Легко ли разогнаться с места с ведром в руке? Если ведро пустое, то легко. Если в ведре вода, то труднее. Если песок - еще труднее.
А если уже бежишь с ведром, то продолжать движение несложно, сложнее разогнаться или затормозить. То есть тела сопротивляются не только разгону, а вообще изменению скорости, и сопротивляются по-разному. Что же поменялось в ведре, что заставило нас прикладывать больше усилий? То, что изменилось, называется массой.
Изменение скорости тела.
Скорость - это перемещение за единицу времени. Перемещение - векторная величина. Чтобы сказать, куда переместилось тело, важно знать, в каком направлении оно переместилось. Тогда мы будем знать, где находится тело.
Если перемещение (а это вектор) разделить на время, то получим вектор - скорость. Важно не только то, как быстро движется тело, а и в какую сторону.
Например, вы катите тележку в супермаркете со скоростью 1 м/с, а потом поворачиваете. Даже если величина скорости останется прежней, 1 м/с, это будет уже не та же скорость, у нее изменится направление. В этом случае ее будет заносить, вы почувствуете, как тележка сопротивляется изменению скорости, проявится инертность. Если не приложить усилий, то она поедет по прямой, не повернув. И чем больше тележка загружена, тем более она инертна: тем труднее ее разогнать, остановить или завернуть.
Масса - физическая величина, ее можно измерить, сравнить с массой другого тела. А само свойство тел сопротивляться разгону назвали инертностью: ведро с водой более инертно, чем пустое. То есть масса - мера инертности.
Инертность.
Термин “инертность” происходит от латинского inertis - бездеятельный. Так говорят о человеке, который ничего не хочет менять и заставить его что-либо делать довольно трудно. В физике похожая ситуация: тело имеет большую инертность, это значит его скорость изменить тяжело. Тело "сопротивляется" изменениям.
Нам кажется, что тяжело поднять предмет и тяжело разогнать - это одно и то же. Допустим, вы погрузили тело в воду. Вам станет легче его поднимать, оно вообще может держаться на воде, однако разогнать или остановить его будет так же тяжело, как и раньше. Например, супертанкер (см. рис. 1) имеет массу от 320 000 тонн, он настолько инертен, что начинает тормозить за несколько километров до порта, когда еще не видно берега.
Рис. 1. Супертанкер
Представьте, что вы на космическом корабле, где-то, где земного притяжения совсем нет, и там тяжелые предметы всё равно будет трудно разогнать или остановить.
Ведро с водой более инертное, чем пустое ведро. Однако, для решения задач этого недостаточно. Нужна точность: насколько одно тело «более инертное» или «менее инертное», чем другое. Поскольку масса - мера инертности, то необходимо научиться измерять массу тел.
Как мы измеряем физические величины? Измерение - это сравнение с эталоном. Как мы измеряют длину? Берут объект эталонной длины, например, 1 см, и смотрят, во сколько раз больше или меньше измеряемая длина. Возьмем эталонную массу, например, литр воды. Массу тела можно измерить, сравнив его с телом эталонной массы.
Раз масса - это мера того, как тело сопротивляется изменению скорости, то и сравнивать массы мы будем по изменению скорости тел. Одно и то же тело разгоняется с разной скоростью, если его толкать по-разному, поэтому при сравнении надо толкать тела одинаково сильно.
Возьмем пружину. Если ее растянуть, она подействует на руку, будет тянуть ее противоположно растяжению:
Рис. 2. Растягивание пружины
Причем чем больше растягиваешь, тем сильнее тянет. Одна и та же пружина, одинаково растянутая, будет тянуть одинаково сильно. Так что возьмем пружину и будем с помощью нее разгонять разные тела, следя за тем, чтобы растяжение пружины не менялось.
Модель эксперимента.
Если толкать или тянуть тела одной и той же одинаково растянутой пружиной, можно сравнивать изменения скоростей за определенный промежуток времени.
Скорость может изменить направление, такое изменение сложнее рассчитать, поэтому тела двигают вдоль одной прямой, чтобы можно было измерять модуль скорости.
