмотренные выше работы равны: А 1 = А 1 , или ~

н ет

трения ,

обе

lr = f'-11.

П ри нали•нш трен и я робота А 1 всеша больше работы А 1 : А 1 >А 1 • А 1 равна полной работе , А 1 полезной работе. КПД обозначают греческой буквой 11 (эта) и выражают в nроцентах (%).Отношение полезной работы к п ол н о й р аботе о п ределяет КПД наклонной плоскости:

Так же рассчиты вают КПД л юбых маш ~t н и механи змо в . ~

[.!/"

IOПI'OCW

1 JAIAIIII

1. Что такое коэффи циент n ол е зного действия меха н изма?

Расскажите , как оnределяют коэффициент nолезного действия м еха н изма.

-·PAIOJA .. 1О •

OПPIIAIEJIEHИE КПА ИАIШОННОЙ ПJ\ОСКОСJИ

Цель pafм:nъl :

убедиться на оп ытах в том, 'IТО полез ная рабсrга , выполн е н н ая с п омощью наклон ноt't ruюскости , меньше пал ной и

оnределить коэфф tщиент rtалез ноrо действия наклонной плоскости.

•

Пр и боры

дос ка , ш тапt в с муфтой и ла п кой , де ревянный брусок,

и мате ри ал ы :

мера портн яжная ( рул етка) и л и л ин ейка с милл и метро вым и деле н иями .

1. 2.

Ход ра боты Уста н отпе доску н аклонно , как nоказано на рису н ке

И змерьте в ы соту

и дли н у

н акло нн о й

206.

плос к ости .

Резул ьтаты

измерен и й занес и те в табл и цу .

... 3. 4. 5.

/,м

h , ..

Д ин ам ометром изме р ьте силу тяжести П о фо рм уле А 1 =

F1h расс чи тайте

F1,

действую щую н а б русок.

n олез н у ю работу.

За це пи в бр усок ди н амометром , рав н оме р но пе р е м е щай те бр усо к вве рх п о н аклонной nл ос кост и. И зме р ьте силу тяги

F2•

Расс ч~пайте работу , котор ую н ужн о вып олнить , чтоб ы под нять брусок на в ысоту

по наклон н ой пло-

с к ост и дл ин о й

фо рм улу А 2 =

/, F11A

и с п ользовав

7. П о фо р муле 17 - ~· 100 % рассч ~t

-х_

тайте К ПД наклон н ой плоскости.

Результаты занес ите в та~иuу.

Воспользовав ши сь

• золот ы м

nравилам • меха н ики , о предел ите,

Рис.

206

_::_)

---

ка кой в ыи гр ы ш в с иле даёт накло нн ая пл ос кость, без учёта трен ия.

И зме н ите выс01)' наклон н оi1 плоскости и мя неё о предел ите полезную и п ол н ую рабату, а также Кnд накло н ной плоскости.

)

Решаем аместе

Рассмотрите ножницы для резания листовою ме

талла и острогубцы для перерезания 1·1 роводов (рис.

207).

Поч ему у них ручки намного длиннее, чем лезвия? Ответ : ручки и лезвия инструме нтов действуют как плечи рычага. Умеренные усил ия руки , пр илож еиные к длинным

ручкам, обеспечивают на

коротких лезвиях

необходимые для резания металла силы.

Ч то покажет динамометр, если рычаг находится в

равновес и и (рис.

208)?

Масса гир и равна

кг. rvklccoй

рычага r1ренебрегаем.

Ответ: гиря массой янии

кг подвешена н а рассто-

Рис.

207

,------"г----.

деле ний от оси вращения. Динамометр

закреплен 1-1а расстоянии 15 делен ий от оси

вращения. Согласно правилу r.юментов сил: М 1 = М2 , и л и F1d 1 = F2d2• Посколь ку динамометр

·~ ~· •

•

а:

действует на пл ечо, которое втрое дл и ннее плеча с подвешенной ги рей , то он покажет значение силы 10 Н , что втрое меньше веса гири 30 Н.

На короткое плечо рычага п одвесили 1·руз

массой

100

=---=='----- - ----' Рис. 208

кг. Чтобы поднять его, к длинному

гшечу приложили силу

250

Н. Груз поднял~! на в ы соту

приложсиня действующей силы опустилась на

8 см,

пр~1 этом точка

см. О п ределите

КПД

рычага.

Да н о:

Решени е

т=\ООкг

Для определения КПД рычага используем

g=9,81*

формулу: 11 =*"·100 %.

F ~250 Н

8 см

Полезная работа: А 11

0,08

111

= 40 см = 0,4 м

= mgh 1• = Fh 2.

Затра•1 енная робота: А 3

Тогда

11 =!!!ft:-·100%.

Пiдставив значения величи н , получим:

., -?

100 кг. 9,81

0,08

250Н 0,4 м

. \00% ~ ?8%.

Ответ: Тl = 78 %. В этом случае также выполняется «золотое 11равило ». Часть полезной работы (22 %) затрачивается н а преодоление трения в ос ~1 рычага, а также на перемещен ~1 е самого рычага.

КПД любого механизма всегда меньше

100 %.

Создавая механизмы,

конструкторы стремятся у величит ь их КПД. Для этого они уменьшают трение в осях механизмов и их массу.

( Уроооо•А )

307.

Выберите ю nриведённых nримеров тела, которые выполняют работу: а) штзнг1н.'Т . держит нuд главой штангу; б) домохозяйка держит в руках сумку; в)девочкаедетнасанкахс горы;

r) ученик сидитзаетолом

и решает

задачу; д) рабочий склаа.ывает детал и в ящик; е) трактор пашет землю.

308.

Ммьчик поднял груз на высоту

см, прилож.ив силу

Н. Какую

работу о н выполнил?

309.

Ящик под действием с ил ы

3 10.

Определите вып ол н енную nри этом работу. Вода весом 45 кН подается с nоt.юшью н асоса на высQту

3 11.

Экскаватор поднимает ковш на высоту

Н переместили на расстояние

5м

за

120

см .

5 мин .

Како ва мощ н ость н асоса?

вместе с грузом равна

2000

2,5

м за

с. Масса ковш а

кг. Определ и те мощность дв игателя .

которую о н разтtваст при подъёме нагруже нного ковша.

312.

Н а сколько увеличится потенциальная э нергия тела массой его п одняли на высоту

313.

1 кг,

если

15 м?

Какой в11 д энерг ии исrюльзуется во время торможения электро п оездов с помощью сжатого воздуха? Какова н акаnл 1t вается?

314.

Потенциаль ная э н ергия зав lt СIП от массы тела и высоты , на которую оно

315.

поднято. Пр11думайте onьrrы, которыми это можно подтвердить. Кинети•1 еская э н ергия зав исит от массы тела и скорости его движения. Придумайте о пы ты , которыми это можн о п одтвердить.

316.

Поч ему сnичку легко разломить 11 осредин е и труднее отломать маленький

31 7.

кусок от неё? Почему, разрезая толстую бумаrу или картон, размещаем их ближе к оси вожниu (см. рис.

318.

Подметая nол ,

201,

а)?

щётку держат двумя руками.

Какая рука больше

работа ет?

319. Карандаш ~tли р}>чка является рычагом. Где размещается точка опоры Пplt ПИСаНИi t ?

320. Объяснитедействие весла как ры ч ага (рис.209). 32 1. С какой целью все nодъём н ые краны оборудуют nроти вовесами'! 322. Почем у лег••е откручивать (закру••и вать) Г'd йки ключом (см. р и с. 20 1, б)? 323. Как найт и серед и ну бруска, не юмеряя егошшны ? 324. Если , пользуясь неподвижным блоком , мы Не имеем выигрыша в силе, то с какой целью его применя ют?

325. 326.

Какую силу нужн.о приложить, •1тобы с помощью неnодвижноrо блока подня ть груз весом 400 Н? Какую CltЛY н ужно nриложJtть, чтобы с n о мощью

подвижного

блока

поднять

груз

328.

весом 720 Н ? Поч ему ле гч е катить бочку на машину по н аклонной доске, а н е nоднимать её? Поч ему дорога в горах имеет много nоворо

329.

тов? Рассмотрите винт для металла (саморез) и

327.

Рис.

209

ви нт для дерева ( шуру п ). В ч ём состоит раз ни ца междУ ними?

,,.......

l)O .

Ве рно ли уrвержление: « Выnолняя работу, тело

(ил и с и стема тел) переходит из одн ого состоян ия э нергии в дру го го »?

В каком случае.вы n олняется 66льшая работа: при

l\ .

п еремеще нии тела на расстоя н11 е 8 м п оддействием с илы 25 Н или при п ереме щени и тела н а рассто

яние "1,

20 м

п оддейств и ем силы

5 Н?

Определите мощ н ость машины , которая п од ни мает молот массой

200

кг на высоту

0,75

120 раз

од н у минуrу.

131

334 '35 .

П арашютист опускается н а парашюте. За счёт какой энерги и движется парашютист? Какие при этом про и сходят изменения энерги и ?

Каким11 с пособами моюю увел 11'1ить ки н ети ч ескую и п отен ци альную эн е ргии тел?

Ош1Наковую л и потенциальную э н ергию будуr 11меть к ирпи чи, поло же нны е на разные грани?

336 J.P

.(Jомом поднимают груз так, <rr0 точка о п ор ы ПJЮХодит как раз посредине лома. Какой выигрыш в CIVJC при этом пооуч им ? Н а р исун ке 210 изебражена установка, предназначенная для лодъёма и

о п ускан и я грузов. Укажите, какой и з блоков п одви жен, а какой

неподвижен. Нарисуйте силы , котор ы едействуют на подвижный блок и груз. Какую силу нужно приложить, чтобы п однять груз? Как изменится ответ

n задач е,

есл и и спользовать н е од и н п одв и жны й блок, а два или

четыре? г---------.-~-~~~~~..,

Ри с.

211

РАБОТА И ЭНЕРГИЯ

338.

В каких слесарных и столярных инструментах используют свойства клина? Запишите названия этих ~тструментов и укажите, какая часть инструмента является клином.

339.

Рассмотрите руль , педаль и nередачу велосипеда (рис.

186). В каком из ,... в скорости?

этих механизмов достигают выигрыш в силе , а в каком

Дайте пояснения.

340. 341.

Машины объединяют в себе целый ряд простых механизмов. Найдите

их в экскЗваторе (рис. 184), который применяется для земляных работ. С давних пор человек для своих нужд использовала водяные мельницы (рис. лесо;

211: /- жёлоб; 2- водяное колесо; 3- сухое колесо; 4- цевковое ко 5- пол; 6 - кожух жерновов; 7- жернова; 8- жёлоб для муки; 9-

устройство для дозирования зерна). Какие простые механизмы использу ются в мельнице? Какие изменения механической энергии происходят при работе мельницы? В чём исnользуется это изменение энергии?

342. 343.

Мапьчик везёт санки вверх, прикладывая силу 600 Н. Длина горы - 60 м, высота- 12 м, вессаноке грузом - 3600 Н. Определите Кпд горы. Высота наклонной плоскости - 1,2 м, а длина- 10,8 м. Чтобы поднять по этой плоскости груз массой 180 кг, нужна сила 250 Н. Определите КПД наклонной плоскости.

lfJ ЖHJIIH

yfliiH"'X

Одним из величайших механиков мира был знаменитый учёный Архимед (около свои

287-212

гг. до н. э.). Ещё учась в Александрии (Егиnет), Архимед nрименял

замечательные

научные

знания

для

конструирования

многих. машин.

В частности, учёный изобрёл бесконечный винт и водоnодъёмную машину,

212). Архимеда - это

названную архимедовым винтом (рис.

Водоnодъёмная машина

цилиндрическая труба дпi!!НОЙ

4-6

м,

открытая с обеих сторон. По оси трубы раэмещён вал с винтовой nоверхностью. Один конец винта расnолагали в том месте, куда должна была nодниматься вода,

второй- оnускали в жидкость. При вращении винта вода nоднималась вдоль трубы и выливалась из верхнего отверстия. Таким образом, действие винта основано фактически

на

nринциnе

nреимущества

перед

осуществлять

nодъём

ветками

воды.

наклонной

nоршневым

Этим

nлоскости.

насосом,

Винт

nоскольку

Архимеда

давал

имеет

возможность

загрязнённой изобретением

Архимеда мы пользуемся и по сей день в

обычных кухонных мясорубках. По возвращении в Грецию знамени

тый учёный жил в родном городе Сирэ кузах на

о.

Сицилия

Средиземном

море. По легенде, Архимед, увлечённый

своими

исследованиями,

однажды

заявил царю Сиракуз Гидрону, что мог

L==-~::==:-:-:-------'

ГлаваЗ

бы nеревернуть Землю, если бы имел точку оnоры. Удивлённый царь nредло жил

Архимеду

nоказать

ему,

как

nомощью малой силы можно nоднимать большие грузы. Архимед согласился и

nриказал вытянуть на берег царскую грузовую триеру,

nосадить на нее весь

экиnаж и загрузить корабль. Разместив шись на

некотором

расстоянии,

Архи

мед, двигая рукой блок, соединённый с системой

механизмов,

стал

тянуть

корабль к себе так тихо и ровно, словно Рис.

тот nлыл по воде. Поражённый увиден-

213

ным, царь Гидрон, предложил Архимеду

сконструировать дпя него военные машины, которые можно было бы использовать дпя обороны Сиракуз. К тому времени Сиракузы nринимали участие во Второй Пунической, или Аннибаловой, войне, где одной воюющей стороной были римляне, а второй

карфагеняне. В эту войну было втянуто много народов Заnадного

Средиземноморья (испанцев, галлов , греков, македонцев). Один из выдающихся nолководцев мира

Ганнибал осуществил трудный военный nоход из Испании

через Альnы в Италию, где ему удалось разгромить три римские армии. В ответ

римляне в

213

г. до н. э. начали осаду гре'1еского города Сиракузы.

Без сомнения, Архимеда можно назвать родоначальником и статики. Он вnервые предложил теорию рычага и, в частности , сформулировал закон рычага:

~ измеренные велиЧины весов находятся в равновесии , если расстояния отточек их nриложения до точки

опоры обратно nроnорциональны этим весам».

Работы

Архимеда дали возможность создать научную теорию учения о рычагах.

Дпя защиты родного города Архимед изобрёл ряд военных машин: катаnульты, выбрасывающие камни разной величины на большое расстояние; «Журавлиные клювы•, которые опускались на канатах и захватывали носы вражеских кораблей,

раскачивая и поднимая их. Элементами всех этих конструкций были блоки, винты, зубчатые колёса, пружины и водяные двигатели. Когда римские войска окружили Сиракузы, 75-летний Архимед возглавил

оборону

родного

города.

Сконструированные

им

механизмы

поражали

воображение современников. Большие nотери , nонесённые римскими войсками от «железных лаn• и метательных машин Архимеда , привели, по словам Плутарха, к

тому, что

.. римляне

стали такие боязливыми, что когда замечали, как над стеной

движется канат или бревно, то кричали:

.. вот,

вот оно!»

и, думая , что Архимед

хочет наnравить на них какую-небудь машину, быстро убегали». Несколько месяцев длилась осада Сиракуз, и только благодаря nредателям, открывшим ворота, римляне в конце концов смогли ворватрея в город ... немало nримеров мерзкой

злости и жадности можно было бы nрипомнить, - nишет Тит Ливий ограблении Сиракуз,

но наиболее значительный из них

в. до н. э.) об

убийство Архимеда.

Среди дикой сумятицы, под воnли и топот озверевших солдат, Архимед спокойно размышлял, рассматривая начерченные на песке фигуры, и какой -то грабитель

заколол его мечом, даже не подозревая, кто это» (рис.

21 3).

Коитро11~tнwе

1onpocw

1. В каких случаях можно сказать, что тело обладает энергией? 2. От каких величин зависит nотенциальная энергия nоднятого над Землёй тела? 3. От каких величин зависит nотенциальная энергия уnруrо-деформщ:юванного тела? 4. От каких величин зависит кинетическая энергия тела? 5. Какие изменения энергии nроисходят nри nадении воды с nлотины? 6 . Для каких физических величин в СИ единицей является 1 джоуль? 7. Что такое машина и механизм? Чем они отличаются между собой? Приведите nримеры использования nростых механизмов на строительной nлощадJСе .

8. 9.

О чём свидетельствует nравило равновесия рычага, или nравило моментов сил? В чём

nроигрывают, nольэуясь рычагом, nодвижным блоком, наклонной

плоскостью, дающими выигрыш в силе?

10. В чём заключается ~ золотое правило " механики? 11 . Почему nри nрименении механизмов дпя nодьёма грузов и nреодоления других соnротивлений nолезная работа не равна nолной (затраченной)?

12. Что такое коэффициент nолезного дейстеия (КПД)? Может ли он быть 66льwим единицы?

Что

1 Jнаео

н уме10

At.ncm.

Я знаю, какие есть единицы физических величин.

Вместо точек вставьте соответствующие значения физических величин:

15Дж = ... Н·м; 145Вт = ... кВт; 1 кВт= ... ~; 120 ~= ... Вт;

12МВт =

...

Вт =

...

~ ; 32МДж =

...

кДж =

... Дж= ...

Вт-с.

Я умею определять механическую работу, которую выполняет тело, и мощностъ механизма.

2. Два

мальчика массой 40 кг каждый nоднялись на вершину горы высотой 50 м.

Один

nоднимался nрямо вверх, а второй

шёл

вверх по сnирали.

Кто из

мальчиков выnолнил б6льшую работу? Рассчитайте её.

Вычислите в вапах мощность сердца сnортсмена во время соревнований, зная, что nри одном сокращении оно выnолняет работу

16 Дж

и за с..дну минуту делает

4. Ветряные

240 сокращений.

электростанции являются экологически

чистыми и дешёвыми. Мощность ветродвигателя, изображённого на рисунке

214, равна 2 500 000 Вт.

Какую работу может выnолнить такой двигатель за одни сутки? Я знаю, какие есть виды энергии.

За счёт какой энергии снаряд

стволе

nушки ,

идут часы ,

движется

nоднимается

ракета,

-....... /

- /t '

•

' ~

•

течёт вода в реке , вращаются крылья ветряной

•

,!,

електростанции? Рис.

214

Я умею оnределАть энергию тела.

б. П ружину жёсткостью

200

~ сжали на

см с помощью тела массой

200 r:

Какую потенциальную энергию сообщили nружине? Какую наибольшую скорость nолучит тело, когда nружина расnрямится? Какой будет кинетичес· кая энергия этого тела? Я знаю , какие есть nросты е механиз мы .

Какие части тел живых организмов можно рассматривать как прск::тые механизмы? Я умею определять , какой выигрыш в силе дают простые механизмы.

8. 9.

Определите выигрыш в силе во время использования ножниц.

Какой вы и грыш в силе можно nолучить с помощью рычага дnиной вращения расnоложена на расстоянии

10.

Какой

выигрыш в

силе

можно

20 см

nолучить

2 м, если ось

от груза? с

nомощью системы

блоков,

состоящей из трёх nодвижных и трёх неnодвижных блоков? Я знаю условие равновесия рычага.

11 . К

коромыслу весов подвесили два цилиндра одинаковой массы: свинцовый

и алюм ини евый. Весы находятся в равновесии. Нарушится ли равновесие, если оба цилиндра оnустить в воду? В керосин? Я умею определять КПД простого механизма.

12. В нагнетательном водяном насосе ручка nоддействием силы 15 Н nервмещается на

расстояние

соnротивлен ие

40 50 Н

см

за

один

ход

пор_шня.

и nоднимается на высоту

1О

Поршень насоса

оказывает

см. Оnределите КПД насоса.

Вармантl

В каких из nеречисленных случаев выnолняется механическая работа? А. Стальной шарик катится по горизонтальному столу.

Б . Кирпич лежит на Земле. В . Кран nоднимает груз. Г. Груз висит на нити.

Воздушный поток поднял ястреба массой

400

г на высоту

м. Какую работу

выnолнила сила, nоднявшая nтицу? д. 280Дж.

Б. 28Дж. в. 2,8Дж. Г. ЗООДж .

Какую мощность развивает человек, который за

весом

120

А.

160

Вт.

Б.

В.

360

Н из колодца глубиной

с поднимает ведро воды

м?

Вт. Вт.

r 120 Вт. 4.

Какую работу мо~ет выnолнить двигатель моnеда мощностью д. 1 80<дж.

600

Вт за

5 мин?

- ·

РАБОТА И ЭНЕРГИЯ

,,, _

Б. ЗОООДж. В.1800Дж.

r 5.

Правильного ответа нет.

Какой массы тело подняли на высоту А.120кr.

10 м

над Землёй, если его nотенциальная

1200 Дж?

энергия равна

Б.1 , 2кг.

В.12кr.

Г.1200кг.

Какую потенциальную энергию сообщили nружине жёсткостью её растянули на д. 10Дж . Б.

1 Дж

100

* , если

10 см? В.

0,1

Дж. Г. 0,5Дж.

7. Автомобиль массой 2 т движется со скоростью 20 -Ё-'· Какова его кинетическая энергия? д. ВО кДж. Б.

800

кДж. В .

кДж Г.

400

кДж.

В . Какую силу нужно nриложить к рычагу дл ин ой массой д.

100

Н . Б.

2 м, чтобы поднять камень

кг, если точка оnоры расnоложена на расстоянии

250

Н. В.

см от камня?

Н . Г. Правильного ответа нет.

2500

9. Какой груз можно nоднять, исnользовав nодвижн ый и неnодвижный блоки и nриложив силу 200 Н? д.

20 кг.

Б.

200

кг. В .

100 кг.

Г.

кг.

10. Какой из nростых механизмов относитс я к наклонной nлоскости? д. Блок . 6 . Клин . В . Рычаг. r Нет таких. 11 . Какую nолезную работу нужно выполнить , чтобы поднять на высоту 2 м по наклонной nлоскости бочку массой 200 ll:г? · д . 200 Дж. Б . 400 Дж. В . 4000 Дж . Г. 40 кДж. 12. Высота наклонной nлоскости равна 1 м, а длина - 10 м. Чтобы поднять по этой nл оскости груз массой 150 кг, нужма сила 250 Н . Оnределите КПД наклонной плоскости.

д.

Б.

56 %.

60 %.

В.

75 %.

Г. Правильного ответа нет. Вариант

В каких из nеречисленных случаев выnолняется механическая работа? д. Стальной шарик , выnущенный из рук , падает на Землю . Б. На столе стоит гиря. В. П о гладкой горизонтальной nоверхности стекла катится металлический шарик .

Человек , стоящий на месте , держит на плечах мешок с сахаром .

2. Рабочий

с помощью подвижного блока nоднял груз на высоту

свободному концу верёвки с илу

160

1м,

приложив к

Н. Какую работу он выполнил?

д. ВО Дж. Б. 160Дж. В. 240Дж. Г.. 320Дж.

Какую мощность развивает трактор, равномерно двигаясь на первой скорости

(v = 3.6 д.

г~~ ), если сила тяги трактора равна 12 кН?

кВт.

Б.

43,2

кВт.

В.

120 кВт.

Г.

1,2

кВт.

Какую работу выполняет человеческое сердце мощностью д . 1 , 6Дж.

Б.

0,0016 Дж .

в. 0,016Дж. Г. Правильного ответа нет.

1 Вт

за

мин?

На

какую

высоту Б.

м.

Пружину жёсткостью

В.

массой

м.

Г.

кг

над

Землёй ,

м.

3000

~ сжали на 5 см. Какова её nотенциальная энергия?

Б. 1/J;ж .

С0,91J;ж.

в. 0 , 05/J;ж.

Трактор массой 10т движется со скоростью 5 -Б- .какова ero кинетическая энергия? А.

тело

600 Дж? 3

300 м.

А. 2/J;ж.

nодняли

потенциальная энергия равна А.

250

кДж .

Б.

кДж .

В.

12,5

кДж .

Г.

Какую силу нужно nриложить к лому длиной

блок массой

250

125 кДж . 1,2

м, чтобы поднять бетонный

кг, если точка опоры расположена на расстоянии

см от

блока? д.

200

Н.

Б.

2500

Н.

В.

1000 Н .

Г. Правильного ответа нет.

Какой груз можно nоднять , исnользо вав nодвижный и два неподвижных блока и nриложи в силу А. 20кг.

100

Н?

6 .10кr.

В. 100кг.

Г.40кr.

10 . Какой из nростых механизмов относится к рычагу? А. Блок .

11 . Какую

Б . Клин .

В . Винт.

полезную работу нужно выполнить , что6ы nоднять на высоту

наклонной плоскости бревно массой А.12001J;ж .

Б.12кДж .

400

В.40001J;ж.

12 . Высота наклонной дороги равна плоскости автомобиль массой

10 м, а 1 000

50 %.

Б.

60 %.

В.

40 %.

м по

Г. 1 20кДж.

длина -

100 м.

Ч тобы поднять по этой

кг, нужно nриложить силу

Оnределите КПД наклонной дороги . А.

кг?

Г. Правильного ответа нет.

2 500

Н.

~============·===~~ ~~ ИЧЕСТВО TEПIIOTЬI. ТЕПIIОВЫЕ МАШИНЫ

• Тепловое состояние тел • Измерение температуры • Внутренняя энергия и способы её изменения

• Виды теплообмена • Количество теплоты • Удельная теплоёмкость вещества

•

Плавление и крис1'аллизация твёрдыхтел

• Удельная

теплота nлавления

• Испарение

и конденсация

жидкостей

Удельная теплота параобразования

• Сгорание топлива • Удельная теплота сгорания топлива

• Теnловые двигатели • Закон сохранения энергии в механических и тепловых процессах

jИ IEПnOIOE ДВИЖЕНИЕ. IЕМПЕРАПРА IEnA. ИЗМЕРЕНИЕ IЕМПЕРАПРЫ И з уроков физ ~t ки о

Молекулы д в иже нии

находятся и

7 в

классе вы знаете, что тела состоят из молекул.

неnрерывном

хаотическом

оза и модействуют между собой.

(беспорядочном)

Каждая отдельная молекула

совершает меха ннч еское движение, подобное тому, что мы изучали ранее.

Дв~trаясь с большой скоростью, она сталкивается с другими молекулами н п р~1 этом изменяет напрамение движен~tя. Из рис.

2 15 видно, что траектория

отдель н ой молекулы - это сложная ломаная лнння , но можно определить п рой.аенный молекулой пугь 11 скорость её движеюtя. Наблюдать такое движен~tе, даже вооружённым глазом , невозможно из -за чрезвычайно малых

размеров движущ и хся части u. Только в специальных ело ж н ых опытах мож н о видеть результат механическогодвижения групп молекул.

И сследован ~1едв иже нн я молекул метода:>.! И механ11ки ещёбольше усложняет ся из-за ч рез выч айно большого количества шзигающихся частиц

u обы чных те

лах. П ракпt •1ески н евозможно щхх:леш1ть за осем и «уч ас:тн икам н » движения: ШtJU1Иарды МИJUI Н ардов мале н ьк ~1 х частиц днижуrси с большш.ш с коростями в раз н ых на п рамен ~1ях, сталкиваются друг сдруrом и со сrснками сосуда, изменя

ют СобствеННЫе СКОрости ДВН ЖСНIIЯ (p~IC.

216).

Таким образом, ВОЗМОЖНОСТ\1

изучения дв11жения мооекул средства?\ш механики очень OIVЗIOI'Jeны.

Как же всi!"-таки .можно исследовать Аtеханические характеристики

движуи~ихся .молекул в телах: Оl(енить скорости .молекул, пути, которые 01ш проходят .между столкновеиья.ми и 11р.? Оказывается, что результатом бес п орядочного механ~tч еского движения молекул является не только п ерсмещение их в п ространстве, но и тепловое

состоя н ие тела, сте п е н ь его н агретост и . Ч ем б ы стрее дв и жуrся молекул ы ,

тем вы ш е темnература тела~~ наоборот : eCJiи повы ш ается температура тела, то и увел и чивается скорость движения молекул. Поэтому хаоти•1еское

движе н ие

огромно го

котt •1ества

молекул

изуч ают

методам ~t

ф из ~tк~t

тепловых явлений , а само такое движение называют те пло в ым .

