Автор: Перышкин А.В. Родина Н.А.
Теги: школьная физика физические понятия скорость молекул плотность
Год: 1976
Текст
А.д. ПЕРЫШКИН, Н А. РОДИНА
азана в
к. В Перышкин, Н. А. Родина
физика
УЧЕБНИК ДЛЯ ШЕСТОГО КЛАССА
Под редакцией
академика
И. К. КИКОИНА
Утвержден
Министерством
просвещения СССР
Издание девятое
МОСКВА
«ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1976
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГО использования.
53(075)
П27
УЧЕБНИКУ
ПРИСУЖДЕНА
ПЕРВАЯ ПРЕМИЯ
АКАДЕМИИ
ПЕДАГОГИЧЕСКИХ
НАУК СССР
В 1972 ГОДУ
Александр Васильевич Перышкин
Надежда Александровна Родина
ФИЗИКА
Учебник для шестого класса
Редактор А. Ф. Раева
Обложка художника В. Г. Дмитриева
Художественные редакторы В. И. Рывчин
и Л. Ф. Малышева
Технический редактор Н. Н. Махона
Корректор К. А. Иванова
Подписано к печати с диапозитивов
17/VII 1975 г. 60X90716. Бумага типограф-
ская № 2. Печ. л. 13+вкл. */4 и. л. Уч.-изд.
л. 11,35 + вкл. 0,30 Тираж 2100 тыс.
(1100001—2100000) экз
Ордена Трудового Красного Знамени изда-
тельство «Просвещение» Государственного
комитета Совета Министров РСФСР но де-
лам издательств, полиграфии и книжной
торговли. Москва, 3-й проезд Марьиной
рощи, 41.
Ордена Трудового Красного Знамени типо-
графия издательства ПК КП Белоруссии.
Минск, Ленинский проспект, 79 Заказ №650.
Цена 29 к.
61МЮЫ29
" кй(йзн(Г
ОГЛАВЛЕНИЕ
mmirainmnmmmiiniimnnnininnmiinnmmminfiiiiiHiiiifmrninnmiiinnmHnimiiiiiiiiiiiiniiiHiiniiiiiini
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГ О использования.
Введение................. . . . 6
1. Природа и люди ....................
2. Чем занимается физика?............................ 7
3. Некоторые физические понятия ... 8
4. Наблюдения и опыты................ ... 9
5. Физические величины. Измерение физических величин 11
6. Физика и техника................................. 12
Первоначальные сведения о строении вещества
7. Для чего нужно знать строение вещества? ... 15
8 Строение вещества .................16
9 Молекулы.......................................... 17
10. Явление диффузии в газах, жидкостях и твердых
телах.................................................20
11. Броуновское движение 22
12. Скорость движения молекул и температура тела 23
13 Взаимное притяжение молекул.......................24
14. Три состояния вещества...........................26
15. Различие в молекулярном строении твердых тел,
жидкостей и газов.................................... 29
16. М. В Ломоносов о строении вещества .... 32
Движение и силы
17. Механическое движение............................33
18. Равномерное и неравномерное движения ... 35
19. Скорость равномерного движения. Единицы скорости 37
20. Средняя скорость неравномерного движения 40
21. Расчет пути и времени движения 41
22 Взаимодействие тел................................42
23. Масса тела . .................... .45
24. Единицы массы Измерение массы 46
2 Определение* массы тела при помощи весов . 48
26. АХасся молекул ..................................50
Птотпость вещества...........................
28. Расчет массы и обьема тела но сто плотности 54
29 Выражение* п.юпхкги вещества через мл.ту молеку
ы и чис io молекул и единице объема ... 55
3
30 . Инерция..........................................57
31 . Инерция в быту и технике ....... 60
32 . Сила.............................................61
33 . Явление тяготения Сила тяжести .... 63
34 Сила упругости.....................................64
35 Вес тела.................... . 65
36 . Невесомость..................................—
37 . Единицы силы................................68
38 . Сила тяжести на других планетах ..... 70
39 Динамометр ... ... 71
40 Сила — векторная величина 73
41 Сложение сил Равнодействующая сил 74
42 Сложение двух сил, направленных ио одной прямой 75
43 . Сила трения................................ ... 77
44 . От чего зависит сила зрения? ... 79
45 Трение покоя . . ................. 80
46 Трение в природе и технике . 81
47 Силы взаимодействия молекул ....................83
48 Явление смачивания............................... 84
49 Капиллярность .....................................86
50 . Давление.........................................88
51 Давление в природе и технике ..... 90
52 Давление газа .....................................92
53 . От чего зависит давление газа?.................. 93
Давление жидкостей и газов (гидро- и аэростатика)
54 . Движение и равновесие жидкостей и газов ... 95
55 . Передача давления жидкостями и газами Закон
Паскаля . .96
56 . Гидравлическая машина.................... . . 98
57 Гидравлический пресс ....................100
58 . Гидравлический тормоз................... . . 101
59 . Пневматические машины и инструменты . . . 102
60 Свободная поверхность жидкости....................103
61 Давление в жидкости и газе при действии на них
силы тяжести ..... 104
62 Расчет давления жидкости на дно и стенки сосуда 107
63 . Сила давления жидкости па дно сосуда не зависит
от формы сосуда (гидростатический парадокс) 111
64 . Опыт Паскаля . . ИЗ
65 Давление на дне морей и океанов Исследование
морских iлубип . . .
66 Сообщающиеся сосуды 115
67 . Равновесие различных жидкостей в сообщающихся
соехдах | И)
68 Шлюзы 119
69 Устройство водопровода 120
70 \ । мосферпое дави ине . 121
71 (лшествование boi.ivhihoh оболочки Земли . . 122
4
72 Измерение атмосферного давления Опыт Торричелли 124
73 Барометр-анероид . . . . . ... 127
74 . Атмосферное давление на различных высотах . 128
75 . Манометры..................... .130
76 Измерение кровяного давления 132
77 . Поршневой жидкостный насос ..................133
78 История открытия атмосферного давления 135
79 . Действие жидкости и газа на погруженное в них тело 137
80 . Архимедова сила............................. U0
81 . Легенда об Архимеде .... 143
82 . Плавание тел .... .144
83 . Плавание тел в зависимости от плотности вещества
тела и жидкости 146
84 Плавание судов ... .... 148
85. Ареометры...........................................149
86 Воздухоплавание 150
Работа и мощность. Энергия
87 Механическая работа 152
88 Величина работы. Единицы работы . 153
89 Мощность Единицы мощности . 155
90 Простые механизмы ............. 158
91 . Рычаг. Равновесие сил на рычаге . . . 160
92 Применение рычагов в технике и быту . 162
93 Принцип рычага в устройстве весов . . 164
94 Применение закона равновесия рычага к блоку . 165
95 Равенство работы при использовании простых меха-
низмов «Золотое правило» механики ... 166
96 . Коэффициент полезного действия механизма 169
97 Энергия ............................................ 170
98 Потенциальная энергия 172
99 . Кинетическая энергия . . 174
100 Переход одного вида механической энергии в другой 175
101 Использование энергии движущейся воды . . . 176
102. Гидравлические двигатели...........................177
103 Ветряные двигатели 179
Лабораторные работы ... 180
Ответы к упражнениям....................................190
Задачи для повторения ................................. 191
Ответы к задачам для повторения . 207
Предметно-именной указатель.............................208
ВВЕДЕНИЕ
tmiiinniniiiiiiitiiini iiBmiiiinnirmiiiniliminiliUfmnpiiniiniUBiiiiiimiiiBB
1. ПРИРОДА И ЛЮДИ
Рис. 1.
Воздух, вода, земля, небесные тела, растения,
животные, то есть все, что нас окружает, назы-
вается природой.
Природа существовала всегда. Она вечна: всег-
да была и всегда будет.
Но на Земле многое создано человеком, его
трудом и умом. Человек создал города и селения,
построил фабрики и заводы, распахал поля, изо-
брел различные машины. Он же создал и науку,
позволяющую познавать природу и использовать ее
в своих целях.
Изучая изменения, происходящие в природе, че-
ловек установил, что все они происходят в связи
одно с другим — закономерно. Падение тел, напри-
мер, происходит вследствие притяжения их Землей;
смена дня и ночи на Земле связана с движением
Земли вокруг своей оси (рис. 1); одна из причин
возникновения ветра — неравномерное нагревание
воздуха и т. д.
Цель наук о природе — открыть, изучить ее за-
коны и использовать их для нужд человека.
Науки о природе все время развиваются. Чело-
век все полнее и глубже узнает законы природы
и находит им все больше практических применений.
Найдя научные объяснения изменений, происхо-
дящих в природе, человек смог бороться с рели-
гией.
В этой книге изложены начала одной из основ-
ных наук о природе — физики.
1. Что такое природа? 2. В чем состоит роль человека в пре-
образовании природы? 3. В чем состоит цель наук о природе?
6
2. ЧЕМ ЗАНИМАЕТСЯ ФИЗИКА?
Слово физика происходит от греческого слова
«фюзис», что значит «природа». Физика — наука
о природе.
Все, что происходит в природе, называют явле-
ниями. Таяние льда, кипение воды, падение кам-
ня, свечение раскаленного волоска лампочки, мол-
ния — все это различные явления.
В физике изучают механические, тепловые, све-
товые, электрические явления. Все эти явления на-
зывают физическими. В физике изучают также
свойства окружающих нас тел.
Есть и другие науки, которые изучают природу:
астрономия, ботаника, зоология, химия. Все эти
науки используют законы физики. II эго понятно
почему. Двигаться в пространстве, например, может
любое тело, живое и неживое, и законы движения,
открытые физикой, выполняются для них одинаково.
И другие перечисленные выше физические явления
могу г происходить во всех телах, как неживых,
так и живых Поэтому законы физики используют
в зоологии, физиологии, ботанике. В географии их
применяют для объяснения климата, течения рек,
образования ветров и других явлений.
Физика — одна из самых древних наук Первы-
ми физиками были греческие ученые, жившие за
несколько сотен лет до начала нашей эры. Эти уче-
ные впервые пытались объяснить наблюдаемые
явления природы.
Величайшим из древних ученых был Аристотель
(384—322 гг. до н. э.), который и ввел в науку сло-
во «физика». В русский язык это слово ввел осново-
положник русской науки М. В. Ломоносов.
Все, что открыто и изучено в физике, есть ре-
зультат упорного труда многих ученых разных стран
и народов.
Многие важные открытия, благодаря которым
развивалась физика, сделали ученые: Г. Галилей,
И. Ньютон, М. В. Ломоносов, М. Фарадей,
Д. П. Менделеев, Пьер и Мария Кюри, Э. Резер-
7
Рис. 2.
7
форд, А. Эйнштейн, А. Ф. Иоффе, С. И. Вавилов,
И. В. Курчатов и другие.
Среди выдающихся русских ученых особое
место в науке занимает Михаил Васильевич Ломо-
носов— первый русский академик Проявив огром-
ное трудолюбие, М В Ломоносов достиг выдаю-
щихся успехов в различных областях науки.
А. С. Пушкин писал о М. В. Ломоносове: «Он
создал первый русский университет. Он, лучше ска-
зать, сам был первым нашим университетом».
1. Что такое физика? 2. Что изучают в физике? 3. Какие явле-
ния природы называют физическими? 4. Почему физику счи-
тают одной из основных наук о природе? 5. Кто ввел в науку
слово «физика»?
НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ
Для описания физических явлений используют,
кроме обычных слов, и специальные слова, обозна-
чающие физические понятия. Некоторые из этих
слов постепенно вошли в нашу разговорную речь,
например, такие, как «электричество», «энергия»,
«космос». Сейчас с этими словами знакомы все, но
когда-то их употребляли только в науке.
Физическим телом (рис 2) называют каждое из
окружающих нас тел: дом, трактор, песчинку, Солн-
це, тело человека, каплю воды, воздух, находя-
щийся в комнате, и т. д Заметим, что в разговорной
речи телом называют только тело человека или
животного.
Ломоносов
Михаил Васильевич
(1711 — 1765)
8
Слово материя означает все, что существует
в природе. Материя бывает в двух видах. Один вид
материи называют веществом. Вещество — это то,
из чего состоит физическое тело. Железо, водд, воз-
дух, соль, кислород и т. д.— это все вещества.
Вода — вещество, а капля воды — физическое тело.
Алюминий — вещество, а алюминиевая ложка —
физическое тело.
Всякое физическое тело имеет форму и зани-
мает некоторый объем.
На рисунке 3 изображены тела разной формы,
но одинакового объема, на рисунке 4 — тела раз-
ного объема, но одинаковой формы.
Примером другого вида материи, отличающе-
гося от вещества, являются радиоволны, свет.
1. Что понимают в физике под словами «физическое тело»?
2. Что означает в физике слово «материя»? 3. Что называют
веществом?
4. НАБЛЮДЕНИЯ И ОПЫТЫ
Каждый из нас знает, что тела падают на Зем-
лю, что лед в теплом помещении тает, а вода на
морозе замерзает, магнит притягивает железо, зер-
кало отражает свет и т. д.
Откуда появились у нас эти знания? Конечно,
многому мы научились у других людей, но многие
знания добыты нами из собственных наблюдений.
Так, например, каждый из нас наблюдал, что ничем
не удерживаемые тела падают на Землю. Благода-
ря наблюдениям накопились у нас и многие другие
знания.
Ученые тоже добывают знания из наблюдений.
Кроме того, они проделывают специальные опыты.