Пружина может ослабнуть, потерять свои свойства. На тела действует не только пружина, движению может препятствовать трение, может влиять наклон поверхности. Выделяется модель: разгон тел под действием пружины. Поэтому всё остальное отбрасываем и в эксперименте сводим к минимуму: толкаем тела по скользкой горизонтальной поверхности или помещаем в очень легкую тележку, пружину берем прочную и растягиваем ее не настолько сильно, чтобы она потеряла упругие свойства, и т.д.
Если скорости тел изменились одинаково за один и тот же промежуток времени, значит, массы тел одинаковые.
Пусть у одного тела изменение скорости оказалось в несколько раз больше, чем у другого. Это значит, что масса первого тела во столько же раз меньше:
Рис. 3. Скорость движения тел с разными массами
Что значит символ Δ .
Этот символ , греческая буква «дельта», ею обычно обозначают изменение физической величины. Например, - это изменение скорости. Если у тела была скорость , а после изменения стала ,то изменение скорости равно . Если скорость увеличивалась, то есть она стала больше, чем была изначально, то получится положительным. Если скорость уменьшается, то будет отрицательным. Так что знак , плюс или минус, означает, какое именно это изменение: увеличение или уменьшение.
Таким образом, мы можем сравнивать массы. А как найти численное значение массы тела? Для этого его сравнивают с телом, масса которого принята за эталон. В интернациональной системе это 1 кг. И если мы говорим, что масса купленных яблок 2 кг, это значит, что их масса в 2 раза больше массы эталонного тела.
Эталон массы.
Тело, имеющее эталонную массу, часто называют просто “эталон”. Сначала эталоном массы в 1 кг была принята вода объемом 1 дм 3 (1 литр). Для оценки массы тел это было удобно - легко можно достать воду и отмерить 1 литр. Но для точных измерений такой способ не подходил. Масса литра воды зависит от примесей в ней и от температуры. Ведь, например, при увеличении температуры, 1 кг воды расширится и его объем станет больше 1 литра.
Для точных измерений необходим был один образец эталона. Жидкость для этого не очень подходила. Можно договориться брать именно дистиллированную воду при определенной температуре, но эти требования тоже непросто удовлетворить. Поэтому было принято решение сделать эталон из твердого тела.
Теперь эталон массы - это цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия). Прототип этого цилиндра хранится в Международном бюро мер и весов. Его копии хранятся в национальных метрологических учреждениях по всему миру. Периодически проводятся сравнения массы копий с оригиналом, чтобы обеспечить единство измерений массы относительно эталона.
Инерциальная и гравитационная массы.
У массы есть еще одно проявление, она одновременно является мерой другого свойства тел - способности притягиваться. Любые два тела притягиваются, и сила притяжения зависит от масс обоих тел. Такое взаимодействие называют гравитационным.
Получается, масса является мерой одновременно инертных и гравитационных свойств, иногда даже говорят отдельно об инерциальной и гравитационной массах, подчеркивая, о какой мере говорят. Что это одна и та же физическая величина - вопрос спорный. Тем не менее, при самом точном, какое только может позволить современная техника, измерении массы по инертным и по гравитационным свойствам получается один и тот же результат. Поэтому взвешивая, по гравитационным свойствам тела, мы тоже правильно определим массу. Кстати, в невесомости, когда гравитационные свойства тел не проявляются, рычажные весы не работают.
Обычно чем больше тело, тем оно тяжелее. Но не всегда, например: ведро с песком и с водой, объемы одинаковые, а массы разные.
Возьмем однородное вещество, например, железо. В этом случае во сколько раз больше объем, во столько раз больше и масса, и отношение массы к объему для данного вещества постоянно. Это отношение назвали плотностью вещества, обозначают её чаще всего греческой буквой - «ро»:
Это масса одной единицы объёма - одного кубометра вещества, или литра, или миллилитра, смотря в каких единицах считать. Например, масса каждого кубического сантиметра железа равна 7,8 г, другими словами, плотность железа равна в СИ. И если объем железной детали равен , то ее масса равна 78 г.
Средняя плотность.
