Страница 114 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Обсудим? Иван и Гоша увлекаются беговыми лыжами. Гоша обычно опережает Ивана при прочих равных условиях забега на лыжах. Тренер Ивана объясняет такие результаты тем, что вес Ивана больше веса Гоши и, предположительно, поэтому лыжи Ивана скользят значительно хуже по лыжне.

Согласны ли вы с тем, что утверждает тренер? Правда ли, что лыжи Ивана скользят хуже, при том что сами лыжи абсолютно одинаковые? Аргументируйте своё мнение.

Предложите экспериментальные способы проверить, чьи лыжи скользят лучше.

Согласны ли вы с тем, что утверждает тренер? Правда ли, что лыжи Ивана скользят хуже, при том что сами лыжи абсолютно одинаковые? Аргументируйте своё мнение.

Утверждение тренера является сильным упрощением и, скорее всего, неверно в своей категоричности. Рассмотрим физические аспекты скольжения лыж.

Основная сила, препятствующая скольжению лыж по снегу (при движении без отталкивания), – это сила трения. Сила трения скольжения $F_{тр}$ зависит от силы нормальной реакции опоры $N$ и коэффициента трения $\mu$: $F_{тр} = \mu N$. На горизонтальной поверхности сила реакции опоры равна весу лыжника $P = mg$, где $m$ – масса лыжника, а $g$ – ускорение свободного падения. Таким образом, $F_{тр} = \mu mg$.

Из этой формулы видно, что при увеличении массы лыжника (Иван тяжелее Гоши) сила трения действительно возрастает. Однако при скольжении с горы движущая сила также пропорциональна массе: $F_{дв} = mg \sin\alpha$, где $\alpha$ – угол наклона склона. Ускорение лыжника, если пренебречь сопротивлением воздуха, будет $a = \frac{F_{дв} - F_{тр}}{m} = \frac{mg \sin\alpha - \mu mg \cos\alpha}{m} = g(\sin\alpha - \mu \cos\alpha)$. В этой упрощенной модели ускорение не зависит от массы. То есть, если бы коэффициент трения был одинаков для обоих, они бы скатывались с горы с одинаковым ускорением.

Сложность заключается в том, что коэффициент трения $\mu$ между лыжами и снегом не является постоянной величиной. Он зависит от множества факторов, включая давление, которое лыжи оказывают на снег. Давление равно силе (весу), деленной на площадь лыж: $p = \frac{mg}{S}$. Так как Иван тяжелее, он оказывает большее давление на снег. Это может влиять на скольжение двояко:

• Положительный эффект: При более высоком давлении температура плавления льда понижается. Это, а также тепло от трения, способствует образованию тонкой водяной пленки между лыжами и снегом, которая действует как смазка и улучшает скольжение. Этот эффект особенно заметен в морозную погоду.

• Отрицательный эффект: В теплую погоду или при влажном снеге избыточное давление может создать слишком толстый слой воды. Это приводит к возникновению капиллярных сил (эффект "присоски") и увеличению вязкого трения, что, наоборот, ухудшает скольжение. Также больший вес может приводить к более глубокому "вспахиванию" снега лыжами, что также увеличивает сопротивление.

Таким образом, утверждение, что лыжи Ивана скользят хуже только из-за его большего веса, не всегда верно. Это зависит от конкретных погодных условий и состояния снега. Более того, на результат в лыжной гонке влияют и другие, часто более важные факторы: техника отталкивания, выносливость, мощность (соотношение силы и веса), а также аэродинамика (умение держать группировку для снижения сопротивления воздуха).

Ответ: Нет, я не согласен с однозначным утверждением тренера. Хотя больший вес Ивана действительно увеличивает абсолютную величину силы трения, он не обязательно ухудшает скольжение. Эффект от увеличения веса сильно зависит от погодных условий и состояния снега: в одних условиях (мороз) это может даже улучшить скольжение, а в других (теплый, влажный снег) – ухудшить. Скорее всего, разница в результатах обусловлена комплексом факторов, включая технику, физическую подготовку и, возможно, аэродинамику, а не только разницей в скольжении лыж.

