Глава 2. Взаимодействие тел. Итоги главы — с. 114
Итоги главы. 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.
Тренер прав лишь отчасти. Сила трения скольжения зависит от силы, прижимающей лыжи к снегу: чем больше вес лыжника, тем больше сила давления, а значит, и сила трения. Так как лыжи одинаковые и условия те же, у более тяжёлого Ивана сила трения лыж о снег действительно больше. Но говорить, что его лыжи «скользят хуже», неверно: качество скольжения (свойство поверхностей, их материал, смазка) у одинаковых лыж одинаково; различается именно сила трения из-за разного веса, а не способность скользить. Кроме того, на результат влияют другие факторы: сила и техника лыжника, масса (более тяжёлому лыжнику нужно больше энергии для разгона, хотя и сила, толкающая его, может быть больше), сопротивление воздуха и мазь.
Эксперименты. 1. Измерить силу трения лыж динамометром: равномерно тянуть лыжи с лежащим на них грузом, соответствующим весу Ивана, и затем весу Гоши, по одной лыжне; сравнить показания динамометра. 2. Измерить отношение силы трения к весу (коэффициент трения) для каждой пары лыж: если оно одинаково, лыжи скользят одинаково. 3. Поменять лыжи местами и повторить забег: если результаты определяет вес и подготовка спортсменов, а не лыжи, распределение мест сохранится. 4. Съезжать с одной и той же горки с разгона и сравнить пройденный по ровному участку путь. Вывод: различие определяется весом и подготовкой лыжников, а не качеством скольжения лыж.
Эксперименты. 1. Измерить силу трения лыж динамометром: равномерно тянуть лыжи с лежащим на них грузом, соответствующим весу Ивана, и затем весу Гоши, по одной лыжне; сравнить показания динамометра. 2. Измерить отношение силы трения к весу (коэффициент трения) для каждой пары лыж: если оно одинаково, лыжи скользят одинаково. 3. Поменять лыжи местами и повторить забег: если результаты определяет вес и подготовка спортсменов, а не лыжи, распределение мест сохранится. 4. Съезжать с одной и той же горки с разгона и сравнить пройденный по ровному участку путь. Вывод: различие определяется весом и подготовкой лыжников, а не качеством скольжения лыж.
Проекты и исследования.
1. «Инерция, вот ты где!» (возможная форма: презентация, опыт, кроссворд).
План проекта в форме презентации с опытами.
1. Что такое инерция: свойство тела сохранять скорость, пока на него не подействуют другие тела.
2. Опыты: монета на карточке, лежащей на стакане, — при резком щелчке по карточке монета падает в стакан; скатерть, выдернутая из-под посуды; шарик в тележке при её резком старте и торможении; варёное и сырое яйцо при раскручивании.
3. Инерция в жизни: пассажиры в автобусе наклоняются вперёд при торможении и назад при трогании; водитель обязан пристёгиваться; стряхивание воды с рук; насаживание топора на топорище ударом о пень; мотоциклист на повороте.
4. Инерция в транспорте и безопасности: ремни безопасности, подголовники, тормозной путь.
5. Вывод: инерция — важное свойство всех тел, её надо учитывать при проектировании техники и в поведении на дороге. Можно добавить кроссворд из слов: инерция, скорость, масса, трение, покой.
Проекты и исследования.
2. «Плотности земные и космические» (возможная форма: презентация, викторина, таблица).
Основа проекта. Плотность — физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму. На Земле плотность воздуха — около 1,29 кг/м³, воды — 1000 кг/м³, железа — 7800 кг/м³, золота — 19300 кг/м³, осмия — около 22600 кг/м³. Средняя плотность Земли — около 5500 кг/м³ (самая большая среди планет Солнечной системы), в центре Земли она значительно выше. Средняя плотность Солнца — около 1400 кг/м³, Луны — около 3340 кг/м³, Юпитера — около 1330 кг/м³, Сатурна — около 690 кг/м³, то есть меньше плотности воды (Сатурн «плавал» бы в океане). Космические объекты экстремальной плотности: белые карлики — около 10⁹ кг/м³, нейтронные звёзды — около 10¹⁷ кг/м³ (чайная ложка вещества имеет массу около миллиарда тонн), а межзвёздный газ крайне разрежен — порядка 10⁻²¹ кг/м³ и меньше. Форма: таблица плотностей земных и космических тел, викторина «Угадай по плотности», сравнительные расчёты массы одного кубического метра вещества. Вывод: плотности в природе различаются на десятки порядков.