Возьмем однородное тело, которое состоит из одного вещества. Разделим его массу на объем и получим плотность этого вещества. А что, если тело неоднородное, например, в железном предмете есть внутри пустота, заполненная воздухом? Разделим массу этого предмета на его объем и получим плотность. Плотность чего мы получим? Плотность железа? Нет, этот предмет будет легче такого же сплошного, в нем есть легкий воздух. Мы получим среднюю плотность этого тела. Это не будет плотность железной части или плотность воздуха - это будет плотность чего-то среднего, как если бы весь предмет был сделан из какого-то материала легче железа.
Почему плавает железный корабль? Плотность железа больше плотности воды, казалось бы, корабль должен тонуть. В воду погружено не просто железо, а объемный корабль с воздухом внутри, и средняя плотность корабля меньше плотности воды, поэтому он плавает.
Представим кусок пенопласта. Его плотность около , он плавает на воде. Теперь представим, что весь пенопласт спрессовали изнутри к его стенкам, да так, что у него стала такая же плотность, как у железа:
Рис. 4. Пенопласт, спрессованный до плотности железа
В таком случае перестанет ли он плавать на воде? Нет, средняя плотность куска (масса всего куска делить на его объем) останется прежней.
Величина, показывающая, насколько сильно действуют на тело, называется силой. Обозначается обычно буквой F (англ. - force), измеряется в СИ в ньютонах. Сравнивать силы мы также будем по изменению скорости. Для этого подействуем разными силами на одно тело в течение одинакового времени. Во сколько раз больше изменилась скорость тела, во столько раз больше была сила. Для сравнения сил важно взять одинаковое время действия.
Подведем итоги.
- Изменение скорости происходит из-за действия другого тела. Чем больше сила действия, тем больше изменяется скорость за одно и то же время.
- Чем больше масса тела, тем меньше изменится его скорость.
- Чем дольше действовать на тело, тем больше изменится его скорость.
Получается формула, связывающая рассмотренные величины:
Чаще записывается в виде:
Ускорением называют скорость изменения скорости:
Ускорение
Скорость изменения скорости с течением времени называют ускорением:
Скорость имеет не только численное значение, но и направление. Поэтому ускорение может быть связано как с изменением значения скорости, так и с изменением направления. Машина, стартующая с места, совершающая поворот или тормозящая перед светофором, тележка в супермаркете, которую мы разгоняем, притормаживаем и заворачиваем на поворотах - все это примеры движения с ускорением.
Тогда формула принимает более компактный вид:
Эта формула является одним из способов записи второго закона Ньютона. Закона, который используется для решения любой задачи динамики: от нахождения массы тела с помощью весов до проектирования конструкции моста.
Как представить силу в 1 ньютон?
Обратимся к формуле:
Зная единицы измерения других величин:
Сила в 1 ньютон, действующая на тело массой 1 килограмм, изменяет его скорость в течение 1 секунды на 1 метр за секунду.
Надо засечь изменение скорости за одну секунду. Проще будет представить так:
Рис. 5. Сила в 1 Н
С такой силой давит на вашу руку предмет, масса которого равна приблизительно 100 г.
"Есть женщины в русских селеньях"
Оценим, какая сила должна быть у русской женщины, чтобы остановить на скаку коня. Чтобы остановить за 2 секунды коня массой 400 кг, скачущего на скорости 7 м/с нужна сила:
Такая же сила нужна, чтобы поднять предмет массой 140 кг. А еще учтем, что конь - это не тележка, едущая по полу, он продолжает бежать, отталкиваться от земли, поэтому остановить коня - задача не из легких.
Её можно облегчить. Не обязательно останавливать коня за две секунды. Можно останавливать его постепенно, некоторое время пробежав рядом с ним. Тогда потребуется меньшая сила, это видно из формулы, которой мы пользовались. И если останавливать коня 20 секунд, то сила понадобится 140 Н.
Домашнее задание
- Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: справочник с примерами решения задач. - 2-е издание, передел. - X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. - 464 с.
- Перышкин А.В. Физика: учебник 7 класс. - М.: 2006. - 192 с.
- Интернет-портал «files.school-collection.edu.ru» (Исто чник)
- Интернет-портал «files.school-collection.edu.ru» ()
>>Взаимодействие тел. Масса
Рисунок 18. Опыт с тележкой и прикрепленнной к ней упругой пластиной.
