Фізика і астрономія. 10 клас

 16.09.2020

Тема. Теорія та експеримент, роль фундаментальних фізичних теорій. Фізичні моделі. Одиниці фізичних величин, Міжнародна система одиниць СІ. Прямі та непрямі вимірювання та похибки (невизначеності) вимірювань. Зв’язки між математикою та фізикою. Скалярні та векторні величини, проекції векторів.

При визначенні ролі фізики в життєдіяльності людини можна виділити такі аспекти:

1. Дослідження явищ природи, знаходження закономірностей та законів, якими вони описуються.

2. Встановлення зв’язків між явищами, які відкрито й тими явищами, що вже були відомі на цей момент.

3. Застосування набутих знань для прогнозування природних явищ та активного впливу на природу.

4. Застосування набутих знань для реалізації практичних потреб людини, в тому числі створення машин і механізмів.

Методи наукового пізнання.

1. Як людина сприймає навколишній світ?

2. Чи можна сказати, що сприймання фізичних явищ за допомогою органів чуття є об’єктивним?

Фізика – природнича наука. В її основі лежить експериментальне дослідження явищ природи, а її задача – формулювання законів, якими пояснюються ці явища. Фізика зосереджується на вивченні найфундаментальніших та найпростіших явищ і на відповідях на найпростіші запитання: з чого складається матерія, яким чином частинки матерії взаємодіють між собою, за якими правилами й законами здійснюється рух частинок, тощо. В основі фізичних досліджень лежать спостереження. Узагальнення спостережень дозволяє фізикам формулювати гіпотези щодо спільних загальних рис тих явищ, за якими велися спостереження. Гіпотези перевіряються за допомогою продуманого експерименту, в якому явище проявлялося б у якомога чистішому вигляді й не ускладнювалося б іншими явищами. Аналіз даних сукупності експериментів дозволяє сформулювати закономірність. На перших етапах досліджень закономірності мають здебільшого емпіричний, феноменологічний характер, тобто явище описується кількісно за допомогою певних параметрів, характерних для досліджуваних тіл та речовин. Аналізуючи закономірності та параметри, фізики будують фізичні теорії, які дозволяють пояснити досліджувані явища на основі уявлень про будову тіл та речовин і взаємодію між їхніми складовими частинами. Фізичні теорії, в свою чергу, створюють передумови для постановки точніших експериментів, в ході яких здебільшого визначаються рамки їхнього застосування. Найзагальніші фізичні теорії дозволяють формулювання фізичних законів, які вважаються загальними істинами, доки накопичення нових експериментальних результатів не вимагатиме їхнього уточнення. 

Спостереження – вивчення явищ у природних обставинах.

Експеримент – вивчення явищ шляхом їх відтворення в штучних лабораторних умовах.

В який період, на вашу думку, фізика сформувалась як наука? Чому?

Люди намагалися зрозуміти властивості матерії з найдревніших часів: чому тіла падають на землю, чому різні речовини мають різні властивості, тощо. Цікавили людей також питання про будову світу, про природу Сонця і Місяця. Спочатку відповіді на ці запитання намагалися шукати в філософії. Здебільшого філософські теорії, які намагалися дати відповіді на такі запитання не перевірялися на практиці. Проте, незважаючи на те, що нерідко філософські теорії неправильно описували спостереження, ще в древні часи людство добилося значних успіхів в астрономії, а грецький мудрець Архімед навіть зумів дати точні кількісні формулювання багатьох законів механіки й гідростатики.

Деякі теорії древніх мислителів, як, наприклад, ідеї про атом, які були сформульовані у стародавніх Греції та Індії, випереджали час.

Поступово від загальної філософії почало відокремлюватися природознавство, як та її частина, яка описує навколишній світ. Одна з основних книг Аристотеля називається «Фізика». Незважаючи на деякі неправильні твердження, фізика Аристотеля впродовж віків залишалася основою знань про природу.

Назвіть три відкриття, які, на ваш погляд, принесли людству найбільшу користь? Найбільшу шкоду?

Період наукової революції характеризується утвердженням наукового методу досліджень, розвитком окремих розділів фізики: механіки, оптики, термодинаміки, тощо.

Більшість істориків притримуються думки про те, що наукова революція розпочалася в 1543 році, коли Копернику привезли з Нюрнбергга вперше надрукований примірник його книги «Про обертання небесних сфер».

Впродовж століття відтоді знання людство збагатилося працями таких дослідників, як Галілео Галілей, Хрістіан Гюйгенс, Йоган Кеплер і Блез Паскаль. 

Після встановлення законів механіки Ньютоном, наступним дослідним полем стала електрика. Склалися основні поняття – електричний заряд та електричний струм.