Предложите экспериментальные способы проверить, чьи лыжи скользят лучше.

Чтобы экспериментально проверить, чьи лыжи (в комплекте с их владельцем) скользят лучше, можно провести несколько тестов. Важно стандартизировать условия, чтобы минимизировать влияние посторонних факторов.

Эксперимент 1: Тест на дальность выката

1. Выбрать длинный и пологий склон с равномерным уклоном, переходящий в длинный горизонтальный участок (выкат).

2. Отметить на склоне общую стартовую линию.

3. Иван и Гоша одновременно (или по очереди, если склон узкий) начинают движение со стартовой линии из состояния покоя, без отталкивания. Для минимизации влияния сопротивления воздуха оба должны принять одинаковую низкую стойку (группировку) и не менять ее до полной остановки.

4. Измерить расстояние, которое проехал каждый лыжник от стартовой линии до точки полной остановки.

5. Повторить эксперимент несколько раз для усреднения результатов и исключения случайностей.

Анализ: Лыжник, проехавший большее расстояние, обладает лучшим скольжением (меньшим средним коэффициентом трения). Если Гоша стабильно проезжает дальше, значит, в данных условиях его "система" (Гоша + лыжи) скользит лучше.

Эксперимент 2: Тест на время прохождения дистанции

1. Выбрать прямой склон с постоянным уклоном. Отметить на нем стартовую и финишную линии на известном расстоянии друг от друга (например, 50 метров).

2. Лыжники по очереди стартуют из состояния покоя с начальной линии и съезжают вниз в одинаковой низкой стойке, не отталкиваясь.

3. С помощью секундомера измеряется время, за которое каждый лыжник проходит отмеченную дистанцию.

Анализ: Лыжник, показавший меньшее время, имеет большее среднее ускорение, что свидетельствует о лучшем скольжении. Если время Ивана больше времени Гоши, то его лыжи скользят хуже.

Эксперимент 3: Прямое измерение силы трения

1. Выбрать длинный, ровный горизонтальный участок лыжни.

2. Прикрепить к лыжнику (например, к поясу) динамометр (пружинный или электронный).

3. С помощью ассистента (или моторизованного средства, например, лебедки) тянуть лыжника с постоянной, небольшой скоростью (чтобы минимизировать сопротивление воздуха).

4. Зафиксировать показания динамометра, когда движение станет равномерным. Это показание будет равно силе трения скольжения.

5. Провести такое же измерение для второго лыжника.

Анализ: Этот эксперимент напрямую измеряет силу трения. Сравнив показания динамометра для Ивана и Гоши, можно сделать вывод, у кого сила трения больше. Если у Ивана показание силы больше, значит, его скольжение действительно хуже. Можно также рассчитать эффективный коэффициент трения для каждого по формуле $\mu = F_{тр} / (mg)$ и сравнить их.

Ответ: Проверить, чьи лыжи скользят лучше, можно с помощью экспериментов: 1) измерить максимальную дальность выката со склона на горизонтальный участок; 2) измерить время спуска со склона на фиксированной дистанции; 3) напрямую измерить силу трения скольжения с помощью динамометра при движении с постоянной скоростью по горизонтали. Во всех экспериментах важно обеспечить одинаковые начальные условия и позу лыжников.

1. «Инерция, вот ты где!» (возможная форма: презентация, опыт, кроссворд).

Что такое инерция?

Инерция — это фундаментальное свойство всех материальных тел, которое заключается в их стремлении сохранять свою текущую скорость (как по величине, так и по направлению). Иными словами, если на тело не действуют никакие внешние силы (или их действие скомпенсировано), то тело, находящееся в состоянии покоя, будет оставаться в покое, а тело, движущееся прямолинейно и равномерно, будет продолжать такое движение.