Т е nловое д в и же н ие -это б есnорядочное движение молекул и атомов, оnредел яющее те мn е р а тур у тела .

В сооюочередь, знан1н1 о строен1111 вещества~~ теnловомдв и же н ии позвол я Ют объясюtть ра:liТ ич ные тешювые явлеюt я. П редrюложим, что в д вух сосудах содержатся

1-азооб р азн ы е

к и слород, а в друго й

молекулы разной

масс м ,

н а прим е р в од н о й

азот. О t 1ыты свидетельствуют, что п р и од ин аково й

темnераrуре сред н и е кинспt ческ tt е э н ергtt и молекул обо их веществ одинаковые, а зна ч ения сред ни хскоростей молскул оказываются ра311и •tн ыми.

Таким

образом ,

прихою1м

выводу,

что те мп е р ату ра тела

фи з ич ес ка я хар акте ри стика те пло в о го состояния состо ит тел о , сте пени

ero

в е щест в а ,

это

и з которого

н а гретости , н о на о предел яется з н а ч е нием средн е й

кин етич ес к о й э н е рпtи х а отич ес кого движе ния частиц вещества.

Н есколько столети й н азад наукой сщё не была п р юн ана теорttя молекуля р но го и атом н ого строения

вещества, поэтому предсrавлен ие о тем п ературе тела

оозн и кло н е в связи сдвиже н ием молекул и атомов в н ё м , а изера вн е ния ощуще ний те пла ишt холода, хотя они нето•tны

ч асто субъективны. Дл я объекти в 1-1 ых

юмерений температуры оо время контактз с исследуемо й средой б ьши созпа ны

с пе циаль н ые пр и боры

терм ометры . Действtt е термометров ос н овывается на

разных физических явлениях, зашtсящих от температуры: теnловом расширен11и

ЖИдкостей , газов, -mёрды:хтел , юменении стемпера'fУIЮЙ э.лектр ическихсоойств

вещества

др. Чаще всего используют жtшкостные термометры, с по~юшью

которых можно измерять темnературу в широких nределах.

Опыты свидетельствуют, что пр~t ко нтакте горячего и холод н ого тел их тем пературы со временем в ыравниваются, т. е. горячее тело остывает, axoлQllНoe

н агревается. Установление темового равн овесия между н ескольки м и телам и означает, что их температуры ста новятся один а ковым и и в дап ьнейшем уже не будуr ра.11tичаться. С молекуляр н ой точки зре н ия это означает, что в состоян 11и тегutового равновесия

оо

всех

конта"'-тируюших телах

кинети ч еская

энергия

беспоря.аочногодвижения частиц вешества ош1накова. Отсюда следует, что при измерении температуры жид

костным термометром нужно соблюдать такие nравила : по~оtестить колбу термометра в ту среду, те.лтературу которой измеряют; подождать определеиное время, пока столбик жидкости в трубке термометра осqшиовится, т. е.

no~~:a ие устаиовится тепловое равновесие .между колбой и средой; невыни.мая термо~оtетр из среды, определить по шкале значение его те.лmературы.

1597

г. Г. Гал илей сконстру~tровал прибор- n рототип

термомеч>а, котор ы й назвал термоскопом. Термоскоп Гали лея (рис.

217) состоял из тонкой стеклянной 11Jубки с неболь

шой колбой на верхнем конuе. Огк:рытый нижнttй конец трубки опускали в сосуд с водой, которая заполняла и \IЗСТЬ

трубки. Когда ооздух в колбе нагревалея или охлаждался. то столб ttк ооды в трубке опускален

11JII1

110дн имался.

Рис.

217

Глава

Поскольку высота столбика за~т села как от температуры, так и от ат

212 192

мосферного давления, то измерять температуру

во

172

70 60 50 40 30 20 10

152 132 112 92 72 52 32 12

- 10 - 20 -30

те рмоскопом

было

- 100

невозможно, тем н е менее он позво

лял сравнивать температуры

70 60 50 40 30 20 10

-10 -20 -30 -40

во

-2В

раз ных

тел В ОДНО И ТО ЖС IJрем я И В ОДНОМ И

том

же

месте.

Уже

тогда

врач

анатом Санктор~tус ю П адуанекого университета,

не зная о термоско11е

Гали лея, сконстру11ровал собственный

подоб ный

применял его для

термометр 11змереюtя темпе

ратуры тела человека.

Первый современный термометр (p ~t c. 218, а) был описан в 1724 г. Габриэлем Фареttrейтом , стеклодувом ю Голла ндии. Современников учёного удивляло, что

показания

разных

спиртовых

термометров, IIЗГОТОВ.ЛеННЫХ Фарен ГеЙТОМ,

согласовьшались

между

собой. Секрет Фаренгейта состоял в Рис.

218

том,

что

делеюtя

этого несколько опорных точек. За О

°F-

он на

тщательно

шкалу,

наносил

используя

для

первуJР фиксирова н ную точку

Фарен t·ейт принял те/\шературу пламения смеси льда, воды и нашатыря (аммоний хлорида N H 4CI). Вторую то ч ку- 32 °F- он получил, погружая термометр в смесь воды и льда. Свою шкалу Фаренгейт проверял, измеряя нормальную темпераrуру тела человека. Новая точка прихощtлась на

96 ° F.

Позд н ее он ввёл ещё ~~ четвёртую опорную точку -точку кипеюtя воды nри нормальных усло вия х. Ей соответствовала метка

212 ° F.

Разные термометры

Фаренгейта можно было сверять друг с другом, сравнивая их nоказан~1я в разных постоянных точках шк алы. Поэтому они проелавились своей точностью. Шкалой Фаренгейта до с~1х пор пользуются в Англии и в США. Во Франш111 в nрактику вош ла шкала Реомюра (рис. 218, б) (около

1740 г.) , п остроенная на точках замерзания воды (О 0 R) и её киnения (80 °R). Г. Реомюр на основании измерений вывел, что вода расширяется между эпt ми двумя то чками на 80 тысячных долей своего объёма (правильное

значение

0,084). Сnиртовые термометры Реомюра со временем были (1740 г.), поскольку коэффиuиент

заменен ы ртугными термометрамы Дел юка расшире ния

ртуrи

меньшей

степе н и

изменялся

температурой

по

сравнению со спиртом.

Современ~ая темпераrурная шКала (р~1с. 218, в) была rtредложена u 1742 г. шведск им физ~tком А. Uельсием (1701-1744), который в сво~tх ртутных термометрах ввёл 100-грап.ус ную wкалу. Ему не нрав11лись отрицательные зна ч ен ия температур, и он счёл нужным

nер еве рнуть старую wкалу и

помест и ть О

С в точку к ~tп е ни я вол ы , а

100

°С - в то\1ку её замерза ни я . Н о

• перевёр н уrая • шкала н е при обрела п о п ул ярности и в скором времени по

предn оже н ию швелекого н атуралиста К. Л ин нея воз вратttлись к обычному разм е щен~tю о п орны х те мператур .

К н ачалу XJX в. термометр становится обычным физ ич еским прибором. Прин ято , что единица температуры 1 °С (один градус Цельсия)- это одна сотая часть иtпервала между температурам и мавления льда и кипения дисrиллирова

нной воды при нормальном атмосфер ном давлении

(101 325

Па) .

• На Земле есть много жарких и xol1()ДI-Iыx мест. В Долине смерти (Калифор· ния , США) зафиксирована жара + 56,7 ОС , но рекорд nринадлежит nустыне Сэхара (Африка) - + 63 ОС в тени . Самыми холодмыми местами в Северном nолушарии являются Якутия и Гренландия , rде темnературадостигает- 700С . Но самое холодное место на нашей планете -это Антарктида. В её mубинных

районах зафиксирована темnература

- 94,5 ОС . На таком морозе металл

становится хруnким, керосин nревращается в густую желеобразную массу и не восnламеняется даже nри контакте с nламенем.

IOniOCWHJAAAHHI 1. Какое движение называют теnловым? 2 . Чем теnловое движение отличается от механического? 3 . Что такое теnловое равновесие? 4. Н азовите авторов разных конструкций термометров . 5. Сформулируйте nравила измерения темnературы среды

IIAION10I'IIIII

HJМI,IHIII ТIМni,AТY'W

111 11

•uиwми п•момmами

•a•ora

термометром?

•

Цель работы : ознаком и ться со строением жилкост н ого и биметалли

•

Приборы

жилкостный термометр, б им сталмt•t еский термометр ,

н материалы:

сосуд с водой.

ч еского термометров, научиться измерять тем п е ратуру среды с п омощь~ этих термометров.

Ходработы

Оз накомьтесь со строени е м жидкостного термом етра. Любой жидкостный термом етр (рис.

219) состо и т из таки х частей:

резервуар , в котором содержатся жидкость (ртугь , спирт) ;

стекля нн ая трубка со шкалой и капиллярной трубкой;

З- шкала термометра;

капилляр~1ая

трубка,

которой

жидкость

расширяется

np~1

n овышени ~1 тем п ературы и сж~1 мается при её снижении;

5- 11редохранительный

резервуар , чтобь.1 термометр не вышел 11з С11JОЯ

при излишнем расширен ~1и жидкости ;

кольцо ~1ли стеклянная головка дю1 rюдвешивания термометра

(имеется только в термометрах определённых типов).

Определите цену делен ~1я шкалы термометра.

Укажите nределы измерения термометра.

Цеи а деления ижалы соответствует

... о с_

TepltiOltleтpo,н можно иЗit•ерить т емпературу от

... до ... о с

Какую температуру показывает термометр? Термометр показывает

... о с_

И зме рьте темп е ратуру воды в сосуде.

Ознакомьтесь с устройством биметалличе

Температура воды в сосуде равна

ского термометра (р 11 с.

... ос_

220).

Б ~1 металлrNеск и й термометр состоит из би металю1ческой спирали , один конец которой прикреплён к корпусу термометра , а второй

к стрелке , указывающей на шкале термометра значения температуры окружающей

среды.

Когда температура среды изменяется, биме таллическая пластинка сгибается или разги бается,

••то п ривощt т стрел ку в дв и жение.

Биметаллические термометры менее точны ,

Рис . 220

'!СМ Ж~lдКОСТНЫе.

Определ и те цену деления шкалы Q ~tм еталюtч еского термометра. Цена деления шкалы равна

... о с_

Каковы пределы измерен~• й бttметаллическоrо термометра?

Какую темп ературу показывает термометр?

Термометром можио измерять температуру от Термометр показывает

... ос_

... до ... о с_

~ BHYТPEHHII ЭНЕРrИI И СПОСО&Ы ЕЁ И3МЕНЕНИI. TEПIIOO&MEH Тает c~rer, плавятся металлы, испаряется вода. нагрева ется )lпtдкость в сосуде - всё этQ тепловые ямен11я. При тепловых явлсн11ях 113меняются темnература и состояние тела: лёд превращается в воду , вода наоборот.

Чтобы

температуры

расплавить

п лавлен ия ,

олово,

потом

нуж н о

плавить,

er·o

сна ч ала

в пар ~1

нагреть

непрерывно сообщая

до ему

э н ергию. А каю1е физические величины хар;жтерюуют тепловое состояние вещества

u дают воЗftrожность обьяснять тепловые явления?

Вам уже известны поняп1я механнческой э ~rерги и , виды механической э нерп1И - rютеншrмьншr и кинетическая. Сжатая или растшr уrшr nруж нн а облаnает r·r отенuиальной эне ргнсй , каждое движушееся тело обладает кинс пrческой энерп1ей. Вы также з н аете, 'ITO потенщtальная и кинетическая енерп tи тела мoryr изменяться, •1то при

~t x изменен~t и

выполняется

меха

юtческая работа.

+Оn ыт . Подним ем 1·1 ластилиновый шар над столом и от п устим его. П од действием с ~tлы тяжеспt шар уnадёт на стол н nриютнет к нему.

ПJХ)Э.налltЗ ~tруем, как изменялась механ~1ческая энергия шара при этом. Шар , поднятый над столом, им ел потенциальную энерt·ию, его кttнети•1еская энергия

равнялась нулю, так как он был неподвюкен (р11с. то

во

врсмн

nаде н ин

его

потенц и аль н ая

221,

а). Когда шар отпустили,

энерпt н

уменьшалась,

так

как

уменьшалась высота WЩJ<1 над столом, а кинетическая энергия увеличивапась, так

как увел11чивалась скоr.юсть дв1tжения шара. П еред каса н ием шара nоверхности стола его потенциальная э нерrnя ОПiОСИТСJJьно него равнялась нулю, а значение

кинетической э нергии

паnения (рис.

221,

значению потенциальной энерпш шара до начала

б). Когда шар упм на стол, то он останошU1ся, т. е. его

кинетическая энергия также стала равной нулю. Значит, механическая эне ргия шара относiiТСJJьно СТОJ1а в этом положении равна нулю.

Куда же •исчезла» .механическая энергия тара?

Можно nредположить, что такое •ис чезновение • механ1t•1еской э нерп111 связано с какими-то друпн.ш, отличными от механ1t ч ескогодвижения, нзмене

юt ями в состоянии тел. Действителыю, если с помощью очень чувствительного термометра юмср11ть температуры шара

после него, то окажется, чrо их темпе-

ратуры

11 поверхности стола до паnен11 я шара 11 ,--------------,

ПОНЫСИМIСЬ. СледователЬ НО ,

произошли

113менения в тегuюоом со

стоянии тел при взаимодействии- уве юtчилась средняя скорость их молекул.

И зменен и е энергин теллово го дви жения молекул тела nроизо uию за счёт изменения

кинети ческой энер гии их

дшtжения вследствие изменения сред

ней скорост11 молскул н изменен~tя по те нuиальной энергии их вза ~tмодейст вня из~задеформаuии шара.

Рис.

221

ii. 170 с::::::=:

Глава

Энергию движения и взаимодействия частиц , из которых состоит тело , называютвнутренней энергией И так, в

npouecce

тела .

удара шара об стол nроюошёл переход механнческой

энергии шара во внутреннюю э н ер t· ию.

Внутренняя э н ер ги я тела за ви сит о.т его темnературы.

Повыш ается

темnература тела- увеличивается его вн утре нняя э н е р гия и н аоборот.

Внутренняя э нергия тела не завис ит ни от мехаН11ЧССКОI'Одвиже ния тела, ни от положения этого тела относительно д р у ги х тел.

Ита к ,

в н утрен няя энер пtSI тела,

в ч астноспt , связана со скоростью

дв иж е н11я его ч аспщ. Она tt з меняется , если изменяется сред ня я скорость ДВ ИЖ СЮI Я ЧЗСПIU, ИЗ КОТОрЫХ СОСТОИТ ТСЛО. А KOKUAI образо,lt АIОЖНО увеличить или уменьшить эту скорость, т.е

. IIЗ..меиить

виутрениюю энергию

тела?

•

Н аб лю дение

В ам, н аверное, приход~tлось накачивать н асосом

велос ~tn ед н у ю шин у или мяч ( p~tc .

этом

н аг ревался.

Ув ел ич е ни е

222,

а,

6),

и вы н аблюдали , что насос при

внутрен н ей

э н е р гии

во здуха

н асоса

проюоwло за с ч ёт выполн ен ия р аботы с илой , сж11мающей воздух.

Есл и вы согнёте и разо гн ёте 1-tесколько раз проволоку и з мягкого металла ( ри с.

223), то обнар ужите,

ч то место с гиба н агрел ось.

Есл и вы удар ите неск олько раз молотком по кускусв~tнца (рис.

224), то он

также н а греется.

Когда у вас на морозе мёрз н уr рук и , то вы ~tx согреваете , попtрая одну об друrую. Во всех случаях внутренняя э н ергия тел увеличивается за с ч ёт выполн е ния работ ы над ними.

L Внутреннюю

r работу . + О пы т.

энергию тела можно увеличить, выполняя над ним

В толсто с те нн ом стеклян но м

сосуде ,

ll ЛOT H O за крытом

п робкой , соде рж~пся водя н ой пар. Ч е р ез сr1 еuиаль н ое отве р ст и е будем н акач~шать в н его воздух. С п устя некоторое время пробка выскоч ~п из сосуда ( рис . 225). В тот момент , когда пробка иыскак ив ает , в сосуде

., .,;

'"tfi!'

·fl}f

l~~~ ~

',~}1

IIJ ~I(qa Рис .

222

возникает туман

жидкость),

(водяной

пар пре в рат и лся

появле н ие кото рого озна ч ает,

ч то

воздух в сосуде стал холоднее. Следо в а тель н о, внутре н няя энергия воздуха в сосуде уме н ь ши

лась. Объясняется это тем, что сжатый воздух, ВЫТЗЛКitВаЯ ПрОбку , ВЫПОЛ НИ Л рабОТу.

Если работу выnолняет само тело, то его внутренняя энергия уменьшается .

Рис.

225

Внутреннюю энергию тела мож н о юме н ить и друп1м с п особом , без выполнения работы.

• Н аблн t:нlo'l Кастрюля с водой, сто ящая н а горя ч ей п лите (р и с. 226); металл и•t еская ложка, по м е щё нн ая в стака н с горя ч ей водо й ; батарея водяною отопле tшя, п о кото рой проход и т гор яч ая вода; камин, в котором горит огонь (р ~1с. 227) ; Земля , которую освешает Солнце (p ~tc. 228),- все они н агреваются. Во всех приоедё нн ых п риме р ах тсмпераrура тел п ов ы шается. Знач и т, их в нутренняя энерг и я увеличивается.

Мож н о наблюдать и охлажден~t е тел, ко гда, на 11 ример, горячую ложку помешают в холодную воду , закипевший чай нtt к сн 11мают с плиты.

приведённых

примерах

п ро и сходило

юменен11е

в н утренней

э н ерги и тел, но механи•t еская работа п р и этом н е вы п ол н ялась. Т акой п ро ц есс изме н ения в н утрен н ей э н ер гии тел н азы в ают теn л оо б м е ном , ил и те nло п е реда•t е Н .