Научные опыты всегда ставят обдуманно, с опре-
деленной целью. Например, итальянский ученый
Галилей, для того чтобы изучить, как происходит
падение тел, ронял разные шары с наклонной баш-
ни в г. Пизе (рис. 5). Проделав такие опыты, он
открыл законы падения тел.
Опыт — источник физических знаний.
Рис. 3.
Рис. 4.
Рис. 5.
9
Рис. 6.
rirplllf гl«r|<flt|i I H|l I ll|!l lljl Nl|l I • I j. >||||l I |IH1|V I ЦП Ц1иц<и1И1>ЦП1Ц'НЦ1Н'\ИНуНЦи1ЦЧГЦПП\ '
Рис. 7.
Рис. 8.
Чтобы получить научные знания, надо еще об-
думать и объяснить результаты опытов, найти при-
чины явлений. Все это требует от исследователя
напряженной умственной работы.
Ученый-физик для своих опытов нуждается
в физических приборах. Одни из них очень просты
и предназначены для простых измерений. К таким
приборам относятся, например, измерительная ли-
нейка (рис. 6), груз, подвешенный на нитке, который
может служить отвесом (рис. 7), мензурка (рис. 8),
применяемая для измерения объема жидкости, весы
и другие приборы.
По мере развития физики приборы усложнялись
и совершенствовались. В физических кабинетах
и лабораториях появились всевозможные измери-
тельные приборы: амперметры, вольтметры (рис. 9),
секундомеры, термометры (рис. 10) и другие.
В наше время совместными усилиями ученых,
инженеров, техников и рабочих созданы сложней-
шие приборы, при помощи которых современные
физики изучают строение вещества. Так, в под-
московном городе Дубне с этой целью сооружены
громадные приборы — установки с очень сложным
устройством. Один из них — синхрофазотрон —*
имеет диаметр, равный примерно 60 м\ на изготов-
ление магнитов, входящих в его устройство, пошло
36 000 т стали. Мощность синхрофазотрона состав-
ляет почти четвертую часть мощности Днепровской
гидроэлектростанции. На синхрофазотроне рабо-
тают ученые из всех социалистических стран.
1. Какими путями мы получаем знания о явлениях природы?
2. Чем отличаются наблюдения от опыта, производимого уче-
ным-физиком? 3. Достаточно ли одних опытов для того, чтобы
получить научные знания? Что еще для этого требуется? 4. Ка-
кие физические приборы вы знаете?
10
Рис. 9.
5. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ.
ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Чтобы получить возможно более точные знания
о физических явлениях, нужно во время опыта про-
изводить измерения. Например, чтобы узнать, как
зависит объем воды от ее температуры, нужно, на-
гревая воду, измерять обе эти величины. Объем
и температура — примеры физических величин.
Физическими величинами являются также дли-
на, площадь, время, скорость, сила и другие.
Физическую величину всегда можно измерить.
Измерить какую-нибудь величину — это значит
сравнить ее с однородной величиной, принятой за
единицу этой величины. Так, например, измерить
длину стола — значит сравнить ее с другой длиной,
которая принята за единицу длины, например с
метром.
В результате измерения величины получается
число, показывающее, во сколько раз эта величина
больше или меньше однородной величины, приня-
той за единицу.
Для каждой физической величины приняты свои
единицы. Для измерения площади, например, при-
нята единица площади (1 л?1 2). для измерения вре-
мени— единица времени (1 сек), для измерения
объема — единица объема (1 л/3).
Для удобства все страны мира стремятся поль-
зоваться одинаковыми единицами физических ве-
Рис. 10.
личин.
1. Что значит измерить какую-либо величину? 2. Какие еди-
ницы длины, площади и объема вы знаете?
11
6. ФИЗИКА И ТЕХНИКА
Изучение физических явлений имеет важное
значение для техники. Так, двигатель, приводящий
в движение автомобили, тракторы, тепловозы, был
создан на основе изучения тепловых явлений. Со-
временное кино возникло после того, как были изу-
чены многие звуковые, световые и электрические
явления.
В свою очередь, развитие техники влияет на раз-
витие науки Например, космические полеты позво-
ляют изучать явления, происходящие в околозем-
ном пространстве.
В развитии техники, как и науки, большую роль
сыграли работы отечественных ученых.
Радио сейчас — важнейшее средство связи. Изо-
брел радио русский ученый Александр Степанович
Попов. 7 мая 1895 г. он сделал сообщение об изо-
бретении прибора, который принимал без проводов
издалека электрические сигналы.
Много сделал для развития авиации русский
ученый Николай Егорович Жуковский, которого
В. И. Ленин назвал «отцом русской авиации».
Русские инженеры Павел Николаевич Яблочков
и Александр Николаевич Лодыгин изобрели элек-
трическое освещение.
Попов
Александр Степанович
(1859 1906)
Жуковский
Николай Егорович
(I847 1921)
Константин Эдуардович
(1857 I935)
12
Константин Эдуардович Циолковский первым ис-
следовал законы реактивного движения и разрабо-
тал проект летательного аппарата — ракеты — для
полетов с Земли на другие планеты Солнечной си-
стемы. Научные достижения Циолковского были
использованы учеными и инженерами при подго-
товке полетов в космос.
Всему миру известны замечательные достиже-
ния советской науки и техники. Примерами этих
достижений являются создание первой в мире
электростанции, работающей на атомной энергии,
запуск первого в мире искусственного спутника
Земли и первой космической ракеты, ставшей новой
/ планетой Солнечной системы. Первой ракетой, ко-
торая достигла Л}ны, была советская ракета. Пер-
вым космонавтом был советский человек — Юрий
Алексеевич Гагарин.
Большой вклад в научную и техническую разра-
ботку первых полетов в космос внес советский уче-
ный Сергей Павлович Королев.
Развитие у пас в стране атомной энергетики
связано с именем ученого Игоря Васильевича Кур-
чатова.
1. Какое значение имеет физика для техники? Покажите это
не примерах, 2. Каких ученых вы знаете? В какой области науки
и техники они работали?
Курчатов
Игорь Васильевич
(1903 — I960)
Гагарин
Юрий Алексеевич
(1934—1968)
Королев
Сергей Павлович
(1906 1966)
13
ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА
\
7. ДЛЯ ЧЕГО НУЖНО ЗНАТЬ СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА?
В физике не только наблюдают и описывают
явления и свойства тел, но и стремятся объяснить
их. Например, как объяснить, почему вода, проли-
ж тая на гладкий пол, растекается по нему, а не со-
бирается в каком-нибудь одном месте? Почему вода
при охлаждении может превратиться в твердое те-
ло— лед, а при нагревании — в газообразное те-
ло— водяной пар? Почему газ легко сжать, а твер-
дое тело и жидкость — очень трудно? Почему
нагретый кусок стали легче изогнуть или расплю-
щить, чем холодный?
Ответить на эти и многие другие вопросы можно,
но для этого нужно знать внутреннее строение ве-
щества .
Знания о внутреннем строении вещества позво-
ляют не только объяснить многие физические явле-
ния. Они помогают предсказывать, как будет про-
исходить явление, что нужно сделать, чтобы его
ускорить или замедлить, то есть помогают управ-
лять явлениями.
Узнав внутреннее строение тел, можно объяснить
их свойства, а также создать новые вещества с нуж-
ными человеку свойствами — твердые и прочные
сплавы, жароупорные материалы. С помощью науки
созданы, например, такие материалы, как пласт-
массы, искусственный каучук, капрон, нейлон. Все
> эти материалы нашли широкое применение в тех-
нике, медицине и быту.
I Для чего нужно знать внутреннее строение вещества? 2. Ка-
|,-ие вы знаете материалы, созданные человеком?
15
Рис. !1.
8. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
Если сжать руками мяч, то объем воздуха, за-
полняющего мяч, уменьшится. Сжатием можно
уменьшить также объем куска резины, воска. При
ударе молотком по куску свинца в нем образуется
вмятина и объем его немного уменьшается.
Объем тела изменяется также при его нагрева-
нии и охлаждении
На рисунке 11 изображена стеклянная колба,
горлышко которой погружено в воду. При нагрева-
нии воздуха
бы, значит,
охлаждении
оставшегося
Стальной
кольцо, после нагревания расширяется и застревает
в кольце (рис. 12). После того как шарик охла-
дится, его объем снова уменьшится и он пройдет
сквозь кольцо.
Расширение жидкости при ее нагревании можно
обнаружить па опыте (рис. 13).
Итак, опыты показывают, что объем тела может
изменяться: уменьшаться или увеличиваться Поче-
в колбе пузырьки его выходят из кол-
объем воздуха увеличивается. При
колбы в нее входит вода — объем
в ней воздуха уменьшается.
шарик, свободно проходящий через
Рис. 12.
Объем тел может изменяться потому, что веще-
ства состоят из отдельных частичек, между которы-
ми есть промежутки. Кот да частички отодвигаются
др>г от друга, объем тела увеличивается. При сбли-
жении частичек объем уменьшается
Почему же вещества — воздех, вода, сталь— f
кажутся нам сплошными? ДеХо в том, что частицы,
из которых состоят вещества, так малы, что мы их
не видим.
<
16 Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГО использования.
Представление о размерах этих частиц дает сле-
дующий опыт (см. цветную вклейку I, вверху).
Маленькую крупинку краски растворяют в воде, на-
литой в стакан. Затем немного окрашенной воды
отливают в другой стакан и доливают его чистой
водой. Во втором стакане раствор окрашен слабее,
чем в первом. Из второго стакана отливают немного
раствора в третий стакан и снова доливают его чи-
стой водой. Так проделывают несколько раз и с
каждым разом убеждаются, что раствор становится
все более и более светлым.
Рассмотрим последний раствор, — он хотя и
очень слабо, но равномерно окрашен, следователь-
но, в каждой его капле содержатся частицы краски.
А ведь в воде растворили очень маленькую крупин-
ку краски, и лишь часть этой крупинки попала
в последний раствор. Значит, крупинка состояла
из очень многих частиц, размеры которых очень
ма лы
Эти и другие наблюдения и опыты, о которых
мы узнаем позже, позволяют сделать вывод, что
все тела состоят из очень маленьких частиц.
1. Какие явления показывают, что вещества состоят из частиц,
разделенных промежутками? 2. Как изменяется объем тела
при уменьшении или увеличении расстояний между его части-
цами? 3. Как показать, что эти частицы очень малы?
Рис. 13.
9. МОЛЕКУЛЫ
О том, что вещества состоят из отдельных мель-
чайших частиц, люди догадывались очень давно,
это утверждал еще около 2500 лет назад греческий
ученый Демокрит.
Но если в древности ученые лишь догадывались
о существовании отдельных частиц вещества, то
в XIX веке существование таких частиц было дока-
зано наукой.
Частицы, из которых состоят вещества, назвали
молекулами (молекула —латинское слово, означает
«маленькая масса»).
м \ В Перышкин, Н. А Родинп Физика для 6-го кчасса
Молекула — мельчайшая частица данного ве-
щества.
Каковы же размеры молекул?
Известно, что кусок сахара можно растолочь на
очень маленькие крупинки, зерно пшеницы раз-
молоть в муку. Масло, растекаясь по воде, образует
пленку, толщина которой в 40 000 раз меньше тол-
щины человеческого волоса. Но и в крупинке муки
и в толще масляной пленки содержится не одна,
а много молекул. Значит, размеры молекул этих
веществ еще меньше, чем размеры крупинки муки
и толщина пленки.
Можно привести следующие сравнения: моле-
кула во столько же раз меньше яблока среднего
размера, во сколько раз яблоко меньше земного
шара. Если бы все тела стали длиннее в миллион
раз (при этом рост среднего человека стал бы равен
1600 км, толщина его пальца 10 км, толщина волоса
80 м), то и тогда молекула оказалась бы размером
всего в половину точки печатного шрифта этого
учебника.
Молекулы разных веществ отличаются друг от
друга размерами, но все они очень малы. Современ-
ные приборы — электронные микроскопы — позво-
лили увидеть и сфотографировать наиболее круп-
ные из чолекул (см. цветную вклепку П). Эти фото-
графии являются еще одним подтверждением суще-
ствования молекул.
Так как молекулы очень малы, то в каждом теле
их содержится великое множество. 13 капле воды,
например, молекул содержится в несколько десят-
ков миллиардов раз больше, чем людей, живущих
18
на Земле. В 1 см3 воздуха содержится такое число
молекул, что если сложить столько же песчинок, то
получится гора, которая закроет большой завод
(рис. 14)
Отличаются ли между собой молекулы одного
и того же вещества? Отвечая на этот вопрос, будем
иметь в виду такие вещества, которые не содержат
примесей (например, чистая вода, не содержащая
солей) и не представляют собой смесей нескольких
веществ.
В природе все^тела отличаются друг от друга
хоть чем-нибудь. Нет люден с одинаковыми лицами
Среди листьев, растущих на одном дереве, нет двух
совершенно одинаковых. Даже в целой куче песка
мы не найдем, одинаковых песчинок Миллионы
шариков для подшипников изготавливают на заводе
по одному образцу, одинакового размера. Но если
шарики затем измерить еще точнее, чем это дела-
лось при обработке, то можно убедиться, что среди
них не найдется и двух одинаковых.
Многочисленные и сложные опыты показали, что
молекулы одного и того же вещества одинаковы.
Это удивительный факт. Нельзя, например, отличить
воду, полученную из сока или из молока, от воды,
полученной путем перегонки морской воды, так как
все молекулы воды одинаковы.
Все молекулы одного и того же вещества одина-
ковы.