Важно понимать, что инерция — это не сила. Это внутреннее свойство материи, описывающее её «сопротивляемость» изменению состояния движения. Первым, кто подошел к правильному пониманию инерции, был итальянский учёный Галилео Галилей. Он, в отличие от Аристотеля (считавшего, что для поддержания движения нужна постоянная сила), пришёл к выводу, что сила необходима не для поддержания движения, а для его изменения, то есть для создания ускорения.

Ответ: Инерция — это свойство тела сохранять состояние своего движения (покоя или равномерного прямолинейного движения) при отсутствии внешних воздействий.

2. Первый закон Ньютона (Закон инерции)

Идеи Галилея были обобщены и сформулированы Исааком Ньютоном в виде его первого закона механики, который также называют законом инерции. Формулировка закона:

Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело движется равномерно и прямолинейно (или покоится), если на него не действуют другие тела (силы) или действие этих тел скомпенсировано.

Этот закон постулирует существование инерциальных систем отсчёта (ИСО). Это такие системы, в которых явление инерции наблюдается в чистом виде. Любая система отсчёта, движущаяся относительно ИСО равномерно и прямолинейно, также является инерциальной. Система отсчёта, связанная с Землёй, с высокой точностью может считаться инерциальной для решения многих практических задач. Условие «действие этих тел скомпенсировано» означает, что векторная сумма всех сил, приложенных к телу, равна нулю: $ \sum \vec{F} = 0 $.

Ответ: Первый закон Ньютона утверждает, что тело сохраняет скорость постоянной, если равнодействующая всех приложенных к нему сил равна нулю.

3. Масса как мера инертности

Разные тела по-разному «сопротивляются» изменению скорости. Например, сдвинуть с места пустую тележку гораздо легче, чем гружёную. Это различие в поведении тел характеризуется физической величиной — массой. Масса является количественной мерой инертности тела.

Чем больше масса тела, тем больше его инертность, и тем сложнее изменить его скорость — то есть, тем меньшее ускорение оно получит под действием одной и той же силы. Эта связь выражается вторым законом Ньютона:

$ \vec{F} = m\vec{a} $

где $ \vec{F} $ — равнодействующая сила, $ m $ — масса тела, а $ \vec{a} $ — его ускорение. Из этой формулы видно, что ускорение обратно пропорционально массе: $ \vec{a} = \vec{F}/m $. При одинаковой силе тело с большей массой получит меньшее ускорение. Таким образом, масса — это коэффициент, показывающий, насколько тело инертно.

Ответ: Масса — это физическая величина, которая является мерой инертности тела. Чем больше масса, тем тело инертнее.

4. Проявления инерции в повседневной жизни

Явление инерции окружает нас повсюду, и именно поэтому проект носит название «Инерция, вот ты где!»:

• Транспорт. Когда автобус резко трогается с места, пассажиров «вдавливает» в спинку сиденья. На самом деле, это их тело по инерции стремится остаться на месте, а автобус «уезжает» из-под них. При резком торможении пассажиры, наоборот, наклоняются вперёд, так как их тело по инерции продолжает двигаться с прежней скоростью. Именно для противодействия этому явлению нужны ремни безопасности.
• Вытряхивание ковра. Когда мы выбиваем пыльный ковер, мы резким ударом сообщаем ему скорость. Пылинки же, из-за своей инерции, остаются на месте и, таким образом, отделяются от ткани ковра.
• Стряхивание воды. Собака после купания стряхивается, резко поворачивая туловище. Капли воды, находящиеся на шерсти, по инерции продолжают движение по прямой (по касательной к траектории движения шерсти) и слетают.
• Забивание молотка. Чтобы плотнее насадить молоток на рукоятку, ударяют не по молотку, а по противоположному концу рукоятки. Рукоятка при ударе резко останавливается, а тяжёлая металлическая часть по инерции продолжает движение и плотно садится на своё место.
• Спорт. Разбег перед прыжком в длину или высоту необходим для того, чтобы сообщить телу скорость, которая затем по инерции «несёт» спортсмена вперёд и вверх во время прыжка.

Ответ: Инерция проявляется в транспорте, при вытряхивании вещей, в спорте и многих других бытовых ситуациях, когда происходит резкое изменение скорости движения тел.