r--· ·--

~~~-.-· ~ -. - :.·У ~·._·, . :-. ~~~ -r~ -·

....

Рис .

- ..... ~(J.,

226

f · · .. t i

. (. 1 ;

Рис .

227

Рис.

228

!!i172 jiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii~~========J~~·~..~· Тепло о б м е н -это процесс передачи внутренней энергии от на гретого тела к холодному без выnолнения ими или над ними

механической работы . Каким образом происходит menлoofiмeu при коитакте хаrодиой ложк11 с горяцей

водой? Вначале средняя скорость 11 кю!ети•Jсская :Jнергия молскул горячей воды превышают среднюю скорость

которого

Но

изготомена ложка.

кинетическую э н срГ!I Ю атомов

в местах

касания ложки с

метаnла,

водой

II З

при

столкновениях быстрые молекулы воды передают •.асть своей кинет11 ческой энергии атомам металла, 11 шн1 начинают двигаться быстрее. Кltнети••еская

np11

энергия молекул воды

металла возрастает.

этом уменьшается, а Кltнетическая энергия атомов

Вместе с э нерпtей

изменяется

11 температура:

вода

постепенно охлаждается. а ложка- нагревается. Этот процесс будет lUlиться до

11 ложки

тех пор , пока температуры !Юды

не стануг одинаковыми.

Внутреннюю энергию тела можно изменить путём выполнения

работы или теплообмена. IOП,OCW И ЭАДАНИI

1. Какие виды механической энергии вы знаете? 2. Какую энергию называют внуrренней энергией тела? 3. От чего зависит внутренняя энергия тела? 4. Как можно изменить внутреннюю энергию тела? 5. Что такое теплообмен? б. Приведите

nримеры

изменения

внутренней

энергии

тела

nутём

выnолнения работы и nутём теnлообмена.

в ВИДЫ ТЕПIIОО&МЕИА Теплообме•·• может осуществляться разным~• способам ~•-

•

Наблюдение

металла

1 . Ecm1 прикоснуться к 11 дерева, то металличесю1е предметы

предм етам, изготовле нны м из кажутся холоднее деревянных,

хотя их температура одинакова, например комнатная. Мы в этом случае ощущаем прохлап.у , так как металлические предм еты лучше проводят тепло

и быстрее отбирают его от руки , т. е. у них высокая теплоnроводность.

Наблюдение 2 . Рм~шторы водяного ото пления размещают подокном у пола. От них внизу холодн ы й воздух н агревается ~~ поднимается вверх. Держа руку нап. зажжё нной свечкой, 13Ы ошуппе, как от её пламен~• вверх

•

п однимаются тёnлые потоки воздуха. в~ш11 м, чтотеплообмен может происходить за счёт r1еренесения масс газа или ж~шкосп1. Такой процесс передачи тепла н азывают конвекцией (от лапtнского конвекцио- перенесен11е).

•

Наблюдение

Жюнь на Земле может существовать потому, ••то

планета имеет пр и годную lUlЯ этого темnературу за счёт теnла, nолучаемого

со светом от Солнuа. Земля и Солнце расnоло:.;:ены на больwо~• расстоянии (150 мл н к ~IЛ омстров), в nространстве между ниш1 нет воздуха. В этом случае п ерсдача тепла npottcxoдtп за счёт ещё одного вида те п лообме н а

излучения .

+ Опыт 1. К медному стержню пара

финам или воском приклеим несколь ко спичек (рис. 229). Один конец стерж н я будем нагревать в nламе1-tи сnиртовки в ремя

или газовой горелки.

нагревания

парафин

плавиться, и спички будуr отпадать от

стержнн. С н ачала отпадут те с nички , которые раЗмещены ближе к пламени,

r-r -rr

Во

н ач н ёт

<=>

а п отом поочерёдно - остал 1.н ы с.

Рис.

229

Передачу тепла от более нагретой части тела к менее нагретой вследствие теплового движения частиц тела называют т е п л оп р о

водностью .

При

этом происходит

передача

энергии, а переноса вещества нет.

+ Опыт 2 .

В сосуд, в котором нагревается вода, поста

вим алюм ини евый, деревяt1ный, пластмассовый н стек

лян ный стерж ни (рис.

230).

П оложим сверху на юt х пара

финовые шарики. Сначала расплавится шарик н а алю миниевом

стержне,

деревянном

п отом

пластмассовом

на

стекля нно м.

стерж н ях

парафин

На не

расплавится.

Различные вещества имеют разную теплоnро водность.

П ри КОi\нштной тем п ературе различных тел разная (табл. 6).

теплопровод н ость

Рис.

230

Таблица Теnлоnроводность некоторь•х веществ Название

Относительная

вещества

теnлоnроводность

Медь Алюминий Л атvнь Железо Н ержавеюща~ сталь Известн~к

Стекло Кирпич сплошной Кирnич пустотелый

330 270 105 60 15 1,5 1,0 "0,6 0,5

no сравнению с теnлоnроводностью cтetu"la Название

Относительная

вещества

теплопроводность

Вода Гипс Бетон

Дерево Пенабетон Пенаnолистирол

Пробка Стекловата Сухой воздух

0,5 0,4 0,23

0,2

0,1

0,043 0,036 0,036 0,035 0,022

Хорошими п роводника11.ш тепла являются металлы, особенно серебро, золото, медь. П лохими проводн ика f\.ш тепла является вода , кирпич , бетон, лёд. На nример, теплопроводность бетона в 210 раз ниже те плопроводности мюминшt. Пробка , пенопласт, возлух имеют О'tень низкую теплопровод ность. Так11е вешества наз ываюттеплонзоляторами.

Шерсть,

nyx

содержат воздух , 11 поэтому tt меют

нюк ую теnлопроводность. Они за щ11щают тело ж tt вотных от охлаждения или neperpeвa.

Для достаточной те п лоизоляции здания его стены

из бетона

имеют толшину

см. Дл~t

oбecne •t e нttя такой же теллоюоляциtt стены

алюм ини я имели бы толщ tt ну л робки- 1,2 см.

+ Оnыт З .

м, а стены ю

Если нагревать Воду в верхней часпt

Пробирки (р н с.

231 ),

то о н а в это м месте закипит ,

а в ни зу даже могут остават ься кусо чки льда. Это свидетельствует

том,

что

вода

Рис.

п лохой

проводник тепла. Если же нагревать сосуд с водой СН11Зу , ТО ВСЯ ВОда llporpeeтcя 11 ЗЗК IIПИТ (p tt C. 232),

. . - -- --

231

---,

так как будет происходить персмеще ни е верхюtх холодных и нижних н агретых слоёв воды. Такое персмещение ж tщкости называют конве кцией

К о н в е к ц и я - процесс nереноса энергии

Г струями жидкости или газа .

+Оп ыт 4 . Зажжём свечу, разместим нал пламенем вырезан ную ю бумаги •змейку• (рис.

233).

Воздух

возле пламени свеч ~t будет нагреваться и расши

ряться. П лот н остьрас ширивш егося воздуха ме н ьше ПЛОТНОСТ И ХОЛОДНОГО, llОЭТОМу СЛОЙ тёПЛОГО ВОздуха

поднимается

вверх.

Е1·о

место сразу за н ~t мает

соседюt й слой холодного воздуха , он нагревается ~~

Рис .

в свою очередь начинает дв ~t гатся вверх и т. д.

Рис .

233

Рис .

234

232

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ. ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ

Поддействнем струй нагретого воздуха бумажная «ЗМейка» вращается. Явл ен и ем

конвекции

объяснить

можно

воз н икновение

ве

тров в при роде.

•

Наблюдени е

Когда

над

НИЗК И Й , а

ней

Зажжём свечу.

разместим сначала

П ОТОМ -

стекля н ный

более ВЫСОКИЙ

щшиндр, открытый с

обеих сторон (рис.

234),

то заметим,

что пламя свечки будет удлиняться. Такой

цилиндр

это

маленькая

дымовая труба, создающая воздушную тягу. Чем выше труба , тем лучше тяга. В современных домах уста н аllllивают водяное отопление. котле (рис.

235) ,

Вода , нагретая в

поднимается по тру

бам вверх н отдаёт тепло радиаторам

отоплен и я. Вследствие конвекции на11Jевается

возлух в помещении , при

этом охлаждаются радиаторы

' - - - - - - - -"-='---'===--____j Рис.

235

и вода в

них. Охлаждённая вола опускается вниз к котлу , где снова н агревается. Ч тоб ы вся

вода,

имеющаяси в системе водя н ого отоrше н ия, н агревалась, котлы ил и

дру1·ие нагревательные установк и размешают в доме как можно н иже.

• Н аблюдениеS . Сидя ооз.лс костра, мы ошушаем от него тепло. Следовательн о, происходит тегuюnередача, н о не вследствие тегuюпрооодн ости, так как во.:щух

между пламенеr-.1 костра и нами -это теплоиЗQЛятор. Конвекиией в этом случае теплообмен тоже объяснить нельзя , так как мы наход и мся не нап. костром, а

рядом с ним , и п отоки холодного возцуха идуr к костру с н а ш ей стороны. Здесь имеем дело ешё с одним вtшом теJmопередачи, который называют излучением, о

нём мы уже упоминали, когда обсуждали нагреван 11 е Земли светом от Солн ца сквозь безвоздушное nространство). Отсюда

вытекает,

передачи

что

1юмошью

для

тепло

излу•1ения

не

нуж н о никакой промежуточной среды между телом и нагревателем.

+Оn ыт

Возьмём теплоприёмник

круглую

коробочку ,

которой

зеркаль н а~ ,

одна а

сторона

236),

вторая

покрыта чёрной краской (рис.

соедин и м ею с помощью резиновой

трубки с манометром . некотором

Разместим на

расстоя н ии

от

те плопри

ём н ика вклю•1 ённую электро плитку.

Вскоре

манометр

покажет ,

•по М::::ilс::::r.&.:==='--""""-

давление воздуха в коробочке тепло-

Рис.

236

пр и ё!'>Нtи ка увеличился за счёт его нагревания от стенки

коробочки ,

температура

которой

повысилась

вследствие

теплообмена

электро

пл и т ко й . Люд 11 и все окружающие тела nри любой температуре являются источ ни ками теплового излучения , которое по своей природе и свойствам

подоб н о свету и радиоволнам. Чем выше температура тела , тем интенсивнее тепловое излуч ение от него. Мы не видим его , но воспринимаем кожей как жар , идущий от источника. В нашем опыте раскалё н ная электроплитка и была мощн ы м источником тепловых лучей, воспринимаемых теплоrt риём ником.

И э луч е н и е

это вид теплопередачи, который может происхо

дить без промежуточной среды между телами и обусловлен испус канием и nоглощением ими теплового излучения.

Все тела не тол ько ltСпускают, но и по глощают тепловые лучи. Чтобы исследовать, как влияютсвойства тела н а его с п особность по t·лошать тепловое ~1злучен и е , п овтор и м наш опыт дважды: сначала повернём теплопрнёмник к электро плитке блестя щей поверхностью , а потом - тёмной.

Опыты, подобны е нашим. показми , что тела с тёмной поверхностью лучше излучают

поглошают теnловые

лучи.

Тела ,

со

сuетлой

блестяшей

поверхностью, и злучают и поглощают энергию хуже чем стём н ой. Теперь мож н о ответи1ъ на вопрос, ШIЯ чегоодни предметы красяттём ~tы ми краскам и , а другие

делают блестящими. Н апример, ч айни к с блестяшей поверх н остью дольше сохраняет воду тёплой, так как такая поверхность меньше и зл учает тепла , чем тёмная. Вагоны-холодильники красят в светлый цвет, чтобы они не нагревзлись н а сол н uе. Летом мы чаще носим светлую одежду, а зимой- тёмную.

~'IO!m ~~i::"""== •

Средняя темnература тела человека

36,6

ОС поддерживается организ

мом в разнообразных условиях жизни и деятельности . В тканях и органах его тела н еnрерывно происходят процессы окисления, которые сопровож

даютс я выделением тепла. Б6льшая часть энергии, nолучаемой в резуль тате усвоения пищи, затрачивается на механическую работу, выполнение которой также сопровождается выделением тепла е организме . Всё это тепло рассеивается телом человека в окружающую среду.

•

Самочувствие человека в значительной мере зависит от количества

тепла,

которое

т еряет

организм.

зависимости

от

назначения

nомещения, вида выполняемой работы и влажности воздуха нормальной дл я человека может быть темnература ок ружающей среды от

до

23 °С.

Низкие температуры ускоряют процессы выделения теnлоты в организме. nовышение

температуры

вызывает

усиление

nотовыделения ,

которое

является средством регулирования темnературы организма. Однако организм человека способен поддерживать собственную темnературу постоянной только при изменении температуры окружающей среды в

небольших пределах. Например, для человека, находящегося в состоянии покоя,

во влажном воздухе температура тела начинает nовышаться при

темnературе воздуха выше

•

30 ОС,

а в сухом -выше

40 °С.

Особенно чувствителен организм человека к интенсивности излучения.

Отрицательно влияет на него излучение горяч их предметов. Большое влияние на самочувствие человека оказывет температура поверхностей

помещений, с которыми тело человека обменивается те плом вследствие излучения. Изменение темnературы стен от увеличением излучения тела человека на

20 до 10 °С

соnровождается

30 %.

aon•ocw и uаани• 1. Что такое теплопроводность?

2. 3.

Что такое конвекция?

Назовите , какие явления nрироды объясняются конве кцией.

Какую роль играет излучение в ж изни челове к а?

Что такое излучение?

( JАДАЧИ И УП,АJКНIНИI )

)

Реwаем •месте В каком состоян и и внугре н няя

энергия

кг воды больше: в твёрдом,

жидком и л и газообразном?

Ответ: воды

внугренняя энергия га зооб разном

кг

состояни11

больше, чем в жидком, а в твёрдом

меньше , ч ем в жидком состоянии.

К ак объяснить, что nожарный в

сnеuиаль н ой одежде спокой н о стоит

в огне и не ошушает его (рис. 237)? Ответ: ткань спеuодежды изготовлена из материалов, обладающих очень

нюкой

Рис. 237

те11 лопроводностью.

Кроме того, спеuодежда имеет се ребристый uвет и отражаетте п лов ы е лучи. 3. Объясюпе, почему пти u ы с бол ь ш11 ми крыльям и (орлы, коршуны ) могут держаться на одной высоте, н е делая взмахов крыл ьями.

,,..... , )

Ответ: за счёт восходнщ и х потоко в воздуха, т. е. ко н ве к uи и .

(

344.

Холодная и rорячая вода состо ит из одинаковых молекул. Од ин акова ли в н угренняя э нергия холодной~~ горя ч ей воды одинаковой масс ы ? П очему?

345.

Изменилась ли внугренняя энергия чайной ч а ш ки, если её 1 1ереставили со стола на nолку серванта?

346.

При обработке матер11алов инструменты станков (резuы, свёрла , фрезы) сильно нагреваются. П очему?

347.

Почеr-.1у ,

выпол н яя

упражнении

на

ка н ате ,

не

следует

быстро

опускатьси, обхватив его руками?

348.

Объясните такие факты: а) мука. которая с ы пется из-под камня в мельниuе, горячая ; б) шариковые подшипники маш и н н а гр еваются во

врем» р<tботы меньше. чем подшипник и скольжения.

Рис.

349.

238

При осмотре космического корабля после его возвращения н а Землю оказалось,

•по более всею оnлавилась и

обгорела поверхность той

стороны. которой корабль вошёл в земную атмосферу. Дайте пояснение.

350.

Пo•te ,,ty, когда варит варенье, то стараются пользоваться деревянной

351 . 352.

С какой нельюмежду дымовойтрубой ~tдосками потолка кладуrслойасбеста?

353. 354.

В котором из сосудов быстрее нагреется вода (рис. 238, а, б)? С какой целью в окна всташtяют двойное или тройноестекло (рис. 239)? Почему в холощшьных камерах мясокомбинатов или молокозаводов

·южкой, а не мепtллической?

Кирп~tч кажется на ошупьте t-.лее мрамора при одинаковой темпераrуре. Какой материал имеет лучшие теrt лоизоляшюнные свойства?

355.

трубы с охл адительной жидкостью размещают вверху под п отолком?

356. 357.

Почему в погребе прохлад н о даже в жару? С какой UСЛ I>Ю в 1;тенах помещений делают вертикальные трубы ко. юдLщ , сосдинённые отверстиями с комнатами? Где размещаются эти оtверстия?

358.

Почему

холодильные

установки ,

вагоны-холодильники

красят

светлый цвет?

360.

В каком платье летом менее жарко: в белом 11, 111 т ё мнтt? Обънсните , rючer..ty. Почему испортилен медtщинский термо

361 .

ЛетО\1

359.

метр, оставленный по недосмотру на подо

коникс в солнеч н ый день? тсt1ла,

во здух в дщt а нагреваете~! за счёт которое

поступает

сквозь

стены ,

открытые окна и стекло, которое 11ропускает

солнечные лучи. О каких видах теплообмена речь ндёт в каждом случае?

(Ур~ 162.

Почему плохо разведённая пила нагревается больше, чем с нормальным разводом зубов?

J63 .

После разрезания слесарной ножовкой ме таллической детали наблюдается нагреван11е

детали и полотна ножовки. Вследствие чего произошли такне нзменення'!

'--------,=-'---:-:-:--_J

· - . , 179

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ. ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ

364. Выnолните такой опыт: возьмите мягкую желез н ую или медную nроволоку д и аметром 3-4 мм, перегюпе её н есколько раз в одном и том же месте и коснитесь этого места рукой. Что ощуrите? По•tему произошло это изменение с проволокой? 110 t-tcмy молот

365. Кусок свюща можно нагреть разными способами: ударяя

ком, внеся его в пламя горелки ил и п оrрузиu в юрячую воду. Можно ли

уrвержшть, что во всех этих случаях кусок свинuа rюлучил определённое количество теruюты; что увелич илась его в н уrренняя э н ергия?

366. Спичка вспых~tвает, если её потереть о коробку. Она также вспыхивает, если её внести в пламя свечи. В чём сходство и ра3.11ичие в прич~tнах, выз ы вающ и х вспышку сп и чки в этих случ аях?

367. Почему rюкрышк~t автомобильн ы х колес из1·отовляют из резины, которая t-te размягчается и t-te теряет п рочности даже при темnераrурах 100 °С и выше? 368. Как можно согреть замёрзш~t е руки , не используя нагретых nредметов 11ли тёплых перчаток?

369. Воду искоторой массы в одном случае нагрел и на 35 °С, а во втором охлад и ли на 10 °С. Увеличилась или уме н ьш и лась в н утренняя энер t· ия вод ы в каждом слу•tае?

370. Выполните такой опыт: оrt устите алюминиевую и железную ложки в горячую воду. Какая из ttИX быстрее нагреется? Какая из них имеет лучш у ю теплоrtроводность?

37 1.

Почему куски железа и дерева на морозе кажуrся неод и наково холод ными , а летом в знойн ы й день бетонный столб изгороди и железная ограда-неодинаково н агрет ы ми?

372. По•t ему плотная маж:ная п очва и меет з н а ч и тельно большую теnлопроводность, чем сухая

и разрыхлённая ? Что нужно сделать , чтобы ускорить проt"}Jевание почвы на б6льшую глубину? С какой uелью укатывают ГJ)унт?

373.

П очему радиаторы водяною отоплен и я в ком нате устанамиuают внизу и обязател ьно возле

окна? Что было бы, если бы эти радиаторы раз местили возле противополож н ой к окну стены?

374

Когда самопроизвольное смешивание холод ной И горя•tей ВОДЫ будет ПJ>ОIIСХОШtТЬбЫСЧЮС: если в горячую ооду наливать холодную, ~1ю1 в

холод н ую нал~tвать меШtен н о !"Оря чую в той же

п ропорu и и? Оrвет обън сюtте, п роверьте 1-1 а о п ыте , используst nри этом термометр.

375.

В какой дымовой трубе лучш е образуется тяга: кирпичной ИЛII металлической, если они ltМе

ютодllнаковые внутренний диа метр и высоту?

376. Для чего в керосиновых ламвах используют высокое стекло (рис. 240)? 377 . П ассаж~tры самолёта, пролетающего над проливом , ощушают небольшее встрях~tUа-

Рис.

240

Рис.

378.

рис.

379. 380.

241

нне ("'болтанку•) в те моменты , когда самолёт находится над бере1·амн пролнва, а над водой 011 летит ровно. Дайте IЮЯСitение. Н а pttc. 241. а в н~tжн ем сосуде находится вода, а в верхнем - лёд. Н а

241,

б- наоборот . В каком сосуде (слева

111111

c l-lpaвa) быстрее

осты н ет ж1шкость? Стмевар, наблюдая ск во з1, тёмные очк11 за процессом сталевареншt, часто до п ол н 11tсл ьно r1 ри кры ва ст л tt iiO рукой. За•1ем он это делает? В ОДНОМ ИЗ дВуХ ОД IНЕ<I КО ВЫ Х ЖIIДКОСТН ЫХ ТерМОМеТрОВ резервуар зачернили, а после этого оба термометра помеспtли в холошtльн 11к.

38 1.

Како й термометр быстрее 1юкажет снижен~tе температуры и почему? Земная атмосфера вследствие своей прозрачtюспt очень слабо поглощает солнечные лу· Е~t и п оэтому не нагревается. П очему же летом б ы вает жарко даже в те ни ?

382.

И зме нится Л ll высота rюлёта возду шного шара. есл н он в летний день окажется в те ни от тучи?

§ 45) КОЯМЧЕСIВО ТЕПЯОТЫ. УДЕЯЬНU ТЕПЯОЁМКОСIЬ

'} 1

ВЕЩЕСТВА Для количественно i"О описания свойств теплообмена ,-, рнменяют спецtt аJiыtы еф и з llческие величнвы, од ной н з которыхявляется ко;ш••ествотеnлоты . Количество теплоты показывает, какая кинетическая энергия хаоти ческого (беспорядочного) движения молекул передалась от одного

}

тела к другому nри теплообмене, в результате которого изменилась внутренн яя энерrмя обоих тел, находящихся в тепловом контакте.

От каких условиИ теплообмена зависит количество mе11лоты? Всем вам, наверное. nр~tходилось нагревать nоду,

вы хорошо знаете, 'IТ01111Я

нш-ревання •шйника, за п олне нн ого до краёв водой, ну-...кно большее количество

теruюты. чем для того же чаiiннка, наполненн ого щщо;ювнну. Отсюда следует, что • 1 ем больше масса тела, тем большее количество теплоты нужно затратить, чтобы изменить его тем п ературу

l·ta то же количество градусо в .

Рис.

+Опыт

242

На одинаковые нагреватели IЮСТ<Шим одинаковые сосуды , в один

из которых шuшто 200 г водь1 (рис. 242, а) , а во второй - 400 г (р и с. 242 , б). И змерим на•1аnьную температуру воды - она одинакова в обоих сосудах. Нагрева~• воду до определённой температуры , увищ1 м, что сосуд с водой массой

400

г нужно нмревать 1швое доль ш е , ч ем сосуд с оодой массой

200

г, т. е. ей

нужно сообшить вдвое большее количество теплоты. Количество теnлоты, которое необход и мо д;н1 нагреван1tя тела , зависит от массы этого тела. Чем больше масса тела, тем большее количество теплоты нужно

сообщить ему, чтобы нагреть до определённой температуры. В то же время , остываюшее тело передаёт окружаюшей среде тем большее количества теплоты, чем больше его масса. Н аnример, если остав~пьостывать сосуды из предыдущего опыта , то сосуд , в котором масса воды равна

400

г,

п ониз~псвоютемперспуру до комнатной за большее время, чем тот , в котором

200 г

водь1, и отдаст пр~1 этом вдвое большее коюtчество теплоты.

Оnыт 2 . Поставим теrt ерь сосуд с водой комнатной темпе ратуры на на1-реватель 11 ню·реем воду , например, на 10 °С. Проце сс нагревания продол жается

некоторое времн ,

ком1чеспю теплоты. на

1О

за которое телу будет п ередано о пределённое

Есл и

мь1

решим

поднять температуру воды

ещё

С, то nроцесс нагревания нужно будет продолжить, и он будет дл итьс я

такое же вр емя, которое потребовалось в первой ч асти опыта. П онятно, что при этом воде будет п е редано дополюпельно такое же количество теплот ы ,

что и ранее. Следователь н о, чем боль ш е разность кон ечно й и начмьной темnератур

тела

при

нагреван~1и,

тем

большее

количество

теплоты

н еобходимо для этого.

Чем больше разность конечной и начальной температур тела, тем боль шее количество теплоты ему будет сообщено при нагревании.

+ Оnыт З. воды (рис.

Возьмём два одинаковых сосуда, первый из них содержит

243 , а) ,

а второй -

400 г

масла (рис.

243 , б)

400

комнатной температуры

и поставнм их на одинаковые нагреватели. Обе жидкости имеют равные массь1, будем нагревать ~1хдо одинаковой температуры, например до 40 °С. Н аблюдая за

показан11ями термометров,

погружённых в каждую из

жидкостей , увидим , что масло приобретёт заданную температуру первым. Чтобы температура воды сравнялась с темnературой масла, нагреван11С воды

нужно продолжить и сообщить ей дополнительное количество теплоты.

М асло

400 r

Количество теnлоты, необходимое для нагревания тела до определён ной температуры, sависит от того, из какого вещества состоит тело .

+ опыт 4. Н агреем желез н ое 11 алюмиюtевое тела ощ1накооой массы до опреде лён н ой температур ы , н а при мер до

°С (рис.

244).

П огрузим каждое ю тел в

отдельныесосуды с равным кWJичсеmом воды комнапюй температуры в каждой. Через оr1 ределё нное время уrншим , что вода, в которую п оместил н алюм ини евое тело, н агрелась больше, чем вода, в которую пWJожил и железное тело. Тела

из

разных

веществ

одинаковой

массы

температуры,

остывая , выделяют разное количество теплоты .

Количествотеnnоты- этотеnловая энерrия, которую получает или теря

ет тело при теnлообмене.

Otto зависит от вещества , кз которого состоит

тело, массы этоготела и разности ero конечной и начальной температур.

Колич ество теплоты обоз н ачают большой латинской буквой

Еди н ицей кWJичества теплоты, как и энерги и , ямяется оди н джоуль Используют килоджоуль

также

( 1 кДж) и

кратные

еш1ниuы

один мегаджоуль

количества

теплоты:

Дж). один

( 1 Мдж).

1 кДж = 1000 Дж ; 1 МДж

= 1 000 000 Дж .

Чтобы п овыс11ть температуру воды массой 1 кг на 1 °С, нужно сооб щить ей коли•1ествотеплоты, рав н ое4200Дж;если нагревать 1 кт золота на 1°С , то п она добится лишь 130 Дж. Следовательно, для н агреван~1я кажаого вещества массой 1 кг на 1°С требуется определённое кWiи ч ествотеплоты. При охлаждении на 1°С этих веществ массой

1 кг будуr вьшеляться такие же

количества теплоты.

Физическую величину, показывающую, какое количество теплоты необходимо для изменения температуры вещества массой

°С, называютудельной теплоём к _остью

Рис.

244

кг на

вещества.

Удельную теплоёмкость вещества обоз н ачают малой латинской буквой с.

Емtни u ей удельной теплоёмкости

ве•нества

явлs•етсs• одн11 джоуль.

поделённый на один килограмм lt оди 11 градус Цельсия В таблице

к~с>·

приведсны значения удельной теплоё1.tкосп1 для многих

веществ, используемых в промышленност и и быту. Таблица

Уде.nьная теn.nоёмкость веществ

с,~с

Вещество

Вода Сnирт

Эфир Керосин Лёд Воздух Алюминий

В ещество

4 200

Сталь

2 500 2350 2 100 2 100 1000 920

Железо

460 380 380

Медь Латунь

- зво- -

Цинк

Серебро

880

Олоео

Кирnич

880 840 540

Свинец

Чугун

500 460

Никель

Песок

Стекло

с ,5с

250 250

Ртуть

140 130

Золото

130

Что озиачает выражеиие «уде.ttыlая теплоемкость серl..>бра равна 250 к.~~С"'? Это выраже ни е оз н ачает, что LUIЯ нагревания 1 кг серебра на 1 °С н ужно затратить количество те п лоты, равное 250 Дж, или nри охлаждении 1 кг серебра на 1 °С вьшелнется количество теплоты, рав н ое 250 Дж. Анализируя табл.

в~1дим, что вода имеет очень большую удельную

теплоёмкость. Поэтому вода в морях ~1 океа н ах, нагреваясьлстом , поглошает большое количество теплоты , и в местах вблизи больш и х водоёмов летом не

бываеттак жарко, как в местах , отдалённых от воды. Зимой вода охлаждается и отдаёт значительное количество теплоты , поэтому зима в эп1х местах не такая суровая .

Благодаря большой удельно й тс п лоёмкости воду широко

используют в системах водяного отопления, LUIЯ охлаждения дви гателей. Ранее ·из результатов о п ытов был сделан

вывод, что LUIЯ

нагревания

любого тела нужно затратить оnределённое количество теплоты , зависящее от рода вешества, из которого оно изготовлено. и пропорциональное массе

тела и разности его конечной и на•1альной темnератур.