Молекулу вещества можно разделить на другие
частицы.
Частицы, на которые делится молекула, назы-
вают атомами. На два одинаковых атома, например,
делится молекула кислорода, на три атома — моле-
кула воды (в ее состав входят два атома водорода
и один атом кислорода).
Почему же тогда молекулу называют мельчай-
шей частицей данною вещества? Дело в том, что,
разделив молекулу на части, уже получают атомы
других веществ. Например, при делении двух моле-
кул воды получаются четыре атома водорода и два
атома кислорода. Каждые два атома водорода со-
единяются в молекулу водорода, а атомы кисло-
рода — в молекулу кислорода. Это можно схе-
матически изобразить так, как показано на ри-
сунке 15.
Но атомы тоже не являются неделимыми части-
цами, они состоят из более мелких частиц (о строе-
нии атома подробно рассказывается в учебниках
физики и химии VII класса).
?1. Как называют частицы, из которых состоят вещества? 2. Из
каких наблюдений следует, что размеры молекул очень малы?
3. Что вы знаете о размерах молекул? 4. Что вы знаете о со
ставе молекулы воды?
а Как известно, капли маслянистой жидкости растекаются по по-
Упр. I • верхности воды, образуя тонкую пленку Может ли толщина
такой пленки стать как угодно малой?
10. ЯВЛЕНИЕ ДИФФУЗИИ В ГАЗАХ,
ЖИДКОСТЯХ И ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
Многочисленные опыты показывают, что моле-
кулы всех тел непрерывно движутся.
Рассмотрим опыт, который можно объяснить
только тем, что тела состоят из молекул и что мо-
лекулы находятся в непрерывном движении.
В стеклянный сосуд наливают водный раствор
медного купороса. Этот раствор имеет темно-голу-
бой цвет, он тяжелее воды. Поверх раствора в сосуд
очень осторожно, чтобы не смешать жидкости, на- (
ливают слой чистой воды В начале опыта наблю-
дают резкую границу раздела между водой и рас
твором медного купороса.
Сосуд оставляют в спокойном месте и продол-
жают наблюдать за границей раздела жидкостей.
Через несколько дней обнаруживают, что граница
раздела расплылась. Недели через две граница, от-
делявшая одну жидкость от другой, исчезает, в со-
суде образуется однородная жидкость бледно-голу-
бого цвета (см. цветную вклейку 1, внизу). Значит,
жидкости перемешались.
20 Ь'
1
Рис. 16.
Явление, при котором вещества сами собой сме-
шиваются друг с другом, называют диффузией.
Это явление объясняют так (рис. 16). Сначала
обмениваются местами вследствие своего движения
отдельные молекулы воды и медного купороса, на-
ходящиеся около границы раздела этих жидкостей.
Гранина раздела жидкостей становится расплыв-
чатой, потому что, благодаря такому обмену места-
ми, молекулы медного купороса попадают в нижний
слои воды и, наоборот, молекулы воды попадают
в верхний слой раствора медного купороса. Затем
часть этих молекул обменивается местами с моле-
пулами, лежащими в следующих слоях. Граница
раздела жидкостей становится еще более расплыв-
чатой. Так как молекулы движутся непрерывно и
беспорядочно, то этот процесс продолжается до тех
пор, пока раствор не становится однородным.
В газах диффузия происходит быстрее, чем
в жидкостях. Если в комнату внести какое-нибудь
пахучее вещество, например нафталин, то очень ско-
ро запах нафталина будет ощущаться во всех частях
комнаты. Значит, туда проникают молекулы нафта-
лина — происходит диффузия. Молекулы нафтали-
на, сталкиваясь с молекулами воздуха и двигаясь
во все стороны беспорядочно, разлетаются по ком-
нате во всех направлениях.
Явление диффузии происходит и в твердых те-
лах, но очень медленно. В одном из опытов гладко
отшлифованные пластинки свинца и золота положи-
ли одну на другую и сжали грузом. При обычной
компа гной температуре (около 20° С) за 5 лот золо-
21
?
Упр. 2.
Для
дополнительного
чтения
то и свинец срослись, взаимно проникнув друг в
друга на расстояние 1 мм. Получился тонкий слой
из сплава золота со свинцом.
Диффузия имеет большое значение в жизни че-
ловека и животных. Так, например, кислород из ок-
ружающей среды благодаря диффузии проникает
внутрь организма через кожу человека. Питатель-
ные вещества благодаря диффузии проникают из
кишечника в кровь животных.
1. Что такое диффузия? Опишите опыт, в котором наблюдают
диффузию жидкостей. 2. Как объясняется диффузия с точки
зрения молекулярного строения вещества? 3. Какое значе-
ние имеет диффузия для процессов дыхания человека и жи-
вотных?
1. На каком явлении основана засолка огурцов, капусты, ры-
бы и других продуктов?
2. В воде рек, озер и других водоемов всегда содержатся
молекулы газов, входящих в состав воздуха. Благодаря ка-
кому явлению попадают эти молекулы в воду? Почему они
проникают до дна водоема? Опишите, как происходит при
этом перемешивание воздуха с водой.
11. БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
К числу опытных доказательств того, что моле-
кулы движутся, относится явление, которое наблю-
дал в 1827 г. английский ученый Броун, рассматри-
вая в микроскоп споры растений.
Для опыта можно пользоваться также краской
или тушью, растертой предварительно до таких
мельчайших крупинок, что их можно увидеть лишь
в микроскоп. Краску надо размешать в воде
и полученную смесь рассматривать в микроскоп
(рис. I7).
Если проделать такой опыт, то можно увидеть,
что крупинки краски непрерывно движутся Самые
мелкие из них перемещаются из одного места рас-
твора в другое и при этом движутся беспорядочно.
Более крупные лишь колеблются. Наблюдаемое
движение крупинок краски называют броуновским
движением.
Наблюдения показывают, что броуновское дви-
жение никогда не прекращается. В капле воды
22
(если не давать ей высохнуть) движение крупинок
можно наблюдать в течение многих дней, месяцев,
лет. Оно не прекращается ни летом, ни зимою, ни
днем, ни ночью.
Причина броуновского движения заключается в
непрерывном, никогда не прекращающемся движе-
нии молекул той жидкости, в которой находятся
крупинки краски. Конечно, крупинки краски во
много раз крупнее самих молекул, и когда мы видим
под микроскопом движение крупинок, то не следует
думать, что мы видим движение самих молекул.
Л1олекулы нельзя видеть в обычный микроскоп, по
об их существовании и движении мы можем судить
по тем ударам, которые они производят, толкая
крупинки краски и заставляя их двигаться.
Можно привести такое сравнение. Группа лю-
дей играет на воде в огромный мяч. Они толкают
мяч руками, и от толчков мяч двигается то в одном,
то в другом направлении. Если наблюдать эту игру
издали, то люден не будет видно, а беспорядочное
движение мяча будет казаться происходящим как
будто без причины.
Так же мы не видим молекул, но понимаем, что
от их толчков непрерывно и беспорядочно двига-
ются крупинки краски.
Открытие броуновского движения имело боль-
шое значение для изучения строения вещества. Оно
показало, что тела действительно состоят из отдель-
ных частиц — молекул и что молекулы находятся
в непрерывном беспорядочном движении.
Рис. 17.
12. СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ
И ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА
Вокруг нас происходят различные физические
явления, которые связаны с нагреванием и охлаж-
дением тел, а также с переходом тел из одного со-
стояния в другое. К таким явлениям относятся,
например, нагревание и охлаждение воздуха, таяние
льда, плавление металлов. Эти явления называют
[ I тепловыми.
Мы знаем, что при нагревании холодная вода
\ f сначала становится теплой, а затем горячей. Нагре-
тая печь постепенно охлаждается, а воздух в ком-
нате нагревается.
23
Словами «холодный», «теплый», «горячий» мы
указываем на различную степень нагретости тел,
или, как говорят в физике, на различную температу-
ру тел.
Температура горячей воды выше температуры
холодной. Зимой температура воздуха на улице
ниже, чем летом.
Температуру тела, как известно, измеряют тер-
мометрами. Единицей температуры является градус.
Если наблюдать диффузию жидкостей в двух
сосудах, один из которых в начале опыта помещен
в холодное место, а другой в теплое, то можно обна-
ружить, что диффузия при более высокой темпера-
туре происходит быстрее. Это означает, что ско-
рость движения молекул и температура тела свя-
заны между собой.
Чем быстрее движутся молекулы тела, тем выше
его температура.
Теплая вода состоит из таких же молекул, как
и холодная. Разница между ними заключается
в том, что молекулы теплой воды движутся с боль-
шими скоростями, чем молекулы холодной воды.
1. Какие тепловые явления вы знаете? 2. Что означает слово
«температура»? 3. Как протекает диффузия при более высокой
и более низкой температурах? 4. Как связана температура
тела со скоростью движения его молекул? 5. Чем отличается
движение молекул холодной и теплой воды?
3 1. Почему сахар и соль быстрее растворяются в горячей воде,
чем в холодной?
2. В каком рассоле — горячем или холодном — быстрее про-
саливаются огурцы? Почему?
13. ВЗАИМНОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ МОЛЕКУЛ
Мы видим, что твердые тела и жидкости не рас-
падаются на отдельные молекулы, несмотря на то
что молекулы разделены промежутками и нахо-
дятся в непрерывном беспорядочном движении. Зна-
чит, есть причины, удерживающие молекулы друг
около друга, не позволяющие им разлетаться.
24
Тела не только не распадаются на отдельные
молекулы, но твердое тело даже трудно растянуть
или разломать. Чем же объяснить, что молекулы
в телах не только удерживаются друг около друга,
но и в некоторых случаях промежутки между ними
трудно увеличить?
Дело в том, что между молекулами существует
взаимное притяжение. Каждая молекула притяги-
вает к себе соседние молекулы и сама притягивается
к ним.
Разломим кусочек мела на две части и снова
составим их. Они не будут удерживаться друг около
друга. Почему?
Притяжение между молекулами становится за
метным лишь тогда, когда они находятся очень
близко одна от другой. Уже на расстояниях, не-
сколько больших размеров самих молекул, притя-
жение молекул значительно ослабевает. Ничтожно
малой щели между частями мела (меньше
0,000001 см) уже достаточно, чтобы притяжение
между молекулами сильно ослабло. Но куски мяг-
кого материала, например замазки, слипаются лег-
ко. Это происходит потому, что куски замазки мож-
но сблнзшь на такое расстояние, на котором дей-
ствует притяжение молекул.
Кусочки расколотого стекла не слипаются друг
с другом. По если края осколков нагреть так, что
они начнут плавиться, то их можно прочно соеди-
нить. На этом основано действие жидкого припоя,
который употребляют при пайке металла.
Два куска свинца, приложенные друг к другу
свежими срезами, слипаются и не разрываются да-
же при сравнительно большой нагрузке (рис. 18).
1. Почему твердые и жидкие тела не распадаются сами собой
на отдельные молекулы? 2. При каких условиях притяжение
между молекулами заметно? 3. Почему два куска мела не
соединяются при сдавливании, а два куска замазки или свинца
соединяются?
Разрежьте пополам картофелину или яблоко. Прижмите
половинки друг к другу. Объясните, почему они не распада-
Рис. 18.
Задание
юте я.
25
Рис. 19.
Рис. 20
14. ТРИ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
Зимой вода на поверхности озер и рек замерзает,
переходит в твердое состояние — лед. Подо льдом
вода остается жидкой (рис. 19). Здесь мы можем
одновременно видеть два различных состояния
воды — твердое (лед) и жидкое (вода). Существует
и третье состояние воды — газообразное: невиди-
мый водяной пар находится в окружающем пас воз-
духе.
Жидкую ртуть можно увидеть в резервуаре тер-
мометра. Над поверхностью ртути находятся ее
пары, они представляют собой газообразное состоя-
ние ртути. При температуре —39° С ртуть отвер-
девает — переходит в твердое состояние.
На примере воды и ртути мы видим, что вещества
в природе могут находиться в трех состояниях —
твердом, жидком и газообразном.
В условиях, в которых мы живем, большинство
веществ нельзя наблюдать одновременно в разных
состояниях.
Вещество, находящееся в твердом состоянии, на-
зывают твердым телом.
Например, застывшее стекло, лед, твердый кис-
лород — твердые тела.
Твердое тело очень трудно сжать, оно сохраняет
свой объем. И для изменения формы твердого тела,
например, чтобы согнуть его, сдавить или разорвать,
нужно приложить усилие (рис. 20)
Сохранение формы и объема — свойство твер-
дых тел.
26
Вещество, находящееся в жидком состоянии, на-
зывают, жидкостью.
Жидкость легко меняет свою форму, она при-
нимает форму того сосуда, в который ее наливают.
В обычных условиях только маленькие капельки
жидкости имеют свою форму — форму шарика. На-
пример, такие шарообразные капельки воды можно
видеть при выпадении росы (рис. 21).
Нужно небольшое усилие, чтобы отделить одну
часть жидкости от другой. Опуская руку в воду, мы
легко раздвигаем части воды, разбрызгиваем ее.
Легко изменить форму жидкости, но нелегко
изменить ее объем. Он не только сохраняется при
переливании жидкости из одного сосуда в другой,
но очень мало меняется при значительном ее сжа-
тии. Сохранилось описание одного исторического
опыта, в котором воду пробовали сжать таким спо-
собом: ее налили в свинцовый шар и шар запаяли,
чтобы вода не могла выливаться при сжатии. После
этого ударили по свинцовому шару тяжелым моло-
том, чтобы шар сжался и сжал воду. И что же? Вода
не сжалась, опа просочилась сквозь стенки шара.
