Номер 15, страница 25, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава I. Физика и физические методы изучения природы. Параграф 3. Наблюдения и опыты. Научный метод - номер 15, страница 25.

Условие.

15. Повторите описанные в этом параграфе наблюдения и опыты по изучению падения тел. Поставьте другие опыты для изучения этого явления.

Решение.

Повторение описанных в параграфе наблюдений и опытов

Предположим, что в параграфе были описаны классические опыты по изучению свободного падения, которые демонстрируют его основные свойства. Повторим их.

Опыт 1: Падение тел разной массы

Цель: Проверить, зависит ли ускорение свободного падения от массы тела.

Оборудование: Два предмета разной массы, но схожей формы и размера, чтобы минимизировать влияние сопротивления воздуха (например, маленький камень и стальной шарик). Стул или другая возвышенность.

Ход опыта: Встаньте на стул и вытяните руки с предметами на одинаковой высоте. Одновременно отпустите оба предмета. Наблюдайте, какой из них достигнет пола первым.

Наблюдение: Если сопротивление воздуха незначительно, оба тела достигают пола практически одновременно. Это происходит потому, что в идеальных условиях (в вакууме) все тела падают с одинаковым ускорением свободного падения $\text{g}$, независимо от их массы.

Ответ: Опыт показывает, что при пренебрежимо малом сопротивлении воздуха время падения тела с одной и той же высоты не зависит от его массы.

Опыт 2: Влияние сопротивления воздуха

Цель: Продемонстрировать влияние сопротивления воздуха на падение тел.

Оборудование: Два одинаковых листа бумаги.

Ход опыта: Один лист бумаги скомкайте в плотный шарик. Другой оставьте расправленным. Поднимите оба предмета на одну и ту же высоту и одновременно отпустите их.

Наблюдение: Скомканный лист бумаги упадет на пол значительно быстрее, чем расправленный. Хотя их массы одинаковы, площадь поверхности расправленного листа гораздо больше, поэтому он испытывает большее сопротивление воздуха, которое замедляет его падение.

Ответ: Опыт демонстрирует, что сопротивление воздуха существенно влияет на движение падающих тел, и это влияние зависит от формы и площади поперечного сечения тела.

Постановка других опытов для изучения падения тел

Для более глубокого изучения явления падения тел можно провести следующие эксперименты.

Опыт 3: Исследование зависимости времени падения от высоты

Цель: Экспериментально проверить формулу свободного падения без начальной скорости $h = \frac{gt^2}{2}$.

Оборудование: Небольшой тяжелый предмет (например, стальной шарик или гайка), рулетка, секундомер (для большей точности можно использовать смартфон с функцией видеозаписи в замедленном режиме и последующим анализом кадров).

Ход опыта:

1. Измерьте несколько различных высот, с которых вы будете бросать предмет (например, $h_1 = 0.5$ м, $h_2 = 1.0$ м, $h_3 = 1.5$ м, $h_4 = 2.0$ м).

2. Для каждой высоты бросьте предмет 3-5 раз, каждый раз измеряя время падения $\text{t}$. Рассчитайте среднее время падения $t_{ср}$ для каждой высоты.

3. Занесите данные в таблицу, вычислив также квадрат среднего времени падения $t_{ср}^2$ для каждой высоты.

4. Проанализируйте результаты. Согласно формуле, высота падения должна быть прямо пропорциональна квадрату времени ($h \propto t^2$). Это значит, что при увеличении высоты в 4 раза (например, с 0.5 м до 2.0 м), время падения должно увеличиться в 2 раза ($\sqrt{4}=2$). Сравните полученные данные с этим теоретическим предсказанием.

5. Постройте график зависимости высоты $\text{h}$ (ось ординат) от квадрата времени $t_{ср}^2$ (ось абсцисс). Если теория верна, экспериментальные точки должны лечь на прямую, проходящую через начало координат.

Анализ и вывод: Если график представляет собой прямую, то эксперимент подтверждает квадратичную зависимость высоты падения от времени. Из наклона графика $k = \frac{h}{t^2}$ можно оценить ускорение свободного падения: $g = 2k$.

Ответ: Эксперимент позволяет установить квадратичную зависимость пройденного телом пути от времени при равноускоренном движении и получить экспериментальную оценку ускорения свободного падения.

Опыт 4: Независимость вертикального и горизонтального движений

Цель: Показать, что вертикальное движение тела (падение) не зависит от его горизонтального движения.

Оборудование: Две одинаковые монеты, край стола, линейка.

Ход опыта:

1. Положите одну монету на самый край ровного стола.

2. Вторую монету положите на стол рядом с первой.

3. Возьмите линейку и расположите ее за обеими монетами параллельно краю стола.

4. Резким движением линейки вдоль стола ударьте по обеим монетам одновременно. Нужно добиться того, чтобы первая монета просто соскользнула с края стола и начала падать вертикально вниз, а вторая получила горизонтальную скорость и полетела вперед, падая по параболической траектории.

5. Внимательно прислушайтесь к звуку удара монет о пол.

Наблюдение: Вы услышите один одновременный звук удара, а не два последовательных. Это означает, что обе монеты достигли пола в один и тот же момент времени, несмотря на то что одна из них пролетела по горизонтали значительное расстояние.

Ответ: Опыт доказывает принцип независимости движений. Вертикальное движение обеих монет (свободное падение с высоты стола) одинаково и не зависит от наличия или отсутствия горизонтальной скорости. Время падения определяется только высотой и ускорением свободного падения.