Проделаем опыт . На рисунке 18, а изображена тележка с прикрепленной к ней упругой пластиной. Пластина согнута и связана нитью. Тележка находится в покое относительно стола. Начнет ли она двигаться, если пластина выпрямится? Для ответа на этот вопрос пережжем нить. Пластина резко выпрямляется, но тележка остается на прежнем месте (рис. 18,6).
Рисунок 19. Опыт с несколькими тележками.
Теперь поставим рядом с первой тележкой вторую (рис. 19, а). После пережигания нити обе тележки приходят в движение и разъезжаются в противоположные стороны. Пройденные ими пути оказываются разными (рис. 19, б). Это означает, что в процессе выпрямления пластины тележки приобрели разную скорость. Например, скорость левой тележки за это время могла возрасти от 0 до 40 см/с, а скорость правой тележки - от 0 до 20 см/с. Эти числа говорят о том, что скорость левой тележки изменялась в 2 раза быстрее, чем скорость правой.
Причиной изменения скоростей тележек послужило их действие друг на друга.
Действие тел друг на друга называют взаимодействием
.
В результате взаимодействия скорости тел изменяются, причем у разных тел они изменяются по-разному.
Про тело, которое при взаимодействии медленнее изменяет свою скорость , говорят, что оно более инертно
и имеет большую массу. А про тело, которое при этом быстрее изменяет свою скорость, говорят, что оно менее инертно
и имеет меньшую массу.
Масса
является физической величиной, характеризующей инертность тела. Чем больше масса тела, тем более оно инертно.
Понятие массы будет раскрываться по мере дальнейшего изучения физики. Пока же нужно запомнить, что каждое тело - человек, стол, Земля, капля воды - обладает массой.
Сравнивать массы тел можно по изменениям их скоростей при взаимодействии друг с другом.
Если два тела при взаимодействии друг с другом изменяют свои скорости одинаково, то их массы равны. Если же их скорости изменяются по-разному, то и массы у них различны.
В рассмотренном выше опыте (см. рис. 19) скорость левой тележки изменилась в 2 раза сильнее, чем скорость правой. Отсюда следует, что масса левой тележки в 2 раза меньше массы правой тележки.
За единицу массы в СИ принят килограмм
(1 кг). Международный образец (эталон, или прототип) килограмма хранится во Франции, в г. Севре. Он изготовлен из платиново-иридиевого сплава и имеет форму цилиндра диаметром и высотой около 39 мм (рис. 20). С этого эталона изготовлены копии для других стран. В России, например, находится прототип килограмма № 12, в США - № 20.
Рисунок 20. Международный образец килограмма.
На практике используются также и другие единицы массы - тонна, грамм, миллиграмм и т. д.:
1 т = 1000 кг, 1 г = 0,001 кг, 1 мг = 0,000001 кг.
Существуют разные способы определения массы. Об одном из них, основанном на сравнении изменений скоростей, было уже сказано. Другой способ измерения массы - взвешивание
. Это самый древний из известных способов. Изображения весов можно найти даже на. египетских пирамидах, возраст которых составляет более четырех тысяч лет!
Кстати, правильному взвешиванию и аккуратному обращению с весами всегда придавалось большое значение. Например, в одной из древнерусских грамот XII в. строго указывалось, что за неправильное пользование мерами и весами следует «казнить близко смерти, а имущество делить на три части: часть Софийской церкви, часть Ивановской и часть сотским и Новгороду»
Современные конструкции весов очень разнообразны. На рисунке 21 изображены учебные весы
, позволяющие взвешивать предметы с массой от 10 мг до 200 г. Для определения массы в иных пределах используют другие весы. Например, вагоны и автомашины взвешивают на транспортных весах
, рассчитанных на нагрузку до 200 т, а тела, имеющие массу порядка 1 мг и меньше,- на так называемых аналитических весах.
Рисунок 21. Учебные весы.
Массу тел, недоступных взвешиванию (например, массу Земли, Солнца, а также мельчайших частиц вещества - атомов и молекул), определяют иными способами - путем измерения скоростей, а также других физических величин, входящих вместе с массой в различные законы физики.
Вопросы.
1. Что называют взаимодействием?
2. В каком случае тело называют более инертным, а в каком - менее инертным?
3. Мерой чего является масса?