Итак, у всех жидкостей есть общие свойства —
жидкости легко меняют свою форму и сохраняют
неизменным объем. Этими свойствами жидкостей
пользуются, когда изготавливают посуду из жидкого
стекла (рис. 22).
Вещество, находящееся в газообразном состоя-
нии, называют газом.
а
Рис. 22.
Многие газы прозрачны и бесцветны, поэтому мы
их не видим. Мы не видим, например, воздух. Но
можно обнаружить, что он окружает нас. При быст-
ром движении, находясь в автомобиле, поезде, а так-
же когда дует ветер, мы замечаем присутствие воз-
духа вокруг нас.
Опустим в воду перевернутый вверх дном ста-
кан,— вода не войдет в стакан, потому что он занят
воздухом. Если опускать в воду воронку, соединен-
ную резиновым шлангом си стеклянной трубкой
(рис. 23), то воздух будет выходить из воронки че-
рез трубку. Оба эти опыта показывают, что газы
27
Рис. 23.
занимают объем. Объем газа довольно легко изме-
нить— в этом существенная разница между жидко-
стью и газом. Г аз может быть сильно сжат. Даже
руками можно сжагь воздух в мяче так, что объем
его заметно уменьшится.
Форму газа тоже легко изменить. Газы при-
нимают форму того помещения или сосуда, в кото-
ром находятся: комнаты, баллона, бутыли.
Укажем еще одно свойство газов, которое отли-
чает их от твердых тел и жидкостей: газ всегда це-
ликом заполняет сосуд, в который его помещают.
Если соединись сверху два баллона, один из кото-
рых наполнен газом, а другой — пустой, то часть
газа сейчас же перейдет во второй баллон. Если же
первый баллон наполнить жидкостью или поме-
стить туда твердое тело, то, конечно, и жидкость,
и твердое тело не перейдут во второй баллон.
Итак, газы имеют следующие общие свойства:
не оказывают сопротивления изменению формы,
сжимаемы в тысячи раз более, чем жидкости, и не
имеют собственного объема — заполняют нацело
весь предоставленный им объем.
Так как все тела могут переходить из одного со-
стояния в другое, то нельзя говорить, что одни тела
бывают только твердыми, другие — жидкостями
или газами. Если вас спросят, к каким телам
относится, например, олово, не торопитесь отве-
чать, что оно всегда является твердым телом. Ведь
от окружающих условий зависит, в каком состоянии
находится вещество: в твердом, жидком или газооб-
разном.
28
1. Приведите примеры твердого, жидкого и газообразного
состояний вещества. 2. Назовите общие свойства твердых тел.
3. Какие жидкости вы знаете? Перечислите общие свойства
жидкостей. 4. Каковы общие свойства газов? 5. Можно ли
утверждать, что ртуть всегда жидкость, олово — твердое тело,
а кислород — газ?
1. Тело сохраняет свой объем, но легко меняет форму. В ка-
ком состоянии находится вещество, из которого состоит это
тело?
2. Почему нельзя наполнить газом половину сосуда?
3. Тело сохраняет свой объем и форму. В каком состоянии
находится вещество, из которого состоит это тело?
Упр. 4.
15. РАЗЛИЧИЕ В МОЛЕКУЛЯРНОМ СТРОЕНИИ
ТВЕРДЫХ ТЕЛ, ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Лед, вода и водяной пар — три состояния одного
и того же вещества — воды. Значит, молекулы
льда, воды и водяного пара не отличаются друг от
друга.
Следовательно, эти три состояния различаются
не молекулами, а тем, как молекулы расположены
и как движутся. Как же расположены и как дви-
жутся молекулы газа, жидкости и твердого тела?
Опыты показывают, что газ можно сжать так,
что его объем уменьшится в несколько раз. Значит,
в газах расстояния между молекулами большие,
много больше размеров самих молекул. В среднем
расстояния между молекулами газов таковы, что
между каждыми двумя его молекулами может по-
меститься десять молекул. На таких расстояниях
молекулы очень слабо притягиваются друг к другу.
Поэтом)-то газы не имеют собственной формы и по-
стоянного объема. Нельзя наполнить газом, напри-
мер. половину бутылки (рис. 24, а) или стакана,так
как. двигаясь во всех направлениях и почти не при-
тягиваясь друг к другу, молекулы быстро заполнят
весь сосуд (рис. 24,6).
Несжимаемость жидкостей объясняется тем, что
Рис. 24.
промежутки межд\ их молекулами малы — моле
куль» в жидкостях упакованы так плотно, что рас-
29
Рис. 25. Моде
ли кристаллов
некоторых ве-
ществ: /—кри-
сталла льда; 2 -
кристалла пова-
ренной соли; 3-
кристалла йода;
4 — снежинка.
стояние между каждыми двумя молекулами мень-
ше самой молекулы.
Но на таких расстояниях уже действует притя-
жение молекул друг к другу Поэтому молекулы
в жидкостях, хотя и движутся с большими скоро-
стями, но, удерживаемые притяжением, не расхо-
дятся на большие расстояния. Жидкость не зани-
мает весь предоставленный ей объем.
Однако притяжение между молекулами жидко-
стей не настолько велико, чтобы жидкости сохраняли
свою форму и были прочными, как твердые тела,
поэтому жидкости принимают форму сосуда и их
легко разбрызгать, перелить, отделить одну их часть
от другой.
Твердые тела прочны, они сохраняют и объем
и форму. Некоторые из них имеют естественную,
иногда правильную очень сложную и красивую фор-
му, например снежинки (рис. 25.4). Чем это объяс-
няется?
Частицы (молекулы или атомы) большинства
твердых тел, таких, как лед, соль, нафталин, метал-
зо
лы, расположены в определенном порядке. Такие
твердые тела называют кристаллическими. Хотя
частицы таких тел и находятся в движении, но каж-
дая из них движется около определенной точки, по-
добно маятнику часов, то есть колеблется. Частица
не может переместиться далеко от этой точки,
поэтому твердое тело не растекается. Упорядочен-
ным расположением молекул льда объясняется
красивая форма снежинки.
На рисунке 25. 1, 2, 3 изображено расположение
частиц в кристаллах льда, поваренной соли
и йода, на вклейке II — в кристалле золота
На цветной вклейке I, в середине, показано
расположение молекул одного и того же веще-
ства— воды — в разных состояниях: твердом (лед),
жидком (вода) и газообразном (водяной пар).
И в газах, и в жидкостях, и в твердых телах мо-
лекулы находятся в непрерывном беспорядочном
движении. Но так как расстояния между молекула-
ми и взаимное притяжение их во всех случаях
различны, то различен и характер движения мо-
лекул.
В газах, например, в атмосферном воздухе, где
межмолекулярные промежутки сравнительно вели-
ки, каждая молекула движется некоторое время по
прямой линии, затем сталкивается с другой молеку-
лой и меняет направление своего движения. Таких
столкновений опа испытывает несколько миллиар-
дов в секунду.
В жидкости молекула от одного до другого
столкновения проходит расстояние, меньшее разме-
ров самих молекул.
В твердых телах из-за большого взаимного при-
тяжения молекулы лишь колеблются около некото-
рого среднего положения, и только изредка перехо-
дят из одного места в другое
1. Имеется ли отличие между молекулами льда, воды и водя-
ного пара? 2. Как расположены молекулы газов? 3. Почему
газы заполняют весь предоставленный им объем? 4. Чем объяс-
няегся очень малая сжимаемость жидкостей? Почему они не
сохраняют (вою форму? 5. Почему кристаллические твердые
твла хорошо сохраняют свою форму и объем?
31
16. М. В. ЛОМОНОСОВ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА
Среди многочисленных трудов М. В. Ломоносова
были сочинения о строении вещества, в которых он
высказывал идеи, опередившие развитие науки
более чем на сто лет. Он одним из первых указал,
что тепловые явления связаны с изменением в дви-
жении и расположении невидимых частиц, из кото-
рых состоят тела. Объясняя, почему мы не видим
этого движения, он писал: «...нельзя также отрицать
движения там, где глаз его не видит, кто будет
отрицать, что движутся листья и вегви деревьев в
лесу при сильном ветре, хотя издали он не заметит
никакого движения. Как здесь из-за отдаленности,
так и в горячих телах, вследствие малости частичек
вещества, движение скрывается от взоров».
А вот как представлял себе М. В. Ломоносов
строение газов: частицы воздуха «сталкиваются с
другими соседними в беспорядочной взаимности,
отскакивают друг от друга и снова сталкиваются
с другими, более близкими, снова отскакивают, так
что стремятся рассыпаться во все стороны, постоян-
но отталкиваемые друг от друга такими очень
частыми взаимными ударами».
М Й. Ломоносов правильно объяснял и многие
другие явления. Эти объяснения в некоторых слу-
чаях сходны с современными.
К стр. 31
К стр. 20
I
Модель кристалла золота
Расположение атомов твердого золота (снимок
сделан прн помощи электронного микроскопа).
Фотография наиболее круг,
ных молекул, сделанная пр
помощи электронного микрс
скопа.
11
ДВИЖЕНИЕ И СИЛЫ
17. МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
1ела, как мы знаем, состоят из молекул. Моле-
кулы находятся в непрекращающемся движении.
Движение всех молекул тела — очень сложное
движение, так как молекул очень много и движутся
они беспорядочно.
Чтобы больше узнать о таком сложном движе-
•>
нии, как движение молекул, нужно сначала рас-
смотреть более простые виды движения.
Чтобы судить о том, движется тело или нет, надо
посмотреть, меняется ли с течением времени по-
ложение этого тела среди окружающих его других
тел. Если, например, положение автомобиля ме-
няется относительно домов или деревьев, то гово-
рят, что автомобиль движется относительно этих
тел. Вода в реке движется относительно берегов,
поезд — относительно полотна железной дороги.
Изменение положения тела в пространстве
относительно других тел называют механическим
движением.
Человек, сидящий в поезде, движется относи-
тельно полотна железной дороги, но находится
в покое относительно вагона поезда. Поэтому, гово-
ря о движении тела, обязательно указывают, otho-
chi ельно каких тел происходит это движение.
Движение относительно Земли человека, авто-
мобиля, самолета (рис. 2G), ракеты, лодки, полет
птиц, течение воды, ветер — все это примеры меха-
нических движений. Движение отдельной молекулы
является также механическим движением.
Перемещаясь из одной точки в другую, тело
хвижется по некоторой линии. Линию, по которой
3 А. В. Перышкнн, Н. А. Родина. Физика для 6 го класса 33
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГО использования.
Рис. 27.
движется тело, называют траекторией движения
этого тела.
Траектория движения молекулы газа — ломаная
линия (рис. 27).
Видимую траекторию — светящийся след —
оставляет на ночном небе падающий метеор
(рис. 28).
Длину траектории, по -которой движется тело в
течение некоторого промежутка времени, называют
пройденным путем за этот промежуток времени. На
рисунке 29 показана траектория лыжника, спустив
шегося с горы. Длина траектории О А есть путь,
пройденный лыжником за время спуска с горы.
Пройденный путь — физическая величина. Для
его измерения служат единицы длины — метры, ки-
лометры, сантиметры.
1. Что называют механическим движением? 2. Почему нужно
указывать, относительно каких тел движется тело? 3. Что такое
траектория движения? 4. Что называют путем, пройденным за
некоторый промежуток времени?
Рис. 28.
Рис. 29.
34
1. Укажите, относительно каких тел пассажир движущегося
поезда находится в покое, относительно каких тел он дви-
жется.
2. Лодка плывет по течению реки. Почему в тумане, не видя
берегов, нельзя указать направление движения лодки?
3. Какую пинию представляет собой траектория движения
кониа часовой стрелки?
4. Легкоатлет на соревнованиях бежит по беговой дорожке
стадиона. От чего отсчитывают и как измеряют пройденный
им путь?
Измерьте длину своего шага и, пользуясь этой мерой,
определите, какой путь вы проходите по школьному коридо-
ру. Заметьте время своего движения.
18. РАВНОМЕРНОЕ И НЕРАВНОМЕРНОЕ
ДВИЖЕНИЯ
Равномерным движением называют такое дви-
жение, при котором тело за любые одинаковые
промежутки времени проходит одинаковые пути.
Если автомобиль за любые одинаковые проме-
жутки времени проходит одинаковые пути: за каж-
дый час — 60 км, за каждые полчаса — 30 км, за
каждую четверть часа — 15 км и т. д. вплоть до ми-
нут, секунд, долей секунды, то его движение равно-
мерное.
На рисунке 30 изображена тележка, на которой
установлена капельница. Из капельницы через
одинаковые промежутки времени падают капли.
Расстояния между следами, оставленными каплями
на бумаге, одинаковы. Следовательно, тележка за
одинаковые промежутки времени проходит одина-
ковые пути.
Если приоткрыть кран капельницы больше, то
капли будут падать чаще, промежутки времени
между их падениями станут меньше. Но и в этом
случае следы капель будут находиться на одинако-
вых расстояниях друг от друга. Значит, и за
меньшие равные промежутки времени тележка
проходит равные пути, поэтому ее движение равно-
мерное.
Упр. 5.
Задание
3*
35
Равномерное движение встречается в природе
очень редко. Довольно близким к равномерному
движению является движение Земли вокруг своей
оси, движение стрелок точных часов. Молекула газа
от одного соударения до другого движется также
равномерно.