У 1831 році англійський фізик Майкл Фарадей об’єднав електрику й магнетизм, продемонструвавши, що рухомий магніт індукує в електричному колі струм. Спираючись на цю концепцію, Джеймс Клерк Максвел побудував теорію електромагнітного поля. 

У 18-му і на початку 19-го століття сформувалася наука термодинаміка. Всередині 19-го століття Джоуль встановив закон збереження енергії. Був сформульований другий закон термодинаміки. Під кінець дев’ятнадцятого століття фізики підійшли до значного відкриття – експериментального підтвердження існування атома.

Макс Планк у 1900 році запропонував неймовірну ідею, що електромагнітні хвилі випромінюються порціями, енергія яких пропорційна частоті. Ці порції отримали назву квантів, а сама ідея розпочала побудову нової фізичної теорії – квантової механіки, яка ще більше змінила класичну Ньютонівську механіку, цього разу при дуже малих розмірах фізичної системи. Суперечка між корпускулярною і хвильовою теорією знайшла своє вирішення в корпускулярно-хвильовому дуалізмі.

1911 році Ернест Резерфорд запропонував планетарну теорію атома.

Домашнє завдання: опрацювати § 2, 3, виконати вправу 2 (2).

17.09.2020

Тема. Основні поняття кінематики: простір і час, механічний рух, його відносність, система відліку, способи опису руху, траєкторія, шлях, переміщення. Основна задача механіки.

Фізика вивчає різноманітні явища і процеси, що відбуваються довкола. За природою вони  бувають: механічні, теплові, електричні, магнітні, світлові…

Розділ фізики, у якому пояснюється рухи взаємодії тіл, називають механікою.

Внесок у становлення  механіки зробили такі корифеї науки, як  Аристотель, Архімед, Галілей. Як класична теорія механіка обґрунтована в працях Ньютона наприкінці ХVІІ ст., а на початку ХХ ст.. вона була розроблена у вигляді теорії відносності Ейнштейном.

Основна задача механіки полягає у визначенні положення тіла у будь-який момент часу. Залежно від обраних фізичних величин і методів розв’язання основної задачі механіки її поділяють на кінематику, динаміку і статику.

Кінематика (у перекладі з грецької означає «рух») вивчає, як рухається тіло, не вивчаючи чинників, що зумовили цей рух.

Динаміка – це розділ механіки, що вивчає причини зміни швидкості руху під дією інших тіл.

Статика – це розділ механіки, що вивчає рівновагу тіл.

Падіння краплі дощу й листика з дерева, збудження хвиль на морі та спливання води в річках, рух мотоцикліста і вітер, робота всіх видів транспорту і підйомних кранів, обертання Землі навколо Сонця, плавання на воді й у воді, віддача під час пострілу, стирання автомобільної шини і пружність годинникової пружини, стрибок парашутиста і політ автоматичної міжпланетної станції – все це механічні явища і процеси.

Найважливіший висновок, який зробила наука в процесі свого розвитку, такий: нерухомих тіл у природі немає.

Механічним рухом називається зміна положення тіла в просторі відносно інших тіл з часом.

Види механічного руху: поступальний, обертальний.

Поступальним називається рух тіла, за якого будь-яка пряма, пов’язана з тілом, переміщується паралельно собі.

Реальні тіла мають форму, розміри, об’єм, здатність до деформації тощо. Але для спрощення опису механічного руху зручно замінити реальні тіла абстрактними, які не мають даних властивостей. У кінематиці такі тіла називають матеріальними точками.

Матеріальна точка – це тіло, розмірами та формою якого в умовах даної задачі можна знехтувати

Реальне тіло можна прийняти за матеріальну точку, якщо його розмірами можна знехтувати в умовах даної задачі.

Механічний рух і спокій – відносні. Тому, коли ми говоримо, що тіло рухається чи перебуває у спокої, необхідно вказувати, відносно яких тіл ми розглядаємо цей рух.

Рух будь-якої матеріальної точки можна показати за допомогою прямої чи кривої лінії.

Траєкторія – це неперервна лінія, яку описує матеріальна точка відносно вибраної системи відліку.

Залежно від траєкторії механічний рух можна поділити на два види: прямолінійний (траєкторія – пряма лінія)  і криволінійний (траєкторія – крива лінія). 

За траєкторією легко встановити шлях, пройдений матеріальною точкою за будь-який проміжок часу.

Шлях – це довжина траєкторії, яку описує матеріальна точка за даний проміжок часу.

Переміщення – вектор, проведений з початкового положення тіла в даний момент часу.

Запитання

1.     Наведіть приклади задачі, у якій космічний корабель:  а) можна розглядати як матеріальну точку; б) не можна розглядати як матеріальну точку. Відповідь обґрунтуйте.

2.     Чи може переміщення бути нульовим?