4. Какая из тележек, изображенных на рисунке 19, имеет большую массу? Почему?
5. Как называется единица массы в СИ?
6. Что представляет собой эталон массы?
7. Человек выпрыгивает из неподвижной лодки на берег. В каком случае скорости, полученные при этом лодкой и человеком, будут одинаковыми? В каком случае будет больше скорость, приобретенная человеком?
8. Какие способы определения массы вы знаете? В каких случаях они применяются?
Отослано читателями из интернет-сайтов
Скачать рефераты беслатно, полный список тем по классам, календарный план согласно школьной программы физика, вся физика онлайн , курсы и задания с физики для 7 класса
Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки
Перевести в кг следующие значения: 20 г = 200 г = 250 мг = 28,3 мг = 75,6 г = 150 т = Единицы измерения массы в системе СИ: = 1 кг. Единицы измерения массы: 1 т = 1000 кг; 1 г = 0, 001 кг; 1 мг = 0, кг 1 ц = 100 кг
Ответы: 20 г = 0,02 кг 200 г = 0,2 кг 250 мг = 0,00025 кг 28,3 мг = 0, кг 75,6 г =0,0756 кг 150 т = кг
На практике массу тела можно узнать с помощью весов. Весы бывают различного типа: учебные, медицинские, аналитические, аптекарские, электронные и др. Весы бывают рычажные и пружинные. Рассмотрим несколько примеров. Весы напольные технические Весы для измерения сил поверхностного натяжения Весы одночашечные рычажные Весы пружинные малые Весы медицинские Лабораторные аналитические весы
1. Перед взвешиванием необходимо убедиться, что весы уравновешены. 2. Взвешиваемое тело кладут на левую чашу весов, а гири – на правую. 3. Во избежание порчи весов тело и гири опускать осторожно. 4. Нельзя взвешивать тела более тяжелые, чем указанная на весах предельная нагрузка. 5. На чашки весов нельзя класть мокрые, грязные, горячие тела, насыпать порошки, наливать жидкости. 6. Мелкие гири нужно брать только пинцетом. 7. После взвешивания переносят гири с чашки весов в футляр и проверяют, все ли гири положены на место.
Цели урока:
- Показать на опытах, как изменяются скорости тел при их взаимодействии. Ввести понятие массы тела как физической величины, единицы измерения массы в системе СИ.
- Развивать умение находить законы физики в окружающем мире, объяснять явления и процессы из повседневной жизни с точки зрения физики. Развивать внимание, логику.
- Воспитывать аккуратность в записях, точность в изложении физического материала, в формулировках терминов.
ХОД УРОКА
I. Повторение темы «Инерция» (15 минут)
- Привести примеры, когда скорость тела меняется под действием на него других тел;
- Как двигалось бы тело, если бы на него не действовали другие тела?
- Что называется инерцией?
- Какое движение называют движением по инерции? Привести примеры.
- Отрывок из романа Я. Гашека «Похождения бравого солдата Швейка»: «Когда кончился бензин, автомобиль вынужден был остановиться… А после этого еще болтают об инерции, господа!... Ну не смешно ли?» Противоречит ли история, рассказанная полковником Циллергутом, представлению об инерции? Почему автомобиль все-таки остановился? Какое тело подействовало на него?
- Куда падает споткнувшийся человек? Почему? Какая часть тела человека сохраняет свою скорость, а какая изменяет ее?
- Куда падает поскользнувшийся человек? Почему? Какая часть тела человека сохраняет свою скорость, а какая изменяет ее?
- Ситуативная игра: Ученики – пассажиры автобуса. Изобразите ситуацию:
Автобус резко тронулся с места;
- автобус едет равномерно и прямолинейно;
- впереди неожиданное препятствие, автобус резко тормозит;
- на большой скорости поворачивает направо; налево;
- едет равномерно и прямолинейно;
- резкая остановка.Объясните с точки зрения физики ваше поведение.
- Работа в парах. Вопросы задаются ребятам по вариантам, они отвечают на них друг другу в паре, затем озвучивают свои ответы перед классом, исправляют ошибки, устраняют недочеты, дополняют ответы товарищей:
I вариант:
а) Объяснить вытряхивание пыли из половика с точки зрения физики.