А как вычислшпь количество теплоты, если задаиы определёtтые зиачеиия всех этих величии? Н апр и мер, нужно рассчитать , ка кое коли• 1 ество теплоты полу•нtшt при

нагревании медна~1 деталь массой по

520

°С. В табл.

5 кг. есш1 её температура увеличилась с 20

нахоn.им з нач ение удельной теплоёмкости меди: она

равна 380 к~С' Это означает. •по для нагреван11я меди массой 1 кг на 1 °С необход и мо

380 Дж. А лля

5 к г н а 1 °С нужно в 5 раз 5 = 1900 Дж. Для н агрева ни я мед и

н агревания мед и массой

бол ьш ее к ол ~tч естrю теплоты, т. е. 380Дж

массой 5 к г на 500 °С нужно ешёе в 500 раз болыuее количество теплоты. т. е. 1900 Дж · 500 ~ 950 000 Дж~ 950 кДж. Чтобы вычислить к оличество теnлоты, необходимо~ для нагревания тела, или количество теплоты ,

которое выделяет тело nри охлаж

дении, нужно удельную теnлоёмкость вещества умножить на массу тела и на разность конечной и н ачальной темnератур тел а.

Мате м атически это прав~tЛо заnисывают в виде такой формулы:

[ Q ~ cm (12 -11)j, где

Q-

тела;

r1 -

коли ч ество теплот ы ; с- удельная теплоёмкость вещества; т- масса н ачмьная тем п е рату ра тела;

r2 -

коне ч ная температура тела.

Чтобы оnределить массу тела , которое нагрева ется или охл аждается , нужно количество теnлоты разделить на удельную те плоё мкость вещества и на разность конечной и начальной температур тела :

[m=Q1 с

(t, - t,) .

Чтобы определить удельную теплоёмкость вещества , из которого изготовлено тело, нужно количество теnлоты раздел ить на массу

тела и на разность его конечной и начальной температур :

Чтобы определить, на сколько градусов изменилась те мnература тела, нужно количество теплоты разделить на удельную теnлоём кость вещества и на массу тела:

~J!UIIImciN!J~=•

Единицей количества теплоты с давних времён была особая единица

калория (от латинс кого слова капор- тепло, жар).

•

Калория (кал) - это количество тепл оты, которое нужно сообщить

воды для нагревания её на

1 ОС.

1г

Можно сказать также, что калория- это

количество теплоты, которую теряет

1г

воды, охлаждаясь на

1 ОС.

П ользуются также большей единицей количества теnлоты- килокало

•

рией (это можно увидеть в надnисях на консервах):

к кал

1 кел

=1000 кал ; = 4,19Дж .

aon,ocw м JAAAHMI 1. 2.

Что такое количество теnлоты? От каких физических величин зав исит колич ество те плоты , необходимое для нагревания тела?

3. 4.

Назовите единицы количества теплоты. Что такое удельная теплоемкость ве щества? Что она показывает?

§ 46) ТЕПJIОВОЙ &AJIAHC

Тела с р аз ны м и температурами обмениваются м ежду собо й те плотой.

Тела. более н агреты е, отдают част ь своей э нергии телам, м е н ее н агретым , до тех пор , пока у них температура н е урав няется.

Кол ичество теn л о т ы , отда нное всеми охлаждающимися телами , равно к олич е ству теплоты ,

полученному всеми нагревающимися

телами (при условии , '-4 ТО nри этом не происходит nревращения

те nл а в другие виды энерги и).

П р11 р асчётах, касаю щи хся обмена э нергией междутелам и , всегда следует учитывать всё то кол и чест во те п лоты , которое в рассматриваем ы х теплов ы х явлениях отдают тела, и то количест во те плоты , ~ото рое получают . дру ги е тела,

прини ,\ШЮШ~1е

учаспtе

тех

же

явлениях:

эт11

кол ич ест ва

теплоты

долж ны быть равны между coбolt .

Прtt мен tt м это утверждение к смеш11ванию двух жндкостей р азной тем11ературы.

Обозна чим массу холод н ой ж ~щкости через m1, ее удель ную теплоём кость с 1 и ее температуру -11. Те же ВСЛ11Ч 11НЫ 11Ля горячей жидкости соответстве нно будут: "m2, с2 , t 2• • Если обе ж~tдкости смешать в од н ом сосуде (для упро щ е ния задачи

будем сч итать, что о н и зготовле н и з вещества, являюшегося полным

тепло и зол яторОf-1 и не при нимает у ч астия 'В теплообмене), то молек улы го ря ч ей жидкости

жидкости до

тех

будут

пор,

пока

отnавать не

энерг и ю

установи т ся

молекулам

некоторая

холод ной

про межуточ н а я

температура смеси жидкостей. Обозначим окончательную темпе ратуру смес и большой греческой буквой е (тэта). Т о гда коюtчество теплоты , отдан н ое горячей жидкостью , будет определяться такой формулой:

1Q, = с,т, (1, -

EJ) j.

а количество те плоты , пол уче нное жидкостью, которая нагревается , такой:

1 Q1 -c1m1 (е - t1) 1· Поскольку количество теnлоты, отда нн ой охлажuаюшейся жидкостью, равно

количеству теnлоты, полученной нагреваюшейся жидкостью, т. е.

(Q2 = Q 1}, то

можем приравнять прзвые части этих выражеtiИЙ. П олучим такое равенство:

1 c,m2 (12 - е) - c1m1 (е - 11) 1· Это уравнение н азывают уравнением теплового баланса. В своё время для случая воды его вывел п ете р бургский акадеr.н1к Георг Ри хман. И з ура вн е н11 я теплового бманса

можно , если

остаЛЕ. ны е

вел ичины

известны, определить массу одной и з смешиваемых жидкостей, или её начальную

температуру,

или

тем п е р атуру

смеси,

также

значе ни е

не11Звестной удель н ой теплоёмкости. IOПI'OCW

~11

1. 2.

Объясните, что nоказывает уравнение теnлового баланса?

Какой вывод можно сделать из оnыта

Что нужно знать, чтобы вычислить количество теnлоты, nолучаемое телом nри нагревании, или выделяющееся nри охлаждении тела?

смешиванию холодной и горячей

жидкостей? Почему на nрактике эти энергии не равны друг другу?

ЛA&OPAТOPIIAII

ИJУЧЕИИЕ ТЕППОВОFО &АПАИСА ПРИ СМЕWИВАИИИ IOAW

РА& ОТА N! 12

•

РАJНОЙ ТЕМПЕРАПРW

Uел ь работы:

о п редел и ть количество теплоты, ко то р ую отдала

горячая

вода

во

время

теплообме н а, и количество теплоты , которую

получила

холодная

вода.

Объяснить результаты.

•

Приборы

калориметр , измерительный

и материалы:

u илиндр

или

мензурка,

ст акан с холодной

термометр,

водой, сосуд с

горячей водой.

Кало риметр (рис.

245) -

двух сосудов:

внутренний

1\ЮЖет

из

быть

сосудами

заполне но

п оверх н остями

прибор, который состоит и з

и з алюминия,

пластмассы. воздухом

практ ич ески

внешний

Про странство и

контакт

между

отсутствует.

их

Такое

устройство 11ри бора умень ш ает теплообме н вещества во внутреннем сосуде с внешней средой.

Рис.

245

Ход работы

Измерьте массу внутреннего сосуда калориметра т~~. ..

Нале йте в стакан тх

= 100 г холодной

воды, а в калориметр - mr

= 100 г

горя ч ей IЮдЫ И з мерьте термо метром тсм пера1уру lx холодн ой и lr горq'!ей 1юды. Результаты занес ите в rаблнцу.

ХОJюдную воду вьшейте в капориметр с rарячей водой, размешайте (ос

торожно) термометром образовавшуюся смесь и измерьте еётемпературу lc· Таблица

Масс а к алориметра,

.. ,

кг

- Масса

Коли-

М аса

Темпе-

холод-

ратура

воды,

mrtкг

ной

воды ,

воды,

mх 1 КГ

fг, ос

Темпе-

Тем -

ратура

пера-

холод-

тура

Коли-

ной

Q1 =

Определите по формул е

Коли-

воды,

си,

fx,oc

fc,oc

стх

(tc -

111) количество теплоты , которую

получил а холод ная вода от горячей.

Q2 = cmr Ur -

Определите по форм уле

lc) количество теплоты , которую

отдала горячая вода холодной (с= 4 200 к~с). 6.

Определите по формуле

Q3 = c."m,, (tc - lx) количество теnлоты , которую

полу\! ИЛ от горячей воды внутренний сосуд ~алор~tметра (со:= 920 к~~с>· 7.

П роверьте уравнени е те плового баланса:~=

Q1 +

Q3. Сравните

nолу

ченные ре зул ьтаты , сделайте выводы. Н а урав н ен ~1и теплового бманса ос~ювывается определение удельной теплоём кост~1 вещества.

I\AIOf'A-\ 'AIOTA 111 1У •

Цель работы:

OП,IAIIIIHИI YAIII~HOЙ

IIMOIMIOCТИ IIЩICТIA исnользу я

уравнен~t е теплового бала н са, определить

удельн у ю теплоёмкость твёрдого тела.

•

При бо ры

стакан с водой , калориметр, весы (динамометр) ,

н материалы:

н абор r и р 1. , металлическ ий ц~mиндр н а нипt , сосуд с горяч е й водой , те рмометр.

Ход работы

Измерьте массу внутреннего сосуда калориметра тк.

Нал е йте в калориметр воды И з мерьте её температур у

lx.

mx = 100- 150

г комнатной температуры .

Резул ьтаты занес1пе в таблицу.

Нагрей те Ultюtнд p в сосуде с горячей водой. И змерьте её температур у (эта температура и будет начальной температурой uилиндра lг)· Потом оnустите его в калорим етр с водой.

::: 1U Jiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii~~========~~~·~~~4 И змерьте температуру

'~ воды

в калор~tметре

после оnускания

ltилиндра.

Определите 110 формуле

Определите по формуле

Q1 =

ст~

(!.;:- tx)

кол tt•t ество теплоты, которую

получtша холошtая вода от горячего тела (с = 4 200 к~:с>· Q2 = с,.тт

(tт- lc) КОЛ!tчсспю те плоты , которое

отдало горячее тело холод ной воде.

Опредс111пе по формуле Q3 = скт,,. (tc-

lx)

количество те плоты, которую

получtш от горя•1ей воды внутренний сосуд калориметра (ск = 920 к~ОС). 8. Использовав уравнен~tе теплового баланса Q2 = Q, + Q3 , т. е. c,m,(~ - tJ - ст,. (1, - 1,) + c,m,.(t, - tJ,

! Полученное значе:: :~~л(:~:~:~:·:~,(:~т~сравн1пе с её табличным

определ 11те удельную теплоёмкость твёрдого тела (цили ндра):

з начением и определите , какой это металл. КолиМасса

Масса

Нача-

Темпе-

хо-

льна я

ратура

лод-

темпе-

холод-

ной

ратура

ной

воды,

тела ,

воды,

т._, кг

tт, 0 С

tx,oc

к алориметра,

m 11 ,

кг

Температура

теnлоты,

нагре-

nолу-

то О

ченной холод-

воды,

ноО

tc,oc

водой,

Q1,Дж

Коли-

Удельна•

чество теnлоты, теплоты ,

ёмкость веще-

отдан-

nолу-

но О

ченной

горячим

калори-

с"

телом,

метром,

Q2,Дж

Оз , Дж

_1!>1<_

ства тела

кг·

( UIIAЧH Н YП,UIHIHHI ) )

,IМIDIM IMICII

1. Какое количество теплот ы

20 до 100 'С? Дано:

m=2

кг

нуж н о затратить, чтобы

2 I(Г воли

н агреть от

Р ешение Количество

теплоты.

необходимое

дЛя

t 1 =2 0 °С

н агревания тела, определяется по формуле:

r2 =

100 °С

ст (12- 11).

Q~ 4200 кrд~с · 2 кг · (100'С- 20'С) ~

Дж

с=4200кr-ос

Q-? Ответ:

Q ~ 672

672 000 Дж

672

кДж.

К акое количество те плоты в ыдел ится при охлаждеюнt

кг сви нца от

320 до 20 'С? Дано: т = Зкr

Кол ~tч ество теплот ы , необходимое для

'• = 320 ос

на t·реван~tя тела, определяется п о формуле

t2=20 °C

Q ~ ст (r2 -

с= 140к~~

140

11).

,;":с 3 кг · (20 'С- 320 'С) ~

126 ОООДж

126

кДж.

Знак (<-» оз нача ет, что э нерпtя выдел ил ась

Q-?

11 р ~1 охлажде нии тела.

Ответ: Q~

- 126

кДж.

( Урооои•А ) 383. Ч етыре цилиндра- алюм •tни е вы11 , латунный, железный ~~ свинuовый , ~•м еющие

ошtнаковую

массу,

н агрели

воде

до

ошtн аковой

температуры 11 од н овременно nостав~tл и н а параф~tновую пластинку

(рис . 246). Одинаковые Юt количества теnлоты отда.rнt эти щtлиндры парафину? Ошtн аковое юt котtчеспю те плот ы н еобходимо для н агреван ия 1 кг каждого ю этих веществ на 1 °С?

384.

В одну пробирку н м илtt воду, вдруrую- маслотакой же массы и такой же тем n е ратуры. Какю1 ю этих жидкостей будет быстрее нагре ваться , если пробирк~1 погруз и ть в горячую воду? Одинаковое ли количе ство

теплоты необ ход им одля 11 х нагре вания до темr~ературы rоря••ей воды?

385.

В д ва сосуда с одинаковым количеством воды. тем п е рю)'ра которой

°С, опускают на.-реты е до

100 °С

куск1 1 железа и м еди ош•н аковоn

массы. В каком сосуде темпе ратура воды будет выше и ГI Очему?

386.

В стака н п режде ч ем налить К ll пяток кладут чайную ложку . С какой uелью это делают и какая ложка- алюми ни е вая или сере

б рян а я

одинаковой

массы

более пригодна м я это го?

387.

Стал ьны е детали ,

нагретые в

СПСLIИ ЗЛЬНЫХ п е ч ах ДО темпера

туры 800 °С, за каливают, п огру жая их в воду 1111и масло. В какоii и з эп1х жилкостей деталь бы

стрее охлаждается н почему?

388.

П о ч ему вода явл яется наилу•• ш ей ЖИдКОСТ ЬЮ длЯ: а) IЮДЯНОГО

Гnава4

! i .190 отоrtления домов; б) для охла жде ни я дви гателей а1по~юбилей и тракто ров ; в) охлажде ни я н а гретых металли•t еск ~• х деталей; г) медицинских грелок ; д) туше

389.

Нitя п ожа ра ? Поч ему стержн и nаяльников из готовляют и з красной мед и, а не

используют для этого железо?

390.

Какое кол ичество те плоты не обходимо сообщtп ь

39 1.

кг воды ,

~~о2~ь~~~~~~~т?ь ее температуру ~·:J!:!I:;:::~~j__~.IJ!!~::::::~!I!!II Какое количествоте плоты нуж-

Рис.

247

но затратить , чтобы нагреть на

плите алю мини евую сковороду массой

500 г от 20 до 220 °С?

(Уро•••• 1 ) 392.

393.

394.

395.

Какое количество те плоты отдаст воде во время закалк ~t стальная де таль, нагретая до температуры 800 °С? Масса детали равна 2 кг , а вода нагреваетс я при этом до 50 °С. На эле ктроп л итке нагрели 2 л вод ы (р11с. 247, а, 6). Какое количестио теплоты п олучила вода ? В радиаторы водя н ого отопления п осту rt ает вода , температура которой 80 °С и выходит и з ни х им ея температуру 60 °С. Какое кошt•tество теплоты отдаёт за cyrк ~t вода, если за 1 ч через радttаторы rt ротекают 120 л воды?

Темп е ратура молока при доении коров равна е го охлажда ют до тем п ерю)'ры

° С.

37 °С. Для транспортировки

Какое

количество те п лоты

выделяется np~t этом, если сред tтй удой на ферме равен

800 кг? Удел ьная

теплоём кость молока- 3900 к~~с· Сколько tюды можно нагреть за счёт выделен ного тепла от О до

°С , чтобы исtюльзоваlъ его дnя обогрева

по ме щен ия фермы ?

396.

Какую массу воды м ож н о н агреть н а

1О 0 С ,

сообщив

1 кДж теплоты ?

~ ПJIAВJIEHИE И КРИСТАJIJIИ3АЦИ1 ТВЁРДИХ TEJI. YДEJIIoHU TEПJIOTA ПJIAВJIEHИI

• Наблюдени е. Лёд и з мороз ttль н о й камеры, tюложим в тарелку ; чере з н е которое в ремя он ~tачин аеттаять и п олностью пре вращаетсн в воду.

•

Опы т

Кусочки олова п оместим в стальн у ю ложку и будем нагревать

на с пиртовке ил и газовой горелке (р и с. 248). Олово начн ёт nлавиться 11 полностью п ерейдёт в жtщкое состояние. Уберём ложку с жидким оловом и з п ла м е ни горел ки. Олово н ачнёт кр и сталлизоват ься и п ол н остью

Рис.

Ри с.

248

249

преврати тся в твёрдое тел о , им е ющее форму ложки.

СледОIJ.1тел ь н о , н агревая тела , их можно леревест~1 из пJёрдого состояния в ж ид кое , и, наоборот , охлаждая , - ю жидкою состояния в твёрдое. Процесс перехода вещества из твёрдого состояния в ж идкое н а зы вают плавлением. Процесс перехода вещества из ж ид кого состоя

ния в тв ё рдое называют к рист а ллизацией (отверд е в а ни ем).

Зимой , осенью. весной, когда темперюура воздуха может быть О 0 С , тают с н ег и лёд. но вместе с тем замерзает вода. П р11 О 0 С сне1· ~~ лёд тают (плавятся) , а вода замерзает (отвердевает). Н а Севере, в Антарктиде , где температура воздуха может оnускаться н tt же - 40 °С , нельзя пользоваться

ртуrны"' термометром, так как ртуrь отвердевает 1·1p~t температуре Там

используют спиртовые термометры, так

температуре

- 114

39 °С.

как спирт з амерзает при

°С.

Каждое вещество 11ЛШ3ится нл11 кр 11 сталлизуется пр11 определённой тем пературе. Тем п ературу , nри которой вещеспю плав t пся , 1-1а з ывают тем п ера турой плавлен и я , а п ри которой отвердевает , - темn ературо й кри сталлизации .

И з опыта известно , •по вещеСТIJ.1 отвердевают при тoii же те мпературе , ГIРИ которой плаиятся. Во время 11Лаалею1я тела Гlоrлощают тешюту. а во время отвердевания

выделяют. Знач е ния температур пламения мя наиболее

используемых веществ предстамены в таблиuе

8 на

с.

193.

Опыт 2. В сосуд с кусочкам и льда поместим термометр и будем его подоt·ренать (рис. 249). Лёд будет· таять , а термометр будет показ ьшать О 0 С. П ока весь лёд не растает, температура (0 °С) и сосуде изменял.сн не будет.

t При пла влени и вещества его температура не изменяется.

+Опыт 3 . Поставим на чаwку весов закрытый сосуд со льдом , уравновесlt\! весы (р11с . 250. а). Чере з некоторое время лёд преврапtтси в воду. Равноиес11 е весов не нарушится (рис. 250, 6).

L При

n е ре х оде ве щес тва и з одного состояния в другого е го масса

Г не изменяется .

Рис.

+ Оnыт 4 .

250

Нальём в бутылку воды ~~ nлотно её

закупорим.

П оместим

холодильную

камеру.

бутылку К огда

вода

водой

замёрзнет,

бутылка треснет, так как объём льда больше , чем

воды (рис.

25 1).

При переходе вещества из одного с.остояния в друrое

изменяется

его

ПЛО1Ность ,

а,

сле

довательно , и обьём данной массы вещества . Теперь выясним, от чего зависит количество теп лоты,

которое нужно затрапrгь, чтобы расшшв11ТЬ

кристалл и ческое

тело

при

тем 11 ературе

гuшwtе н ия

или которое вьшешtется во время его кристал.шtзашш.

+ Оnыт 5 . В

одном сосуде будем 11лав~пь

свинuа (рис.252, а), а оо втором-

100 г 200 г(рис. 252, б).

Если нагреватели одинаковы. то для 11лавлс н ия 200 г сви н ца придётся затратить большее коЛi t чество теплоты , ч ем для 100 г. Количество

теnлоты ,

необходимое

Рис.

251

для

nлавления тела , зависит от его массы .

+Оnыт б. Н а одинаковых нагревателях в од tюм сосуде будем nлавить свинца (рис. опыта

253,

увидим ,

а), а во второмчто

для

100

плавле н 11я

г олова (p ~ tc.

олова

нужно

количество те t1лоты , •• ем для п лавле н ия свин ца.

253,

100

б). В результате

затраппь

бол ьшее

Рис.

253

Количество теплоты , необходимое для nлавления тела, зависит от рода вещества, из которого изготовлено тело.

Велич ~ш у, характерюуюшую э н ергет ич еские затраты на пламен и е опре делё нного вещества, называют удель ной теплото й плавления вещества. Её обозна•1ают малой греч еской букво й А(лямбда). Ед иницей удельной теплоты

nлавле юtя вещества в С И является один джоуль на килограмм

(1: ).

Удельную теnлоту плавления вещества определяют с помощью о п ытов.

Было устаномено, что удельная теnлота плавлен ия Лblla равна (3,4 ·

340

000~

\05~ ). Это означает, что для превращеюtя брус ка льда массой 1 кг

при температуре плавления О 0 С в воду нужно затратить

Во время обратного nроцесса

кр~t сталлизац ~tи

340 000 Дж

энергии .

такое же колич ество

теплоты выделится.

Уделыtая теnлота плавления вещества

это физическая величина , nо

казывающая , какое количество теплоты нужно сообщитъ телу массой

1 кr, чтобы превратить его в жидкость при температуре плавления . И з опьrтов о п ределена удельная темста мавления мя каждого вещества,

значеюtя которой дnя н аиболее ~t с п ользуемых веществ п редставлены в таблице

Таблица Удельная теnлота плавпения веществ (при температуре плавления и нормальном атмосферном давлении) Удельная

Вещесnоо

Темnература nлавпения

л, А.пюминий

Лёд Железо Медь

Вольфрам Спирт Серебро

Удельная

теnлота

плавления

" 393 000

332400 270 000 213 000 185 000 105 000 87300

(криста л· лизации), 0 С

660

Температура Вещестuо

л,

Сталь,'iУJ"УН Золото

1535 1085 3387 -98 962

nлавпения

Водород Олово Свинец Кислород Р,У.ь

85000 140 000 67000 58600 59000 24 300 13 800 11700

nлавления

(кристал· лизации),

1100

1500 1064

259 232 327 -218 39

Чтобы рассчитать количество теnлоты тить на nлавление тела массой

которое необходимо затра

взятого nри темnературе nлавле

ния , нужно удельную теnлоту nлавления Л умножить на массу тела :

где т

коли ч ество теnлот ы ; Л.

Q -

удельная те n лота n лавле ния вещества;

масса тела.

К оличество теплоты , которая выделяется при отвердеванИit тела массой т , также о n ределяют по этой форм уле .

Процессы нагревания и кристаллиза цшt можно tt зобраз ttть графически. По оси ()у отклад ы ваем знач е ни е тем п ератур ы ве щества , а по оси Ох - время н аrре ваю1я и плавле ния вещества. Н апример , на ри с. 254 rpaф ti'ICCки изображе ны процессы

нагревания л ьда , плавлен11я л ьда

нагревания

вод ы. Граф11к

нагревания н мавления вещества состоит ютрёх участков: для tшгреван11я л ьаа это прямая л иния с оr1 ределённым угл ом наклона , зависящ tt м от значения удельной те плоём кост и наклон ,

температура

нагревания ; дл я

вещества: ч е м больше её значение , тем меньший

льда

пламе ния

возрастает

лЫiа

это

смеси воды 11 ЛЫiа остаётся п остоя н ной

прямо

проnор ц ионмьно

горюонтальная

щt нllя ,

11 равна температуре

врем е ни

температура

ГIЛавления л ьда до

тех пор , n ока весь лёд не растает; для нагревания образовавшейся вод ы

прямая л иния , угол н акло н а которой определя ется уделыюй теплоёмкостью

вод ы. Её з н а •1 е ни е больше , чем для льда , п оэтому и наклон меньший , температура воды возрастает прямо пропорuион ал ьно време ни .

t,oc

т, с

Рис .

254

aon-wмuaaиu

Что такое плавление?

2. Что называют кристаллизацие й? 3. Как изменяется темnература тела во время nлавления и кристаллизации? 4. Расскажите, как изменяется масса тела во время nерехода его из твёрдоrо состояния в жидкое · и наоборот. 5. От чего зависит количество теnлоты , которое нужно за т ратить , чтобы ра с плавить

кри сталличе с кое

тело

или

которая

кристалл и зации?

Что такое удельная теплота плавления вещества?

выделяется

при

его

( -~~ 1 Yn,ADIИII )

)

Ре111аем •мес!l

1. Пользуясьтабтщей 8, выясн ите, в каком состоянии находятся металлы: серебро, золото, медь, алюминий, вольфрам , сталь при температуре 1000 °С ? Ответ: серебро , алюминий- в жидком состоянии ; золото, медь, воль фрам , сталь- в твёрдом состояни и . Какое количество теплоты нужно затратить, чтобы расмавить св инца , взятого при тем п е ратуре 27 °С?

Дано: т =

кг

Для того чтобы расnлавить свинец, его н уж н о

1 кг

r~27"C /11!1

Решение нагреть до температур ы пламен и я, а потом расплавить.

= 327 ос

с = 130 ~:

Коли ч ество те п лот ы ,

н ео бходимое для н агр ева ни я

сви нuа , оnределяе м по формуле:

Q1 =

ст

(11111 - 1).

дж

л=

24 300"'

Количество теплоты, необходимое для того , чтобы

-----1

расnлав~пь свинец , о пределяем п о формуле: {Ъ = Лт.

Q-?

Тогда котtч ество теплоты , необходимое для нагревания и плавления с ви н ца , определим так:

Q, + Q2 ~cm(t,~-t) +

А.т ~т(с(tм

-t)

+Л).

Подставив знач е ния вели•ш н , п олучим:

Q ~ 1 кг (130 к~С (327 "С- 27"С) + 24 300 к~С) ~ ~

63 300 Дж~ 63,3

кДж.

Отв е т: Q ~633 00Дж ~ 63 ,3 кДж.

( Урооои•А ) 397. В воде плавает лёд

(те мп ерату ра воды и льда од инаковая - О 0 С ). Один

уч еник уrве рждает , ••то вода за мёрз н ет, а второй

398.· 399.

400. 40 1. 402.

что лёд растает .

Решите спор. Поч ему олово можн о расплавить в пламе юt све чи , а железо- н ет? Какое количество теплоты н уж н о затрат ить , чтоб ы расr1лавить 2 кг серебра, взятого при температуре пламе н~tя ? Какое количество теплоты нужно затрат ~пь , чтобы растопить 1О кг льда, взятого п р и тем п е ратуре О 0 С? О бъясн и те решение.

К а ку ю массу золота можно р асплавить, затратив

125

кДж теплот ы ?

К акое количествоте плоты выделится при за мерзании воды массо й np~l температуре о 0 С?

5 кг

( Урооои•l )

403.

Вес ной, когда тем п ература воздуха намного выше О

С, лёд е шё долгое

время не тает и , н аоборот, осе н ью, когда тем п ература воздуха ниже 0

О С, вода не сразу замерзает. П о ч ему?

404.

Мо жно юt распламен н ым металлом за мороз ить воду?

Глава4

8 .1t6 405.

Какое кол ичество теплоты нужно затратить, чтобы расnлавить олова, взятого п ри температуре О 0 С?

406.

Какое коли ч ество теплот ы н ужно затратить, чтобы полностью расnлавитьсвинцовую полосу массой 4 кг, взяrую при темrt ературе 7 °С?

r.·cL

5 кг равна 20 ос_

кг

4(}7

Температура алюминиевой полосы массой

40S.

пол н остью расплавить такую п олосу, сообщив ей 500 кДж э н ергии? Для какого вешества изображены н а граф и ке (рис. 255) процесс ы

Можно ли

нагревания и плавления?

1000

о Рис .

255

') [[!!) ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИI ЖИДКОСJЕЙ. YДEJIItHAI ТЕПЛОТА ПАРОО&РАЭОВАНИI

•

Наблюдение

Летом после дождя лужи быстро высыхают; вечером ,

когда воздух станов и тся холод нее , выпадает роса. Если оставить н а огне сосуд с водоА , то спустя не которое время воды в сосуде не о~анется, та к как

о н а вык ип ит. Следовательно, ЖJШКОСТИ мo ryr исп а ряться, т. е. переходить в

rазообразное состояние. Легко убедиться, что чем выше температура, тем интенсивнее прои сход ит этот процесс . Так , летом луж ~t высыхают быстрее, ч ем вес н ой: или осенью. Процесс перехода жидкости в пар (в газообразное состояние) называют па рообразован и е м .

Существуют два сnособа перехода жидкости в газообразное состояние: испарение и кипение.

Испарен и е

это

парообразование ,

происходящее

со

свободной поверхности жидкости. Испарение происходит при любой температуре, но скорость его зависит от нескольких причин . Чтобы убедиться в этом , выполним такие опыты.

+ Опыт 1 .

На бумагу кап н ем эфира, воды , спирта , масла. Сначала испа

рится эф ир , Потом- спирт, вода, а масло будет высыхать несколько д н ей. Скорость испарения зависит от вида жидкости .

+ Оnыт 2 .

Н альём оди н аковое количество воды в стакан и широкую тарел

ку. Вода с н ачала и спарится и з тарелки , а потом - из ста кана.

t Скорость испарения зависит от nлощади nоверхности жидкости . + Onwт 3 . Одну тарелку с водой поставим на столе в ком н ате, а другую- на батарею водяного ото п ления и ли другое тёплое место. В ода с н ачала и сnарится из той тарелки, которая сто ит в более тёплом месте.

t Скорость испарения зависит от температуры жидкости.

•

Н1бnюдениа

Выстиранное бельё разве ши вают дпя nросушк и . В сухую

ветреную тё плую п огоду бельё сохнет намного быстрее, ч ем в т и хую или п рохладную погоду.

L Скорость

исnарения зависит от наличия nотоков воздуха и е го

Г влажности. Теперь, з н ая

n р ич ины, от котор ы х завис и т с корость и с п арен и я, мы

можем объяс ни ть, для ч его, н а п ример, перел ивают ча й и з стака н а в блюдце , дуют

на

горяч и й

бо р щ

ил и

ка ш у,

п ользуются

веером

п ри

в ы сокоА

температуре воздуха.

П р и определённой тем п ературе (те мпе ратуре кипения ) жидкости н ач и на ют инте н с и в н о и с п аряться не только с пове рхн ости , н о и из н утри с образо