Большинство же движений не является равно-
мерным. Например, поезд, отходя от станции, про-
ходит за одинаковые промежутки времени все боль-
шие и большие пути. Подходя к станции, он, наобо-
рот, проходит за одинаковые промежутки времени
все меньшие пути. Конькобежец, участвуя в сорев-
нованиях, тратит на прохождение одинаковых
кругов различное время. Движение поезда и
конькобежца — это примеры неравномерного дви-
жения.
При неравномерном движении тело за одинако-
вые промежутки времени проходит неодинаковые
пути.
Неравномерное движение тележки можно так
же наблюдать на опыте (рис. 31). По следам, остав-
ляемым каплями, падающими через одинаковые
промежутки времени, видно, что движение тележки
неравномерное. Ведь капли падают через одинако-
вые промежутки времени, а расстояния между сле-
дами капель неодинаковы.
1. Какое движение называют равномерным? 2. Приведите при-
меры движений, близких к равномерным. 3. На каком опыте
можно наблюдать равномерное движение? 4. Приведите при-
мер неравномерного движения. 5. Какое движение называют
неравномерным?
36
Рис. 31.
19. СКОРОСТЬ РАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ.
ЕДИНИЦЫ СКОРОСТИ
Равномерно движущийся по шоссе автомобиль
перегоняет идущего равномерно человека. Чем от-
личаются эти два равномерных движения: пешехода
и автомобиля? Их отличие в том, что автомобиль
движется быстрее пешехода. Самолет движется
быстрее автомобиля, а искусственный спутник Зем-
ли — быстрее самолета. Это значит, что в течение
одного и того же промежутка времени автомобиль
проходит больший путь, чем пешеход, а самолет —
больший, чем автомобиль.
Движения пешехода, автомобиля и самолета
различаются между собой скоростью. То тело, ко-
торое в единицу времени проходит больший путь,
движется с большей скоростью.
Скорость тела при равномерном движении пока-
зывает, какой путь проходит тело в единицу вре-
мени.
Например, если за Каждый час самоходный ком-
байн проходит 9 км, а самолет пролетает 600 км, то
говорят, что скорость комбайна 9 км в час, а ско-
рость самолета 600 км в час.
За единицу скорости принимают скорость тако-
го равномерного движения, при котором движу-
щееся тело в единицу времени (1 сек, 1 ч) проходит
путь, равный единице длины (1 см, 1 м, 1 км].
Эти единицы скорости записывают так:
I CM j М | КМ | км
сек ’ сек ’ сек ' ч
37
В опыте, описанном в § 18, тележка за 3 сек про-
шла путь 45 см. Можно определить путь, пройден-
ный ею за 1 сек, то есть найти скорость тележки.
Скорость ее равна:
45 см _ 15 см
3 сек сек *
скорость^.
Чтобы определить скорость тела при равномер-
ном движении, надо путь, пройденный телом за ка-
кой-нибудь промежуток времени, разделить на ве-
личину этого промежутка:
путь
скорость —-------.
время
Обозначим все величины буквами: s — пройденный
путь, t — промежуток времени, за который пройден
путь, v — скорость, тогда получим:
S
V = —
Пример. Самолет ТУ-104 проходит путь от
Москвы до Ташкента, равным 2736 км, за 3,8 ч.
Определить скорость самолета, полагая движение
его равномерным.
s 2736 км км
и = — — ——-------= 720 —.
/ 3,8 ч ч
Эту скорость можно выразить и в других единицах,
например в метрах в секунду. Для этого переведем
километры в метры, а часы в секунды:
720 км = 720 000 м\ 1 ч — 3600 сек.
Тогда
-7ПЛ км 720 000 м ОАА м
v = 720 — = ---= 200------.
ч 3600 сек сек
Таким образом, числовое значение скорости, как
и любой другой физической величины (длины, объе-
ма и др.), зависит от выбранной единицы.
Скорость тела имеет не только числовую вели-
чину, она характеризуется еще и направлением.
Например, чтобы узнать, где будет находиться через
2 ч полета самолет, вылетевший из Москвы, нужно
знать, не только чему равна его скорость, но и как
она направлена.
38
V
Для сравнения приведем примеры физических
величин, не имеющих направления: время, объем
тела, число молекул в 1 см1 * 3 воздуха. )
На рисунках скорость тела изображают стрел-
ками (рис. 32).
Таблица некоторых скоростей, встречающихся в природе и технике
Улитка 0,0015 _
(о, 15 j. \ сек /
Пешеход м 1.2-1.8 —.
Голубь почтовый . . м 17—19-—. сек
Конькобежец . . . до 12,5~~.
Поезд (в среднем) . JU . 20 сек
(12 км
Автомобиль легковой (в среднем) . . . м 30 — . сек
(« НО—Y \ ч /
Самолет турбовинтовой 9qq м (в среднем) .... сек
(720 — ) \ 4 Г
Звук в воздухе (при 0°С)332—-—.
м
Пуля винтовки .... 860-—.
м
Луна вокруг Земли . . 1000——.
м
1692----
сек
м
2232 —
Молекула водорода
(при 0°С) . . •
Молекула водорода
(при 200° С) . .
Искусственные спутники Земли
км \
сек I
Земля вокруг Солнца ....
» 30 000-^-|30
сек \ сек J
Свет и радиоволны ........
« зоооооооо-А- (зооооо).
сек J
а 8000
сек
1. Чем отличаются друг от друга равномерные движения пе-
шехода, автомобиля и самолета? 2. Что показывает скорость
равномерного движения? 3. Как определить скорость движе-
ния, зная пройденный путь и время? 4. Как выразить скорость,
данную В в ——? Чем, кроме числового значения,
характеризуется скорость тела?
.39
6 1. Плот, плывущий по реке, прошел за 20 мин путь 900 м.
. м
Определите скорость движения плота в •
vCrV
2. Велосипедист проехал за 30 мин путь 9 км. Определите ско-
м
рость велосипедиста в - —
км
3. Скорость электровоза ВЛ-23 равна 90 Выразите эту
м
скорость в —— •
20. СРЕДНЯЯ СКОРОСТЬ НЕРАВНОМЕРНОГО
ДВИЖЕНИЯ
При неравномерном движении тело проходит за
одинаковые промежутки времени неодинаковые
пути. Скорость такого движения непостоянна.
Однако говорят и о какой-то одной скорости
поезда, и о скорости автомобиля, хотя знают, что на
остановках скорость их равна нулю, потом она уве-
личивается, а перед следующей остановкой умень-
шается. Какую же скорость подразумевают, указы-
вая. например, что скорость поезда 60 --?
Говоря о скорости неравномерного движения,
имеютд виду среднюю скорость на данном участке
пути или за данный промежуток времени движения.
Чтобы ее подсчитать, делят пройденный путь на
время движения, то есть поступают так же, как при
вычислении скорости равномерного движения.
Рассмотрим пример. Расстояние между Москвой
и Новосибирском 3200 км. Скорый поезд, двигаясь
неравномерно, проходит это расстояние за 64 ч.
Предположим, что это расстояние поезд прошел за
те же 64 ч, но двигался равномерно.
Тогда скорость этого равномерного движения
была бы равна;
Это и есть средняя скорость неравномерного
движения поезда.
Средняя скорость = - или иср =
40
1. Какую скорость имеют в виду, когда говорят о скорости
движения поезда, автомобиля? 2. Как определяют среднюю
скорость неравномерного движения?
1. Конькобежец Е. Гришин в 1963 г. установил мировой рекорд
в беге на коньках на дистанции 500 м. Он пробежал это
расстояние за 39,5 сек.. Определите среднюю скорость, с
которой бежал Е. Гришин.
2. Лыжник, спускаясь с горы, проходит 50 м за 6 сек. Спустив-
шись с горы и продолжая двигаться, он проходит до полной
остановки еще 30 м за 15 сек. Найдите среднюю скорость
лыжника за время движения по склону горы и за все время
движения.
Упр. 7.
21. РАСЧЕТ ПУТИ И ВРЕМЕНИ ДВИЖЕНИЯ
Зная скорость равномерного движения тела,
можно узнать путь, пройденный им за определен-
ное время. Пусть, например, поезд идет со скоростью
20-^7-. Это значит, что за каждую секунду он про-
ходит путь 20 м. Так как движение поезда равно-
мерное, то он и за каждую следующую секунду бу-
дет проходить путь 20 м. За 5 сек поезд пройдет
путь, в 5 раз больший, то есть 20-^--5 сек = 100 м,
а за 10 сек он пройдет 20—^ • 10 сек = 200 м и т. д.
Чтобы определить путь, пройденный при равно-
мерном движении, надо скорость тела умножить
на время его движения: s = vt.
Зная путь и скорость равномерного движения
тела, можно определить время этого движения.
Определим, за сколько времени пешеход, иду-
щий со скоростью пройдет путь 3 км, то
есть 3000 м.
На прохождение каждых 1,5 >и пешеход затрачи-
вает J сек. Чтобы определить, сколько секунд затра-
тит он на прохождение 3000 м, надо узнать, сколько
раз в 3000 м содержится 1,5 м. Для этого надо 3000
разделить на 1,5. -^^- — 2000.
I ,о
5 =
41
Время, затраченное пешеходом на прохождение
указанного пути, равно 2000 сек~33 мин.
Среднюю скорость неравномерного движения
вычисляют, предполагая, что движение является
равномерным. Поэтому если нужно по средней ско-
рости вычислить путь, пройденный телом, то можно
воспользоваться правилом вычисления пути равно-
мерного движения. Таким образом, путь, пройден-
ный телом при неравномерном движении, равен про-
изведению средней скорости на время движения.
Время, затраченное на прохождение какого-ни-
будь пути при неравномерном движении, равно
частному от деления этого пути на среднюю ско-
рость.
1. Как определяют путь, пройденный телом при равномерном
движении, если известны скорость и время движения? Как по
пути и скорости определить время равномерного движения?
2. Ответьте на такие же вопросы для случая неравномерного
движения.
Упр. 8.
1. Найдите з таблице (см. стр. 39) скорости пешехода, конь-
кобежца, поезда и определите (устно) пути, пройденные
этими телами за 10 сек.
м
2. Ружейная пуля движется со скоростью 800“"~~. Какой путь
С v к
она пройдет за 0,3 сек?
км
3. Самолет летит со средней скоростью 750~^~. Какой путь
он пройдет за 6 ч полета?
4. Какое время понадобится поезду и самолету для прохож-
дения пути 4000 м1 (Скорости этих тел указаны в таблице.)
м
5. Велосипедист может ехать со скоростью 3 ——. Успеет ли
L-t, Ft
он за полчаса прибыть на станцию, расстояние до которой
5 км?
22. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ
В предыдущих параграфах были рассмотрены
два вида движения — равномерное и неравномер-
ное. При равномерном движении тело движется
с постоянной скоростью. Скорость же в неравно-
42
мерном движении меняется с течением времени.
Рассмотрим явления, в результате которых тело ме-
няет свою скорость, например, начинает движение.
На рисунке 33, а изображена тележка с прикреп-
ленной к ней упругой пластинкой. Пластинка согну-
та и связана нитью. Тележка находится в покое
относительно стола. Начнет ли она двигаться, если
упругая пластинка выпрямится? Для ответа на этот
вопрос перерезают нить. Пластинка резко выпрям-
ляется, но тележка остается на прежнем месте
(рис. 33, б).
Теперь поставим по другую сторону от пластинки
еще одну тележку (рис. 34, а). После перерезания
нити и выпрямления пластинки обе тележки прихо-
дят в движение относительно стола и разъезжаются
в разные стороны (рис. 34, б).
Чтобы изменить скорость тележки, понадобилось
второе тело. Следовательно, опыт показал, что
скорость тела изменяется только под действием на
это тело другого тела. Мы увидели также, что в дви-
жение пришла и вторая тележка, они обе стали
двигаться относительно стола, обе подействовали
друг на друга. Следовательно, действие тела на дру-
гое тело не может быть односторонним Оба тела
действуют друг на друса — они взаимодействуют.
Мы рассмотрели самый простой случай взаимо-
действия двух тел, при котором эти тела (тележки)
до взаимодействия находились в покое относительно
стола и относительно друг друга.
Также и пуля перед выстрелом находится в по-
кое относительно ружья. При взаимодействии, во
б
Рис. 33.
Рис. 34.
б
43
Рис. 35а.
время выстрела, пуля и ружье движутся в разные
стороны. Происходит явление отдачи. Если человек,
сидящий в лодке, отталкивает от себя рукой другую
лодку, то происходит взаимодействие, и его лодка
тоже приходит в движение (рис. 35а). Когда же
человек прыгает с лодки на берег, лодка отходит в
сторону, противоположную прыжку (рис. 356).
Итак, скорости тел могут изменяться только при
взаимодействии тел.
Скорости, с которыми покоящиеся вначале тела
будут двигаться после взаимодействия, могут или
значительно отличаться друг от друга (скорости пу-
ли и ружья), или быть почти одинаковыми (скоро-
сти человека и небольшой лодки).
1. Опишите опыты, показывающие, что тела приходят в дви-
жение только при взаимодействии. 2. Приведите примеры, по-
казывающие, что при взаимодействии меняются скорости
обоих тел. 3. Опишите явление взаимодействия на примере
выстрела из ружья.
44
23. МАССА ТЕЛА
Посмотрим еще раз, как происходит взаимодей-
ствие тележек, но теперь для опыта используем
разные тележки (рис. 36). После перерезания нити
тележки разъедутся с разными скоростями. Про
тележку, которая при взаимодействии приобрела
меньшую скорость, говорят, что она массивнее дру-
гой тележки, что у нее больше масса.