3.     У якому випадку модуль переміщення дорівнює пройденому шляху?

4.     За що ми сплачуємо у таксі: за шлях чи переміщення?

Задача 1. М’яч, упавши з висоти 4 м, відскочив від Землі. На половині висоти його впіймали. Визначте шлях і модуль переміщення м’яча.

Задача 2. Спортсмен пропливає водяною доріжкою басейну 5 разів. Довжина доріжки 25 м. Визначте шлях і модуль переміщення спортсмена. 

Домашнє завдання: опрацювати § 4, розв'язати задачу. 

Вертоліт, пролетівши по прямій 400 км, повернув під кутом 90⁰ і пролетів ще 300 км. Знайти шлях і переміщення вертольота.

18.09.2020

Тема. Середня швидкість і середня шляхова швидкість. Поняття про миттєву швидкість руху. Закон додавання швидкостей. Прямолінійний рівномірний рух як найпростіший вид руху.

1. Нерівномірний рух

Рух, за якого тіло проходить за рівні проміжки часу різні шляхи, називають нерівномірним.

У випадку рівномірного руху швидкість постійна на будь-якій ділянці, і її можна визначити через відношення будь-яких переміщень до проміжків часу, за які ці переміщення відбулися.

У випадку нерівномірного руху швидкість змінюється, і на кожній, навіть найменшій ділянці, вона відрізняється від швидкості на сусідніх ділянках. Тому для характеристики змінного руху поняття швидкості розширюється: уводяться нові поняття «середня швидкість на ділянці» й «миттєва швидкість у точці».

2. Середня швидкість при нерівномірному русі

Середня швидкість на будь-якій ділянці траєкторії визначається відношенням переміщення до часу, за який це переміщення відбулося: V_сер = S/t

Якщо ми розглядаємо тільки прямолінійний нерівномірний рух (причому в одному напрямку), то модуль переміщення s збігається зі шляхом l, пройденим тілом.

Тому при такому русі модуль середньої швидкості дорівнює: V_сер = l/t

·        Щоб обчислити середню швидкість руху тіла, необхідно шлях, що пройшло тіло, розділити на час руху.

Середня швидкість показує, з якою швидкістю тіло має рухатися рівномірно, щоб дану відстань подолати за такий самий час, як і при нерівномірному русі.

3. Шлях і час при нерівномірному русі

Знання середньої швидкості дозволяє визначити шлях і час, протягом якого поїзд, автомобіль, літак проходять шлях від одного пункту до іншого:

l = v ∙ t, t = l/v

Якщо тіло пройшло кілька ділянок шляху (l₁, l₂, l₃,…, l_n ), затративши на кожну з ділянок час (t₁, t₂, t₃,…, t_n), то середня швидкість на всьому шляху дорівнює

v = (l₁ + l₂ + l₃ +… + l_n) / (t₁ + t₂ + t₃ + … +t_n)

Середня швидкість не дає можливість з’ясувати, де перебуває тіло в довільний момент часу, але дає можливість обчислити весь шлях, пройдений тілом за певний проміжок часу.

4. Миттєва швидкість

Якщо спостерігати за показаннями спідометра автомобіля, що рухається, то можна помітити, що вони змінюються. Стрілка спідометра часто коливається під час руху, тому що швидкість автомобіля звичайно змінюється з часом: водій обганяє інші автомобілі, гальмує перед перехрестями, розганяється після них тощо.

·        Швидкість у даній точці траєкторії в даний момент часу називають миттєвою швидкістю.

Миттєву швидкість тіла в даний момент часу можна розглядати як середню швидкість за дуже малий проміжок часу, що включає даний момент. V_сер = ∆S∆/t

Миттєва швидкість – величина векторна. Її напрямок збігається з напрямком переміщення.

Розв’язати задачі

1. Мотоцикліст проїхав 20 км за 30 хв, а потім їхав зі швидкістю 60 км/год протягом 1,5 год. Яка була його середня швидкість на всьому шляху?

2. Хлопчик півтори години їхав на велосипеді зі швидкістю 20 км/год. Після цього велосипед зламався й останній кілометр хлопчик змушений був пройти пішки. Яка була середня швидкість хлопчика на всьому шляху, якщо пішки він ішов півгодини?

Домашнє завдання: опрацювати § 5, розв’язати задачу

Мотоцикліст півшляху проїхав зі швидкістю 60 км/год, а решту шляху – зі швидкістю 40 км/год. Якою була середня швидкість мотоцикліста на всьому шляху? (Відповідь: 48 км/год)

06.11.2020

Тема. Закони динаміки Ньютона, межі їх застосування.