б) Почему перед крутым поворотом ставят знак ограничения скорости?
II вариант:
а) Объяснить способ насаживания молотка на рукоятку.
б) Заяц, убегая от волка, сильно петляет. Какое явление физики использует заяц для сохранения своей жизни? Объяснить.
- Что такое тормозной путь автомобиля? Почему в гололед опасно переходить дорогу перед близко идущим транспортом?
- Физика в литературе: У известного английского писателя Герберта Уэллса есть фантастический рассказ о том, как некий конторщик творил чудеса. Стоило ему высказать какое-нибудь пожелание, и оно немедленно исполнялось. Однажды, опасаясь явиться домой на рассвете, он вздумал продлить ночь. Остановить Луну он не решился, так как она слишком далеко, поэтому он решил остановить Землю. «…Он встал в повелительную позу, простер руки над миром и торжественно произнес:
Земля, остановись! Перестань вращаться!
Не успел он договорить эти слова, как приятели
уже летели в пространство со скоростью
нескольких дюжин миль в минуту (464 м/с). Вокруг них
неслись камни, обломки зданий, металлические
предметы разного рода; летела и какая-то
несчастная корова, разбившаяся при ударе о землю.
Ветер дул со страшной силой. Конторщик не мог
даже приподнять голову, чтобы оглядеться вокруг.
Все кругом представляло собой одну картину
разрушения…»
Объяснить с точки зрения физики случившееся.
II. Новая тема
Вы уже знаете,
что если на тело (зеленый шарик) действует другое
тело (красный шарик), то оно изменяет свою
скорость. Говорят, что первое тело подействовало
на второе.
А теперь понаблюдаем за красным шариком, который
катится с желоба. Оказывается, он тоже изменил
свою скорость. Говорят, что второе тело действует
на первое.
Определение: Действие тел друг на друга называют взаимодействием.
!!! При взаимодействии оба тела меняют свою скорость.
Примеры:
- Человек прыгнул с лодки, значит, он приобрел скорость. Но лодка тоже изменила свою скорость – она отплыла назад.
- При стрельбе из пушки и пушка, и снаряд приобретают скорости: снаряд летит вперед, пушка откатывается назад.
Выясним, от чего зависит изменение скорости тел при их взаимодействии ?
Демонстрация: прибор для изучения закона сохранения импульса.
Опыт 1
: Шарики на цилиндрах одинаковые и
скорости их при взаимодействии тоже одинаковые
(сравниваем по расстояниям, которые пролетели
шарики).
?
Как вы думаете, изменятся ли скорости
шариков, если один пластмассовый шарик поменять
на стальной? Как?
Давайте проверим нашу гипотезу на опыте.
Опыт 2:
Шарики разные и скорости их при
взаимодействии тоже разные, причем скорость
металлического шарика меньше
скорости
пластмассового шарика.
Говорят, что одно тело тяжелее
другого,
более инертно
(т. е. дольше стремится
сохранить свою скорость), одно тело массивнее
другого, т. е. имеет большую массу.
Определение:
Масса
– это
физическая величина, характеризующая инертность
тела. Чем больше масса тела, тем оно более
инертно.
Каждое тело имеет массу – капля воды, человек,
Солнце, пылинка и т. д.
Обозначение массы – m
.
Единицы измерения массы в системе СИ: = 1 кг.
Другие единицы измерения массы: 1 т = 1000 кг; 1 г = 0, 001
кг; 1 мг = 0,000001 кг (см. форзац учебника).
Эталон массы изготовлен из платиново-иридиевого
сплава, имеет форму цилиндра высотой примерно 39
мм, и хранится в городе Севре во Франции. С
эталона изготовлены копии: в России хранится
копия №12, в США – № 20.
III. Закрепление
Определите по скорости взаимодействующих тел их сравнительную массу.
Опыт 1: На две тележки, скрепленные между собой с помощью пружины, помещены грузы неизвестной массы. После разрезания нити тележки разъезжаются в разные стороны с разными скоростями.
Опыт 2: Два мяча разной величины связаны нитью. После разрезания нити мячи разлетаются в разные стороны с разными скоростями.
Опыт 3: В опыте с желобом заменить стальной шарик на биллиардный такого же объема. Сравнить скорости шаров после взаимодействия, сравнить их массы.