ванием п узырьков. Это явлен ие н азывают кипением (ри с. Кип е н и е

256).

зто и!"'тенс и вное парообразование не только со сво

бодно й поверхности жидкости, но и из всего об1tёма внутрь пузырьков пара, которые при этом возникают.

З н а ч е н ие тем п ературы к ип е н ия ж ~щкостей зав и с ит от атмосферного даме н ия. В табли це 9 на с. 199 представлены зн ач ен ия тем п ературы кипения

некоторых жидкостей пр и н ормаnь н ом атмосферном дамени и : вода киn ит прИ температуре

100 °С, а цетон- при 56 °С,

жидкий кислород- п р и

-183 °С.

И з о n ытов известно, что с охлажде н ием гззо в до оп ределё н но й тем пературы (тем п ератур ы

конденсации)

он и

н а ч и н ают

сжи ж аться

ста н овятси

жидкостями. Устаноме н о, что это про и сход ит nри той же тем пературе, при

которой соответствующая жидкость ки п ит. Это обратны е процессы , ка к и в случае п ерехода воды в лёд, н ап равле ни е перехода за висит от кон кретных физических усло в ий: есл и жидкость п олучает теплоту, то к и п ит и пере~одит в газообразное состояние; если газ отдаёт те nлоту, то он сж ижается, т. е. ко нде н с и руется.

На п ример,

амм и ак

конде н с и руется

п ри

тем п ературе

-33,4°С, жидки й кислород- при -183°С, воздух

при

-195 'С.

В воздухе содерж ится много водя н ого п а ра. Когда

воздух

охлаждается,

п ар

п ереход и т

жидкое состоя ни е: образуются тучи, туман, роса. Те п ерь выясним, от ч его зав и сит кол и чество

теnлоты,

которое

н уж н о

затрат и ть,

чтоб ы

ис п ар ить жидкость п р и температуре ки п е ния ил и которое вьшеляется при конденса ци и газа.

Рис.

256

Рис.

+ Опыт 4. П оста ви м воды (р и с. (рис .

257,

257 , б).

257

на пл11ту два сосуда, в ошtн и з которых нальём

а), а в друго й -

100 г вод ы

50 г

(нагреватели и сосуд ы од ин аков ы )

ДоведЬ.t ооду до кипения и будем испарять. Снаtшла ltспарится

вода в сосуде , где было

L Количество

г , а п отом- в сосуде со

100

г воды.

теплоты , необходимое для испарения жидкости при

Г температуре кипения, зависит от массы жидкости.

Оnыт

5 . Н а ощtн аковые нагреватели поставим сосуды, в одном и з

которых 50 г воды (рис. 258, а), а во втором - 50 г с п ирта (рис. 258, б). Доведём эти вешества до кипения (спирт закипает rtpи 78 °С , а вода - при

100

°С) 11 будем и х испарять. Результаты опыта п о каз ывают, что с н а ч ала

исп ар ится с п ирт , а п отом - вода.

Количество теплоты , необходимое для исnарения жидкости при температуре кипения , зависит от рода вещества .

Вели ч ину, которая характеризуетэ нерrетич еск~1 е затраты н а ис п аре ние о п ре делё нной жидкости массой

1 кг ,

н аз ы вают удельной темотой парообразования .

Её обозн ачают большо й латинской буквой

Единицей удельн ой темоты

парообразование вещества в С И является одинджоуль на КИЛОf1)аММ (1 ~). Удельную те плоту п а реоб разо вания вешества определяют с помощью о п ытов.

Уста н овле н о, что удель н ая теплота парообразования воды np~1

100 °С равна 2,3 · 1()6 ~.Это зн ач ит, чтодля превращени я водь1 массой 1 кг в пар при 1 00 °С н еобходимо

2 300 ОООДжэ н ер гии .

Пр~1 обратном nроцессе

конде н са ции - такое же ком1ч ество те плоты выделится.

" Удельная теплота пареобразования физическая величина ,

определяющая,

вещества -зто

какое количество теплоты

необходимо, чтобы превратить жидкость массой

1 кг в пар при

температуре кипения .

Каждая жидкость ~t мсет свою удельн ую тегиюту пар(Х)бразован ия. З н а•tения удельн ой теплоты пщ:х:>Образования н екоторых жидкостей при ведс ны в таб.rнще 9. Табли ца

Удельная теnлота nараобразования веществ (nри темnературе киnения и нормальном атмосферном давлени и )

Темnература

Темnература Вещество

киnения

(конденсации) ,

Вода

2 300 000

100

Ацетон

521 000

Сnирт

900 000

57 76

киnения

Вещество

".",.,

300000

Кислород

2 13 000

163

Ск и nидар

161 000

267

(конденса·

ции) ,

357

Чrобырассчитатьк~~ Q , котороенеобходимодпя исnаре ния жидкосnt маесои m, вэятои nри темnературе кипения, нужноудельную теnпоту nарообраэования вещества L умtЮжиn. на массу жидкосnt :

rде

iQ=Lm J, Q -

количество теnлоты;

L -

удель н ая те nлота nарооб разоваttи я

вешества; т- масса жидкости.

Количество теплоты, вьшел яюшееся nри конденсац ии пара массой т, определ я ется п о этой же формуле. Про цессы на грева ни я и ~t с п аре юt я можно изобразить rраф~t•tески. П о оси Оу отклаnываем з н ачение темпераl)'ры жндкости, а по oc ~t Ох- время наrреваюtя и ~t с п арения ж ~щкости. Н а при мер, на рис.

259

графически и зо

браже ны про цессы нагревания ~~и спаре ни я вод ы кипени ем. График н агре вания и и с парен ия ж ~tдкост и состо ~t т из трёх уч аст ко в: для на rре ваюtя ж~tд кости- это прямая лнн1tя с определённым углом наклона, который зав ~t сит от значен11я удельной теnлоёмкост 1t жидкости; для ки пения жидкости- это горизо н таль н ая линия , температура

ж tщкоспt равна

остаётся

температуре

п остоян н ой ки п е ния

Нагревание

жид

пара

коспt до тех пор, п ока JJCЯ жидкость

tt сnарится; для н агревания образо вавшегося

пара

прямая

ли ни я ,

Киnеине воды

угол н аклона которой о п ределяется

удель но й тем 11 е ратура

теплоёмкостью rшра

п а р а,

возрастает 11рямо

11роnорцио н ально времени.

0 ·наrрева"'н::-: н,:-~~~~ воды

Рис .

259

lf/

IOni'OCW М JAAAHMI 1. Что такое nарообразование? 2. Что называют конденсацией? 3. Что такое кипение? 4. От чего зависит количество теnлоты,

которое необходимо для исnарения

жидкости или которое выделяется nри конденсации пара?

5. Что

nоказывает уде11ьная теплота параобразования жидкости? Назовите её

единицу.

Как рассчитать количество теnлоты, необходимое для испарения жидкости nри темnературе её киnения?

( JАААЧМ М Yn.AJIJIIHMI

) Ре111аем •меое 1. Поч ему жирный суп долго не остывает даже тогда, когда его налили в тарелку? Ответ: жир очень медленно ис п аряется п о сравнению с водой, поэтому тонк и й слой жира на поверхности супа задерживает испарение воды, в связи с эт и м охлажден и е супа замедляется.

Какое коли ч ество теплоты нужн о затратить, чтобы прев ратить

спирта, взято го п ри температуре

18 °С ,

Решен и е

т=

Для превращения спирта в п ар нужно сначала его

3 кг

кг

в пар?

Да н о:

с= 2400 к~~С нагреть до тем пературы ки пен и я, а потом испарить. 1~ 1 8"С lк

= 78 °С

Количество теплоты , необходимой для ню-ревания

L=900000~; спирта, опредеяем по формуле:

-------1 Q, ~cm(l,-1). Q- ?

Количество теnлоты , необходимое для испарения спирта

Q2 = Lm. Тогда кол и •1ество теплоты, затраченной на нагревание определяем по формуле:

и ис п арение спирта, определим так:

Q ~ Q, + Q2 =' ст (1,- 1) + Lm

~ m(c(l, - 1)

+ L)

Подстав и в значения величин, получим:

Q~ з кг (2400 ,~:с ~ Отве т : Q~

1,044

(78 ос- 18 "С)+ 900 ооо

1 044 000 Дж~ 1044 кДж~ 1,044 МДж.

М дж.

~~) ~

( Уроаео•А ) 409. Как объяснить,

410.

411 . 41 2.

413. 414.

что испарение ж~1дкостей происходит пр ~t любо й

температуре? Н аходясь в походе, турист наrвt л в сосуд вод ы из холод н ого и сто чни ка увидел.

что

сосуд

снаружи

покрылся

капель к ами

ж ~щкости.

Объясните это явление. Для •1ero овощti 11 фрукты, предназна•t е н ные для сушк~1 , разрезают на тонкие кусочюt? П очему на лесных дорогах луж ~t высыхают дольше, ч ем н а полевых? Какое количество теплот ы необходимо для прев р а ще ни я !50 г вод ы при 100 1 'С в r1ap? Какое количествотеплоты вьwеюпся при коt-tuенсащш 10 кг водяного пара?

( Урон .. &) 41 5. Известно ,

что чрезмерное испарение воды 113 по ч в ы приводит к её

высыханию 11 сниже н ию урожайности. Тем н е ме н ее без ~t спаре ни я невозможно представить разв ~пtt е расте ни й. П о •• сму?

41 6.

Холодную 1юду нал и ли в бугылку, в флягу в б резе н то вом чехле и в

41 7.

обожжённый глиняный кувши н . Обожжённая гли н а имеет п ористое строен1 1 е. В каком из сосудов вода спустя некоторое время будет наиболее холод н оn? Н аиболее тёплой? У растенttй. произрастающ••х в местах с влажным климатом, широкая листва ,

41 8.

местах

сухим

кл и матом

н адо сначала нагреть до те~тературы

41 9 420.

узкая

размещается

вертикально. Чем это обусловлено? Дистиллированную воду массой 5 кг, взятую пр и тем п ературе КН11ею1я, а

п отом

°С,

превратить в

•·шр. Какое количество те1·1лоты необхошtмо дпя этого? В каком из двух случаев вы дел ится большее количество теплоты: 1) при охлаждении 5 кг воды от 1 00до0"С ; 2) при конденсации 5 кг п ара без измене ни я те~Н1ературы? Какое кот••t сство теплоты нужно затрат и ть, ч тобы 2 кг льда, взятого при температуре 10 °С. превраппь полностью в пар? Опишите процессы, изображенные на граф~tкс (p ~t c. 260).

I, ''C.

т, с

Рис.

260

7 ~ сrоРАНИЕ тоnnивА. УдЕnьиu тЕnnотА croPAHИI тоnnивА Основным

источ~tиком

энерги и

для

обеспечения

движения

железнодорожных локомотивов, автомобилей, тракторов, самолётов и т. 1"1 . являются разные виды топлива. В п ромышленности, на транспорте и в быту

используют такl'!е виды тотнша: уголь, горючи е сланц ы , нефть , бе н зин, дюельное топливо, прltродный газ и др.

Выясним,

11ри

каких

условиях

про tt схощп полное сгорание

..оптша

и како вы его результаты.

+onwт 1 . Зажжём свечу. Она будет го рсть. Накроем её стеклянным сосудом

(fнtc. 261. а). Через некоторое время с вс • t а 1 аснет (рис. 26 1, 6). П очему? Процесс

горения

происходит

при наличии воздуха .

+Onwт 2. U~1ЛИНдр С llOpWHCM СОСРис . 261 дt11HI~M со стеклян ным шаром. Н а 110ршень cr.:1вttм r11рю. Н агреваем шар, сжигая сухое тоnливо. Воздух, нarpeBIJJIIйcя в шаре, расширя ется~~ вьпалкttвает nоршень. подн~tмая пtрю,

Т. е . BblllOЛ HЯ eT работу. При сж игании топлива выделяется энергия,

за

счёт которой

выполняется работа .

Уголь. ~t сфть, f>ШЗуr, дерево содержат углерод (табл. 10). При го рен ии молекулы углерода соединяются с молекулашt к11слорода, содержашегося в

воздухе. Каждая молекула углерода взаимодействует с двумя молекулами

кнслорода , образуя при этом молекулу углеюtслоrо газа. С образованием этой молекулы выделяется з нерпtя. При полном

сгорании углерода образуется углекислый

газ и

выделяется энергия :

+ 0 2=

С О2

+ 40 2 кДж .

Горение свюа но с разруtuен~tем одних молекул 11 образованием дру ги х, наrt р11мер при горею111 м ета на образуются углекислый t·аз и вода (рис. 262) с вьщелением эне ргии:

...,

При rоренюt и з м е нение и н угрен н ей энергии вешества прои сход и т не путём те пл ообм е на или выnолнения работы телом или над телом , а в ре зультате термохимических реакu и й с участием тоnлива. При этом энергия движе ни я мол е кул продуктов сгорания , а з 1-t а чит, и и х температура будуг больше , чем у молекул топл ива.

Горениетоплива -это

npouecc соеди н е ния молекул топлива с молекулами

к~t слорода , который сопровождается выделением определё нно rо количества

теплоты и образованием новых вешеств (табл.

10). Таблица

Основные характеристикк некоторых видов топлива Об'I.ЙМ воды,

Темпера-

rypa разгара-

Тоnли-

Состав тоnлива в nроцентах

"""

тоnлива (в nрисутствин и при

контакте с

nламенем) ,

'С

который

ОбЫм

Обьём

можно

смеси ,

наrретъдо

необхо-

обраэо-

темnера-

дммый

вавwейсА

ТfРЫ

""" ,.,

nолного

теnлотой,

тоnлива,

,.,

WBЙCR при

м'

топлива, м 3

воздуха,

сжиганиА

сгорания

выделив-

сгорании

1 ., тоnлива, л

Дерево сухое

Органические

300

- 83 ,

вещеетаз

(углекислый

в том числе :

углерод кислород водород

3,5 газ.

- 50 - 43

ВОДАНОЙ пар,

азот)

м ин еральные вещества вода

Камен ный уголь

Углерод Водо род

Кислород Азот

Сера Шлак Антра

Влага Углерода

- 15

- 78

600

9,5

100

(углекислый

- 5 - 6,4 - 1,4 - 0,7 - 7,3 - 1,2 - 95

газ ,

водяной пар, азот, двуокись

серы

цнт

Мазут

Углерод Водород

- 82 86 - 11 - 14

Сера

- до0 , 5

11 ,5 (углекислый газ ,

ВОДАНОЙ пар, азот, двуокись серы

125

+ Опwт 3 .

Два одинаковых стакана наполним водой одинаковой массы.

Пол од1шм стаканом зажжём одн у таблетку сухого тоnюша, а под вторым две таблет ки. Т ем n е ратур у вод ы в ста к а н ах измеряем с помошью термо ...tетро в. П OCJ I C nолн о го сго рания сух о го топлива тс~ш е ратура вод ы во вто ром стакане оказ ывается выше , чем в первом.

L Количество

теплоты, выделяющееся при полном сгорании топ~

r лива, зависит от массы топлива .

Пр~t конструировании и проюоодсrве теrnювых двиrателей всегда нужно знаn. , какое кол ичествотеnлоты необходимомяработы оnределён ноголв ~tгате

ля , а значит, и определять вид тonmtвa.llля определе ния необходимого коюt•lе ства томива нужно знать, какое кол и•t ествотеплоты вьшеляется nри полн о м

ero

сгорани и . Чтобы сравншшrь, какой вид тоnлива п ри его п олном сгора нии выде л я ет больше теnлоты , ввели такую физическую вели чину , как удельн ая теплота сгора н ия топл и ва.

L Количество теплоты, выделяующееся пр~ J топлива, называютудельном теплотои

полном сгорания

1 кг сгорания топлива.

Удельную теплоту сгорания тоnмша обозна•1ают малой латинской буквой

Единиuсrt удельной теплот ы сгорания топm1ва в С И является один джоуль

на килограмм

~ ). Н а практике бол ьш ей частью применяют кратную

вел ич11ну - один мегаджоуль на килограмм

М~).

1~ .. 1 ooooool!!!. kr кr

L Удельная теnлота сгораниуя топлива- это ~иэическая величина, яв

ляющаяся энергетическом характермстикои разных видов топлива Её значения для распJ)ОС11Jанённых видов топлива приведс ны в таблице Удельная теnлота сгорания топлива

q, Тоnливо

М д><

уголь

Каменный уголь Бурый уголь

То рф Тротил

Дрова сухие Дрова с ыр ые Порах Усповное тоnливо

Тоnливо

Бензин

Древесный Антра цит

34,0 30,0 27,0 17,0 14,0 15,0 11 ,0 8,0 3,8 30,0

Керосин Нефть

Дизельное тоnливо Мазут

Эфир Спирт этиловый Сnирт Сnирт метиловый

Мд><

46,0 46,0 44 ,0 42,7 41 ,0 34,0 27,0 25,0 19,5

Таблица

q, Тоnливо

Водород Метан Ацетилен

Природный газ Про nа н Аммиак Окись углерода

Мд><

120,0 50,0 48,1 44,0 42,4 18,4 10,1

11. 11

Следует подчеркнуть , что пр~tведённые в таблиuс данн ые соответствуют колиt1е ству теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива.

Ч тобы подсч~пать , какое количество теплоты выдешпся п ри п ол н ом сгоран~tи

5 кг кероси н а , нужно рассуждать так. Пр и сгораюt и 1 кг керосина 46 М д ж теrJЛоты. Когда сгори т 5 кг керос ~tН а, колич ество 5 раз бол ьш е, а им е нн о: 46 Мдж · 5 = 230 МДж.

выделяется

выделе нн ой теплоты будет в Чтобы

определить

количество

теплоты,

выделяющейся

=~~:д~:~~=в~~:~С::о с;~::::;ю~:::::тум~~~:а:;:~~:~:н::~~ топлива умножить на массу топлива:

[Q=qm J, где

Q-

удельная теплота сгора ни я топщt ва; т- масса тоr1mша.

количество теплоты , выделяющееся при полном сгорания топшtва;

• При неnалнам сгорания уmерода., содержащегося в тоnливе, в пе-шх или котлах, в двигателях внутреннего сгорания, выделяется оксид уrлеJ:Юда (угар

ный газ): С+

0 2 =2СО. Это соединение- сильный яд! Оно не имеет цвета , за

паха (в чистом виде) , немного

neNe воздуха, nлохо растворяется в воде, име ( - 191 ,5 ОС). Угарной газ лучше , чем кис

ет очень низкую температуру киnения

rюрод, соединяется с гемоглобином крови. Возникает киспородное голода

ние, которое СОiliХ>ВОждаеТся головной болью, потерей сознания . Если в воз духе nомещения оодержится 0,4

угарного газа, то вследствие СИЛЬI-f()IО

отравления настуnает смерть. Дпя оказания nервой nомощи nотерпевшего следует вынести на свежий воздух и сделать искусственное дыхание.

Пострадавшему рекомендуется осторожно вдыхать раствор аммиака.

aonrocw м UIIAIIMI 1.

Что называют удельной теnпотой сгорания топлива ?

Какие виды топлива им еют наибольшую удельную теплоту сгорания?

Наименьшую? · 3. Опишите , какими способами достигают полного сгорания топлива .

( IАААЧМ М YП,UIHIHMI )

) Ре1111аем 1меое 1. Каждое топливо в

r1рисутствии воздуха и в контакте с о гн ё м заго ра ется

при определённой температуре: н а п ример, мазут- п ри

при

300 °С;

каме нны й уголь- при

600 °С.

55 °С; сухое щ;рево

Можно ли сразу засы п ать в котел

кам е нный уголь?

Ответ :

нельзя , каменный уголь не заго рится, так как в котле не

дост игн уга соответствующая температура.

Какое количество вод ы можно нагреть от О до водорода?

100

°С , сж игая 1 кг

2N iiiiiiiiiiiiiiiiiiii~~~==~==============Jп§"'~"~• Дано:

Решение. Количество теплоты, вьшелившееся nри полном сгорании топлива, определяем по формуле:

=QoC

12 =

IOOoC

т=

1 кг

Q~qm.

Количество теплоты, необходимой м я

с=4200к~С

нагревания води, определяем по формуле:

q~ 120000000 ~ Считаем, що вся энерrnя, вьrделившаяся при сrорзю1И водорода, пойдёт на нагревание воды .

Тогда: qm = cm 8(t2 -

t1).

Отсюда m8 = с(,;"!.... 11 )

•

Подставив значения величин , получим:

т = Ответ:

( Урооем•А ) 42 1. Назовите

120 000 000 ~.кг ~·\ОО оС -285, 7кr.

4200

кr ·

285,7 кг.

все известные вам виды топлива.

422.

Какие виды топлива используют для отоплеюtя в Укра~tне?

423.

Что означает запись: «Теплота сгоран ия антрациrd - 3 ·

101

~.сухих

дров- 1 · 107 ~ ·? 424.

Одинаковое ли кошtч ество дров, каменного угля , торфа нужно сжечь в печи , чтобы нагреть воздух комнаты до одной и той же температуры ?

425.

Почему при сжигании сырых дров вылеляется меньшее количество теnлоты, чем п ри сжигании сухих?

426.

В котле сожгли

кг каменного угля. Какое колltчество теnлоты при

этому выделилась?

( Урооом•l ) 427. Сжигают 2

кг каменного угля , который содержит 90 % чистого углерода. О п ределите массу углекислого га за, который при этом выделится, есл и п ри сжигании

г чистого углерода выделяется

углекислого газа

428.

Углекислый газ состоит из двух химических элементов: уrле!Юда

(27,2 %) и кислорода (72,8 %). Определите , какая масса кислорода содерж1tтся в 50 г углекислого газа, какая масса углерода содержится в 25 г углекислого газа. Найти массы углерода и кислорода, израсходованные на образование 200 г углекислого газа.

429.

Размеры комliаты: дли li а

- 4

м, шири!iа

- 2,8

м, высота

м.

- 2,5

О п ределите массу сухого дерева, которое может ПОЛ !iОСтью СI"Ореть,

использовав весь кислород, содержащийся в воздухе комнат,,• ПОЛЕ-101"0 сжигании

кг сухого дерева требует

:Т

м J кислорода. При

н ормаr1ь н ом атмосферном давлен ии объём кислорода составлист

0,2

объёма воздуха в комнате.

430.

К акое количество те п лоты выделится при полном с горании 15 кг дре весного у гля ? 7 к г с пирта? Сравните эти кол ич ества теплоты . Сделайте ВЫВОДЫ.

43 1.

Наскол ько градусов можнобыло бы на грет ь 2 к г воды при полном сжи гания

г с пирта , если б ы вс я в ыделе нн ая эне рпн1 пошла на нагре

ва ни е воды?

432.

По rрафнку зависимости (рис.

263)

количества теплоты, вьщеляющегося

при пол н ом сгоран ии метана ( /) , бензина (2) , антрацита (3), бурого угля (4), сухо го торфа (5) , горючих сла нцев (6), свежеi"О дерева (7) и тве рдоi"О ракет н о готопл ива (8) , от массы то пл ива о предел и те:

Q, М Дж

40 30 20 о о т , кг

Рис.

263

а) количество теплоты, вьщещt вшейся при полно м сго рании

2 кг сухого

торфа ;

б) удельную теплоту сгоран ия бенз ttн а; в) какое то п ливо имеет нанбольшую удель н ую теплоту сгорания; наименьшую;

г) сколько де рева нужно сже чь , чтобы в ыделилось

Мдж э н е ргии ;

д) какую массу горю чи х сланцев нужно сже чь , ч тобы п олучитьтакое же

кол ич ество теплот ы , как и в результате полного с гора ttи я

0,5

кг

бензина ; е) сколько антра цита нужно сжечь , чтобы н агрет ь цинко вое ведро с

водой от О до

100 ° С.

Масса ведра-

1 кг,

объём- IО л.

1§ 50) ТЕПIIОВЫЕ ДВИFАТЕIIИ. JKOIIOFИЧECKИE ПРО&IIЕМЫ ИСПОIIЬЭОВАИИII ТЕПIIОВЫХ ДВИFАТЕIIЕЙ

Тепловые машины были создан ы в начал е развития

текстиль ной

металл у ргич еской

XVIII

ст.. и период бурного

отраслей

промыщленности.

Паровую водоподъём н ую установку постронл и англи•rанс Т. Н ыокш.rсн и Дж. Коул и в

1784

1712 г.

В Росси и парсвой дв ~trатель со:ш.м И. Пол зуно в в

1765

г., а в

г. в Англии Д. Уап п олуч ~tЛ пате нт на ун иверсмьный паровей дв игател ь.

Создание паровых машин , двигателей внуrреннеrо сгоран~rя положило нач аrю развитию автомобильного транспорта и самолётострое ния. Газовая турб ина дала толчок п ерестройке в авиации , самолёты с поршн ев ыr.rи дв и rdтел ями бьUJи заменены реактивными и турбореактивными лайнера ми, скорость которых

приближается или больше скорости звука (330 ~

11 88 ~) . С nомощью

реактивных двигателей осуществлена давняя ме<п-а ч еловечества

выход в

космическое пространство . На эле ктростанция х п аровые турбины приводит в движение электрические генераторы, вырабатываюшие электрический то к.

Все тепловые маш ины ,

нез ависимо от их устройства и назначения,

разделяют на два вида: теnловые д вигатели и холодил ьные установк и .

+ Оnыт .

(рис. из

264)

Н альём в пробирку немного воды, плотно за кроем её пробкой и н агреем воду до кипения. П оддавлением пара пробка вылетит

проб~tрки

вверх.

эт ом

случае

э нергия

тоnшша

перешла

во

внутрен нюю э нергию пара , а 1·1 ар, расширяя с ь , выполни л работу- поднял

пробку. Внутренняя э н ергия пара преврати лас ь в кинетическую э н е ргию nробки. Если заменить пр об ирк у кре пким металлическим шtтtн д р ом, а пробку - nрипасаванным поршн ем, который может дв игаться в цили н дре

(рис.

265) , то получим пр остейший тепловой дв ига тель, в котором

внутренняя

э н ер ги я

то п лива

пр ев р ашае тся

механическую

энерг и ю

поршня.

L Тепловыми

двигателями называютмашиньt,вкоторыхвнут

r ренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

К те пловым дв~t гателям относятся: паровая машина,д.ви rатель внутреннеrо

сгорания (карбю рато рный , ди зельны й), паровая н rазовая турбины, реактивный двигатель.

Во всех этих дв~tгателях внуrренняя эне ргия топлива сна ч ала переходит во внутреннюю энерги ю rdзa или п ара. Рас ширяя сь, газ выполняет работу и при этом охлаждается- •t асть его внуrренней энерги и пре вращается в меха н~tческую э нергию .

Двигател ь внутреннеrо сгорания. Так ое назва ни е прои сход ит от того, что топливо сго рает в цил11ндре, внуrри самого дв и гателя.

Первый поршневой двигатель внуrреннеrо сгорания (ДВС) был созда н в

г. французским инженером Э. Ленуаром.

1860

Пре ~tм ущество такого

дв tt rателя п еред д руг ими тепловыщt дв шателями за ключается в том , что о н

ttм еет сра вн11тел ьн о малые размер ы и массу. Это дало возможность ttсtюльзовать его на транспорте (автомобиль, трактор , теnловоз), в ав tt аuии, на кораблях (дизель-электроход, катер , подводная лод ка).

Двигател и инугренне го сго рания работают на жидком топливе (бензttне , керос ttн е, нефти) ишt н а горючем газе. Н а рис . 266 пок азан разрез простейшего ДВС. Двигатель состоит из цил и ндра, в котором персмещается порш ень З, соединё нный с помощью шатуна 4с коленчатым валом

тяжёлы й маховик

На валу закреплё н

пред н аз нач енн ый для уменьшен ия н е рав но мерност и

вращен ия вала.

В верхней ч аст и щtлиндра есть два клапана

которые во врем я

работы дв игателя автомапtч ески открываются и за крываются в нуж ны е моменты. Ч ерез клапан п омощью свечи

1в

цилttндр поступает смесь , которая зажигается с

а ч ерез кла п ан

выходят отработанные газы. Каждый ход поршня вверх ил и

вню н азывается тактом. Рассмот рим процессы, про ~t сходящ tt е в те •tен~tе каждо го такта.

Пусть п оршеньдв ижется вни з и з крайнего

верхнего

положения

(рис. 267, а), и вnускной клапа н 1 открыт. При оnуска нии поршня ч ерез

этот

сгора ни я

клапан

всасывается

камеру горючая

смесь- п ар бенз 11н а с воздухом. В конце такта K.Jtartaн

закрывается.

Такой такт н азывается впуском. Порw е н ь н а•tи н ает nодниматься вверх,

(рис.

сж и мая

горючую

смесь

267, б). Этоттакт называется сжа

ntем . Н е:зааолго до того как nopwet-tь доАдёт к верхнему край нему ПQЛОЖе Ю1е, в свеч е

7 щ:юскак~tВает

искра , и

горю•tая смесь воспламеняется.

Рис .

266

Рис.

Третий такт д В И I'ЗТеля (р ~1 с.

267,

267

в) называется рабочим ходом. Во время

сгорания смеси тем п ература газов в щ1щ1 ндре досп•rает 1600- 1800 °С, а да вление - 10 000 000 П а. Эти газы с большой силой давят на поршень , который

опускаеться

вни з

п омощью

шатуна

кр~tвошипно•·о

меха н изма сообщают движение коленчатом у валу. В

KOHIJC

рабочего хода,

когда поршень приходит в крайнее ни жн ее

п оложе н~• е, открывается выпуск н ой кла п ан 2 (p ~t c. 267, г). Начин ается ч етвертый такт - выпуск . П оршень , поднимаясь вверх , выталкивает отработанные газы в атмосферу.

И так, работа ч ет ырёхтактного дв игателя состо и т ю 1 1 ет ырех про нессов (та ктов): вnуска, сжатия , paбo•tero хода н выnуска . В авто.-.ю611Лях чаше всего используют чстырёхuи л индровы е д 1тгатели внутрен н его сгорания. Работа цил индров в н ём согласована так, 'IТО в каждом из Рис.

268

них пооч ерёдно осущестмяется рабоч ий ход, и ко

ле нч атый вал всё время получаетенерntю от сiждого из поршн ей.

Есть также

восьшщ~шинд ровые

двигател и. Он~1 лучше обеспечи вают рав н омерность вращения вала и им еют большую мо щность.

Паровая турбина. Это тепловой дв 11Гатель, в котором п а р , нагреты й до высо кой темп е ра1уры , находится под вы сок им давле юt ем и вращает е го

вал без п омощ и nоршня, шату н а и коленчатого

вала. Н а рис .

268

пароnой rурби ны. ободу

которого

приведсна схема п ростей ш ей Н а вал

насажен д ~t ск

закреплен ы лопатк и

по

Возле

лопаток разме ше ны труб ы , н азываем ы е соплам и Рис.

269

П ар, образуюшltйся в котле, посrупает в со пла,

вырывается

струями, действующ ими

большой

с и лой

