Номер 4, страница 114 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Проекты и исследования. Итоги главы 2. Глава 2. Взаимодействие тел - номер 4, страница 114.

Условие.

4. «Невесомость на Земле» (возможная форма: презентация, опыт, викторина).

Решение.

Решение 2.

Понятие «невесомость» обычно ассоциируется с космосом и астронавтами на орбите. Однако это физическое явление можно наблюдать и даже создать в земных условиях. Давайте разберемся, что такое невесомость с точки зрения физики, как ее можно продемонстрировать на простом опыте и проверим свои знания с помощью небольшой викторины.

1. Что такое невесомость? (в формате презентации)

Слайд 1: Вес и сила тяжести — не одно и то же!

Часто эти понятия путают. Сила тяжести ($F_т$) — это сила, с которой Земля (или другое небесное тело) притягивает к себе объект. Она всегда направлена к центру планеты и рассчитывается по формуле $F_т = mg$, где $m$ — масса тела, а $g$ — ускорение свободного падения.

Вес ($P$) — это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. Именно вес мы измеряем с помощью весов. В состоянии покоя на горизонтальной поверхности вес тела численно равен силе тяжести: $P = mg$.

Слайд 2: Когда вес меняется?

Вес тела может изменяться, если тело и его опора движутся с ускорением, направленным вертикально. Согласно второму закону Ньютона, вес тела в этом случае равен: $P = m(g \pm a)$ где $a$ — ускорение тела.

• Если вы в лифте, который начинает ехать вверх (ускорение $a$ направлено вверх), ваш вес увеличивается: $P = m(g+a)$. Это состояние называется перегрузкой.
• Если лифт начинает ехать вниз (ускорение $a$ направлено вниз), ваш вес уменьшается: $P = m(g-a)$.

Слайд 3: Условие возникновения невесомости.

Невесомость — это состояние, при котором вес тела равен нулю ($P=0$). Давайте посмотрим на нашу формулу: $P = m(g-a) = 0$

Поскольку масса тела $m$ не равна нулю, для наступления невесомости необходимо, чтобы ускорение тела $a$ было равно ускорению свободного падения $g$ ($a=g$) и направлено вниз.

Слайд 4: Свободное падение.

Движение тела только под действием силы тяжести называется свободным падением. Любое тело, находящееся в свободном падении, испытывает состояние невесомости. Это означает, что астронавты на МКС не "улетели от гравитации" (на их высоте она составляет около 90% от земной), а находятся в состоянии постоянного свободного падения вместе со станцией, двигаясь по орбите вокруг Земли.

Ответ: Невесомость — это состояние, при котором вес тела равен нулю. На Земле оно достигается, когда тело находится в свободном падении, то есть движется только под действием силы тяжести с ускорением $g$.

2. «Невесомость в бутылке» (опыт)

Продемонстрировать явление невесомости можно с помощью простого и наглядного опыта.

Что понадобится:

• Пластиковая бутылка (1-1.5 литра).
• Вода.
• Шило или гвоздь, чтобы проделать отверстие.

Ход опыта:

1. Проделайте небольшое отверстие в боковой стенке бутылки, примерно на 5-7 см выше дна.
2. Закройте отверстие пальцем и наполните бутылку водой почти доверху.
3. Держите бутылку в руке. Уберите палец с отверстия. Вы увидите, как из отверстия вытекает струйка воды. Это происходит потому, что столб воды над отверстием создает гидростатическое давление, которое выталкивает воду наружу.
4. Теперь, держа бутылку над какой-либо емкостью (например, тазом) или на улице, снова откройте отверстие и просто отпустите бутылку.
5. Внимательно наблюдайте за струйкой воды в момент падения бутылки. Вы заметите, что как только бутылка начала падать, вода перестала вытекать из отверстия!

Объяснение:

Когда вы отпускаете бутылку, она начинает свободно падать. Вместе с ней с тем же ускорением свободного падения $g$ падает и вода внутри. Поскольку и бутылка, и вода "падают" одновременно, вода перестает давить на стенки и дно бутылки. Ее вес внутри системы "бутылка-вода" становится равным нулю. Давление на уровне отверстия исчезает, и вода прекращает вытекать. Внутри падающей бутылки наступает кратковременная, но настоящая невесомость.

Ответ: Опыт с падающей бутылкой с водой наглядно демонстрирует, что в состоянии свободного падения вес воды становится равным нулю, и она перестает оказывать давление на стенки сосуда.

3. Викторина «Невесомость на Земле»

Вопрос 1: Почему астронавты на борту Международной космической станции (МКС) находятся в состоянии невесомости?

• а) Потому что в космосе нет гравитации.
• б) Потому что они очень далеко от Земли.
• в) Потому что МКС и все внутри нее находятся в состоянии непрерывного свободного падения на Землю.
• г) Из-за высокой скорости станции центробежная сила уравновешивает силу тяжести.

Правильный ответ: (в). Сила притяжения Земли на высоте орбиты МКС все еще очень велика. Невесомость возникает из-за того, что станция постоянно "падает" на Землю, но из-за своей огромной горизонтальной скорости постоянно "промахивается", двигаясь по круговой орбите.

Вопрос 2: В какой из этих ситуаций человек на короткое время испытает состояние, близкое к невесомости?

• а) При резком торможении автомобиля.
• б) При прыжке на батуте в верхней точке траектории.
• в) При погружении на большую глубину с аквалангом.
• г) При подъеме в скоростном лифте.

Правильный ответ: (б). В момент, когда тело достигает верхней точки траектории полета после прыжка и начинает падать вниз, оно движется только под действием силы тяжести (если пренебречь сопротивлением воздуха), то есть находится в свободном падении.

Вопрос 3: Специальные самолеты создают невесомость для тренировки космонавтов, летая по траектории, которая называется...

• а) Синусоида.
• б) Парабола Кеплера.
• в) Гипербола.
• г) Мертвая петля.

Правильный ответ: (б). Самолет взмывает вверх, а затем на несколько десятков секунд отключает или уменьшает тягу двигателей, двигаясь по баллистической траектории (параболе). В это время все внутри самолета находится в свободном падении.

Ответ: Викторина позволяет проверить понимание того, что невесомость — это следствие свободного падения, которое можно испытать не только в космосе, но и в земных условиях, например, при прыжке на батуте или во время полета на специальном самолете.