1. Перший закон Ньютона

Визначивши роль системи відліку, сформулюємо перший закон Ньютона так: в інерційній системі відліку матеріальна точка зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо на неї не діють інші тіла або дія зовнішніх тіл скомпенсована. Фізичний зміст першого закону Ньютона: тіло в інерційній системі відліку не може самовільно змінити свій стан спокою або рівномірного прямолінійного руху. Цей стан воно змінює лише під дією інших тіл.

Співвідношення між силою і прискоренням

- Під дією постійної сили тіло рухається з постійним прискоренням.

- Модуль прискорення прямо пропорційний модулю сили, що діє на тіло. Напрямок прискорення тіла збігається з напрямком сили, яка діє на це тіло:

a͠ ~ F

2. Маса тіла

- Інертність — це властивість, яка полягає в тому, що для зміни швидкості тіла на задану величину необхідно, щоб дія на нього певного іншого тіла тривала якийсь час. Чим довший цей час, тим більш інертним є тіло.

Чим більша інертність тіла, тим більшу силу потрібно прикласти до цього тіла, щоб надати йому певного прискорення.

- Мірою інертності тіла є маса.

Одиницею маси в СІ є кілограм (кг).

Інертність — це властивість тіла.

Досліди показують, що в разі взаємодії двох тіл тіло з більшою масою отримує менше прискорення. Якщо маси двох тіл у процесі їх взаємодії можна порівнювати, то масу будь-якого тіла можна й виміряти, порівнявши його масу з еталоном масою 1 кг. На практиці масу тіла вимірюють набагато простіше — за допомогою зважування.

3. Другий закон Ньютона

Співвідношення між рівнодійною всіх сил, що діють на тіло, масою тіла та його прискоренням було сформульовано Ньютоном як другий із трьох основних законів динаміки:

- рівнодійна F_r усіх сил, прикладених до тіла, дорівнює добутку маси тіла на його прискорення:

F = m∙a

Одиницю вимірювання сили в системі СІ визначають на основі другого закону Ньютона. Одиниця вимірювання сили називається ньютон (Н) і визначається так:

- сила в 1 Н надає тілу масою 1 кг прискорення 1 м/с².

Приклади прояву другого закону Ньютона трапляються на кожному кроці. Електровоз розганяє потяг із тим меншим прискоренням, чим більша загальна маса потяга. Відштовхуючи з однаковою силою від берега порожній і важко навантажений човен, можна змусити перший із них рухатися з більшим прискоренням, ніж другий. Як приклад застосування другого закону Ньютона можна розглянути вимірювання маси тіла за допомогою зважування. Прикладом прояву другого закону Ньютона в природі може бути сила, що діє на нашу планету з боку Сонця тощо.

Третій закон Ньютона

Другий закон Ньютона встановлює залежність прискорення одного з тіл, що взаємодіють, від його маси та сили, яка діє на нього. Однак у результаті взаємодії кожне тіло отримує прискорення, а отже, на кожне з тіл, що взаємодіють, діє сила. 

З цього співвідношення з урахуванням того, що прискорення, яких набувають тіла в процесі взаємодії, спрямовані в протилежних напрямках, можна записати:

m₁a₁= - m₂a₂

Відповідно до другого закону Ньютона, m₁a₁= F₁ і m₂a₂= F₂ де F₁ — сила, що діє на перше тіло, а F₂ — на друге.

Тому F₁ = - F₂  Ця рівність виражає третій закон Ньютона:

тіла взаємодіють одне з одним із силами, однаковими за модулем і протилежними за напрямком.

Третій закон Ньютона стверджує, що сили завжди «виникають» парами. Ці сили іноді називають силами дії та протидії. При цьому байдуже, яку з двох сил назвати силою дії, а яку – силою протидії.

Властивості сил, із якими тіла взаємодіють

Сили, з якими взаємодіють два тіла:

а) мають ту саму фізичну природу, оскільки зумовлені тією самою взаємодією;

б) однакові за модулем і спрямовані вздовж однієї прямої протилежно одна одній;

в) прикладені до різних тіл і тому не можуть компенсувати одна одну.

Приклади прояву третього закону Ньютона

Третій закон Ньютона показує, що дія одного тіла на інше має взаємний характер. Однак часто ми бачимо (або відчуваємо) дію, що чиниться лише на одне з двох тіл, які взаємодіють, у той час як дія на інше тіло залишається непоміченою.

Відповідно до третього закону Ньютона, камінь притягує Землю з такою ж силою, з якою Земля притягує камінь. Тому, коли камінь падає, він і Земля – обидва – рухаються з прискореннями назустріч одне одному. Однак прискорення Землі в стільки ж разів менше за прискорення каменя, у скільки разів маса Землі більша від маси каменя. Тому ми й «помічаємо» часто лише одну силу взаємодії із двох — силу, що діє на камінь з боку Землі. А така сама за модулем сила, що діє на Землю з боку каменя, залишається непоміченою.