Приобретенные телами скорости можно изме-
рить. По этим приобретенным скоростям сравнивают
массы взаимодействующих тел.
Пример. Скорости тележек до взаимодей-
ствия равны нулю, после взаимодействия скорость
одной тележки 20-^-, скорость другой —40^. Так
СЕК.
как скорость, которую приобрела вторая тележка,
в 2 раза больше скорости первой, то ее масса в 2 ра-
за меньше массы первой тележки.
Если же приобретенные тележками скорости
одинаковы, то, значит, одинаковы и их массы. Этот
случай мы наблюдали в опыте с одинаковыми те-
лежками (рис. 34).
Когда человек прыгает из лодки на берег, то
происходит взаимодействие лодки и человека. Лод-
ка приобретает скорость, направленную в сторону,
противоположную прыжку человека (см. рис. 356).
Если масса лодки больше массы человека, то ее ско-
рость будет меньше скорости прыжка. Если массы
лодки и человека одинаковы, то и приобретенные
ими скорости будут одинаковы.
б
45
При рассмотрении взаимодействия тел мы озна-
комились с физической величиной, называемой мас-
сой тела. Понятие массы будет выясняться по мере
дальнейшего изучения физики.
Пока же нужно запомнить, что каждое тело —
человек, стол, Земля, капля воды — обладает мас-
сой и сравнивать массы тел можно по скоростям,
приобретенным этими телами при их взаимодей-
ствии.
1. Опишите опыт по взаимодействию двух разных тележек.
2. Какую из этих тележек называют более массивной? 3. При-
ведите пример, из которого видно, как сравнивают массы тел
по приобретенным ими скоростям.
1. Почему небольшая лодка при прыжке человека с нее отхо-
дит назад почти с такой же скоростью, с какой выпрыги-
вает человек?
2. При выстреле из ружья его следует плотно прижимать к
плечу. Почему скорость отдачи при этом уменьшается?
3. При изготовлении охотничьих патронов учитывают массу
ружья: для легких ружей заряд дроби делают меньше, для
тяжелых он может быть больше. Объясните это.
4. Человек выпрыгнул с неподвижной лодки со скоростью
м м
5-~, лодка при этом отошла со скоростью 0,5 ——• Во
сколько раз масса лодки больше массы человека?
24. ЕДИНИЦЫ МАССЫ. ИЗМЕРЕНИЕ МАССЫ
За единицу массы принят килограмм — 1 кг.
Рис. 37.
Килограмм — это масса эталона (тщательно из-
готовленного образца). Эталон отлит из сплава двух
металлов: платины и иридия Международный эта-
лон килограмма (рис. 37) хранится в г. Севре, близ
Парижа. С эталона массы с большой точностью
изготовлены копии для других стран.
В практике используют также единицы массы
большие или меньшие килограмма:
1 тонна (т)=1000 кг;
1 центнер (ц)=100 кг;
1 грамм (г) = 0,001 кг;
1 миллиграмм (мг) = 0,000001 кг.
46
(Взаимодействие двух тел, рассмотренное в пре-
дыдущем параграфе, позволяет сравнивать массы
этих тел, то есть определять, во сколько раз масса
одного тела больше или меньше массы другого.
Таким же способом можно и измерять массы
тел, то есть сравнивать их с величиной массы, при-
нятой за единицу,— с 1 килограммом.
Вернемся к опыту с тележками (см. § 23). Пусть
масса одной тележки 1 кг, масса второй неизвестна.
В результате взаимодействия вторая тележка при-
обрела скорость, в 2 раза большую, чем первая,
значит, масса ее в 2 раза меньше массы первой те-
лежки. Следовательно, масса ее равна:
1 кг Л с
—2~ = 0,5 кг.
А если, наоборот, приобретенная второй тележ-
кой скорость будет не больше, а меньше скорости
первой тележки? Например, скорость второй тележ-
ки будет в 4 раза меньше скорости первой, то ее
масса будет:
1 кг • 4 = 4 кг.
Итак, чтобы измерить массу тела, можно при-
вести его во взаимодействие с другим телом, масса
которого известна, и сравнить приобретенные ими
скорости. Если тела вначале покоились и при взаи-
модействии приобрели одинаковые скорости значит,
и массы их равны между собой. Если же приобре-
тенные скорости не равны, то определяемая масса
будет во столько раз больше или меньше известной,
во сколько раз ее скорость меньше или больше ско-
рости тела с известной массой.
1. Что принято за единицу массы? 2. Какие единицы массы
вы еще знаете? 3. Расскажите об опыте, при помощи которого
можно определить массу тела.
!. Из неподвижной лодки, масса которой 100 кг, выпрыгивает
м
мальчик. Масса мальчика 40 кг, скорость его прыжка .
Какую скорость приобретает лодка?
2. Пуля вылетает из ружья со скоростью
м
обретает при отдаче скорость 2 ggK .
если масса ружья 3 кг/
м
600 ' Ружье при-
Какова масса пули,
?
Упр. 10.
47
Рис. 38.
Рис. 39.
25. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ТЕЛА ПРИ ПОМОЩИ
ВЕСОВ
Мы знаем теперь, что, сравнивая скорости, при-
обретенные телами при взаимодействии, можно
определить, во сколько раз масса одного тела боль-
ше массы другого. Этим способом можно и измерить
массу тела, если масса другого взаимодействующего
тела известна. Таким способом определяют в науке
массы небесных тел. Его применяют и для опреде-
ления масс частиц вещества — атомов и входящих
в состав атомов частиц.
Но существует и другой, более простои способ
определения массы тела — при помощи рычажных
весов.
Простые рычажные весы (рис. 38) состоят из
стержня-рычага, который может свободно повора-
чиваться вокруг точки, находящейся посередине
рычага. К концам рычага подвешены чашки весов.
Поместим на чашки весов те две тележки, кото-
рыми мы пользовались в опыте по взаимодействию
тел (см. рис. 34). Мы установили тогда, что массы
этих тележек одинаковы, ведь они приобрели при
взаимодействии равные скорости. Опыт показывает,
что если эти две тележки, имеющие одинаковые мас-
сы, поместить на чашки весов, то весы будут нахо-
диться в равновесии.
Значит, при равновесии весов массы тел, нахо-
дящихся на их чашках, равны друг другу.
На этом и основано определение массы тела при
помощи весов. На одну чашку весов помещают тело,
массу которого нужно определить, а на другую —
гири, массы которых известны и обозначены на них.
Гири подбирают так, чтобы установилось равнове-
сие. Подсчитывают общую массу гирь, уравновеши-
вающих тело. Масса тела равна массе этих гирь.
Специальный набор гирь разной массы назы-
вают разновесом. На рисунке 39 изображен разно-
вес к школьным весам. В наборе имеется 9 гирь
массами 100, 50, 20, 20, 10, 5, 2, 2 и 1 г. При помощи
их можно подобрать любую массу от 1 до 210 г.
48
ДжомЩуигма 8840 и
Космический корабль, свыше 300 км
Реактивный самолет, до 40 км
Самолет ТУ-114, до 11 км
ВЫСОТЫ
Пим Коммунизма
И ГЛУБИНЫ
Человек с аквалангом, до 90 м
Подводная лодка, до 250 м
Батискаф, до Ю км
in
Человек в мягком скафандре,
до 40 м
ВИДЫ ВЕСОВ
/ — медицинские весы; 2 — настольные торговые весы;
3—десятичные весы; -/ — аптекарские весы.
Гири, масса которых меньше грамма, делают
в виде пластинок из алюминия массой 500, 200, 200,
100, 50, 20, 20 и 10 мг.
При помощи весов можно определять и большие
массы, например массу автомобиля « Волгам рав-
ную 1885 кг (с полной нагрузкой), и такие малень-
кие массы, как масса комара, равная 1 мг. Масса
взрослого человека равна 60 -80 кг, подростка 40—
50 кг.
1. Как определить массу тела по взаимодействию его с другим
телом известной массы? 2. Каково условие равновесия рычаж-
ных весов? 3. Как определить массу тела при помощи весов
и разновеса? 4. Что предств! ляет собой разновес?
Как, не пользуясь весами, можно показать, что массы двух
бильярдных шаров одинаковы? Как это проверить при помощи
весов?
4 А. В. Перышки». H. А. Родина. Физика для 6 го класса
Упр. 11*
49
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГО использования.
26. МАССА МОЛЕКУЛ
Современная физика располагает такими точ-
ными приборами и совершенными способами изме-
рений, которые позволяют с большой точностью
определять размеры и массы мельчайших частиц
вещества — молекул. В настоящее время определе-
ны массы молекул всех веществ. Наименьшую мас-
су имеет молекула водорода. Ее масса равна
0,0000000000000000000000033 г, или г). Это очень
маленькая величина. Если кончиком тонко отточен-
ного карандаша нанести на бумагу точку, то масса
графита, оставшегося на бумаге, будет в миллионы
раз больше массы этой молекулы. Масса молекулы
ртути в 100 раз, кислорода — в 16 раз, воды — в
9 раз больше массы молекулы водорода.
Масса каждого тела складывается из масс гро-
мадного числа молекул, содержащихся в этом теле
Современные чувствительные весы позволяют
обнаружить массу тела, равную одной стомиллион-
ной доле грамма (0,00000001 г). Но и микроскопи-
ческая капля вещества, например, воды, такой мас-
сы содержит 330 триллионов (330 000000 000 000)
молекул воды!
27. ПЛОТНОСТЬ ВЕЩЕСТВА
б Рис. 40.
Тела, изготовленные из различных веществ, при
одинаковой массе занимают разные объемы. Желез-
ный брус массой 1 т занимает объем 0,13 м3, а 1 т
льда — объем 1,1 м3, то есть почти в 9 раз больше
(рис. 40, а).
1 т газа водорода занимает при обычных усло-
виях очень большой объем — около 10 000 м3, по-
этому при перевозках приходится сжимать газы,
уплотнять их, накачивая в баллоны под большим
давлением.
Если взять два цилиндра одинаковой массы,
изготовленные один из свинца, друюй из алюминия
50
(рис. 40,6), то можно видеть, что объем алюминие-
вого цилиндра почти в 4 раза больше свинцового.
Значит, масса единицы объема свинца больше мас-
сы единицы объема алюминия.
Вещества отличаются друг от друга своими плот-
ностями.
Плотностью вещества называют величину, чи-
сленно равную массе единицы объема этого веще-
ства.
Например, масса 1 м3 железа равна 7800 кг. Сле-
довательно, плотность железа составляет 7800 кг на
1 м3. Записывают это так: 7800Единицей плот-
. кг
ности вещества является 1 .
Плотность можно вычислить, зная массу и объем
тела.
Пример. Определим плотность льда, 2 м3 кото-
рого имеют массу 1,8 г. Сначала выразих! массу
в килограммах: 1,8 т=1800 кг. Затем найдем массу
1 м3. Для этого массу тела разделим на его объем:
1800 кг == 900.^
м3
2 jw3
Чтобы определить плотность вещества, надо
массу тела разделить на его объем:
масса
плотность — —-------.
объем
Обозначим величины буквами: р1— плотность ве-
щества, m — масса тела, V — его объем. Тогда пра-
вило для вычисления плотности вещества можно
записать в виде формулы:
m
Р “ ~V~'
пшность=~
т
р=-р-
1 Р — греческая буква, читается ро
13,6 ~
см3
г
см3
0,0013
’ см3
г
смЛ
вода
4*
ртуть
железо
Рис. 41.
воздух
51
Плотность вещества выражают также в граммах
на кубический сантиметр (рис. 41).
„ г
Для примера выразим плотность железа в
Так как плотность железа 7800-^|-, то масса 1 л<‘
Л»
железа равна 7800 кг. Выразим массу в граммах, а
объем в кубических сантиметрах.
7800 кг = 7 800 000 г; 1 ж3= 1 000 000 см3.
Разделив массу (в г) на объем (в си3), найдем
плотность железа:
7 800 000 г 7 R г
Р — 1 000 000 CJM3 ' — ' ~СМ3 •
Плотность одного и того же вещества в твердом,
жидком и газообразном состоянии различна.
Например, плотность льда равна 900 во-
ды— I 000-^-, водяного пара —0,598 .
Л» Л
Таблица плотностей некоторых твердых тел
Твердое тело кг м3 I СМ3 Твердое тело -кг мя г см3
Осмий 22 500 22,5 Мрамор 2 700 2.7
Иридий 22 400 22,4 Гранит 2 600 2,6
Платина 21 500 21,5 Стекло 2 500 2,5
Золото 19 300 19,3 Фарфор 2 300 2,3
Свинец 11 300 11,3 Бетон 2 200 2,2
Сереб|ю 10500 10,5 Оргстекло 1 200 1,2
Медь 8900 8.9 Капрон 1 140 1,1
Латунь 8500 8,5 Полиэтилен 940 0.9
Сталь, Парафин 900 0,9
железо 7800 - 7,8 Лед 900 0,9
Олово 7300 7,3 Дуб сухой 800 0,8
Цинк 7100 7 1 Сосна сухая 440 0,4
Чугун 7000 7,0 Пробка 240 0.2
Алюминий 2700 2.7 Поролон 200 600 0,2 0.6
j
Таблица плотностей некоторых жидкостей
Жидкость кг Тй1 2 3 4 г см* Жидкость кг м* г см?