Способы определения массы тела:
IV. Итоги урока: Что характеризует масса тела? Как можно определить сравнительную массу тела?
V. Домашнее задание: §7 (учебник С. В. Громова, Н. А. Родиной), подумать над вопросом: как можно определить точную массу тела, если известна масса тела, взаимодействующего с ним?
§23. ИНЕРТНОСТЬ ТЕЛА. МАССА ТЕЛА
Наблюдение 1. Мяч падает на поверхность Земли, а затем отскакивает от нее - это пример взаимодействия двух тел. Мы уже знаем, что результатом взаимодействия тел является изменение их скорости и направления движения. Мяч после столкновения отскакивает почти с такой же скоростью, но в обратном направлении, в состоянии Земли практически не заметно никаких изменений, на самом деле они есть, но бесконечно малые.
В приведенном примере видно, что результат взаимодействия тел для каждого из них является различным и зависит от свойств этого тела. Повседневный опыт и специальные опыты свидетельствуют, что при взаимодействии разные тела претерпевают изменения определенной скорости за неодинаковые промежутки времени: одни - большие, другие - меньше. Движение тела, которое медленно меняет скорость движения, больше напоминает движение по инерции, поэтому говорят, что оно инертнее.
Инертность - это свойство тела, которое заключается в том, что для изменения его скорости при взаимодействии с любыми другими телами требуется некоторое время.
Свойство инертности имеют все тела. Количественной мерой инертности тела является масса тела.
Масса тела - это физическая величина, которая характеризует инертность тела. Чем больше масса тела, тем оно инертнее.
Существуют различные методы определения массы тела. Все они основаны на использовании свойств, которые присущи всем без исключения телам, например на свойства инертности тел. На практике наиболее удобным оказался метод измерения массы, связан с хорошо известным явлением взаимодействия тел с Землей.
Наблюдение 2. Вы, наверное, неоднократно наблюдали, как падают капли дождя, снежинки, как оседают мелкие пылинки, как любое тело, поднятое над Землей и выпущенное, стремительно летит к Земле. Все эти явления объясняются тем, что капельки воды, снежинки, пылинки и все другие физические тела притягиваются Землей, то есть взаимодействуют с ней.
Опыты показали: что значение этого взаимодействия тем больше, чем больше масса тела.
Опыт. Возьмем в одну руку спичечный коробок, а в другую кусок древесины (рис. 102). Больше нагрузки почувствуем в руке, которая держит кусок древесины, то есть он тяжелее спичечную коробку.
Следовательно, древесина имеет большую массу, чем коробка, так как сильнее притягивается Землей.
Если массы тел близки по значению, если тела очень малы или велики, то сравнить их массу руками невозможно. Как можно измерить массу тела с достаточной точностью?
Для определения массы тела используют специальные приборы, которые называют весами. Изображение весов можно найти даже на египетских пирамидах, возраст которых составляет более четырех тысяч лет!
Человек уже в первый день рождения оказывается на весах (рис. 103). В магазинах, аптеках, на почте с помощью весов различных конструкций взвешивают продукты, лекарства, посылки (рис. 104).
Рис. 103
Рис. 104
Для измерения массы автомобилей и вагонов используют платформенные весы (рис. 105).
Рис. 105
Определение массы тела с помощью весов называют взвешиванием.
Массу тела обозначают буквой т. За единицу массы в СИ принят килограмм (1 кг).
На практике применяются также кратные и частичные единицы массы: тонну (т), грамм (г), миллиграмм (мг):
1 т = 1000 кг; 1 г = 0,001 кг 1 мг = 0,000001 кг;
1 кг = 0,001 т 1 кг = 1000 г;1 кг = 1 000 000 мг.
Основной частью учебных весов (рис. 106) есть стержень (коромысло весов), который может свободно поворачиваться вокруг оси, размещенной посередине стержня (в следующем разделе вы узнаете, что такое устройство является механизмом под названием рычаг).
К его концам подвешены чаши весов. Определение массы тела с помощью весов основывается на том, что весы находятся в равновесии при условии, если массы тел, лежащих на разных чашах весов, одинаковые. При этом коромысло весов расположено горизонтально, а стрелка прибора указывает на нулевую отметку. Итак, взвешивая тело на весах, сравнивают его массу с массой эталона.