1. Явище віддачі. Сила, що діє на снаряд з боку гармати, дорівнює за модулем силі, що діє на гармату з боку снаряда в момент пострілу. В автоматичній стрілецькій зброї явище віддачі використовується для перезаряджання зброї.

2. Реактивний рух. Викидаючи з величезною швидкістю продукти згоряння палива назад, ракета діє на них із величезною силою. Із такою ж за модулем, але спрямованою вперед силою продукти згоряння діють на ракету.

3. Взаємодія Землі й Сонця, Місяця й Землі, рух планет та інших небесних тіл.

4. Рух транспортних засобів.

Розв’язати задачі

1. Яким може бути модуль рівнодійних сил 25 Н і 10 Н?

2. Якою є маса тіла, якому сила в 10 Н надає прискорення 2 м/с²?

3. Швидкість автомобіля змінюється на 0,3 м/с протягом 2 с. Обчисліть сумарну силу, що діє на нього, якщо маса автомобіля дорівнює 1 т.

4. Спортсмен масою 80 кг стрибає в басейн з висоти 5 м. За 0,4 с вода зменшує його швидкість до нуля. З якою середньою силою діє вода на спортсмена?

5. Трамвай масою 6 т рухався зі швидкістю 36 км/год. Гальмуючи, у результаті тертя він зупинився за 5 с. Обчисліть силу тертя.

6. Порожній вантажний автомобіль масою 4 т почав рухатися з прискоренням 0,3 м/с². Яка маса вантажу, взятого автомобілем, якщо при тій же сили тяги він рухається з місця з прискоренням 0,2 м/с²?

7. На тіло масою 0,2 кг, яке знаходиться в стані спокою, протягом 5 с діє сила 0,1 Н. Яку швидкість набуде тіло, який шлях пройде воно за вказаний час?

8. Автомобіль, маса якого 3т, рухається із стану спокою і, пройшовши 25 м, досягає швидкості 18 км/год. Визначити силу, яка діє на автомобіль, і час руху.

Домашнє завдання

Опрацювати § 9, 10, розв’язати задачі № 1 - 8.

Тема. Реактивний рух у природі та техніці. Друга космічна швидкість.

Повторення вивченого. Запитання.

1.                 У чому полягає основне завдання механіки?

2.                 Що таке прискорення?

3.                 Сформулюйте І закон Ньютона

4.                 Як формулюється ІІ закон Ньютона?

5.                 Про що свідчить ІІІ закон Ньютона?

6.                 Які види сил ви знаєте?

7.                 Закон всесвітнього тяжіння.

8.                 Невагомість. Перенавантаження.

9.                 Що треба зробити з фізичним тілом, щоб воно стало супутником Землі?

10.             Формула для розрахунку першої космічної швидкості супутника, що рухається по круговій орбіті поблизу Землі.

11.             Рівновага. Види рівноваги.

1. Імпульс тіла

•                     Імпульс тіла – фізична величина, яка характеризує рух тіла і дорівнює добутку маси тіла на його швидкість: p = m∙v. Імпульс тіла ще називають кількістю руху.

2. Імпульс сили

•                     Під дією сили тіло змінює свою швидкість. 

Імпульс сили – фізична величина, яка описує взаємодію тіл і дорівнює добутку сили на час її дії.

Імпульс сили напрямлений так, як і сила, що діє на тіло. Імпульс сили дорівнює зміні імпульсу тіла

3. Закон збереження імпульсу

Група об’єднаних за певною ознакою тіл, на які не діють інші тіла або дія яких несуттєва за даних умов, називається замкнутою (ізольованою) системою.

4. Абсолютно пружний удар і абсолютно непружний удари

•                     Під ударом розуміють таку взаємодію, яка здійснюється миттєво (за дуже малий проміжок часу).

•                     Абсолютно пружним називають удар, після якого розміри і форма взаємодіючих тіл відновлюються і не відбувається перетворення механічної енергії у внутрішню.

При абсолютно непружному ударі взаємодіючі тіла утворюють нове тіло, маса якого дорівнює сумі мас тіл, що взаємодіяли.

5. Реактивний рух

•                     Реактивним називають рух, який відбувається внаслідок відділення частини системи тіл.

Візьмемо ракету з паливом за замкнену систему. Доки ракета не рухається, її імпульс дорівнює нулю. Під час руху ракети розжарені гази виходять із сопла , а корпус ракети рухається в протилежний бік

m_р∙υ_р = m_п∙υ_п

6. Друга космічна швидкість.

Тіло, швидкість якого дорівнює 7,9 км/с і напрямлена горизонтально відносно поверхні Землі, стає штучним супутником, що рухається по коловій орбіті. 