Ртуть 13 600 13,60 Нефть 800 0,80
Серная кислота 1 800 1,80 Ацетон 790 0,79
Вода морская 1 030 1,03 Эфир 710 0,71
Вода чистая 1 000 1,00 Бензин 710 0,71
Машинное масло 900 0,90 Жидкое олово
Бензол 880 0,88 (при ? — 409°С) 6830 6,83
Керосин 800 0,80 Жидкий воздух (при ? = —194‘ С) 860 0,86
Спиот 800 0,80
Таблица плотностей некоторых газов
Газ кг 'Т? г см*
Хлор 3,210 0,00321
Углекислый газ 1,980 0,00198
Кислород 1,430 0,00143
Воздух (при 0° С) 1,290 0,00129
Азот 1,250 0,00125
Окись углерода (угарный газ) 1,250 0,00125
Водяной пар (при 100° С) 0,600 0,и0060
Водород 0,090 0,00009
1. Что называют плотностью вещества? 2. Напишите, чему рав-
на плотность железа. Что означает записанное число и его
наименование? 3. Как рассчитать плотность вещества? 4. Как
г кг
выразить плотность в 73г» «ели она дана в ~TX~f
Упр. 12.
1. Плстность редкого металла осмия равна 22 500—р. Что
означает зто число?
2. Три кубика — из мрамора, льда и латуни — имеют одина-
ковый объем. Какой из них имеет наибольшую массу, какой
наименьшую?
3. Какое из двух тел, массой по 2 кг каждое, имеет больший
объем: фарфоровое или железное? Почему?
4. Самое легкое дерево — бальза. Масса 100 см3 древесины
этого дерева равна 20 г. Вычислите плотность древесины
г кг
б.Л„ы . И .
53
5. Масса 1 л керосина 0,8 кг. Вычислите плотность керосина.
6. Масса гири 200 г, объем ее равен 28 см3. Вычислите плот-
ность вещества гири. Что это за вещество?
Возьмите прямоугольный кусок мыла, на котором на-
писана его масса. Определите плотность мыла.
28. РАСЧЕТ МАССЫ И ОБЪЕМА ТЕЛА
ПО ЕГО ПЛОТНОСТИ
Для практических целей знать плотность веще-
ства очень важно. Инженер, создавая машину, мо-
жет заранее по плотности и объему материалов,
идущих на ее изготовление, рассчитать массу буду-
щей машины. До постройки дома можно рассчитать
его массу и, следовательно, определить, сколько
понадобится строительного материала.
Пусть нам нужно определить массу бензина
в железнодорожной цистерне объемом 50 м3. Най-
дем по таблице плотность бензина. Она равна710-^-.
Следовательно, масса 1 м3 бензина 710 кг. Мас-
са 50 м3 бензина в 50 раз больше, чем масса 1 м3
его, то есть она равна 710 кг ‘50 = 35500 кг =
= 35,5 т.
Таким способом можно определить массу без
взвешивания — ведь объем цистерны можно изме-
рить, а плотность жидкости найти по таблице.
Итак, для вычисления массы тела по его плот-
ности и объему надо плотность умножить на объем:
m = pV
масса = плотность X объем, или m — pV.
Если масса тела известна, то можно по массе
и плотности тела определить его объем. В некоторых
случаях такой способ определения объема наиболее
удобен, например в том случае, когда тело имеет
неправильную форму, и поэтому его объем нельзя
определить с помощью линейки.
Рассмотрим пример. Масса гранитной глыбы
6,5 т, плотность гранита 2600 -Ц-. Каков объем
камня?
Число, выражающее плотность, показывает, что
масса каждого кубического метра гранита равна
2600 кг. Объем глыбы будет во столько раз больше
1 м3, во сколько раз 6500 кг больше 2600 кг. Разде-
лив первое число на второе, получим: 6500 : 2600 = 2,5.
Следовательно, объем камня равен 2,5 м3.
1. Как вычислить массу тела по его плотности и объему? 2. Как
определить объем тела по его плотности и массе?
1. Определите массу 10 л воды, бензина, ртути.
2. Какова масса 100 см3 свинца? Будут ли 100 см3 свинцовой
дроби иметь такую же массу? Почему?
3. Ковш для расплавленного чугуна имеет емкость 10,8 м3. Ка-
кова масса чугуна, наполняющего ковш? Плотность жидкого
кг
чугуна 7100
4. Сколько килограммов керосина входит в пятилитровую бу-
тыль?
5. Определите объем куска льда, масса которого 108 г.
6. Термометр вмещает 20,4 г ртути. Определите объем ртути
в термометре.
29. ВЫРАЖЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ВЕЩЕСТВА
ЧЕРЕЗ МАССУ МОЛЕКУЛЫ
И ЧИСЛО МОЛЕКУЛ В ЕДИНИЦЕ ОБЪЕМА
*
Так как все вещества состоят из молекул, то
масса всякого тела складывается из масс его мо-
лекул, подобно тому как масса пакета с горохом
складывается из масс всех горошин, находящихся
в пакете.
Если бы все горошины были одинаковы, то массу
гороха можно было бы определить, умножив массу
одной горошины на число горошин.
Молекулы чистого вещества одинаковы, и поэто-
му, например, масса капли воды равна произведе-
нию массы одной молекулы воды на число молекул
в капле.
Плотность вещества показывает, чему равна
масса 1 м2 этого вещества. Но и масса 1 м3 вещества
складывается из масс молекул, содержащихся в
этом объеме. Плотность газа кислорода, например.
равна. 1,43 • Эту величину можно получить, умно-
жив массу одной молекулы кислорода на число
молекул, содержащихся в 1 м3 его объема.
Плотность вещества равна произведению массы
одной молекулы этого вещества на число молекул
в единице объема.
Вещества, встречающиеся в природе, имеют са-
мые различные плотности. Различие в плотностях
веществ можно объяснить на основании знаний
о молекулярном строении вещества. Сравним, на-
пример, плотность двух жидкостей: воды и ртути.
Они равны соответственно 1000 и 13 600 ,
Л4 л*
то есть плотность ртути в 13,6 раза больше плотно-
сти воды. Это различие объясняется тем, что масса
каждой молекулы ртути примерно в 11 раз больше
массы молекулы воды. Но это не единственная при-
чина различия, есть и вторая причина: молекулы
ртути расположены несколько ближе друг к другу,
чем молекулы воды. Поэтому число молекул ртути
в 1 л!3 ее объема больше, чем число молекул воды в
1 м3 воды.
Плотность вещества зависит и от того, в каком
состоянии оно находится — в твердом, жидком или
газообразном.
В таблицах (см. стр. 52 и 53) указаны плотности
некоторых твердых тел, жидкостей и газов. Посмот-
рите эти таблицы и обратите внимание на большое
отличие плотностей газов от плотностей твердых
тел и жидкостей.
Плотность газа кислорода равна 1,43-^-. Из
этого газа путем сильного охлаждения и сжатия
получают жидкий кислород, который имеет плот-
ность 1140-^-. И газообразный и жидкий кислород
состоит из одинаковых молекул — молекул кисло-
рода. Почему же так сильно — почти в 1000 раз —
отличаются их плотности? Вспомним (см. § 15), что
в газах молекулы находятся на больших расстоя-
ниях друг от друга, чем в жидкостях (рис. 42). По-
56
этому число молекул в 1 м3 газа меиыие, чем в 1 м3
жидкости.
Плотности вещества определяют простыми опы-
тами. Массу же одной молекулы ученые сумели опре-
делить из более сложных опытов. Зная плотность
вещества и массу одной его молекулы, можно опре-
делить число молекул в 1 м3 любого вещества. Мы
уже говорили о том, что это число огромно и его,
конечно, никогда нельзя было бы подсчитать непо-
средственно. Ведь если выпускать из 1 м3 воздуха
даже по целому миллиону молекул в каждую секун-
ду, то на подсчет всех молекул понадобилось бы
около 900 млрд. лет.
1. Как выражается плотность вещества через массу молекулы
и число молекул в единице объема? 2. Почему плотности га-
зов меньше плотностей жидкостей и твердых тел? 3. Укажите
причины различия между плотностями воды и ртути. 4. Что
необходимо знать для определения числа молекул в 1 я3 ве-
щества?
<₽
<ье **
Рис. 42.
кг
1. Плотность воды при 100u С равна 958—а наибольшая
кг
плотность водяного пара при той же температуре 0,598—g~.
Как объяснить различие плотностей воды и водяного пара?
2. Известно, что в 1 я3 любого газа находится одинаковое чис-
ло молекул. Чем объяснить, что плотность газа неона в
10 раз больше плотности газа водорода?
кг
3. Плотность газообразного водорода 0,09-^, а твердого во-
лг
дорода 80~~Укажите причину этого различия.
4. Почему плотность сжатых газов больше их плотности при
обычных условиях?
Упр. 14
30; ИНЕРЦИЯ
В параграфе 22 было показано, что скорость тела
может изменяться только при взаимодействии его
с другим телом (вспомните опыт с двумя тележка-
ми). Повседневный опыт подтверждает сделанный
вывод. Например, лежащий на земле мяч начинает
Двигаться относительно Земли только тогда, когда
57
Рис. 44
Рис. 43.
на него подействует какое-либо тело: налетит дру-
гой мяч или по нему ударят ногой. Но если па мяч
не действуют другие тела, то он сам собой не изме-
нит свою скорость, не начнет двигаться относитель-
но Земли.
Рассмотрим теперь случай, когда тело не покои-
лось, а находилось в движении. Уменьшение скоро-
сти движения и остановка тела тоже не происходят
сами собой, а вызываются действием на движущееся
тело других тел. Скорость пули уменьшается во
время прохождения ее через доску, то есть от взаи-
модействия с доской. Катящийся мяч останавлива-
ется вследствие трения о землю.
Изменение направления скорости тоже происхо-
дит не само по себе, а только под действием какого-
либо тела. Брошенный мяч меняет направление
движения при ударе о стенку или руку. Быстро
бегущий человек, чтобы обогнуть столб (рис. 43),
хватается за него рукой. Направление движения
молекулы газа меняется при соударении ее с другой
молекулой или со стенкой сосуда, а от одного соуда-
рения до другого молекула движется прямолинейно
и равномерно.
Рассмотрим следующий опыт. На столе наклонно
к нему установлена доска. На небольшом расстоя-
58
нии от конца доски на столе насыпана горка песку
(рис. 44). На наклонную доску ставят тележку
и представляют ей возможность скатываться вниз
по доске. Тележка, скатившись на стол и попав в пе-
сок, быстро останавливается (рис. 44, а). Выравни-
вают песок на столе и вновь пускают тележку по
доске с прежней высоты. Теперь тележка, прежде
чем остановиться, проходит большее расстояние по
столу (рис. 44,6). Если совсем убрать песок с пути
тележки, то до остановки она пройдет еще большее
расстояние (рис. 44, в). Следовательно, чем меньше
препятствий встречает тележка на своем пути, тем
дольше сохраняется ее движение, тем оно ближе к
равномерному.
Движение тела было бы равномерным, если бы
на него не действовали другие тела. Тогда тело
двигалось бы с постоянной скоростью как угодно
долго, не останавливаясь.
Итак, скорость движения тела изменяется только
под действием других тел. Если же другие тела
не действуют на тело или действие их прекратилось,
то тело сохраняет величину и направление имею-
щейся у него скорости, то есть движется равномерно
и прямолинейно или покоится.
Явление сохранения скорости тела при отсутст-
вии действия на него других тел называют инерцией.
На существование явления инерции впервые ука-
зал итальянский ученый Галилео Галилей.
Примером движения по инерции является и дви-
жение молекулы газа — каждая молекула его от
одного соударения до другого движется по инерции.
Галилей Галилео (1564—1642)—итальянский
физик, астроном. Галилей открыл законы падения
тел и качания маятника, первый указал на суще-
ствование инерции Галилей изобрел термометр,
первый применил телескоп для астрономических
исследований, открыл спутники Юпитера, солнеч-
ные пятна и фазы Венеры.
59
1. Приведите примеры, показывающие, что скорость движения
тела меняется только под действием другого тела. 2. Опишите
опыт, показывающий, как изменяется движение тела при
уменьшении действия препятствий. 3. Чем вызывается измене-
ние направления движения? 4. Как двигалось бы тело, если бы
совсем не было сопротивления движению? S. Что называют
инерцией?
31. ИНЕРЦИЯ В БЫТУ И ТЕХНИКЕ
С проявлением инерции тел нам приходится
встречаться в повседневной жизни. Бегущий человек
не может сразу остановиться, потому что по инер-
ции сохраняет скорость своего движения. Когда
автобус или вагон начинает двигаться от остановки,
то ноги пассажира также приходят в движение,
потому что между ними и полом существует трение.
Тело же пассажира по инерции остается в покое.
Поэтому он наклоняется в сторону, противополож-
ную движению (рис. 45, а). Наоборот, при резкой
остановке пассажир, продолжая двигаться, накло-
няется вперед (рис. 45,6).
Если, не производя торможения, выключить дви-
гатель автомобиля, то автомобиль не сразу остано-
вится, так как существует инерция. Пройденный
при этом до полной остановки путь называют путем
свободного качения. Если у автомобиля «Моск-
вич-408», идущего по асфальтированному шоссе со
скоростью 50 км!ч, выключить двигатель, то он прой-
дет до остановки 355 м — это и будет путь свобод-
ного качения. Даже если затормозить колеса авто-
мобиля, прекратив их вращение, то все-таки неко-
торое время машина будет двигаться, скользя коле-
сами по дороге.
Рис. 45.