Рис. 107
Рис. 108
Для взвешивания используют специальный набор гирь разной массы. На рисунке 107 изображен набор гирь учебных весов. В нем есть 9 гирь массой 100, 50, 20, 20, 10, 5, 2, 2 и 1 г. С их помощью можно подобрать любую массу от 1 до 210 г. Гири, масса которых меньше 1 г, изготавливают из алюминия в виде пластинок массой 500, 200, 200, 100, 50, 20, 20, 10 мг.
Пример. На одну чашу весов положим тело, массу которого надо измерить, а на другую - гири, массы которых известны (рис. 108). Гири подбираем так, чтобы установить равновесие. Определяем общую массу гирь, уравновешивающих тело. Масса тела равна массе гирь, то есть 770 г. Записывают это так:
m = 770 г = 0,770 кг.
С помощью специальных весов можно измерять как большие, так и малые массы. Массу тел, недоступных для взвешивания (например, массу Земли, Солнца, а также мельчайших частиц вещества - атомов и молекул), определяют другими способами. Например, путем измерения скоростей их движения, а также других физических величин, которые связаны вместе с массой тел в различных законах физики.
В таблице 4 приведены примеры массы тел живой природы, а также массы тел, созданных человеком.
Таблица 4
|
Живая природа |
Масса тела |
Тела, созданные человеком |
Масса тела |
|
Микросхема |
|||
|
Зернышко |
Первый спутник |
||
|
Автомобиль ЗАЗ «Ланос» |
|||
|
Трактор К-700 |
|||
|
Электровоз |
|||
|
Самолет «Мрия» с космическим кораблем «Буран» |
|||
Это интересно знать
Кроме системных, существуют и другие единицы массы тела. Например, массу драгоценного камня измеряется в каратах: 1 карат = 0,2 г. В Киевской Руси единицей массы была 1 гривна, которая равнялась примерно 410 г. Позже эту единицу стали называть фунтом: 1 фунт = 0,025 пуда = 32 лота = 96 золотников = 9216 долей = 0,4 кг. Распространенной была и такая единица массы, как пуд (около 16 кг). Для взвешивания лекарств использовали грани: 1 гран = 0,6 г. Традиционно еще применяли унцию, значение которой в зависимости от отрасли находилось в пределах 28-31 г.
ВОПРОСЫ К ИЗУЧЕННОМУ
1. Что такое инертность?
2. Что такое масса тела?
3. Что является эталоном массы?
4. Какие вы знаете единицы массы?
5. Как можно измерить массу тела?
6. Что такое взвешивание?
7. Какие способы измерения массы вы знаете? В каких случаях их применяют?
Лабораторная работа № 6
Измерение массы тел методом взвешивания
Цель работы: научиться пользоваться рычажными весами и измерять с их помощью массу тела.
Приборы и материалы: весы, гири, тела разной массы.
Ход работы
1. Ознакомьтесь с правилами взвешивания на рычажных весах.
Правила взвешивания:
1. Перед взвешиванием весы нужно уравновесить. Чтобы установить равновесие, на более легкую чашу следует положить клочки бумаги.
2. Зважуване тело положить на левую чашу весов, а гири - на правую.
3. Зважуване тело и гири следует класть на весы осторожно, чтобы не испортить весы.
4. Нельзя взвешивать тела, масса которых больше записанное на весах значение.
5. На чашу весов не следует класть мокрые, грязные, горячие тела, насыпать без использования подкладки порошки, наливать жидкости.
6. Мелкие гири нужно брать только пинцетом.
2. Рассмотрите, какие грузики входят в набор.
3. Положите на одну чашу тело, а на вторую подберите и положите такие грузики, чтобы весы были зрівноважено. Сумма масс положенных гирь равна массе тела.
4. Определите массу других тел и результаты запишите в таблицу.
Для любознательных
1. Изготовьте рычажные весы и набор гирек к ним.
2. С помощью изготовленных весов измерьте массу одной горошины.
3. С помощью изготовленных весов измерьте массу воды, которую содержит небольшая бутылочка (от духов, лекарств и тому подобное).