Швидкість, яку потрібно надати тілу, щоб воно, подолавши притягання планети, перетворилося в супутник Сонця, називають другою космічною. Для Землі друга космічна швидкість 11,2 км/с. Якщо значення швидкості більше 7,9 км/с, але менше 11,2 км/с, орбіта супутника Землі є еліптичною. Розвинувши швидкість 11,2 км/с, тіло почне рухатися по параболі і більше не повернеться до Землі.

Запитання

1) Що називається імпульсом тіла, імпульсом сили?

2) Назвіть одиниці вимірювання імпульсу тіла в СІ?

4) У чому полягає закон збереження імпульсу? За яких умов виконується цей закон?

5) Яку систему називають замкнутою?

6) Чому відбувається віддача при пострілі з рушниці?

Розв’язування задач

Алгоритм розв’язування розрахункової задачі на закон збереження імпульсу

1) Визначити, які тіла входять в замкнену систему тіл

2) Зробити малюнок, на якому позначити напрями осі координат, векторів імпульсу тіл до і після взаємодії

3) Записати у векторному вигляді закон збереження імпульсу

4) Записати закон збереження імпульсу в проекції на вісь координат

5) З отриманого рівняння виразити невідому величину і знайти її значення

Задачі

1. Розрахуйте першу космічну швидкість для супутника Урана, який літає на невеликій висоті, якщо маса планети 8,69·10²⁵ кг, а радіус 2,38·10⁷ м.

2. На тіло діють дві сили 40 Н і 30 Н, які напрямлені в протилежні сторони. Маса тіла дорівнює 20 кг, початкова швидкість дорівнює нулю, час дії сил – 4 с. Якою буде швидкість тіла після припинення дії сил?

Висновки

1. Добуток маси тіла на його швидкість називають імпульсом тіла.

2. Добуток сили на проміжок часу, упродовж якого діє сила F називають імпульсом сили.

3. Зміна імпульсу тіла дорівнює імпульсу сили, що діє на це тіло.

4. Закон збереження імпульсу: векторна сума імпульсів тіл, що становлять замкнену систему не змінюється.

5. Реактивним називають рух, який відбувається внаслідок відділення частини системи тіл.

Домашнє завдання

Опрацювати §  17.

Підготувати проект на тему

Реактивний рух в природі й техніці.

Тема. Пружні та непружні зіткнення. Рівновага та рух рідини та газу. Підіймальна сила крила.

1. Види зіткнень

Закон збереження механічної енергії та закон збереження імпульсу дозволяють розв’язувати механічні задачі в тих випадках, коли не відомі сили, що діють. Прикладом подібних задач є ударна взаємодія тіл.

Ударом (або зіткненням) прийнято називати короткочасну взаємодію тіл, у результаті якої їхні швидкості зазнають значних змін.

Під час зіткнення тіл між ними діють короткочасні ударні сили, величина яких зазвичай не відома, тому не можна розглядати ударну взаємодію безпосередньо за допомогою законів Ньютона. Застосування законів збереження енергії та імпульсу в багатьох випадках дозволяє виключити з розгляду власне процес зіткнення й отримати зв’язок між швидкостями тіл до і після зіткнення, минаючи всі проміжні значення цих величин.

З ударною взаємодією тіл нерідко доводиться мати справу в повсякденному житті, у техніці й фізиці. У механіці часто використовуються дві моделі ударної взаємодії – абсолютно пружний та абсолютно непружний удари.

2. Абсолютно пружний удар

Абсолютно пружний удар – це зіткнення, за якого зберігається механічна енергія системи тіл.

У разі абсолютно пружного удару, крім закону збереження енергії, виконується закон збереження імпульсу.

Простим прикладом абсолютно пружного зіткнення може бути центральний удар двох більярдних куль, одна з яких до зіткнення перебувала в стані спокою.

У багатьох випадках зіткнення атомів, молекул та елементарних частинок підпорядковуються законам абсолютно пружного удару.

Після абсолютно пружного удару в тілах, що взаємодіють, не залишається жодних деформацій, і сумарна кінетична енергія, яку мали тіла до удару, дорівнює кінетичній енергії тіл після удару.

3. Абсолютно непружний удар

Абсолютно непружний удар – це зіткнення, за якого тіла з’єднуються (злипаються) одне з одним і рухаються далі як одне тіло.

За абсолютно непружного удару механічна енергія не зберігається. Вона частково або повністю переходить у внутрішню енергію тіл. Закон же збереження імпульсу в цьому випадку виконується.

Прикладом абсолютно непружного удару може бути зіткнення метеорита із Землею; удар під час падіння грудки глини на землю; зіткнення кулі та ящика з піском; захоплення нейтрона ядром атома Урану в процесі ланцюгової ядерної реакції; приєднання електрона до атома в процесі іонізації тощо.

