Номер 5, страница 17 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 1. Кинематика. Параграф 2. Прямолинейное движение. Упражнения - номер 5, страница 17.

Условие.

5. Изучите движение инерционной игрушечной машинки. Существуют ли участки траектории машинки, на которых её движение можно считать прямолинейным равномерным? Спланируйте и проведите физический эксперимент по определению модуля скорости её движения на таком участке.

Решение.

Существуют ли участки траектории машинки, на которых её движение можно считать прямолинейным равномерным?

Движение инерционной машинки можно условно разделить на три этапа:
1. Разгон: после запуска машинка увеличивает свою скорость. На этом этапе движение является ускоренным.
2. Участок квази-равномерного движения: на коротком промежутке времени сила тяги, создаваемая инерционным механизмом, может быть приблизительно уравновешена силами сопротивления (трение качения, сопротивление воздуха). В этом случае суммарная сила, действующая на машинку, близка к нулю, и её движение можно считать близким к равномерному. Для того чтобы движение было прямолинейным, необходимо запустить машинку по прямой на ровной горизонтальной поверхности.
3. Торможение: когда энергия инерционного механизма иссякает, сила тяги уменьшается, и под действием сил сопротивления машинка замедляет своё движение до полной остановки.

Таким образом, существует участок траектории (обычно в середине пути), на котором движение машинки можно с достаточной степенью точности считать прямолинейным и равномерным.

Ответ: Да, такие участки существуют, если запустить машинку по прямой на ровной поверхности. Это промежуток времени после начального разгона и до начала активного торможения.

Спланируйте и проведите физический эксперимент по определению модуля скорости её движения на таком участке.

Цель эксперимента: Измерить модуль скорости инерционной машинки на участке, где её движение можно считать равномерным.

Оборудование:
1. Инерционная игрушечная машинка.
2. Измерительная лента (рулетка) или линейка.
3. Секундомер (можно использовать смартфон).
4. Ровная горизонтальная поверхность (например, пол или длинный стол).
5. Два небольших предмета (маркеры) для обозначения начала и конца измеряемого участка.

План эксперимента (Ход работы):
1. Подготовить рабочее место: выбрать ровную горизонтальную поверхность достаточной длины.
2. Определить участок равномерного движения. Для этого нужно несколько раз запустить машинку и пронаблюдать за её движением, чтобы примерно определить, где заканчивается разгон и где начинается заметное замедление.
3. На выбранном участке равномерного движения отметить стартовую и финишную точки с помощью маркеров.
4. С помощью измерительной ленты измерить расстояние $\text{S}$ между маркерами. Записать результат.
5. Разогнать машинку и запустить её так, чтобы она пересекла стартовую отметку, уже двигаясь.
6. Включить секундомер в момент, когда передняя часть машинки пересекает стартовую отметку, и выключить, когда она пересекает финишную. Записать полученное время $\text{t}$.
7. Для повышения точности измерений и уменьшения случайной погрешности повторить измерения времени (пункты 5 и 6) не менее 3-5 раз.
8. Вычислить среднее время движения по участку: $t_{ср} = (t_1 + t_2 + \dots + t_n) / n$.
9. Рассчитать скорость движения машинки по формуле для равномерного прямолинейного движения: $v = S / t_{ср}$.
10. Записать полученное значение скорости.

Проведение эксперимента и расчёты (пример):

Дано:

Проведём измерения. Допустим, мы измерили расстояние между маркерами и оно составило $S = 80$ см.
Было проведено три измерения времени прохождения этого расстояния:
$t_1 = 1,9$ с
$t_2 = 2,1$ с
$t_3 = 2,0$ с

Перевод в систему СИ:
$S = 80 \text{ см} = 0,8 \text{ м}$

Найти:

Модуль скорости движения машинки $\text{v}$.

Решение:

1. Найдем среднее время движения:
$t_{ср} = \frac{t_1 + t_2 + t_3}{3} = \frac{1,9 \text{ с} + 2,1 \text{ с} + 2,0 \text{ с}}{3} = \frac{6,0 \text{ с}}{3} = 2,0 \text{ с}$
2. Рассчитаем скорость движения машинки, считая движение на данном участке равномерным:
$v = \frac{S}{t_{ср}}$
$v = \frac{0,8 \text{ м}}{2,0 \text{ с}} = 0,4 \text{ м/с}$

Ответ: План эксперимента представлен выше. В результате проведенного гипотетического эксперимента скорость машинки на участке равномерного движения составила $0,4$ м/с.