nриводящими во вращательное движен~tе диск турбины.

на лопатки

В современных

паровых турбинах применяют не один, а много дисков, насаженных на

общий вал (рис.

269).

Пар nоследовательно проходит 'lерез ло11атк~t всех

дисков, отдавая каждому ю них часть своей э н ергюt. Паравые турбины являются

незаменш~tыми тепловыми двигателями

на тепловых

и атомных

электростанuиях . Первую паровую турбину практического лр~tменения изготовил в 1889 г. К. Лавал. Газовая турбина н реактивные двигатели. Преимущества п аравой турбины ~t двигателя внуrреннего сгорания объещtнены в газовой турбине, в которой внугренняя энергия газа превращается в к~tнетическую энергию вала.

В камеру сгорания 4(рис. 270) газовой турб~tны с помощью компрессора подаётся сжатый воздух при темrtературе приблизительно 200 °С и

опрыскивается жидкое топливо (керосин) под высоким давлением. При горении топлива во3дух и продукты сгорания нагреваются до температуры

1500-2200 °G.

Газ, движущийся с большой скоростью , направляется на

лопатки турбины

Проходя от одного диска турбины к другому, гаЗ отдаёт

свою внутреннюю энергию, механическая

энерпtя

приводя турбину в движение.

используется

для

вращения,

Полу'tаемая

например ,

винта

самолёта 1 или электрического генератора. В ракетах топливо сгорает в камере сгорания (p~tc. 27 1). Образовавшиеся газы с большой силой давят на стенк и каме ры . С одной стороны камеры есть сопло, через которое продукты сгора ни я вырываются в окружающую среду.

Ракета, отгалкиваясь от струи вытекающего газа , nриобретает двюкение в противоnоложном направлении. Так~tе двигатели называют реактивными. В реактивном

дв игателе

внутре ння я

эне р гия

топлива

nревращается

кинети•1ескую энерr~tюдвижущейся ракеты.

Впервые

возможность

необход~t мость

использования

ракетных

двигателей для запуска летательных аппаратов в космическое пространство

обосновал в В

своей

1903

г. К. Циолковский.

жюнн

вы

постоянно

сталкиваетесь

разнообразными

дв~trателями. Они пр~tводят в движение автомоб~tли и самолёты , трактора , корабли и железнодорожные локомопtвы. С помощью тепловых машин на электростанциях вырабатывается электрическ~tй ток.

![212~~~~~~~~~~~~~::::~~=:::::::: Работа тепловых машин связана с

использованием разных видов тоnли

ва. Тоnки теnловых электростанций, дв и гатели

внугреннеrо

автомоQилей (рис. других ма ши н

сrоран~tя

самолётов 11 выбрасывают в

272),

атм осферу

вредн ые

животных

дпя

человека,

растений

вещества

{уrарный rаз, углекислый газ, окс~шы

азота, серы и т.

n.).

Эти вешества

соеди няются с атмосферной магой и

образую:,r ки~оты. прич и ною

Это становится

вы п адения

Рис.

272

кислотных

дождей, в результате чего уничтожаются хвойные леса, ntбнет рыба , снижается урожайность зер н овых кулыур и сахарной свёклы. Увеличение кошtчества автомаш ин , особе н но в

городах ,

лрttводит к чрезмерному загряз~tению

атмосферы выхлоn н ыми газами двигателей внуrреннего сгорания. Чтобы уменьшить эnt выбросы, прооодяТ реrулироваюtе двиrателей для полного сгорания тоnли ва и умен ьшения содержания угарного газа, вt1 едряют двиrатели

в которых используют более чистое топливо.

П рименение паровых l)'рби н на электростанциях требует много воды и

больших площадей , которые занимают водоёмы ШIЯ охлаждения 011>3ботанного пара. Для эко н оми и площади и

водных ресурсов целесообразно стро~tть

комплексы электростанций, имеющих замкнутую систему водоснабжения. Н а и более эффект и вный способ борьбы с загрязнением среды двигателей

внуrреннего

сгорания

электрическими

замена

двигателями ,

ис п ользование энерг и и Земли ., Солнца, ветра.

•

Мысль об использовании пара дпя потребностей транспорта возникла ещё

в Х\11 1 в. Конструкторы сначала nытались nрисnоеобить nаравые двигатели к обычным экиnажам. В

1763

г. французский инженер Коньо сконструировал

nервую пароеую тележку. Эта машина работала всего

12-15

мин. Позднее

Жорж Коньо конструирует более совершенную тележку, но коrда её nустили

по ул ицам Парижа, то оказалось, что ей невозможно уnравлять. В

1767

г.

американец Олимр Эванс сконструировал nаровую тележку, но она тоже была неnригодна к nрактическому использованию. В конце 80-х годов ХVШ в. УкnиtМ Мijрдок , ученик и помощник Дж. Уапа , создал паровуютележку с

двигателем конструкции

ceoero У'iИТеля. Он сконструировал ряд интересных

моделей тележек, но создать практическую транспортную машину ему не

удалось. Следует отметить, что проблема создания парового автомобиля так и не была решена, автомобиль был создан на базе двигателя внуrрен него сгоранt1я.

•

Многие изобретатели в ту эпоху старзлись сконструировать локомотив ,

который двигался бы по рельсам. Первым к идее nрименения nаровых

локомотивов на специальных рельсовых путях пришёл шотландский ин женер и механик Ричард Тревити к. В

1603 г.

он сконструировал nаравоз

для рельсового пути, а в сл едующем

году провёл его испытания. В

1814

г.

сконструировал и испытал свой пер·

вый nаравоз Д.ордж Стефенсон .

Ero

конструкция и решила проблему соэ· дания.

парового

тра нспорта (рис.

•

железнодорожного

273).

История создан ия парохода, как и

паровоэа, тоже интересная . Еще в на·

чале

XVIJJ

в. Дени Паnен сконструи·

ровал лодку,

которая двигалась с

по·

мощью паровоrо двигателя. Но из·эа его несовершенства

лодка двигалась

1736

довольно медnенно. В

нин

Д.о ната н

пытался

Коn-.э

приманить на

г. анmича·

безуспешно

CIJIJIJX

паровую

машину Т. Ныокомена .

•

Более удачные попытки начал и сь с

изобретением двигател я Дж . Уапа . Так, в

1781

г. француз КnодЖоффруа

сконструировал пароход, который с помощью

nарового

двигателя

мог

целый час nлыть против течения. Ч е·

рез четыре года американец д. . ФмТ"о4 построил ЛОД)(:'j, в которой nаравой двигатель

nриводил

движение

вёсла. Однако испытание этого пара· Рис.

хода были неудачными .

274

., Первый практически

пригодный пара·

ход сконструировал ирландский инженер и механ ик Роберт Фуn..тон , который, как и Стефенсон, был изобретателем·самоучкой. Свой nервый ещё несовершенный параход Фультон испытал в

1803 г.

нар. Сене в Париже .

Оnыт удался: CIJ/J1:IO в течение 1,5 ч плыnло по Сене, развивая Сtеорость 5 ~ по

течению .

1807

г.

Фультон

сконструировал

колёсный

nараход

•КлермОНТ>о, на котором установил nаровую машину двойного действия Уапа. Длина этого парахода составляла

43 м , мощность лошадиных сил, водоизмещение - 15 т (рис. 274). · IOПI'O<W М

1. 2. 3. 4.

двигателя

- 20

JAAAHMI

Что такое теnловой двигатель? Какие виды теnловых двигателей вы знаете? Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорани я ?

Какие nроцессы nроисходят в течение четырёх тактов работы двигателя внутреннего сгорания?

5. Как устроена nаровая турбина? Как она работает? Како во~ назначение? 6. Объясните , как работают газовая турбина и реактивный двигатель. 7. Какие вредные вещества выбрасывают в атмосферу теnлов ые машины? . К каким nоследствиям это nриводит?

[[!j) JAKOH СОХРАНЕНИI tНЕРfИИ 1 МЕХАНИЧЕСКИХ И TEПIIOIЫX ПРОЦЕССАХ При ·пааении тела, поднwrого наа Землёй , его п отенциальная энерrnя уме нь шается,а кинеп1ческая- увеличивается. При п мении свин цового щ1~1 мастили нового шариканасвинновую гинпу мсхаюtческая э нерmя шарика уменьшается

до н уля, н о увеличивается внутренняя э н ергия шар~tка и миты. В дВ Ш'Зтеле в н утрен н его сгорания автомобиля или 11J3КТОра за счёет внутренней энерmи тоnлива уве.ли•1 и вается механ ич еская энергия подв ижных частей двигателя.

Механическая и внутренняя энергии тел могут превращаться друг

вдруга. Колёсз воляной 1)'J)бины вращаются за счёт кинети'l еской энерmи воды, а

крьшья ве1ря н оrодв и mтеля- за сч ёт кинети ческой э н ерги и ветра. При теГUJсюб мене внутренняя э н ергия одного тела изменяется за счёт изменения внутренней

э н ер гии другого ( l·ta npимep, внутренняя э нергия воды увел и•щвается за с чёт уме ньш ения внутренней э нерr~ш н агретого куска жел еза, бJХ)шенно го в воду). Рассматривая при мер смеш и вания горячей и холодной воды , выполнив соответствующие п одсчёты, мы увидели, что количество теплоты, которую отдапа горячая

вода,

равн о

кошtчеству теплоты,

которую п олучила холодная

оода. Выпол н енная вами лабораторная работа • И зучение теплового баланса при смешивании воды разной темпера1)1)Ы » подтвердила б ы этот вывод, есл и бы вы

вып олняли её в услов иях, не допускающих передачи те пла другим тел.ам, кроме холодной воды , или учли бы всё количество теплоты , переданное всем телам. При теплообмене в системе контактирующих тел колио.tество теплоты сохраняется.

Н аблюде ния

оп ыты

прив ел и

откр ытию

закона

сохра н е ния

и з менения энер пtи .

Энергия не исо.tезает и не создаётся из ничего. Она только превращает ся из одного вИда в другой, при этом полное зна'fеНие её сохраняется .

Дополюrrельная э н ергия у тела можетвозникн утьтолько вследствиеего взаимодейств ~tя с друntм телом. Энергия воды океа н ских течений ил и ветра вознИ кает за сч ётэнерги и Солнuа; потенцимьная и кинетическая энер гии ракеты- за сч ёт внуrренней э нер1·ии топлива , израсходован~юго на её запуск и полёт.

Закон сохране ни я и изменения э н е ргии - од ин из основных за конов природы. Этот зако н всегда нужно учитывать в науке и тех юtке, с е го помощью можно объясюпь множество ямений прирОды.

aon•ocw и 1. В

чём заключается закон сохранен ия энергии в механ ич еских и теnловых

nроцессах?

2. 3.

Приведите nримеры nреобраэования энергии одного вида в другой. За счёт чего движется автомобиль по дороге , ракета пространстве , лодка- по воде?

в космическом

~ КО~ФФИЦИЕНТ ПОЯЕЭНОfQ ДЕЙСТВИI (КПД} HAfPEBATEnl Для оuенки любого нагревателя очень важно знать, какую ч асть энер пt и,

вьшеляюшеt'tся при сгораюtи то пл и ва ( ишt работы электро н агревателя), о н пре вращает в полез н ую рабсnу. Ч ем боль шеэта частьэ н ер пt и, тем более э ко н о ми ч е н н агревател ь. Для характеристи ки эконом ~t чноспt разн ы х н а гревателей вводят п о н япt е коэффициента п олез н ого действия (КПД) нагревателя . Оnюwениетой частм энерmи , которая расходуется на выnолнение полез ной работы нагревателя , ко всей энергми, выделяющейсА вследствие

сгорания топлива

(или nри

работе электрического нагревателя) ,

называетсякоэффициентом полезного действия (КПД) нагревателя .

К П Д обоз н ачают малой греческой буквой nроце нтах (%).

(ета) и обы••н о выражают в

CA.l

~·

где

11 -

коэффициент п олез н ого действия н агревателя; А~

вы п олнен н а я

nолезная работа; Q- полная теnловая э н ергия, выделе н ная нагремтел ем. Определим, н апр ~t мер, К П Д спиртовю t , газовой rорелк ~t ~•ли друго го нагревателя. П ри сжигани ~t массы 1ny топлива в ыделяется энерпt я, которую о п ределим по формуле: Q2 = qmт. Эта энергия ~tдет, например, на нагрева н ие тела массой т, т. е. н а вы п опtt ение полезной работы: Ак = О п ределим КП Д по формуле:

Q 1 = cm(t2 - t 1).

\ч=~ · lОО % = cm~~t 1)

· IOO %J.

Если tt спользуем электрttчесюtй наrревательопределённой мощноспt , то энергня, которая вьшеляется во время его работы, оnределяется по формуле:

= Pt,

де Р -мощность электр~tческоrо нагревателя; -t -время работы

нагревателя.

Тогда К П Д н агревателя будет определяться так:

1 11 =

~ . 100% =

(ftt- tl}

IOO%J .

К П Д н агревателя всегда меньше единиuы (~1ли меньше

LV IOn-•UIIAII•• ~ •

100 %).

1. Что та~~:ое коэффициент nолезного действия нагревателя? 2. Расскажите, ка~~: определяют коэффициент полезного действия нагревателя?

Глава4

!!!.216 OП,II,IIIJIIHHIIIOJффHЦHIHTA ПORI1H0f0 IIIЙnl\11 (111\А) HAf,IIATIRI

- 'AIOTA N! 14 Цел ь работы:

•

убед и ться н а опытах в том , •по nоле1ная работа , затра ченная на наrреваюtе жидкоспt , меньше полной э нер r~ш . выделенной при полном сгоранюt тоnшша , ~~ опре дешпь коэффициент полезного действия нагревателя.

•

Приборы

спиртовка (сухое топливо) , штатив с муфтой и лапкой ,

и матери алы:

сосуд с водой или другой жидкостью , термометр , весы , набор гирь (динамометр). Х од работы

Оnредешпе с помощью весов (дн н амометра) массу спиртовки с топливом m 1• Этот ~~ все следующ и е результаты занес~пе в таблицу .

2. 3.

Сосуд с водой закреnите в штативе. Под сосудом разместите спиртовку. Из мерьте термометром температуру воды в сосуде 11.

4. Зажги те с пи ртовку. Н агрейте воду массой т = 100 r до температуры кипения /к.

Погаси те с пиртовку. Снова определите массу спиртовки с топливом

6. 7.

Определ ите массу использованноготоплива дт = т 1 - т2 • П о таблице

11 (с. 204) определите

П о формуле 11 =

Сделайте выводы.

ст

Z;";

111

m2•

удельную теплоту сгорания топлива

100% оп ределите

КПП спиртовки.

)

'••аtм 8M8CI8

Поч ему радиатор является системой многих тонких трубок, а не

сплошным резервуаром (р ис .

Ответ:

чтобы

275)?

обес п ечить достато чны й

теплоотвод

от дв11rателя

автомобиля за с ч ёт у величен ия площади теплообмена.

В каком тепловом дв иrателе струя пара или газа , нагретого до высокой тем

персnури, вращает вал двигателя без помощи поршня , шатуна и коленчатого вала?

Ответ: в паровой турбине.

( Урооои•А )

433. Как р аботают и ч ем отл ич аются друг от друга м н оrо \lисле н ные тепловые двигател и в совреме нн ой промышленности?

434. П очему трубки радиатора автомобиль н ого или трактор н ого двигателя и зготовляют излаrу н и ил и алюминия?

435. П о ч ему п р и работедв и гателей в н утре нн его сго рания тем п ература воды в рад и аторах п овышается?

436. С какой целью трубки радиатора обдувают быстрым потоком воздуха с помощ ь ю

вентилятора,

при ч ем

вентилятор

втяги вает воздух снаружи

в глубь капота двигателя, а н е выдувает его из- под капота ч ерез радиатор?

437.

П очему в с ~t стему охлажде н~t я дв и гателя внутре нн его сгорания нужно заливать чистую воду?

438. Зачем наливается вода в рубашку дв и гателя? П очему име н но вода? 439. П очему в мото циклет н ых и а в иа ц ионных дв и гателях охлажде н ие воз душное? Как обеспеч и вается нормальное охлаждение эт и х дв и гателе й?

440.

Какие особен н ости двигателей в н утрен н его сгоран ия способствуют их

441 .

хозяйст ве? Как н азывается темавой дв и гатель, в uилиндре которого п ер ~1 0дически

широкому приме н ению на транспорте, в п ром ышле нн ом

и сельском

сгораеттопливная смесь?

442.

Сколько рабочих ходов п роисходит в ч етырёхu илинд ровом двигателе за од ин оборот коле нч ато го вала?

443.

Какой в ~щ меха нич еской энерг шt водя н ого п а р а ис п ользуется в паровых турбинах?

444. 445 .

П очему п аравые турб ин ы развивают больш ую скорость враще н ия вала?

Автомоб иль ( ри с.

276),

н а к оторо м уста н овле н м о щный д rшгатель,

разви вает на соревн ова ю1ях скорость проедет автомоб иль за

5 с, двигаясь

1000 ~· Какое расстояние

равномерно?

446. Тролле й бус затормоз ~1 л и оста н о в илс я . Ка ки е изме н е н юt э н ергии пpoюoLLUiи п р и этом?

447 .

Ч астыми ударам и молотка можно разогреть кусок металла. Н а что затрачивается п р и этом меха н ическая энергия?

448.

Н азов и те, какая э н ерг и я уме н ь ш ается, а ка кая- соответстве нtю- воз-

растает п р ~t :

а) работе теплового дв и гателя; б) нагре ва нии вод ы в котле; в) езде н а велос ~ш еде; г) дв ижении автомобиля по инерции.

( Ypooto•l ) 449.

П р и сильн ом переrреве дв игателя внуrрен него сгорания

воз м ожно так называемое за

кл инивание

н евозможность

движения

поршней из-за увел ич е ни я и х размеров. Что

является пр ичин ой такого закл ~1 нивания?

450. 45 1.

П очему мощность двигателя пр 11 глушителя уменьшается? П очему

паровой

турбине

н али чиtt

температура

Рис . 2П

отработанного п ара ни же, ч ем температура

п а р а, посту п ающе го н а ло п асти турбины?

452.

В каком теnловом дв и гателе энер Пtя тоnлива н е посредстве ~ню превра

щается в механич еску ю энер гию движуwеrося аппарата?

453.

При сж и гании топлива в камере сгорания реактивного двигателя образуются

газы,

скоростью

вытекают ч ерез отверстие

которые под высоким давлением (сопло)

и с большой

в задней

стенке

каме ры . Какие тела вза и модействуют при этом? Каков а причина дв ижени я ракеты? Мог б ы двигаться реактивный двигатель, ecл tt бы камера сгораюt я н е ~1 мела отверстия?

454.

Космические ракеты значитель н ую часть своего пути двигаются за пределами зем ной атмосферы. Объясните,

возможно в безвоздуш н ом пространстве (рис.

455.

почему дв11женttе ракет

277).

Сколькихлюдей л ишает кttслорода автомобttль, дв ttжушийся в течение

4 ч со скоростью 80 ~? Сугочную норму кислорода для од н ого человека он потребляет на участке пути

456.

2,5

км.

Совреме нн ый реакти вный лайнер за та сж и гает

8т

1ч

полё

ки слорода. Н а сколько беднее

кислородом станет воздух , если такой самолёт

пролети т расстояние

2550

км со скоростью

850 ~:? 457.

Рассмотрите внимательнобытовой холощtль ник (рис.

278)

и ответьте на вопросы.

а) П очему холодильник и красят в белый или д р угой светл ый цвет?

б) Поч ему морозильная камера раз мещена в

верхний его части ? в) Поч ему п ространство м ежду вне шн ей и

Рис .

278

внуrренней стенками холодил ьн~tка заполнено пеноruJастом - nористым материалом, ruюxo nроводящим теnло? г) Для чеt·о ~tспользуется система трубок ,

размешённая на задней

стенке холод ~tль ник а?

458.

Оси маши н и м е ха н юмои при работе н агреваются. В чём nричи н а этого нагревания и какие способы её устра н ен и я? Какие и зме н ении эне ргии nроисходят при этом?

459.

С у ществует такой сnособ сварки некоторых деталей: на токар ном станке одну деталь закре пляют в задней бабке ста нка, а

вторую ,

приж~tмая к первой , быстро вращают вместе со шпинделем.

Когда

место касания деталей нагревается до nлавления , детали при ж.~t мают и

сваривают. Объяс н ите , какие изменения э нергии про ~t сходят пptt этом.

460.

Затачивая на ТО'IИ.Ле зуб ило, приходится н есколько раз погружатъ его в воду. Для чего это делают? Какие юменения э н е рrиtt п роисходят при этом ?

CfO,.I'IICIAI Первый тепловой двигатель

СП"I

еолипил был <Жонструирован древнегреческим

учёным Героном Аnександрийским, жившим в

1в.

(рис .

279).

Этот nрибор nредставлял

собой металлический шар с двумя согнутыми трубкам и . В шар наливали воду и

разводили nод ней аiонь. Когда образовавшийся пар выходил из трубок , то шар начинал вращатъся .

К середине

XVIII

в. любая работа вы полнялась лишь силой мышц человека или

домашних животных, а также естественными силами

ветра и nадающей воды .

История изобретения работающей паравой машины довольно длинная . Одним из первых nаровых насосов , nредназначенных для откачивания воды из шахт, был

насос , сконструированный в конце

XVII

в. англичанином Севери (рис.

280) .

Принциn работы насоса Севери состоит в следующем. Из котла В пар через трубку

и кран С поступает в резервуар

и трубку А . После этого резервуар

и вытесняет из него воду через клаnан а

отключали от котла и охлаждали водой. Пар

конденсировался в резервуаре , в результате чего по трубке

F вода

всасывалась и

через J(Лапан Ь nостуnала в резервуар трубке

А.

Паравой

насос

Севери

откуда она снова вытеснялась паром по расnространился

начале

в.,

XVHI

усовершенствованные его варианты nрименялись на шахтах вплоть до середи

ны

XIX

в.

Более совершенную паровую машину (так называемую атмосферную машину) сконструировал в (рис.

281)

1705

г.

английский кузнец Т.

Ньюкомен. Машина Ньюкомена

уже имела основные детали . паравой машины- цилиндр и поршень. Эта

машина работала таким образом. В цилиндр с поршнем через трубку с краном поступал пар из парового котла и своим давлением поднимал nоршень в верхнее

положение. Потом кран nерекрывался , отделяя тем самым цилиндр и паравой котёл. В цилиндр через второй кран, который теперь открывался, впрыскивалась холодная вода. Пар конденсировался, и nод действием атмосферного давления

поршень опускался вниз.

Потом nроцесс повторялся. Таким образом, плечо

коромысла, соединённое .с поршнем, то поднималась, то опускалось. В то время второе плечо коромысла приводило в движение насос, откачивающий воду. Машины Севери и Ньюкомена имели два важных недостатка: во-nервых, машина выполняла работу лишь при движении поршня в одном наnравлении, а, во-вторых, нужно было все время закрывать и открывать краны,

т е машина работала не автоматически В

1765

г:

английский

изобретатель Джеймс Уатт

сконструировал паровую машину (рис

имела один цилиндр с поршнем

282),

которая

Пар впускалея попе

ременно то с одной стороны поршня, то с другой, что достигалось nрименением сnециального механизма

Известен

интересный

случай

машиной

Уатта

Однажды владелец небольшой шахты договорился с Д

•

Рис. 282

Уаттом о том,

что изобретатель поставит свою

:~~~:у:Р::~:;\:;:т::~~~н:: в~~~т:з в~~:ня~~ лошади.

Ваша машина должна за час выкачивать воды не меньше, чем моя лошадь,

сказал владелец.

-Хорошо, -соглас ился Уатт.

Если так, то мощность вашей лошади nримем за

единицу.

В день испытаний лошадь уnала от усталости.

С того времени в технике

существует такая единица мощности -лошади ная сила. Уатт измерил эту единицу

мощности, установив, что за высоту

67,5

1 мин

обычная лошадь nоднимает груз массой

кг на

м. Имя Уатта увековечено в названии единицы мощности- один ватт.

~========="='=O~I~I~,~~TI~C~I~O~И~Э~H~A~H==H=I========~2;21j! ( KollfiiOJI••we IORpo<W j 1. 2.

Как можно изменит•• внутреннюю энергию тела? Почему теnлоnроводность рыхлого снега меньше, чем слежавшегося?

З . В какое время суток ветер дует в сторону моря, а в какое- на сушу?

4. Почему скафандры космонавтов и астронавтов делают серебРисто-белого цвета? 5 . Нужн о нагреть 1 кг воды и 1 кг масла на 1 °С. Н а что нужно затратить больше энергии?

6. 7. 8. 9. 10. 11 . 12.

В каком состоянии находится серебро nри темnературе

900 ОС?

Можно ли nолучить пар золота?

Почему в зарядах исnользуют порах, а не другие горючие ве щества? Какое топливо является наиболее энергетичесl(им? Какой двигатель эффективнее: дизельный или карбюраторный? Какие изменения энергии nроисходят в реактивном двигателе?

Какими сnособами можно увеличить КПД двигателя?

( 'IYO 1 J•OIO • JIIIIO

~~t•on)

Я знаю, как можно изменить внутреннюю энергию тела .

Назовите сnособ изменения внутренней энергии тела е таких CJJy.4aRX: а) внутренняя энергия тела увеличивается, если выполняется работа над телом; б) nроцесс, при котором nроисходят изМенения енутренней энергии , а работа не выnолняется;

е) енутренняя энергия тела уменьшается, когда тело выnолняет работу.

2. 1

кг воды и

кг железа нагрели на

ОС. На сколько изменилась их внутренняя

енерrия и как это изменение объяснить с точки зрения молекулярноrо сч:юения

вещества? Я умею рассчитывать количество теnлоты , необходимое для на грева ния,

плавления

исnарения

тела ,

таюке

количество те плоты ,

вы

деляющееся nри nолном сгорании тоnлива.

Какое количество теnлоты нужно для нагревания чуrунной подошвы утюга от

20 до 320 °С, если её масса равна 2 кг? 4 . М ожно ли рас nлавить 12 кг олова, затр-ати в 120 000 кДж энергии ? 5 . Какую энергию нужно затратить, чтобы исnарить nри температуре киnения 3 кг воды, взятой nри температуре 20 °С? 6 . Хватит ли 100 г бензина, чтобы довести до киnения 0 ,5 кг воды, взятой nри 20 °С? КПД нагревателя равен 25 %. Я умею строить графики.

В алюминиевом чайнике нагревают воду. Постройте схематические графики зависимости количества теnлоты от времени нагревания а) чайника; б) воды. Я знаю , какие бывют виды теnловых двигателей .

Чем отличается двигатель Внутреннего с горания от реактивного? Я умею выnолнять оnыты.

9 . Н алейте в большую кастрюлю воды и доведите её до кипения. Поместите в неё меньшую кастрюлю с холодной водой. Закипит ли вода в малой кастрюле? Обоснуйте результат.

10 .

В воду nри темnературе О ОС вбросьте лёд, темnе

ратура которого такая же , как и воды . Изменится ли темnература воды ? Почему? Я знаю, как происход'l'lт изменения энергии .

11 . Объясните, (рис. 283) .

12. Каки е

nочему колесо турбинки вращается

изменения энергии nроисходят в газовой

турбине?

Вариант

Ри с.

283

Какое движение называют теnловым? д. Уnорядоченное движение частиц, из которых состоят тела. Б . Бесnорядочное движение частиц, из которых состоят тела. В. П рямолинейное движение тела. Г. Неравномерное движение тел .

Железнодорожные рельсы или Щ>уГИе метамические балки изготовляют сnособом nроката. Для этоrо разогретую до белоrо каления СТЗЛЫfУЮ отливку nроnускают между катхами-валы.щми, на nоверхности которых есть канавки, соответств')qЦИе

форме рельса, и он , деформируясь, nриобретает нужную форму. Стальную отливку nроnускают сквозь вальцы несколько раз , не нагревая его доnолнительно. За С'iёт чего гюдАерживается нужная темперюура стали во время nроката?

д. За С'iёт выnолняемой механической работы. Б . За счёт внутренней энергии. В. За е<iет теnлоnроводности. Д. Правильного ответа нет.

П очему глубокий рыхлый снег защищает озимь от вымерзания ? д. Так как он имеет высокую теnлоnроводность. Б. Так как он имеет низкую теnлоnроводность.

В . В рыхлом снеге много воздуха, который nлохо nроводит теnло . Г: Правильного ответа нет.

Измен яется ли темnература тела, если оно nоглощаеттеnла больше , чем и3Лучает? д . Тело нагревается . Б. Тело охлаждается . В. Темnература тела не изменяется. Г: Правильного ответа нет.

Количеством теnлоты называют внутреннюю энергию, которую

а) тело nолучает от другого nри теnлообмене ; б) имеет тело;