5. Опыт, демонстрирующий инерцию

Провести простой и наглядный опыт можно в домашних условиях.

Оборудование: стеклянный стакан, монета, любая плоская и гладкая карточка или открытка.

Ход опыта:

1. Поставьте стакан на ровную поверхность стола.
2. Положите на края стакана карточку так, чтобы она полностью закрывала его отверстие.
3. Поместите монету на карточку, точно по центру над отверстием стакана.
4. Резким щелчком пальца по краю карточки выбейте её из-под монеты в горизонтальном направлении.

Результат и объяснение:
Карточка улетит в сторону, а монета упадёт точно в стакан. Это происходит из-за инерции. Когда мы резким ударом приводим в движение карточку, сила трения между ней и монетой действует очень короткое время и не успевает сообщить монете достаточную горизонтальную скорость. Поэтому монета стремится сохранить своё состояние покоя (нулевую горизонтальную скорость) и, потеряв опору, под действием силы тяжести падает вертикально вниз.

Ответ: Опыт с монетой, карточкой и стаканом наглядно демонстрирует, что из-за инерции монета стремится сохранить состояние покоя и падает в стакан, в то время как карточка, на которую подействовала сила, улетает.

6. Кроссворд по теме «Инерция»

Чтобы закрепить знания, предлагается решить небольшой кроссворд.

По горизонтали:

1. Свойство тела по возможности сохранять свою скорость неизменной.
2. Английский учёный, сформулировавший закон инерции.
3. Физическая величина, служащая мерой инертности тела.
4. Движение, которое совершает тело при отсутствии внешних воздействий.

По вертикали:

2. Итальянский физик, астроном и философ, один из основателей физики Нового времени, изучавший инерцию.
4. Причина изменения скорости тела.

Ответы на кроссворд:
По горизонтали: 1. Инерция. 3. Ньютон. 5. Масса. 6. Равномерное.
По вертикали: 2. Галилей. 4. Сила.

Ответ: Кроссворд позволяет в игровой форме проверить знание основных понятий и имён учёных, связанных с явлением инерции.

2. «Плотности земные и космические» (возможная форма: презентация, викторина, таблица).

Плотность — это физическая величина, которая определяется как отношение массы тела к его объему. Она показывает, какая масса вещества заключена в единице объема. Математически это выражается формулой: $\rho = \frac{m}{V}$, где $\rho$ — это плотность, $m$ — масса, а $V$ — объем. В Международной системе единиц (СИ) плотность измеряется в килограммах на кубический метр ($кг/м^3$). Вселенная демонстрирует невероятный диапазон плотностей, от почти полного вакуума межзвездного пространства до невообразимо плотного вещества внутри нейтронных звезд.

Плотности земные

На Земле мы сталкиваемся с веществами и объектами, плотность которых сильно различается. Вот несколько примеров:

• Газы: Плотность воздуха у поверхности Земли при нормальных условиях составляет примерно $1.225 \text{ кг/м}^3$.
• Жидкости: Плотность пресной воды, часто используемая как эталон, равна $1000 \text{ кг/м}^3$.
• Твердые тела: Плотность древесины (например, сосны) составляет около $400-500 \text{ кг/м}^3$, поэтому она плавает в воде. Гранит, типичная горная порода, имеет плотность около $2700 \text{ кг/м}^3$.
• Металлы: Плотность железа — $7874 \text{ кг/м}^3$. Самый плотный из стабильных химических элементов на Земле — осмий, его плотность достигает $22590 \text{ кг/м}^3$.
• Планета Земля: Если взять всю нашу планету целиком, ее средняя плотность составит $5515 \text{ кг/м}^3$. Это значение выше, чем плотность пород земной коры, что говорит о наличии очень плотного металлического ядра в ее центре.

Плотности космические

В космосе разброс значений плотности еще более поразителен.