Проекты и исследования.
3. «Сила!
Я тебя знаю!» (возможная форма: презентация, кроссворд, викторина, таблица, изготовление прибора, макета).
План проекта.
1. Что такое сила: мера взаимодействия тел; векторная величина с модулем, направлением и точкой приложения; единица — ньютон (1 Н — сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/с²; примерно такова сила тяжести, действующая на тело массой 100 г).
2. Таблица сил: сила тяжести (Fт = mg, направлена вниз, действует со стороны Земли), сила упругости (Fупр = kΔl, возникает при деформации, направлена противоположно ей), вес тела (P = mg для тела, покоящегося на опоре; приложен к опоре или подвесу), сила трения (трение покоя, скольжения, качения; направлена против движения).
3. Измерение: динамометр; можно изготовить его самостоятельно из пружины, картонной шкалы и грузов известной массы (при каждом грузе 100 г наносят деление через 1 Н).
4. Сложение сил: две силы по одной прямой — равнодействующая равна сумме (в одну сторону) или разности (в противоположные).
5. Викторина и кроссворд по терминам: сила, вес, пружина, трение, деформация, ньютон. Вывод: силы — основа описания взаимодействий; зная силы, можно предсказывать движение тел.
Проекты и исследования.
4. «Невесомость на Земле» (возможная форма: презентация, опыт, викторина).
План проекта.
1. Что такое невесомость: состояние, в котором вес тела равен нулю, потому что тело и опора (или подвес) движутся с одинаковым ускорением свободного падения и тело не давит на опору. Невесомость — не отсутствие силы тяжести.
2. Невесомость на Земле возможна при свободном падении: параболический полёт самолёта-лаборатории (около 20–25 секунд невесомости), падение капсулы в башне невесомости, прыжок с вышки в момент полёта.
3. Простой опыт: в пластиковой бутылке с водой у дна сделать отверстие; вода вытекает струёй; если бутылку отпустить и она свободно падает, струя прекращается — вода и бутылка падают с одинаковым ускорением и вода не давит на стенки. Второй опыт: груз на пружине динамометра — при падении динамометра вместе с грузом показание становится нулевым.
4. Применение: подготовка космонавтов, эксперименты с материалами и жидкостями.
5. Викторина: «Невесом ли космонавт на МКС?» (да, станция и космонавт свободно падают вокруг Земли). Вывод: невесомость возникает при свободном падении и доступна на Земле на короткое время.
Проекты и исследования.
5. «Трение в жизни человека» (возможная форма: презентация, ролевая игра, викторина).
План проекта.
1. Виды трения: покоя, скольжения, качения, и их причины (шероховатость и межмолекулярное притяжение).
2. Полезное трение: ходьба, захват предметов, торможение транспорта, крепёж (гвозди, шурупы), ткани, музыкальные инструменты (смычок с канифолью), добывание огня трением; примеры в природе — лапки насекомых, хобот слона.
3. Вредное трение: износ деталей машин, потери энергии, нагрев; способы уменьшения: смазка, подшипники, полировка, обтекаемая форма.
4. Исторические сведения: колесо и катки при строительстве, работы Н. П. Петрова по теории смазки.
5. Ролевая игра «Мир без трения»: ученики показывают, что произошло бы с одеждой, обувью, мебелью, транспортом, если бы трение исчезло.
6. Викторина: определить вид трения и сказать, полезно оно или вредно, в ситуациях (лыжник, ластик, тормоз, шарикоподшипник). Вывод: трение сопровождает человека всюду, и умение им управлять — важная задача техники.