в) тело nолучает или теряет nри теnлообмене; г) nолучает тело nри выnолнении над ним работы .

б . Свинец nлавится nри темnературе

327

ОС. Что можно сказать о темnературе

кристаллизации (отвердевания) свинца?

д. Она также равна

327

°С. Б . Он а ниже те м пературы пnавления . В. Она выше

темnературы плавления . Г. П равильного ответа нет.

Исnарение происходит...

а) только nри темnературе кипения ; б) nри любой темnературе;

в) при оnредёленной температуре для каждой жидкости; г) nри высоких температурах.

В . Вследствие полного сгорания сухих дров выдели11ось

50 000

кДж энергии.

Сколько дров сгорело? д.

кг.

0,5

кг В.

кг.

Г.

500

кг.

Горючая смесь, nостуnающая в цилиндр двигателя автомобиля, состоит из ... д. разных видов жидкого тоnлива. Б. смеси керосина с воздухом. В. воздуха и nаров бензина. Г. масла и бензина.

10.

Шарик , поднятый на некоторую высоту, nадает в nесок и застревает в нём. Из менения каких видов энергии nри этом nроисходят?

д. Потенциальной и кинетической. Б. Потенциальной и внутренней. В. Кинетической и внутренней. Г. Потенциальной, кинетической и внутренней.

11 .

При ударе молотом об наковальню выnолнена работа

15 Дж.

Какое количество

внутренней энергии получила наковальня?

д. Менее чем

12.

15 Д;;к .

Б.

15 /J;;к.

В. Более чем

15 Дж.

Г. Правильного ответа нет.

Имеем газовую горелку и сnиртовку. КПД какого из двух нагревателей бсrльше?

А. Сnиртовки. Б. Газовой горелки. В. Одинаковые. Г. Правильного ответа нет. Вариант

Изменяется ли внутренняя энергия воды в море с наступлением ночи? А. Увеличивается. Б. Уменьшается. В. Не изменяется. Г. Правильного ответа нет.

При деформации тела изменилось только взаимное расположение молекул.

Изменились ли при этом температура тела и его внутренняя эн"ергия? А. Темnература тела увеличилась, а внутренняя энергия не изменилась. Б. Температура и внутренняя энергия тела не изменились. В. Температура тела не изменилась, а внутренняя энергия увеличилась. Г. Правильного ответа нет.

3. Сидя у костра, мы согреваемся, ощущаем, как передаётся тепло от костра к нашему телу. С каким видом теплообмена мы имеем дело? А. Теплопроводностью.

Б. Конвекцией . В. Излучением. Г. Теплопроводностью и излучением.

Можно ли предусмотреть, какое направление будет иметь ветер у моря в знойный летний день? д. Нельзя.

Б. С моря на сушу. В. С суши на море. Г. Правильного ответа нет.

Количество теплоты, которое тратится на нагревание тела, завис ит от...

а) массы, объёма и рода вещества . б ) значения изменения температуры, nл отности и рода вещества. е) рода вещества , его массы и значения изменения температуры . г) массы тела , его плотности и значе ния изменения температур ы.

В лунную ночь на её nоверхности ночью темnература оnускается до

- 170 ОС .

Пригодны ли дm:t измерения темnературы на Луне ртутный и спиртовый термом етры? д . Не пригоден ни один из них . Б . Пригоден только с nиртовый. В. П ригоден только ртутный.

r 7.

Правильного ответа нет.

Испаряетс я ли вода е открытом сосуде при О ОС ? д . Испаряется . Испарение nроисходит при любой температуре. Б . Не и с nаряется , так как nри О ОС вода замерзает.

В . Не испар'яется, так как образование пара nроисходит nри киnении.

Правильного ответа нет.

а . Сожгли д.

0,2 кг

кг.

водорода . Какое количество воды можно нагреть от О до

Б.

кг.

В.

40 кг.

Г.

100 °С ?

кг.

Двигатель внутреннего сгорания работает на ...

а) нефти ; б) каменном угле ; в) бензине ; г) керосине .

10.

Какие изменения энергии nроисходят во время nадения метеорита? д . Потенциальной и кинетической . Б . Потенциальной и внутренней . В . Кинетической и внутренней. Г. Потенциальной , кинетической и внутренней .

11 .

При торможении nоезда была выnолнена работа

150 000

кДж . Какое коли

чество теплоты выделилось в тормозах?

д . Менее Б.

150 000 кДж . БoлbllJe 150 000 кДж.

В.

150 000 кДж .

Г: Правильного ответа нет.

12.

На

практике

исnользуют установки ,

которы х

nриродной газ. У какой и з них больший К ПД?

д. У той , что работает на водороде . Б. У той, что работает на природном газе . В . Одинаковые.

Г. Правильного ответа нет.

nрименяют водород

C.._::,IC:.,:П:.:.;O~M=A.:.:rA::.l:.:l:.::ll:.:lt:.::И:.:W:.:I:..:M:.::A.:,I.:.I':;.:H:.:A:.:.R::.W=------225 !iiiii! ФИ3И'IЕСКИЕ 3АДА'IИ IOK,Yr НАС 1.

Лётчик nосадил сnортивный самолёт на крышу грузового автомобиля. При каких

физических условиях это возможно?

На винт навинчивается гайка. Какова траектория движения центра гайки?

З.

Какую форму имеют траектории движения детей, вращающихся на карусели?

4. 5.

Г1ассажир рассказывает: •Наш автобусдвигался с маоой скоростью. Я nосмотрел в 01СН0

Какого вида движения осуществляют разные части швейной машины? и увидел, как мимо меня nромелькнули передние двери, окна и эад~-~ие двери дpyroro

автобуса. Почему это наш автобус дал задний ход, сnросил я мыс.nенно, но, взmянуе в сторону тротуара, убедился, что автобус едет вnерёд~. Объясните nричину такого вnеча тления. На основе чего пассажир сделал вывод, что ero автобус ехал вnерёд?

Мотоциклист движется в наnравлении ветра со скоростыо 10 ~. будет ли он ощущать ветер, у которого такая же скорОсть?

7. 8. 9.

Почему тяжело расколоть орех на мягкой опоре и легко

на твёрдой?

Почему капли дождя при резком встряхивании слетают с одежды? Существуют два способа раскалывания nолена. В первом случае по nолену ударяют быстродвижущимся топором. Во втором

лёгким ударом загоняют

топор в полено, а nотом, подняв тоnор с насаженным nоленом, бьют обухом об бревно. Объясните явления, которые при этом наблюдаются.

10.

Строитель, держа на ладони кирnич, ударяет по нему молотком. Почему он не ощущает боли в руке от удара молотl(а?

11.

Всадник быстро СJI(ачет на коне. Что nроизойдёт с всадником, если конь спотl(нёт· с я?

12.

Посреди бассейна плавает мяч. Чтобы приблизить его к Jl(paю бассейна, мальчик палi(ОЙ создаёт волны. Достигнет ли он цели таi(ИМ образом? Ответ обоснуйте.

1Э . 14. 15.

Можно ли пользоваться маятниковыми часами в состоянии невесомости?

16.

flочему, наблюдая на расстоянии за работой nлотника, сначала видим удар топо-

Почему в nустой комнате хорошо слышно даже wёnот? В хоре иногда вторые голоса слышно лучше, чем первые, хотя высота тона их

ниже. Объясните, nочему так. ра по дереву, а nотом слышим звук удара?

17 . 18. 19 . 20.

Может ли возникнуть эхо в стеnи? Почему вода всегда течёт с высшего уровня к низшему? Почему капли дождя падают на Землю быстрее, чем мелкие капельки тумана? При изготовлении гири в ней высверливают небольшое уГ11убление, е которое заnрессовывают свинцовую или медную пробку. Для чего это делают?

21 .

Изменяется ли nлотность воздуха в кабине космического корабля или станции в состоянии невесомости?

22.

Предложите сnособ измерения силы, с которой игрушечный автомобиль тянет по столу деревянный брусок.

23. 24 .

Почему мел оставляет след на классной доске? Почему металлические стуnени (стремянки, nодножки трамвая, вагона nоезда) не гладкие, а имеют рельефные выстуnы?

25 . 26. 27. 28 .

Почему кусок хозяйственного мыла легче разрезать крепкой нитью, чем ножом?

Почему медицинские иглы полируют до зеркального блеска? Почему тяжело держать в руках живую рыбу? На автомобиле с nрицеnом нужно nеревезти массивный груз. Где его лучше

nоместить: в кузове автомобиля или nрицела? Почему?

29.

Члены

экипажа

космического

корабля

..дnоллон-12•

Ч.

Конрад

А.

Бин

рассказывали, что по Луне легко ходить, но они часто теряли рав новесие, так как

даже nри небольшом каклоне вnерёд можно было уnасть. Объясните это явление.

30. 31.

Почему nриятнее класть голову на nодушку, чем на наклонную деревянную доску? Почему буря, которая валит живые деревья летом, не может свалить высохшее дерево, которое стоит рядом?

32.

К человеку, nод которым раскололся лед, nодходить нельзя. Для его сnасения кидают канат, кладут стремянку или дnинную доску. Объясните, nочему таким сnособом можно сnасти человека.

33. 34.

Для чего затачивают долота, nилы и другие режущие ин струменты? При работе новым наnильником nриходится nрикладывать б6льшие усилия, чем nри nользовании старым. Почему же все-таки nользуются новым наnильником?

35 . 36.

Объясните, как наждачной бумагой шлифуют металлические nредметы.

Почему лимонад или минеральная вода в закрытой бутылке •сnо койны •, а если открыть бутылку, то сразу начинают •киnеть"?

37. 38.

Каким nростым сnособом можно удалить вмятину в мяче для кастольнаго тенниса? В нефтяной nромышленности для откачивания нефти на nоверхность nрименяется сжатый воздух, который комnрессорами нагнетается в nоверхностное nространство

нефтеносного nласта. Действие какого физического закона nроявляется nри этом?

39.

Будет ли действовать гидравлический

40.

Почему вода из ванны вытекает быстрее, если в нее nогружается человек?

41. 42. 43.

По•1ему nловец, nогрузившийся на большую глубину, ощущает боль в ушах?

npecc

на Луне так же, как и на Земле?

Почему чайник с коротким носиком неудобен? Почему иногда на верхних этажах дома вода не течет из кранов водонаnорной сети, тогда как она течёт из кранов на нижних этажах?

44.

Почему человеку nриходится nрикладывать значительные усилия, чтобы вытянуть ногу из болотистого грунта, а nарнокоnытные животные леrко с этим сnравляются?

45.

Почему вода из оnрокинутой бутылки выливается рывками, с бульканьем, а из резиновой медицинской грелки

равной сnлошной струёй?

46 . 47. 48.

Почему в ртутном барометре чашка намного шире трубки?

49.

Для действия всасывающего водяного или воздушного насоса нужны меньшие

Можно ли считать медицинский шnриц насосом? Какое строение клаnанов, которые дают возможность нагнетать воздух насосом в веrюс иnедную шину, и где они размещены? усилия, чем в случае нагнетательного. Почему?

50.

Собака-сnасатель легко nередвигает в воде тонущего человека, однако на береrу

51 .

Для nодводных лодок устанавливается глубина, ниже которой они не должны

она не может сдвинуть его с места. Почему? оnускатися. Чем объясняется такое ограничение?

52.

Какие

выводы

можно

сделать

значении

архимедавой

соответствующие оnыты на Луне, где сила тяжести в

53.

силы,

выnолняя

6 раз меньше, чем

на Земле?

Подтверждается ли действие закока Паскаля и архимедавой силы на искусственных сnутниках Земли?

54.

Человек лежит неnодвижно на воде на сnине и делает глубокие вдох и видах. Как изменяется nри этом nоложение тела человека относительно nоверхности воды? Почему?

55. 56. 57. 58. 59.

Может Лt~О'lЭСЭТ€J'ЬНЬ,Й кругудержатьлюбоекоrм-ЕСТОО~, которые занеrоухватились? Как изменился бы уровень воды в океане, если бы растаяли все айсберги? Почему молоко оnускается на дно стакана, когда его доливают в чай? Почему нельзя гасить горящий керосин, заливая его водой?

Лактометром оnределяют мотность молока. В каком молоке: с 66льшим или меньшим содержимым жира- лактометр nогрузится глубже? Почему?

60. 61.

Можно ли nользоваться земными ареометрами на Луне? Водород и гелий nод действием силы тяжести должны оnускаться вниз.

наnолненные

ими

леrаrельные аnnараты

(дирижабли,

nоднимаются вверх. Как объяснить такое nротиворечие?

зонды,

Но

аэростаты)

62. 63 . 64 .

Можно ли на Луне для nередвижения астронавтов исrюльзовать воздушные шары? Выполняет ли лошадь механическую работу, увеличивая скорость движения телег и? Почему корабль с грузом движется медленнее, чем без груза? Мощност ь двигателей в обо их слу<~аях одинакова .

65 . 6 6.

Почему nлечи коромысла весов никогда не делаКJт короткими ? Как. известно, неподеижный блок выигрыша е силе не даёт. Одна ко пр и п роверк.е динамометром оказывается, что сила, которая удерживает груз на неподв ижн ом

блоке ,

немноrо меньше силы тяжести, которая действует

равномерном nодъёме

на груз,

а п ри

больше неё . Чем это можно объяснить?

67 .

Почему е подьёмных строительных кранах крюки, на которых переносят грузы,

68 . 69 .

Автомобиль спускается с горы с отк.лючённым двигателем. За счёт какой энергии

закреплены не на конце троса, а на обойме подвиж ного блока? Осуществлять прыжок в высоту леNе • перекаrом • , чем "ПРЯМО • . Почему? движется при этом автомобиль?

70 .

С помощью понтонов поднимают со дна моря затонувший корабль. За счёт какой энерrии про~о~сходит этот подъём?

71 .

За счёт какой энергии поднимается аэростат или зонд для исследования верхних слоёв атмосферы?

72 .

Водителю нужно nереехать на автомобиле лужу с болотистым дном. Он решил разо гнать автомобиль и на большой скорости преодолеть ее. П равильно ли он сдел ал ?

73. 74.

Почему у грузовых автомобилей должны быть тормоза .. ~.ющнее • , чем у легковых? Гимнаст сначала прыгает на гибкую доGКУ- трамплин, а потом- вверх. Почему в этом случае прыжок. nолучается выше, чем прыжок без rрамnлина?

75.

Почему иногда автомобиль не можеr въехать на гору, если он у поднож ия не разгонится (не приобретёт соответствующую скоросrь)?

76. 77.

Какой ветер, зимний 1tt11и леrний, ПР'-1 0Д1i0Й и той же скорости имеет большую МОUJ,I-ЮСТЬ?

78.

Чем объясняется значительное нагрева ние колёс автомобиля при nродолжительной

Почему при недостаточном смазывании выходят из сrроя шатуt~ные и коренн ые nодшипники трактора?

поездке?

79 .

Механизаторы

при

сборе

урожая

внимательно

следят,

чтобы солома

не

накручивалась на валы комбайна. Почему?

80 .

Когда автомобиль зат рачивает больше горючего: при п оездке без остановок ил и с остановками?

81 .

Почему внешние части сверхзвуковых самолётов приходится охлаждать с помощью сnециальных аnnаратов?

82 .

Когда космический корабль больше нагревается: nри заnуске или

nосадке на

Землю?

83 .

В каком сосуде

медном или чугунном

чаще подгорают nродук.rы nри их

nриnриготовлении? Почему?

84. 85 .

Почему металлическая чашка с чаем обжигает губы, а фарфоровая чашка с чаем неr? При какой темnературе и дерево, и металл будут казаться nри nрикосновении одинаково нагретыми?

86 . 87.

Какая nочва прогреется солнечными лучами бысrрее: влажная ил и сухая? Какое назначение rолстого nлacra подкожного жира у киrов, rюленей и друrих живоrных, обитающих в nолярных водах?

88.

Человек не ощущает прахлады на воздухе при rем п ературе ощущаеr ее при температуре

89.

если лед положили на крышку чайника?

90 .

Почему

тонкая

nолиэтиленовая

nлёнка

эащищаеr

расrен и я

заморозков?

91 .

ОС, а в воде

°С. П очему?

В каком случае бысrрее остынеr чайник с кипятком: если он croиr на льду или

Почему лисrва осины • трепещеr• даже в беэвеrренную погоду?

92.

Почему трубу. по которой вода возвращается в котёлводЯI'IОГО отоnления , nодво

дят к не му снизу, а не сверху?

93.

Экон о мично ли изготовлять радиаторы nарового отоnления хорошо отnолированliЫм и ,

il4. 95. 96.

tie лучше л и

их краr. ит ь в ~ёрный цв ет?

П очему в холодную погоду не которые животные спят, свернувшись в клубочек ? Почему термосы изготовляют крутого , а не квадратного сечения ? Земля неnрерывно излучает энергию в космическое nространство. Почему же

Земля не замерзает?

97.

Как воспользоваться дпя измерения темnературы воздуха термометром , на

шкале которого сохранились только два деления:

98. 99. 100.

40 ОС?

Островной климат умереннее и ровнее, чем климат больших материков . Почему? Почему в nустынях днём жарко, а ночью темлература воздуха nадает ниже О 0С? Какие nреимущества имеет ртуть переддруrими жидкостями (сnирт, эфир) , что позволяет nрименять её в термометрах?

101.

Почему внутренние сосуды калориметров изготовляют из тонкой латуни или алюминия, а не из cтeiUia?

1 02. 1 03. 104.

Почему соль, которую бросили на раскалённый уголь , трещит? Как nроще всего оnределить, какое из двух тел твёрже? Расnлавится ли не6ольшой кусочок олова, если его бросить в тигель с расnлав леним свинцом?

105.

Где ноги в обуви замерзают больше: на заснеженном тротуаре или на том же тротуаре, но nосыnанном солью?

106.

Почему морской лед, образующийся из солёной воды, в дальнейшем становится nочти совсем nресным?

107.

Почему мокрые nальцы зимой nримерзают к металлическим nредметам и не nримерзают к деревянным?

1 08.

Как объяснить, что в начале осени в реках и озерах вода не замерзает, хотя темnература воздуха на несколько градусов ниже О ОС?

109. 110. 111 •

Почему тёnлым зимним днём лыжи оставляют на свежем снеrу лыжню? Ускорится ли таяние льда в тёnлой комнате , если накрыть его шубой? Почему в сильный мороз дпя восстановления гладкости льда каток nоливают горячей водой?

112. 113.

Чем объяснить, что в сильный мороз в лесу трещат деревья?

Для осушения болот в субтроnиках сажают эвкалиnты. Куда девается вода, которую они nоглощают?

114. 115. 116.

Почему mина, муч!Юе тесто nри нагревании не становятся мягкими , а твердеют? Что охлаждается быстрее в одинаковых условиях: жирный суп или чай? Чтобы молоко не скисло в знойный день, сосуд нужно nоместить в воду и накрыть салфеткой, края 1<0Т0fХ>Й 1l0ГJ7)'ЖеНЫ в ВQЦу. На чём основывается этот О1ОСОб хранения молока?

117. 118. 119. 120.

Почему в сухом воздухе человек выдерживает темnературу, nревышающую

100 ОС?

Почему летом на лугу nосле заката Солнца туман сначала nоявляется в низинах? Для чего в крышке чайника делают дырочку? Чем объяснить, что nродолжительность варки картофеля , начиная с момента закиnания, не зависит от мощности нагревателя?

121.

Почему удельная теnлота сгорания тоnлива сырыхдров меньше, чем сухих той же

породы?

122. 123.

Почему мы сильнодуем на пламя спички , свечки , когда хотим их nогасить?

Раскалённый уголь, nоложенный на металлическую пла стинку, быстро гаснет, а на деревянной доске nродолжает тлеть. Почему?

124.

На дне и крышке консервных банок штамnуют концентрические круги (гофры) . С какой целью это делают?

125.

В каком случае газ в цилиндре двигателя имеет 66льшую внутреннюю энергию: nосле nроскакивания исl(ры или в конце рабочего хода?

CJIOIAPio

ФИJИ'IЕСКИХ ТЕРМИМОВ

А Амnлитуда кол ебани йА -это наибольшее отклоне н ие тела от nоложения равновесия.

Единицей амnлитуды колебаний в СИ является один метр ( 1 м). Аре ом ет р - прибор для измерения nлотности жидкости по глубине его nогружения в неё.

Атмо с фе ра Зе мли - воздушная оболочка вокруг Земли, вращающаяся вместе с Землёй как единое целое. Аэростат

апnарат для воздухоnлавания легче воздуха, наnолняется водородом или

гелием.

Барогр а ф

nрибор

для

автомат и чес к ой

н еnрерыв ной

записи

изменений

атмосферного давления.

Барометр - nрибор дпя измерения атмосферного давления. Барометр -ан ероид - безжидкостный nрибор для измере н ия атмосферногодавnения . Батискаф - глубоководный самоходный аnпарат для nроведения исследований в морях и океанах.

Батисфер а - nрочная стальная камера, оборудованная сnециальной аnnаратурой для н аблюдений nод водой; оnускается с корабля на стальном тросе. Блок - nростой механизм в форме колеса с жёлобо м, через который nерекинута цеnь , трос или верёвка. в Вате рлиния

линия

сечения

корnуса

судна

nовер х ностью

воды;

nоказывае т

максимально доnустимую осадку н агружен н о го судн а.

Вес тела Р

сила, с которой тело вследствие n ритяжения к Земле действует на опору

или nодвес.

Взаимодействие

взаим ное влия н ие тел ил и част и чц, обусловливающее изменение

состояния их движения. В меха н ике коп ичестве н ной характер исти кой взаимодействия являются сила и nотенциальная энергия.

Взвеш и вани е тел а- процесс· определени я м ассы ил и веса тела с nомощью весов.

Винт - nростой механизм, разновидность наклонной плос кости.

Внутрення я э нергия тел а

эн ергия движения и взаи м одейств и я частиц, из которых

состоит тело. Внутреннюю энергию тела м ож но и змен ить путём выnолнения работы или теплообмена. г

Громкость звука

физичес кая величина, являющаяся мерой слухового ощущения,

вызва н ного звуком.

Давление р

величина, определяемая отношен и ем з наче н ия силы, действующей

nерпендикулярно к поверхности , к площади этой поверхности. Единицей давления является один паскаль

( 1 Па) .

Давле ние гидростатическое р - давлен ие ж идкостей, Обусловленное силой тяжести. Давление нормальное атмосферное - давление атмосферы, равное давлению столба ртути высотой 760 мм n ри температуре О 0 С. Еди н и цами атмосферного давления является 1 мм рт. ст., оди н паскаль ( 1 П а) и один гектопас каль (1 гПа). Двигатели теnловые - маши н ы, в которых внутренняя энергия топлива превращается в

механическую

дви гатель

энергию.

тепловым

внутреннего сгорания

дв и гате л ям

относятся:

(карбюраторный, ди зельный),

nаровая

nаровая и

машина ,

газовая

турбины, реактивный двигатель.

Дви же ни е отн ос ительн ое природы

находятся

- движение тела относительно других тел. Все тела

в движении,

nоэтому всякое движение или nокой являются

относительными, т. е. состояние тела зависит от того, относительно какого тела это состояние рассматривают.

Движени е ра вном е рн ое

движение, п р и котором тело за любые одинаковые

интервалы времени n роходит одинаковые пути.

Движен ие р а вномерн ое

окружности

движение п о окружности со скорос7:>10 ,

nостоянной по значению, но изменяющейся по направлен и ю. Дви же ни е

те nл ов о е

бесnорядочное

определяет температуру тела

движение

молекул

атомов ,

которое

Деформация

физическое явление изменения формы или размеров твёрдого тела

поддействием внешн и х сил, изменения темnературы и т.

Динамометр

и Излучен ие

вид теnлообмена, который не нуждается в nромежуточной среде между

nрибор дпя измерения сил.

телами и обусловлен исnусканием и логлощением ими теnловых лучей.

Инерци•

явление сохранения скорости движения тела nри отсутствии действия на

него других тел.

к Капориметр - nрибор дпя измерения количества теnлоты, которое выделяется или nоглощается в результате какого-либо физического nроцесса. КИnение - интенсивное исnарение жидкости не только с её свободной nоверхности, но и во всём объёме внутрь образующихся nузырьков пара. Колебани• - движения тел, которые точно или nриблизительно nовторяются через о nределенные интервалы времени.

Колеб а ни• инфра звук овы е (инфр а звук ) - колебания, частота которых меньше минимальной частоты звуковых колебаний - 16 Гц. Колебани• ул ~отразвукоа ые (ультраэаук ) - колебания, частота которых больше наивысшей частоты звуховых колебаний - 20 000 Гц. Количестао теnлотыО -мера внутренней энергии , nереданной во время теnлообмена от одного тела к другому без выnолнения работы. Она зависит от вещества, из которого состоит тело, от массы этого тела и от разности его конечной и начальной темnератур . Единицей количества теnлоты, как и энергии, является один джоуль

( 1Дж:) .

Конвекци• - nроцесс nеренесения энергии струями жидкости или газа . Конденсация пара - физический nроцесс nерехода вещества из газообразного состояния (nри темnературе конденсации) в жидкое вследствие охлаждения пара. Коэффициент полезноrо действиt~ (КПД) мех а ни зма Т\ nоказывает. какая часть энергии , которая nодводится к механ и зму, идёт на выnолнение им nоnезной работы. Коэффициент nол еэноrо действи• (КПД ) наrревателя Т\

отношение той части

энергии, которая затрачивается на выnолнение nолезной работы нагревателя , ко всей энергии, которая выделяется вследствие сгорания тоnлива или во время работы электрического нагревателя.

Кристаллизация - физический nроцесс nерехода вещества из жидкого состояния (nри те мnературе кристаллизации) в твёрдое вследствие охлаждения жидкости. м

Манометры - измерительные nриборы, nредназначенные для измерения давления или разности давлений. · Масса тела т - физическая величина , характеризующая инертность тела. Единицей массы в СИ является один килограмм ( 1 кг) . Маwина - механизм или сочетание механизмов для nреобразования энергии одного вида в другой. В каждой маши не имеются три основные части - рабочий орган, nередающий механизм и двигатель. Наличие этих трёх частей отличает машину от других технических уст ройств .

Механическая работа А

работа, которая выnолняется nри nервмещении тела nод

действием nриложенной к нему силы . Она nрямо nроnорциональна nриложенной к телу

силе и расстоянию, на которое это тело nервмещается в наnравлении действия этой силы. Единицей работы в СИ являе тся один джоуль ( 1 Дж). Механическое движение - изменение nоложения тела со временем относительно других тел.

Мощность Н

физическая величина, оnределяемая отношением выnолненной работы

к затраченному времени . Единицей мощности в СИ является один ватт

( 1 Вт).

Перообразова ние -физический nроцесс nерехода вещества из жидкого состояния в газообразное ,

nроисходит

nри

сообщении

веществу

оnределённого количества

теnлоты.

Паскаля закон . Давление ,

nроизводимое .на жидкость или газ внешними силами ,

nередаётся жидкостью или газом одинаково во всех наnравлениях .

Период ко л еб а ний Т

наименьший интервал времени, через который скорость и

nоложение тела повторяются. Единицей nериода колебаний в СИ является одна секунда

с).

Период обра щенияТ - интервал времени, за который материальная точка делает оди н оборот при равномерном движения по окружности. Единицей периода обращения в С И является одна секунда

( 1 с).

Плавлен ие - физический процесс перехода вещества из кристаллического (твёрдо го ) со стояния

(nри

температуре nлавлен и я)

жидкое,

соnровождается логлощением

энерги и.

Плечо силы - кратчайшее расстояние от оси обращения тела до линии действия силы. Пресс гидравлический - это гидравлическая машина, nредназначенная для n рессования (сжатия) nористых тел (в н утри которых есть n уст6ты).