• Межзвездная среда: Пространство между звездами заполнено чрезвычайно разреженным газом и пылью. Плотность здесь ничтожно мала и колеблется от $10^{-21}$ до $10^{-18} \text{ кг/м}^3$.
• Планеты-гиганты: Средняя плотность Сатурна — всего $687 \text{ кг/м}^3$. Это меньше плотности воды, поэтому, гипотетически, Сатурн мог бы плавать в гигантском океане. Юпитер несколько плотнее — $1326 \text{ кг/м}^3$.
• Звезды: Средняя плотность нашего Солнца — около $1410 \text{ кг/м}^3$. Однако в его ядре из-за колоссального давления и температуры плотность достигает $1.5 \times 10^5 \text{ кг/м}^3$.
• Белые карлики: Это «мертвые» звезды, ядра бывших звезд типа Солнца. Их вещество сжато до состояния, называемого вырожденным газом. Плотность белого карлика может достигать $10^9 \text{ кг/м}^3$. Чайная ложка такого вещества весила бы на Земле как легковой автомобиль.
• Нейтронные звезды: Это остатки после взрывов массивных звезд (сверхновых). Они почти полностью состоят из нейтронов, упакованных так же тесно, как в атомном ядре. Их плотность невероятна: от $10^{17}$ до $10^{18} \text{ кг/м}^3$. Чайная ложка вещества нейтронной звезды весила бы больше, чем все человечество вместе взятое.
• Черные дыры: Говорить о плотности черной дыры сложно. В ее центре (сингулярности) плотность считается бесконечной. Однако если рассчитать среднюю плотность в объеме, ограниченном горизонтом событий, результат окажется удивительным. Для сверхмассивных черных дыр эта средняя плотность может быть меньше плотности воды или даже воздуха.

Сравнительная таблица плотностей

Для наглядного сравнения различных плотностей приведем их значения в таблице.

Ответ: Таблица наглядно показывает колоссальный диапазон плотностей во Вселенной: от практически невесомой межзвездной среды до сверхплотного вещества в недрах нейтронных звезд. Плотности земных объектов занимают лишь небольшую часть этого спектра.

Викторина «Плотности земные и космические»

Проверьте свои знания с помощью небольшой викторины.

1. Какой объект Солнечной системы имеет среднюю плотность меньше, чем у воды?
2. Расположите следующие объекты в порядке возрастания их средней плотности: Земля, Солнце, Сатурн.
3. Какой химический элемент, встречающийся на Земле, является самым плотным?
4. Что плотнее: вещество белого карлика или вещество в ядре Солнца?
5. Объект, чайная ложка вещества которого весила бы на Земле миллиарды тонн, — это...

Ответ:

1. Сатурн.
2. Сатурн ($687 \text{ кг/м}^3$), Солнце ($1410 \text{ кг/м}^3$), Земля ($5515 \text{ кг/м}^3$).
3. Осмий.
4. Вещество белого карлика (плотность ~$10^9 \text{ кг/м}^3$) значительно плотнее вещества в ядре Солнца (плотность ~$1.5 \times 10^5 \text{ кг/м}^3$).
5. Нейтронная звезда.

3. «Сила! Я тебя знаю!» (возможная форма: презентация, кроссворд, викторина, таблица, изготовление прибора, макета).

Викторина

Проверьте свои знания о силах в физике, ответив на следующие вопросы по теме «Сила! Я тебя знаю!»:

1. Что такое сила с точки зрения физики?

   Ответ: Сила — это векторная физическая величина, которая является мерой воздействия на данное тело со стороны других тел или полей. Приложение силы вызывает изменение скорости тела или его деформацию.

2. Как называется единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ) и в честь какого ученого она названа?

   Ответ: Единица измерения силы — ньютон (Н). Она названа в честь Исаака Ньютона.

3. Сформулируйте второй закон Ньютона, связывающий силу, массу и ускорение.

   Ответ: Второй закон Ньютона гласит, что ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе. Математически это выражается формулой: $F = ma$.

4. Как называется сила всемирного тяготения, действующая на любое физическое тело вблизи поверхности Земли или другого астрономического объекта?

   Ответ: Сила тяжести.