Запитання

1. Який молоток (легкий чи важкий) у процесі кування втрачає більшу частину своєї енергії? Чому?

2. Кулька масою 200 г, що рухається зі швидкістю 4 м/с, зіштовхується з кулькою тієї ж маси, яка рухається назустріч їй зі швидкістю 1 м/с. Уважаючи удар центральним і пружним, обчисліть швидкість кульок після удару.

2). Контрольні запитання

1. Чому гумові балони автомобіля (а також ресори, вагонні буфери) ослабляють поштовхи й удари?

2. Коли куля, що перебуває в стані спокою, отримує більшу швидкість у порівнянні з іншою: під час пружного чи непружного центрального удару?

Швидкість течії в місці переходу з широкої частини труби у вузьку збільшується, тобто рідина прискорює свій рух. Наявність прискорення означає, що під час переходу на рідину діє деяка сила. Трубка розташована горизонтально, тому виникнення сили, що спричиняє прискорення, не може бути наслідком притягання Землі. Ця сила виникає внаслідок різниці тисків, тобто тиск рідини в широкій частині труби (де швидкість течії менша) є більшим за тиск рідини у вузькій частині труби (де швидкість течії більша).

Першим цього висновку дійшов швейцарський фізик і математик Даніель Бернуллі (1700–1782), який установив закон, що стосується будь-якого стаціонарного потоку рідини, — закон Бернуллі.

Під час стаціонарного руху рідини тиск рідини є меншим там, де швидкість течії більша, і навпаки, тиск рідини є більшим там, де швидкість течії менша.

Літак утримується в повітрі завдяки силі тиску, яка й створює підіймальну силу.

Виникнення підіймальної сили можна пояснити за допомогою закону Бернуллі, адже за певних умов повітряний потік можна розглядати як стаціонарний потік рідини. Під час польоту на крила літака увесь час набігає зустрічний потік повітря, і крила ніби «розрізають» його на дві частини: одна частина обтікає верхню поверхню крила, друга — нижню. Форма більшості крил така, що потік, який обтікає верхню (опуклу) частину крила, долає за той самий час більшу відстань (рухається з більшою швидкістю), ніж потік, який обтікає крило знизу. Відповідно до закону Бернуллі там, де швидкість потоку більша, тиск є меншим. Отже, сила тиску, що діє на крило зверху, менша від сили тиску, що діє на крило знизу.

Висновки

– Ударом (або зіткненням) прийнято називати короткочасну взаємодію тіл, у результаті якої їхні швидкості зазнають значних змін.

– Абсолютно пружний удар – це зіткнення, коли зберігається механічна енергія системи тіл.

– Абсолютно непружний удар – це зіткнення, під час якого тіла з’єднуються (злипаються) одне з одним і рухаються далі як одне тіло.

– Зіткнення (удар) називається центральним, якщо вектори швидкості кульок до і після удару спрямовані вздовж прямої, що проходить через їхні центри.

Домашнє завдання

Опрацювати §  17 с. 106 - 110, § 18 .

Підготувати проект на тему  "Реактивний рух у природі та техніці".             

Тема. Лабораторна робота № 4 «Визначення центра мас плоских пластин».

Теоретичні відомості

Центр мас

Якщо до тіла в стані спокою прикласти силу, воно почне рухатися поступально лише в тому випадку, коли лінія дії сили проходить через точку, що називається центром мас тіла. А оскільки під дією сили тяжіння тіло рухається поступально, центр тяжіння збігається з центром мас.

Хоча центр ваги збігається з центром мас, але ці поняття не треба плутати.

Центр мас — це властивість тіла, і вона ні від чого не залежить, а центр тяжіння не властивий тілу й залежить від умов, у яких перебуває тіло.

Центр мас однорідного центральносиметричного тіла збігається з його геометричним центром симетрії. Наприклад, центр мас трикутника перебуває в точці перетину його медіан.

Центр мас – це точка, у якій перетинаються всі лінії дії сил, що спричиняють поступальний рух.

Центр тяжіння – це точка прикладання сили тяжіння.

Методи визначення центра мас тіла

Геометричний метод визначення центра мас плоскої фігури є дуже зручним, якщо фігуру можна розбити на такі прості фігури, центр мас яких відомий.

Складання звіту.

Тема. Визначення центра мас плоских пластин.

Мета: навчитись експериментальне визначати центр мас плоских фігур.

Обладнання: фігура, вирізана з картону; лінійка; олівець.

Нам необхідно визначити центр мас фігури, зображеної на рисунку 2 с. 116 підручника. 

1. Вирізати з картону фігуру, зображену на рисунку 2 с. 116 підручника. 