Простые механи з мы

устройства, nредназначен н ые для nреобразования сил ы . Ни

один из nростых механизмов не даёт выигрыша в работе: во сколько раз выигрываем в силе , во столько же раз nроигрываем в расстоянии. Это утверждение назвали «Золотым n равилам» механики.

Путь - длина траектории , описываемой телом во время движения на протяжении оnределенного интервала времени . Единицей пути в С И является оди н метр (1 м)

с Сила

физическая величина, мера взаимодействия тел и nричина изменения их

скоростей .

Характеризуется наnравлением в nространст ве, значением и точкой

n риложения.

Сила Ар химеда

сила , действующая на nогружённое в жидкость или газ тело ,

FA -

наnравлена верти кально вверх, зависит от nлотности жидкости

или газа

обьёма

логруженной части тела .

Сила упругости F ynp -

сила , возникающая при деформаци и тела и наnравленная

nротивоnоложно направлению деформации.

Сила трения

F,P -

сила , возникающая nри взаимодействия между твёрдыми телами в

местах их касания и nреnятствующая их относитель н ому nеремещению

Сила тяжести F,~,.. - сила , с которой Земля притягивает к себе тела. Скорость рав н о мерно го движе ния тела

v -

физическая величина , оnределяется

от ношением nути, пройденного телом, ко времени его движения . Единицей скорост и в

СИ является один метр в секунду ( 1 ~ ). Сnидометр - nрибор для измерения скорости движе н ия трансnортных средств. Сообщающи е ся сосуды - соединённые между собой сосуды, в которых жидкость может свободно nеретекать из одного сосуда в другой. т Тело отсчет а - тело , относительно которого рассматривают движение. Темnература тела - физическая величина , хара ктеризующая интенсивность теnлового дви жения

молекул

тела

пропорциональ н ая

средней

к и нетической

энергии

nостуnательного движения молекул тела.

Теплообмен - nроцесс изменения внутре н ней энерг ии тел без выnолнения работы над . н и м и и самими телами.

Теплоnроводность

передача тепла от более нагретой к менее нагретой части тела

вследствие теnлового движения и взаимодействия частиц тела Термометр - прибор для измерения темnературы путем е го контакта с исследуемой средой. Траектория - это мнимая линия , которую оnисывает тело во время движения. ч Частота колебаний

v -

число колеба н ий в един и цу времен и .

колебаний в СИ является один герц Частота об раще ния

n -

( 1 Гц

Единицей част оты

t ).

число оборотов , совершённых материальной точ~ой при

равномерном движении по окружности за единицу времени. обращения в СИ является единица , разде лённая на секунду

( 1 с).

Единицей часто ты

ш Шлюз

гидротехническое сооружение для nереведения судов на реке или канале с

одного уровня на другой.

э Энергия Е - физичес кая величина, определяющая сnособность тел выnолнять работу. Ед1о1ницей энергии в СИ является один джоуль

( 1 Дж).

~:иеж":нии~ ~=хна~:~~~;;:~и~ё~ы;~~~~~~~~~яск~~~~~~'riв:~~~~е~:~~~iе~~ в~~~~~и~ · в эту систему.

Энергия потенциальная Е" - энергия, о n ределяемая взаимодействием тел, зависит от взаимного расnоложения тел и ли отдельных частей тела.

Энергии сохранения закон . Энергия не исчезает и не создается из ничего. Она только превращается из одного вида в другой, при этом её nолное значение сохраняется.

ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ И УПРАЖНЕНИIМ 2.

Примеры механического движения тел: ласточка ловит насекомых в воздухе;

ветер n однял вверх л и ст бумаги.

Нельзя выбрать тело отсчета.

В nокое. Движется.

Прямая линия. 9. Равномерно лрямолинейно. 11. Одинаково. 12. 16 -Ё-. 13. 10 -Ё-. 16. а) В покое; б) в движении ; в) в движении. В nокоеотносительновсех тел. 19. Окружности. 21 . Легковой автомобиль двигался вдвое быстрее. 23. 320 ч. 24. 41 698 800 м = = 41 698,8

км. 27. 81 000 км. 28. 2,56 с. 30. 1) 50 с; 2) 1000 м; 3) 1,25 -Ё-; 5 -Ё-; 2,5 ~.

33.

По nрямой линии.

39.

О ~;

34. 0,008 с. 35. 74

-Ё-.

44.

-Ё-.

36. 50

Гц.

37. 1,7

-&; 0,84 ~.

38. 0,40

м.

Журчание ручья обусловлено звуком, возникающим nри

45. По ним стучат металлическим nредметом 47.0,0625 с; 0,00005 с. 48 . Комар. 49 .3310 м= 3,13 км. 51 . Вата 53 . Так как звук отражается от стен туннеля. 56 . Инфразвуков; О, 11 с. 60. Так как воздух разрежён. 62. Мухи; 0,003 с; 0,5 с. 64.50 с; 3 с. 65 . Для nоглощения звуков, доходящих до стен, и устранения шума. 66. Мы слышим гром длительное время, так как звук, воз н икший nри молнии, отражается от туч. 70 . Мы не слышим отраженного лаnании воздушных nузырьков в воде.

( молотком, ложкой).

nоглощает звук.

звука. Вследствие многократного отражения звука от деревьев трудно оnределить наnравление на и сточник звука. 74 . Они восnринимают инфразвуковые колебания. 75 . 2 175 м= 2,175 км. 78. Лодка будет двигаться от берега вследствие взаимодействия с ч еловеком. 80. Когда человек идёт nротив ветра, то ощущает соnротивление. Человек взаимодействует с ветром и Землей. 82 . Взаимодействием ружья и nули nри выс треле. 84. Явления инерции. 86 . Автобус nовернул вnраво. 89. Чтобы автомобиль. мотоцикл, велосиnед не зане~ло на nовороте. 91 . 522 г 700 м г= 0,5227 кг. 92. Так как ценаделения шкалы торговых весов составляет 50 г. 94 . Рессоры разгибаются. 96. Так как собака имеет бОльшую массу, то она более инертна. 98 . Нужно взвесить, наnример, 10 гвоздей. Зная массу всех гвоздей и 10 гвоздей, можно оnределить их количество. 99. Нет необходцимости. 101 . Нужно взвесить 1 м nровода, nотом - моток nровода. Чтобы знать длину nровода в мотке , нужно массу всего nровода nоделить на массу 1 м nровода. 103. Сила тяжести. 105. Сила тяжести. Град- воздух- Земля. 106. Чтобы не было nерегрузки, которая может nривести к разрыву тросов. 109. На молоток массой 1,4 кг; в 1,6 раза. 111 . За счет силы уnругости и силы -.-яжести. 113. 745,56 Н. 114. 98,1 Н . 115.76,45 кг. 116.49,05 Н. 117. Одинаковую. 118. Не всегда. 120. Поддействием силы тяжести. 122. Жёсткостью. 123. 121,5 Н. 125. 24,5 см. 126. 2,45 Н . 127. 133 Н 128. В 146 раз. 129. 37 кг. 130. Вес. 132. а) Одинаковые; б) одинаковые; в) разные.

134. При"Jягиваются. 135. 220 Н. 136. 70 Н . 137 . Так как на шайбудействует сила трения 140 . Ткань ра сnалась бы на ниl"и. 142. Это связано с тем, что конькобежец

скольжения .

nереходиl" с одной nоверхности на другую , на которых дейс"Jвуют разные силы трения

с кол ьжения.

144. Ко гда сила 1"рения на оси колеса больше, чем сила трения скольжения. 145. Чтобы улучшить сцеnnение коnеса с дорогой, "J. е. увеличить сиnу трения качения. 150. 6 Н. 151 . Нужно nриnожить силу к двум динамометрам одновременно. 154. Это связано с сиnой трения . 158. Чтобы увеличить силу трения. 160. Уменьшается сила трения. 16 3 . Чтобы уменьшить силу трения nри закручивании шуруnов. 164. Для создания давления , nри котором разрушается дерево, на большую nлощадь лезвия нужно действовать с большою силой.

рельсы.

168.

166.

Чтобы уменьшить давление локомотива на

На ведро бездеревянной ручки.

минимальное - б~-

171 . Зайцу. 17 2 .2 400

169. 1 мм2. 170.

Максимальное

-60

сК:.:2 ,

Н . 173. Нужно, чтобы nлощадь, на которую

действует сила, равнялась0 , 02 м~ = 200см 1 •

175. 73,575 МПа. 177. 19,075 кПа; 38,150 кПа 179 . 450 м2. 180. 1 кН ; 2 кН ; 4 кН. 181 .4 893 кг. 184. За счет малой 185 . При резком увеличении давления внутри жидкости бутылка может лоnнуть . 187. Так как на больших глубинах - высокое давление, которое может nовредитьздоровью водолаза. 190. 1 765 , 8Па. 191 . 9417 , 6Па. 192. 74м. 194. В сыром яйце действует закон Паскаля. 196. Н аибольшее- в сосуде со ртутью, наименьшее- в сосуде с керосином. 19 8 . Если самовар nолный, то стакан наnолнится киnятком бы стрее. 200. Не изменились - масса молока, сила тяжести, вес молока, обьём молока, с ила давления ; изменилось давление . 201 . 10 104 300 Па; 11 114 730 Н . 202. 7602,75 Па. 203. За счет атмосферного давления. 20 7 . Так как nроисходит резкое уменьшение атмосферного давления . 208. 0,0000529 Н "' 52,9 мкН. 216. Для того чтобы масло могло 178. В 167 759

раз .

nлощади жала.

выливаться

из бидона .

Если бы не было малого отверстия, то nод действием

атмосферного давnения масло не выливалось бы и мы не могли наnол н ить им бидон .

2 19. Будет бездействовать . 220. 162 120 Па. 222 . 3200 Н. 226 . Нагнетательн ый. 229. 248 475 Па. 23 1. Чтобы трубки не сnлющиеались. 232 . Так как на ноги действует выталкивающая сила , наnравленная вертикально вверх. 234 . Чтобы легче было nогружаться в воде на оnределенную глубину. 236 . Когда якорь находится е воде , то

натяжение цеnи меньше. 237 . 19620Н; 15696 Н. 238 . 4,08дм2. 239. 800 ~(керосин). 240.

Отливка свинца всnлывёт в ртути: дубовый брусок nотонет в бензине; кусок льда

nотонет в керосине; масло будет nлавать на nоверхности воды.

245. 10 000 т. 246 . 970 r: 249 . Так как nлотность газов намного меньше nлотност и 254 . Поставить молоко в холодное место. Более тяжелый стакан молока. 256. Нет. 262 . Так l(ак на nодводную лодку не действует сила Архимеда. 263 . 60,6 Mna. 265 . 253 кН. 266. 126,5 Н . 267. а) Сила тяжести ; б) сиnа трения; в) сила, которую nрикладывает сгюртс мен ; г ) сила Архимеда. 268. Груз массой 200 кг ; е 2,5 раза. 269. 500 Дж. 270. 3434 Дж. 271 . 41 см. 273 . 39,6 МДж. 274. 576 кДж. 275. 20 м. 276. 147 Вт. 277 . 33 кВт. 278. 42 500 Вт. 279 . О, 1 м В т. 280 . 2,5 кВт. 284 . За счет nотенциальной энергии молотка. 285 . Те11о массой 5 кг. 289 . 294,3 Дж. 290. 20 кг. 291 . 0,32 Дж. 292 . 3,5 кДж . 293 . Моrут, если они будут двигаться с разными скоростями. 296 . Потенциальной энергии. Означает сообщить nружине nотенциальную энергию. 2 97 . За счет поте нциальной энергии тоnора. 305 . 1962 Дж; 2943 Дж . 306 . Потенциальную - 24 кДж ; кинетическую - 400 кДж. ЗОВ . 30 Дж. 309. 48 Дж. 310 .750 Вт. 3 1 1. 5 кВт. 3 12. 147 Дж. 316 . Ле~е разnомить сnичку nосередине , так как действует б6льшее nлечо силы. 321 . Для обесnечения устойчивости nодьёмного крана nри подъёме грузов . 323 . Уравновесить как рычаг. 325 . 400 Н. 326 . 360 Н . 329. Разл ичие в резьбе . 331 . При nервмещен и и тела на расстояние 8 м nод действием силы 25 Н. 33 2 . 736 Вт. 335 . Неодинаковую. 336. Никакого : 342 . 83 %. 343 . 78 %. 344. В нутренняя 247 .

Нет. Нет, нарушится .

жидкостей.

енерги я горячей воды больше, так как температура её выше. 345 . Нет. 347 . Можно обжеч ь рук и . 350. Чтобы энерги я о т варенья не забиралась металлической ложкой. 352 . К ирпич. 365 . Н ет. Да. 369 . В первом случае внутренняя энергия увеличилась, а во втором - уменьшилась. 375 . Кирпичному. 376. Для увеличения тяги. 382. Изменится. 383 . Нет. Для нагревания на 1 ОС 1 кг алюминия нужно 920 Дж , 1 кг железа- 460 Дж, 1 кг латуни - 380 Дж, 1 кг свинца - 140 Дж. 388. Так как вода имеет наибольшую удельную теnлоёмкость. 3~0 . 336 кДж. 391 . 92 кдж. 392. 750 кДж . 394. 241,92 Мдж. 395. 96,72 Мдж; 767,6 кг. 396 . 24 г. 398. Так как олово имеет ни зкую температуру nлавления- 232 °С. 399 . 174,6 кДж. 400. 3324 кДж . 401 . 1,87 кг. 402 . 1662 кДж. 404. Можно. 405 . 234 кДж. 40б . 27б,4 кДж. 407 . Нет. 408. Для серебра. 411 . Чтобы увеличи.ть поверхность высыхания. 413 . 345 кДж. 414. 23 Мдж. 418 . 13,18 Мдж; пРи конденсации 5 кг пара. 419.6.147 Мдж. 425. Так как часть энергии идет на испарение воды. 42б . 324 Мдж . 427.6,6 кг: 428 . 36,4 r ; 6,8г; 54,5 г углерода и 145,6 г кислорода. 429 .8 кг. 430.510 Мдж; 175 Мдж . 432. а) 28 МДж ; б) 46 МДжjкг; в) метан; твердое ракетное топл и во; г) 1,8 кг; д) 1 кг; е) О, 14 кг. 435 . При работе двигатель нагревается, вода забирает от него энергию, охлаждая его. 438. Для охлаждения двигателя. Вода имеет наибольшую удельную теnлоёмкость среди жидкостей. 441 . Двигатель внутреннего сгорания. 442 . 4. 443 . Кинетическую энергию пара. 445 . 1389 м. 447. На изменение внутренней энергии куска металла. 451 . Часть э нергии пара израсходовалась на вращение лоnастей турбины. 454 . Для работы реа ктивного двигателя не нужен воздух. 455 . 128 человек. 456. На 24 т.

ОТВЕТЫ К PAJДEnY Глава колеса.

1. 3. 2040 12. 0,9 с .

м.

4. 50

Гц.

«'ITO 1

5. 850

м.

ЭНАIО И

YMEIO

ДЕnАТЬ»

Чтобы проверить целостность бандажа

Глава

2. 1. 153 т ; 50 кН. 3 . А. Силой земного тяготения. Б. Силой трения. В . Силой 4. 1. Силу тяжести . 2. Силу уnругости . 3. Вес тела. 5. Динамометры; 100 г; 500 6. 2 Н ; 2 Н ; 200 г: 7 . 12,8 Н . 8. 687 Н. 9 . Неравномерно , так как F > Fconp· Поэтому что nлотность железного цилиндра больше nлотности воды, а льда меньше. 12 . Нет, он потонет. уnругости. г;

1 11.

Н;

Глав а б.

0,25

Н.

3. 2. Мальчики выnол нили одинаковую работу - 19 620Дж. 3. 64 Вт. 4 . 216 1,58 мjс; 9,25Дж. 9. В 4 раза. 10. В 6 раз. 11. Нарушится. 12. 83%.

ГДж.

Дж;

4. 2. Внутренняя энергия 1 кг воды увеличилась на 4 200 д>t<, а 1 кг железа- на 3 . 324кДж. 4 . Можно. 5. 7908 кДж. б. Хватит. 9 . Нет. 10. Не изменится, nока лед

Глава

460Дж.

не растает.

ОТВПЫ К PAJДEnY «ФИЭИ'IЕСКИЕ ЭАДА'IИ

BOKPYr

НАС»

Если са молет относительно автомобиля неn одвижен, т. е. если самолет движется

почти

горизонтально с такой же скоростью относительно Земли, что и автомобиль.

Пря мая линия.

Окружности.

П оступательный и вращательный.

автобус двигался с бОльшей скоростью. б. Нет.

Так как друrой

В случае мягкой оnоры сила удара в

ос нов ном идет на изменение скорости движения ореха

сначала он nриобретает

скорость, а потом, углубившись в опору, останавливается. Скорлуnа nочти не изменяет

своей формы и nоэтому не разрушается. Если орех размещается на твердой опоре, то

этого не nроисходит, и он раскалывается.

случае,

nолену тоnором,

когда

колют дрова,

ударяя

по

За счёт инертн ости каnель еоды. он,

nродоткая

В то м

движение

вследствие инертности, входит mубоко в неnодеижное nолено Еt;~~и жf:! у паряют обухом тоnора, частично углубленного в noneнo, об колоду, Д/11'1 раскаnывания дров, тоnор останавливается,

раскалывается.

10.

полено

nродолжает

движение

вследствие

инертности

Вследствие инертности кирnич nри ударе не усnевает заметно

измененить свою скорость движения

и не давит на

руку строителя,

nоэтому он

не

ощущает боли.

11 . При остановке лошади всадн и к, двигаясь по инерции , уnадёт через 13. Нет. 15. Сила звука зависит от значения амnлитуды колебаний тела. 1 6 . Потому, что звук расnространяется намного медленн ее, чем свет. 17. Нет. 18 . Благодаря силе тяжести. 19. Потому что они имеют большую массу. 20. Дnя обесnечения уточнения массы гири nри её nроверке. 21. Нет. 23 . За ·счет силы трения. 24. Чтобы увеличить силу трения скольжения nодошв обуви об стуnени. 25. При голову лошади.

разрезании нитью возникает значительно меньшая сила трения, чем nри разрезании

ножом .

Дnя уменьшения силы трения иглы об кожу nри уколе.

26.

27. Тело рыбы 28. В кузове

nокрыта слизью, уменьшающей силу трения, и она высклизывает из рук.

автомобиля для увеличения силы трения nокоя, т. е. сцеnления колес с дорожным nолотном.

29.

Устойчивость ходьбы человека оnределяется силой трения между

nодошвами обуви и грунтом. Поскольку сила тяжести на Луне в Земле, то там nри ходьбе возникает меньшая сила трения. nодушку меньшее давление, чем на доску.

31.

30.

раз меньше, чем на

Голова оказывает на

Живые деревья имеют 66льшую мощадь

соnротивления ветру nри одинаковом давления, чем сухие деревья. nлощадь оnоры, и лед не nроваливается. инструмента.

34.

33.

32.

Увеличивается

Для уменьшения. nлощади режущего

Новый наnильник глубже 3ЭХодит в металл, за счет чего возрастает

скорость обработки детали.

36.

В наnитках растворённый углекислый газ находится nод

66льшим давлением, чем атмосферное. Если бутылку открыть, газ внутри расширяется, вследствие чего жидкость ~киnит•. Паскаля .

39.

37. Нагреть шарик в горячей воде. 38. Закон 4 0 . Так как увеличивается высота воды в ванне. 41 . Так 42 . Если чайник тоnринезначительном наклоне из него выливается вода. 43. Так как

Будет действовать.

как увеличивается давление на барабанные nереnонки в ушах. наnолнен до краёв ,

уровень воды в водонаnорной башне ниже уровня размещения кранов на верхних этажах дома.

44.

Так как воздух nроходит между раздвоением коnыта, вследствие чего

не возникает разности давлений над и nод коnытом. бутылки,

воздух

атмосферного.

ней

расширяется, давление

его

45 .

Когда вода вытекает из

nадает и становится

меньше

Вследствие этого внешний воздух nузырьками nрорывается сквозь

жидкость в бутылку. Возникает •булькание•. Стенки резиновой грелки эластичны . При вытекании воды они сжимаются. Давление воздуха внутри грелки такое же, как и снаружи. Поэтому вода вытекает сnлошной струёй. прибора .

49.

47.

Неnьзя.

4 8 . Одним

46.

Чтобы увеличить точность

клаnаном является nоршень , вторым- ниnnель в шине.

При работе всасывающего насоса, который размещается сверху колодца, nодьём

воды осуществляется nод действием силы атмосферного давления; в нагнетательном

насосе, который размещается на дне колодца, nодьём воды осуществляется nод действием силы мышц человека. сила.

51.

50.

В воде на человека действует выталкивающая

Так как существует nредел nрочности конструкции лодки, а значит, и предел

глубины её nогружения. Архимеда отсутствует.

52. 54.

Значение одно и то же.

53.

Закон Паскаля действует, сила

При вдохе человек всnлывает,

глубже в воду, nотому что изменяется обьём грудной клетки.

57 .

Так как молоко имеет большую nлотность.

будет nродолжать гореть.

nогрузится глубже.

60.

59 .

58.

при выдохе nогружается

55.

Нет.

64.

Повысился бы.

Плотность жирного молока меньше, в нем лактометр

Можно.

61.

Движение водорода и гелия вверх обусловлено

аэростатическим давлением воздуха, который вытесняет эти газы. няет.

56.

Керосин будет всnлывать в воде и

62 .

Нет.

63.

Выnал·

С увеличением нагрузки корабль глубже nогружается в воду. Это nовышает

силу соnротивления воды движению корабля, что приводит к потере им скорости.

65.

Для увеличения чувствительности весов .

66.

Действием силы трения.

креnле"'ие дае т возможность уменьшить натяжение троса вдвое . •nерР.к., тnм~

r::по ртсмен

• nрямо•. nоэтому выnолняет меньшую работу.

69.

э••ергии сжатого воздуха.

71.

имеющее большую массу,

Такое

nрыжке

70 .

За счет nотенциальной

За счет nотенциальной энергии, которую nриобрел

аэростат nри наnолнении газом.

энергии

67.

В nрыжке

За счет разности nотенциальной

энергии автомобиля на вершине и возле подножия горы.

nотенциальной

68.

11е так высоко nоднимает теrю над nлан!С:Jй, как в

7 2.

73 .

Правильн о.

При одинаковых скоростях тело,

имеет и бОльшую кинетическую энергию .

уnруго деформированного

тела .

Если

75 .

74.

За счет

автомобиль

разгоняется , то к механической энергии двигателей nрибавляется кинетическая энергия автомобиля.

76 .

Зимний.

77.

При недостаточном смазывании подшипников в

результате трения механическая энергия nревращается во внутре н нюю. Темnература

баббита поднимается до точки nлавления, и он nлавится.

Колёса автомобиля

78.

нагреваются и за счет работы силы трения nри частичном проскальэывании их по nолотну дороrи, и за счет работы деформации шин nри качении . может разогреться и восnламениться , что nриведёт к

79. При трении солома nожару. 80 . С остановками.

8 1, Так ка!С они nотеряли бы свою прочность вследствие нагревания nри трении о воздух. 8 2 . При посадtСе. 83. В медной, так как теплоnроводность меди больше, чем 'fYf'YHa. 84. Алюминий имеет б6льшую теплопроводность, чем фарфор. 85. При температуре тела человека.

8 6.

Влажный.

8 7.

Жир имеет низкую теплопроводность и защищает

организм животных от чрезмерного охлаждения в nолярных водах .

88.

Вода имеет на ·

много большую теплоnроводность, чем воздух, nоэтому в воде тело человека охлажда· ется быстрее. воздух

89.

Когда лёд nоложи ть на крышку чайника.

определённой температуры

возле

растений.

91.

Плёнка задерживает

90 . За

счет вертикальных

восходящих nотоков воздуха.

92 .

Чтобы обеспечить естественную циркуляцию воды в

системе водяного отоnления .

93.

Лучше красить в черный цвет.

nоверхность излучения теnла из тела

95.

94 .

Чтобы уменьшить

Круглый термос имеет меньшую nоверхность,

nоэтому он в меньшей степени поглощает и отдает теnлоту, кроме того круглый термос

nрочнее .

96.

Вместе с процаесом излучения энергии в космос nроисходит и nроцесс

логлощения энергии Солнца.

99.

Песок имеет малую удельную теплоёмкость, nозтому

быстро нагревается и охлаждается .

100.

Малая удельная теnлоёмкость, большая

теплопроводность , не смачивает стекло, сравнительно лег!Со ПОЛУ'iить в чистом виде,

высокая темnература киnения, низшая сравнительно с водой, точка отвердевания.

102.

Вода внутри соли, nревращаясь в пар,

разрывает кристаллы.

царапину одним телом на nоверхности другого.

104.

Расnлавится.

103. Нанести 105. Н а тротуаре,

nосыnанном солью. 106. При морозе соль в виде раствора nокидает лед. 107. Металл

имеет б6льшую теnлоnроводность, чем дерево, nоэтому он отводит от тонкой nленки воды теnло настолько быстро, что она охлаждается ниже точки nлавления и замерзает.

108 .

Большой удельной теnлоёмкостью воды.

а nотом снова отвердевает.

110.

Нет.

111 .

109.

При трении лыж об снегон nлавится,

Горячая вода •расnлавляет .. тонкий слой

льда, успевает растечься, и nоверхность льда становится гладкой.

112. Вода, замерзая 113. Испаряется с nоверхности 115. Чай. 116. Постоянное исnарение воды из салфетки сnособствует охлаждению молока. 117. 8 сухом воздухе лот исnаряется и охлаждает тело человека. 118. 8 низинах темnература - воздуха ниже, чем на возвышении. 119. Для выхода пара, иначе пар может вытеснить воду через носик чайника . 120. Мощность нагревателя не влияет на темnературукиnения воды, в которой варится картофель. 12 1. Некоторое количество теnлоты необходимо затратить на исnарение воды, которая содержится в сырых дровах. 122. Поток воздуха срывает пламя со свечи и сnички, охлаждает горючие вещества. 123. Так как ме талл намного быстрее отбирает энергию от угля, чем дерево. 124. Чтобы их не • раздувало• nри нагревании. 125. Пос.ле nроскакивания искры. nри сильных морозах, разрывает волокна дерева.

листвы деревьев.

114.

Вследствие исnарения

воды.

===~~~Biiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii ШB ПРЕДМПНО·ИМЕННОЙ УКАЗАТЕJIЬ Ак валанг Акустика

112 31

Амnлитуда колебаний Ареометр

113

Барограф

99, 100

nостуnательное

1О

nрямолинейное равномерНое тепловое

11, 16

165

Движения периодически е

Денсиметр

-а нероид

113 33, 41 130

Децибелл

Барометр ртутный

Джоуль

99, 100

Джоуль Джеймс

130 70-71 114, 115 волны 35

Батискаф

Динамометр

Батисфера

Дирижабль

Белл

112 112 Грейам 33

Длина

Блок неnодвижный

nодвижный

Бойль Роберт Ватерлиния Ватт

145

146

З акон Архимеда

Паскаля

сообщающихся сосудов

175, 176 И нерция 54 Испарение 196

114 31, 32, 36

146

Высота звука

Камертон

Кипение Галилей Галилео Герике Отто

Клин

10, 54, 122

звуковые

39 - механические 26 - ультразвуковые 39

Громкость звука

Количество теплоты

Гук Роберт

Конвекция

33 · 64, 121

- - - -

Куста Жак-Ив

19 1

112

реактивный

-теnловой

211 208

Движение колебательное

209

действия

152 215

нагревателя

Кристаллизация вещества

Двигатель внутреннего сгорания

полезного

(КПД) механизмов

97, 98 гид,ростатическое 87 атмосферное

180, 182

17 4

Коэффициент Да вление

-и нфразвуковые

График движения скорости

32 197

147

Колебания свободные

101

Герц Генрих

151 , 152

И злучение

Волна звуковая

11 б

147

Водоизмещение

Герц

138, 139

86, 87

«Золотое nравило» механики

52-53

Взвешивание гидростатическое

В6рот

214

--механической энергии

Взаимодействие тел Винт

109

сохранения энергии в механических и

тепловых nроцессах

113

132

Векторная величина Вес тела

Гука

механическое

неравномерное

12 вращательное 23 по окружности 23

Манометр

102, 103

Материальная точка Машина

144, 145

Машины гидравлические Метр

Механизм

143

91 , 92

i!ii231 ]lllllllllllllllliiillle~~~~~ ~~~~ ~ь~н~ы[•~м~•~~p~~~ы Момент силы

Термометр

Мощность

Термоскоn Галилея

149 131

165, 168 165

Тормоза гидравлически е Наклонная плоскость

Трение скольжения

Насос жидкостный

Невесомость Ньютон

146, 147 103, 104

73, 75 nокоя 73, 75 Тело отсчета 9

Ньютон Исаак

93 73, 75

качения

Тон музыкальный

121

Торричелли Эванджелиста

Относительность движения

Траектория

Турби н а газовая Параобразование Пас каль

вращения

Удельная теnлоемкость вещества 182 - теnлота сгорания тоnлива 204 - - nарообраэования ве щества 199 --nлавления вещества 193 Уравнение теnлового баланса 186 Условие равновесия рычага 150 - nлаваниятел 111,1 12

191

152

Пресс гидравлический Простые механизмы

92 147

Работа механическая

Ухо31

130

145, 149 Фаренгейт Рафаэль

Сгорание топлива Сила

Ч астота колебаний

108, 109 76 64, 65 равнодействующая 78 , 79

вращения

- трения

Ш естерня

Ш люзы Шум

Скорость расnространения звука 37, 38 - равномерного движения тела

15 - средняя

166 166, 167 95 34, 41-43

- Цельсия

82 - тяготения 62

Шумомер41

12, 13, Э нергия

Сnидометр

Сообщающиеся сосуды Стробоскоп

147

Ш кала Реомюра

-давления

93, 94

конденсации

135

внутренняя

- потенциальная Эхо38

197

197 кристаллизации 191 nлавления 191 - тела 165 Теnловой баланс 185 Теплообмен 172 Теплоnроводность 173

170 137 135, 1·36

к и нетическая

Эхолот Температура кипения

сопротивления

-уnругости -

166

202

- выталкивающая

213, 220

27, 28

Правило рычага

Рычаг

21 О

Уатт Джеймс

Плавление вещества

Пуrь

паровая

2 11

Тяготение всемирное

122

Период колебаний

196

Пас каль Блез

122