5. Какая сила возникает при деформации тела (например, растяжении пружины) и стремится вернуть его в первоначальное состояние? Какой закон ее описывает?

   Ответ: Сила упругости. Ее описывает закон Гука: $F_{упр} = -kx$, где $k$ — коэффициент жёсткости, а $x$ — величина деформации.

6. Какая сила препятствует движению одного тела по поверхности другого?

   Ответ: Сила трения. Различают силу трения покоя, скольжения и качения.

7. От чего зависит сила трения скольжения?

   Ответ: Сила трения скольжения зависит от коэффициента трения $\mu$ и силы нормальной реакции опоры $N$. Формула: $F_{тр} = \mu N$.

8. Как называется выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость или газ?

   Ответ: Архимедова сила (или сила Архимеда).

9. Чем вес тела отличается от силы тяжести?

   Ответ: Сила тяжести — это сила, с которой Земля притягивает тело, и она приложена к центру масс тела. Вес — это сила, с которой тело действует на опору или подвес, и она приложена к опоре или подвесу. В состоянии покоя на горизонтальной поверхности вес численно равен силе тяжести.

10. Что такое равнодействующая сила?

    Ответ: Равнодействующая сила — это векторная сумма всех сил, действующих на тело.

Ответ: Викторина позволяет проверить и закрепить знания об основных понятиях, связанных с силами в механике, их видах, характеристиках и законах, которые их описывают.

Таблица

В данной таблице систематизированы основные виды сил, изучаемые в курсе механики, их характеристики и примеры проявления.

Ответ: Таблица является удобным справочным материалом, который обобщает и структурирует информацию о ключевых видах сил в механике, их физическом смысле, математическом описании и проявлениях в реальном мире.

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

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.

5. «Трение в жизни человека» (возможная форма: презентация, ролевая игра, викторина).

Что такое трение?

Трение — это сила, возникающая при соприкосновении двух тел и препятствующая их относительному движению. Эта сила всегда направлена в сторону, противоположную движению или возможному движению тела. Трение играет фундаментальную роль во всех аспектах нашей жизни и в работе механизмов.

Сила трения зависит от нескольких факторов:

• От материалов, из которых сделаны соприкасающиеся поверхности.
• От силы, с которой поверхности прижимаются друг к другу (силы нормальной реакции).
• От состояния поверхностей (гладкие, шероховатые).

Основная формула для силы трения скольжения выглядит так: $F_{тр} = \mu N$, где:

• $F_{тр}$ — сила трения.
• $\mu$ (мю) — коэффициент трения, который зависит от материалов и качества обработки поверхностей.
• $N$ — сила нормальной реакции, то есть сила, с которой поверхности давят друг на друга перпендикулярно плоскости соприкосновения.

Различают несколько видов трения:

• Трение покоя: Возникает между неподвижными телами. Именно эта сила не дает сдвинуться с места тяжелому шкафу, когда мы его толкаем со слабой силой. Сила трения покоя может изменяться от нуля до некоторого максимального значения.
• Трение скольжения: Возникает при скольжении одного тела по поверхности другого. Например, при катании на санках с горки. Эта сила обычно меньше максимальной силы трения покоя.
• Трение качения: Возникает, когда одно тело катится по поверхности другого (например, колесо автомобиля по дороге). Трение качения при прочих равных условиях значительно меньше трения скольжения.

Ответ: Трение — это сила взаимодействия между соприкасающимися телами, препятствующая их относительному движению. Различают трение покоя, скольжения и качения. Величина силы трения скольжения определяется по формуле $F_{тр} = \mu N$.

Полезное трение в жизни человека

Без трения наша жизнь была бы невозможна. Многие повседневные действия и технологические процессы основаны на использовании силы трения.