2. Розіб’ємо її спочатку на квадрат і трикутник (рис. а), знайдемо їхні центри мас (точки О₁ і О₂) і проведемо пряму О₁О₂.

Центр мас нашої фігури розташований на цій прямій. 

3. Далі розіб’ємо фігуру на два трикутники (рис. б), знайдемо їх центри мас (точки О₃ і О₄), проведемо пряму О₃О₄. 

4. Центр мас досліджуваної фігури знаходиться на перетині прямих О₁О₂ і О₃О₄.

5. Висновок.

Домашнє завдання

Повторити §17, 18

Тема. Контрольна робота з теми «Закони збереження в механіці»

1 варіант

1. З якою швидкістю повинен рухатися автомобіль масою 1,5 т, щоб мати кінетичну енергію 75 кДж?

2. Коли до пружини підвісили вантаж вагою 90 Н, пружина видовжилася на 10 см. Знайдіть потенціальну енергію пружини.

3. Візок масою 10 кг рухається по горизонтальній поверхні зі швидкістю 3 м/с. На візок вертикально падає вантаж масою 3 кг і залишається на дні візка. Якою стане швидкість візка після цього?

4. Візок масою 4 кг, що рухається зі швидкістю 3 м/с, зчіплюється з нерухомим візком масою 1 кг. Яка швидкість візків після їх зчеплення?

5. Стиснута на 4 см легка пружина розпрямляється та штовхає кульку масою 10 г у горизонтальному напрямку. Якої швидкості набуде кулька, якщо жорсткість пружини 400 Н/м?

6. Знайти потенціальну і кінетичну енергії тіла масою 3 кг, падаючого з висоти 5 м, на висоті 2 м від поверхні Землі.

2 варіант

1. На якій висоті потенціальна енергія тіла масою 800 г дорівнює 15 Дж?

2. На скільки видовжилася пружина жорсткістю 100 Н/м, якщо її потенціальна енергія 0,5 Дж?

3. Вагон масою 20 т рухається зі швидкістю 0,3 м/с та наздоганяє вагон масою 30 т, що рухається зі швидкістю 0,2 м/с. Яка швидкість вагонів після непружного зіткнення?

4. Якої швидкості набуде камінь, вільно падаючи з висоти 540 м?

5. На скільки необхідно стиснути пружину іграшкового пістолета, щоб куля масою 5 г полетіла у горизонтальному напрямку зі швидкістю 2 м/с? Коефіцієнт жорсткості пружини 100 Н/м.

6 . Тіло масою 2 кг зіткнулося з тілом масою 4 кг. До зіткнення друге тіло знаходилося у стані спокою. Після непружного зіткнення обидва тіла стали рухатися зі швидкістю 6 м/с. Якою була швидкість першого тіла до зіткнення?

Домашнє завдання

Повторити § 18 

08.04.2021

Контрольна робота з теми «Молекулярна фізика. Властивості газів, рідин, твердих тіл». 

1 варіант

1. Що називають абсолютною вологістю повітря?

2. Яку пару називають насиченою?

3. На яку висоту підніметься вода у капілярній трубці діаметром 2 мм? (σ = 73 ∙ 10^-3 Н/м, ρ = 1000 кг/м³).

4. На скільки видовжиться сталевий дріт довжиною 1,8 м і площею перерізу 2 ∙ 10^-5 м² під дією вантажу вагою 150 Н? (Е =  2 ∙ 10¹¹ Па).

5. У капілярі діаметром 1 мм рідина піднялася на 11 мм. Знайдіть густину рідини, якщо коефіцієнт поверхневого натягу 0,022Н/м.

6. Під дією сили 200 Н дріт довжиною 5 м і площею перерізу 2,5 ∙ 10^-6 м² видовжився на 2 мм. Визначте модуль пружності і механічну напругу.

2 варіант

1. Що називають відносною вологістю повітря?

2. Від яких чинників залежить швидкість випаровування?

3. При якому діаметрі капіляру гас може піднятися в ньому на висоту 5 см? (σ = 24 ∙ 10^-3 Н/м, ρ = 800 кг/м³).

4. Яку силу необхідно прикласти до алюмінієвого дроту довжиною 5 м і площею перерізу 5 ∙ 10^-6 м² для видовження на 2 мм? (Е =  7 ∙ 10¹⁰ Па).

5. Визначте коефіцієнт поверхневого натягу спирту, якщо у капілярі радіусом 1 мм спирт піднявся на висоту 5,5 мм. (ρ = 790 кг/м³).

6. До сталевого дроту довжиною 3 м і площею перерізу 10^-6 м² прикладено силу 400 Н. Визначте абсолютне і відносне видовження дроту. (Е =  2 ∙ 10¹¹ Па).

Домашнє завдання

Повторити § 33 - 35.