Примеры полезного трения:

• Ходьба и движение: Сила трения покоя между подошвой нашей обуви и поверхностью земли позволяет нам отталкиваться и двигаться вперед. Без трения мы бы просто скользили на месте, как на идеально гладком льду. То же самое касается и колес транспорта: трение между шинами и дорогой обеспечивает сцепление, необходимое для разгона, поворотов и торможения.
• Удержание предметов: Сила трения позволяет нам держать в руках различные предметы: ручку, чашку, телефон. Без нее они бы выскальзывали из пальцев.
• Работа механизмов: Тормоза в любом виде транспорта (автомобиль, велосипед, поезд) работают за счет силы трения между тормозными колодками и диском/барабаном. Ременные передачи в двигателях также используют трение для передачи вращения.
• Зажигание спичек и письмо: Мы зажигаем спичку, чиркая ею о коробок — трение повышает температуру до воспламенения. Когда мы пишем карандашом, частички графита остаются на бумаге благодаря трению.
• Крепеж: Гвозди, шурупы и винты держатся в материале благодаря силе трения. Узлы на веревках также держатся за счет трения.

Ответ: Полезное трение позволяет нам ходить, держать предметы, обеспечивает работу тормозов и многих механизмов, позволяет завязывать узлы, писать и многое другое, являясь неотъемлемой частью повседневной жизни.

Вредное трение и борьба с ним

Несмотря на свою пользу, во многих случаях трение является вредным явлением, с которым приходится бороться.

Проявления вредного трения:

• Износ деталей: Трение является основной причиной износа и разрушения трущихся поверхностей в машинах и механизмах. Изнашиваются шины автомобилей, подошвы обуви, детали двигателей. Это приводит к необходимости регулярной замены деталей и ремонту.
• Потеря энергии: Для преодоления силы трения необходимо затрачивать дополнительную энергию. Например, значительная часть энергии, вырабатываемой двигателем автомобиля, тратится на преодоление трения в его движущихся частях и трения качения колес. Это снижает КПД (коэффициент полезного действия) механизмов.
• Нагрев: При трении механическая энергия переходит в тепловую. Иногда это полезно (как при разжигании огня), но чаще всего нагрев движущихся частей механизмов является вредным. Перегрев может привести к деформации или даже плавлению деталей.

Способы уменьшения трения:

• Смазка: Введение смазочного материала (например, масла) между трущимися поверхностями. Слой смазки разделяет поверхности, и трение скольжения твердых тел заменяется на значительно меньшее трение в слоях жидкости.
• Шлифовка и полировка: Уменьшение шероховатости соприкасающихся поверхностей снижает коэффициент трения.
• Замена трения скольжения трением качения: Использование шариковых и роликовых подшипников в осях вращения позволяет значительно уменьшить потери на трение.
• Использование материалов с низким коэффициентом трения: Например, применение полимеров, таких как тефлон, для создания антипригарных покрытий на сковородках.
• Придание телам обтекаемой формы: Для уменьшения трения о воздух или воду (сопротивления среды) телам придают специальную аэро- или гидродинамическую форму.

Ответ: Вредное трение приводит к износу деталей, потере энергии и нежелательному нагреву. Для борьбы с ним применяют смазку, полировку поверхностей, замену трения скольжения на трение качения с помощью подшипников и используют материалы с низким коэффициентом трения.

Идеи для викторины по теме «Трение»

Эта информация может быть использована для создания викторины. Вот несколько примеров вопросов:

1. Почему зимой дороги посыпают песком?

2. Какая сила позволяет вам держать книгу в руках?

3. Почему коньки так хорошо скользят по льду?

4. Почему метеориты сгорают в атмосфере Земли?

5. Какой вид трения возникает в колесе велосипеда, когда он катится по дороге? А когда вы нажимаете на тормоз?

6. Для чего в двигателях внутреннего сгорания используют моторное масло?

7. Если бы трение исчезло, что бы произошло с гвоздем, забитым в стену?

Ответ: Викторина может включать вопросы о видах трения, его роли в природе и технике, а также о способах его увеличения или уменьшения в различных ситуациях. Например, на вопрос "Почему зимой дороги посыпают песком?" правильный ответ: "Чтобы увеличить коэффициент трения между колесами/обувью и дорогой, тем самым увеличив силу трения и уменьшив скольжение".