а
б
60
Ir •
Переходить дорогу перед движущимся транспор-
том очень опасно, так как ни одна машина не может
мгновенно остановиться при торможении.
1. Приведите примеры проявления инерции в быту и технике.
2. Почему нельзя мгновенно остановить движущийся поезд,
автомобиль, мотоцикл?
f. На рисунке 46 показан способ насаживания молотка на ру-
коятку. Объясните его.
2. Почему иногда падает споткнувшийся человек? В какую сто-
рону он падает?
3. На чем основана чистка одежды от пыли при ее выколачи-
вании, при вытряхивании?
4. На рисунке 47 показано, как можно придать железке рубан-
ка нужное положение. Почему при ударе по железке она
входит в рубанок, а при ударе по колодке — выходит из
него?
5. В какую сторону отклоняются пассажиры относительно ав-
тобуса при повороте его вправо? влево?
32. СИЛА
Явление взаимодействия тел и явление инерции,
рассмотренные в § 22, 30, показывают, что изменить
скорость движения какого-нибудь тела можно толь-
ко действием на него других тел. Этот вывод можно
подтвердить новыми примерами.
Толкая вагонетку (рис. 48), ее можно привести
в движение, то есть изменить ее скорость. В этом
случае вагонетка изменяет свою скорость под дей-
ствием человека.
Кусок железа, лежащий на пробке, опущенной
в воду, притягиваясь магнитом, приходит в движе-
ние (рис. 49). В этом случае магнит есть тело, кото-
рое изменяет скорость пробки.
При действии руки на шар (рис. 50, о) пружина
сжимается, то есть конец ее приходит в движение.
Сжатая пружина, распрямляясь, приводит в движе-
ние шар (рис. 50,6). Сначала действующим телом
была рука человека — она привела в движение шар
и конец пружины. Залем шар пришел в движение,
Рис. 49.
61
Рис. 50.
а
б
Рис. 51.
под действием на
ско-
него
не указывают, какое
тело
Рис. 62.
отдельных его
при ударе по
неодинакового
сжимается, он
то есть изменил свою скорость, под действием сжа-
той пружины.
Рукой или ракеткой можно остановить летящий
мяч или изменить направление его движения.
Во всех приведенных примерах тело под дей-
ствием другого тела приходит в движение, останав-
ливается или изменяет направление своего движе-
ния. Иначе говоря, во всех этих примерах
рость тела меняется
других тел.
Для простоты обычно
и как действует на данное тело, а говорят, что на
тело действует сила или к телу приложена сила.
Сила — причина изменения скорости движения.
Под действием силы может изменяться скорость
не только всего тела в целом, но и
частей. Это происходит, например,
резиновому мячу ракеткой. Из-за
перемещения отдельных частей мяч
деформируется (меняет свою форму, рйс. 51). Де-
формация доски, на которую садится человек
(рис. 52), возникает потому, что середина доски пе-
ремещается на большее расстояние, чем ее края.
Чтобы изменить скорость движения разных тел
на одинаковую величину, требуются силы различной
величины. Сдвинуть с места плуг труднее, чем не-
большую тележку. Другими словами, для приведе-
ния
для
или
в движение плуга требуется большая сила, чем
тележки. Значит, сила может иметь большее
меньшее числовое значение.
1. В чем проявляется действие одного тела на другое? 2. При-
ведите примеры, показывающие, что скорость тела меняется
вследствие действия на него другого тела. 3. Что такое сила?
4. Почему меняется форма тела под действием на него силы?
62
Рис. 53.
33. ЯВЛЕНИЕ ТЯГОТЕНИЯ. СИЛА ТЯЖЕСТИ
Рис. 54а.
Посмотрим, как летит камень, брошенный го-
ризонтально (рис. 53). Камень не летит прямоли-
нейно и равномерно, его траектория — кривая ли-
ния. Запущенный с Земли искусственный спутник не
летит по прямой, а движется вокруг Земли
(рис. 54а). Следовательно, на эти тела действует
сила — это сила притяжения к Земле. Благодаря
притяжению к Земле падают вниз тела (рис. 546),
поднятые над Землей и затем отпущенные, течет
вниз вода в реках. Человек, подпрыгнув, опускается
на Землю, потому что Земля притягивает его.
Все тела, находящиеся на Земле или вблизи
Земли, притягиваются к ней: люди, вода в морях,
океанах и реках, дома и т. д В свою очередь и Зем-
ля притягивается к этим телам.
Притяжение существует не только между Землей
и телами, находящимися на ней. Все тела притяги-
ваются друг к другу. Притягиваются между собой
Луна и Земля. Притяжение Земли к Луне вызывает
на Земле приливы и отливы воды, заставляя огром-
Рис. 546.
ные ее массы в океане подниматься дважды в сутки
Ньютон Исаак (1643—1727)—английский физик
и математик. Им открыты основные законы двн-
ження тел и тяготения, изучены многие свойства
света, разработаны важнейшие разделы высшей
математики.
63
на много метров. Земля и все остальные планеты,
движущиеся вокруг Солнца, притягиваются к нему
и друг к другу. Притягиваются друг к другу и все
гела на Земле. Поэтому притяжение всех тел Все-
ленной друг к другу названо всемирным тяготением.
Английский ученый Исаак Ньютон открыл закон,
согласно которому силы притяжения между телами
тем больше, чем больше массы этих тел, и силы при-
тяжения между телами убывают с увеличением рас-
стояния между ними.
Для нас, живущих на Земле, особенно важное
значение имеет сила притяжения тел к Земле.
Силу, с которой тело притягивается к Земле
в данном месте, называют силой тяжести.
Так как земной шар немного сплюснут у полю-
сов, то тела, находящиеся вблизи полюсов, располо-
жены немного ближе к центру Земли В этом одна
из причин того, что сила тяжести тела на полюсе
несколько больше, чем на экваторе и на других
широтах. На вершине высокой горы сила тяжести
тела несколько меньше, чем у ее подножия.
Сила тяжести тела прямо пропорциональна мас-
се этого тела. Во сколько раз масса одного тела
больше массы другого тела, во столько же раз и сила
тяжести первого тела больше силы тяжести второго.
Если массы тел одинаковы, то одинаковы и дей-
ствующие на них силы тяжести.
1. Почему камень, брошенный горизонтально, не летит прямо-
линейно? 2. Какая сила удерживает тела на поверхности Зем-
ли? 3. Какую силу называют силой тяжести? 4. Почему сила тя-
жести на полюсах Земли несколько больше, чем на экваторе
и других широтах? 5. Как зависит сила тяжести тела от его
массы?
34. СИЛА УПРУГОСТИ
На все тела, находящиеся на Земле, как мы ви-
дели (§ 33), действует сила тяжести (|)ис. 55). Сила
тяжести является причиной того, что тела, лишен-
ные опор и подвесов, падают на Землю. Под дей-
64
ствием силы тяжести падают на Землю капли дож-
дя, снежинки, оторвавшиеся от веток листья.
Но когда тот же снег лежит на крыше, на него
по-прежнему действует сила тяжести, однако он не
падает, а находится в покое. Рассмотрим, почему
покоятся тела, лежащие на опоре или подвешенные
на нити.
На рисунке 55, а изображена доска, лежащая
горизонтально на двух опорах. Если на середину ее
поставить гирю, то под действием силы тяжести
некоторое время гиря вместе с доской будет дви-
гаться вниз. Затем остановится.
Что задержало ее движение? Остановку гири
можно объяснить только тем, что, кроме силы тя-
жести, направленной вниз, на нее подействовала
еще другая сила, направленная вверх.
Откуда возникла эта другая сила? Чтобы отве-
тить на этот вопрос, рассмотрим, что происходит
с доской при ее движении вниз. При движении доска
(или любая другая опора, рис. 55, б) прогибается —
деформируется. При этом возникает сила, с которой
опора (в нашем примере — доска) действует на тело,
лежащее на ней, эта сила направлена вверх, то есть
в сторону, противоположную силе тяжести. Ее на-
зывают силой упругости.
Чем больше прогибается опора, тем больше
величина силы упругости. Когда сила упругости
становится равной силе тяжести, действующей на
тело, опора и тело останавливаются.
1. В чем проявляется действие на тело силы тяжести? 2. Какую
силу называют силой упругости?
ЗАВ Перышкин. Н. А. Родина Физика для 6-го класса
65
?
Для
дополнительного
чтения
35. ВЕС ТЕЛА
Когда тело ставят на опору, то деформируется
не только опора, но и тело, притягиваемое Землей.
Деформированное, сжатое тело давит на опору с си-
лой, которую называют весом тела.
Если тело подвешено на нити, то оно растягивает
нить, при этом также возникает сила упругости.
Вес тела есть сила, с которой тело вследствие
притяжения к Земле действует на опору или натя-
гивает подвес.
Следует различать силу тяжести, действующую
на тело, и вес тела. Сила тяжести действует на са-
мо тело, а вес этого тела действует на опору или
подвес.
1. Что называют весом тела? 2. В чем отличие веса тела от
силы тяжести, действующей на тело?
36. НЕВЕСОМОСТЬ
Мы живем в век начала освоения космоса, в
век полетов космических кораблей вокруг Земли,
на Луну и на другие планеты Солнечной системы.
Нам часто приходится слышать и читать о том, что
летчики-космонавты и все предметы на космическом
корабле во время его свободного полета находятся
в особом состоянии, называемом состоянием неве-
сомости. Что же это за состояние и можно ли его
наблюдать на Земле? Невесомость — сложное
физическое явление. Чтобы в нем хорошо разо-
браться, необходимы глубокие знания физики.
Однако некоторые представления о состоянии неве-
сомости можно получить и в начале изучения фи-
зики.
Напомним, что под весом тела мы понимаем
• силу, с которой тело вследствие притяжения к
Земле давит на подставку или растягивает нить
подвеса. Когда опора или подвес неподвижны, вес
тела равен силе тяжести, действующей на тело.
Представим теперь такой случай, когда опора
или подвес будут вместе с телом свободно падать.
Ведь опора и подвес тоже тела, и на них тоже
действует сила тяжести.
Каков в этом случае будет вес тела, тс- есть с
какой силой тело будет давить на опору?
66
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http:/,Tremas.narod ru для БЕСПЛАТНОГО использования.
Обратимся к опыту. Для опыта берут неболь-
шое тело и подвешивают его к пружине (рис. 56, а),
другой конец которой прикреплен к неподвижной
опоре.
Под действием силы тяжести тело начинает
двигаться вниз, поэтому пружина растягивается до
тех пор, пока возникшая в ней сила упругости не
уравновесит силу тяжести.
Затем пережигают нить, удерживающую пру-
жину с телом, пружина вместе с телом падает.
Наблюдая за пружиной, замечают, что растяжение
ее исчезло (рис. 56, б). И пока пружина с телом
падает, она остается нерастянутой. Следовательно,
падающее тело не действует на падающую вместе с
телом пружину. В этом случае вес тела равен нулю,
но сила тяжести не равна нулю, она по-прежнему
действует на тело и заставляет его падать.
Точно так же если тело и подставка, на которой
лежит это тело, будут свободно падать, то тело
перестанет давить на подставку. И в этом случае
вес тела будет равен нулю.
Подобные явления наблюдаются и на спутнике,
вращающемся вокруг Земли. Сам спутник и все
находящиеся на нем тела, включая космонавта
(рис. 57), вращаясь вокруг Земли, как бы непре-
рывно свободно падают на Землю. Вследствие этого
тело, лежащее на подставке, не давит на эту под-
ставку, привязанное к пружине и подвешенное тело
не растягивает пружину и т. д. Про такие тела
говорят, что они находятся в состоянии невесо-
мости.
Не закрепленные в корабле-спутнике тела сво-
бодно «парят». Жидкость, налитая в сосуд, не
давит на дно и стенки сосуда, поэтому она не выте-
кает через отверстие в сосуде. Маятники часов
а
Рис. 66.
Рис. 57.
67
покоятся в любом положении, в котором их поста-
вили. Космонавту, чтобы удержать руку или ногу в
наклонном положении, не требуется никакого
усилия. У него исчезает представление о том, где
верх и где низ. Если сообщить какому-нибудь телу
скорость относительно кабины спутника, то оно
будет двигаться прямолинейно и равномерно, пока
не столкнется с другими телами.
Советский космонавт Г. С. Титов рассказывал,
что его больно ударила кинокамера, свободно дви-
гавшаяся в кабине корабля-спутника в состоянии
невесомости.
37. ЕДИНИЦЫ СИЛЫ
Сила — физическая величина. Ее можно изме-
рить, то есть сравнить с силой, принятой за единицу.
Мы знаем, что различные единицы величин
выбирают условно. И за единицу силы можно при-
нять любую силу, например силу упругости опреде-
ленной пружины, растянутой до определенной
длины.
Можно выбрать в качестве единицы силы и силу
тяжести, действующую на какое-нибудь тело.
По международному соглашению за единицу си-
лы принята единица, которую называют / ныдтон
/ ньютон равен силе тяжести, действующей на тело
массой 0,1 кг, или, точнее, g-g кг.
Единица силы ньютон названа гак в честь вели-
кого английского физика Исаака Ньютона.
Следует учесть, что сила тяжести, действующая
на тело, зависит от географической широты места,
в котором находится данное тело. Поэтому сила
» I
тяжести, действующая на тело массой 9 g кг, точ-
но равна 1 ньютону только на определенной широте,
а именно на широте французского г. Севра, где хра-
нится эталон массы.
Значение числа 9,8 станет понятным при изуче-
нии физики в старших классах.
Сокращенное обозначение единицы силы — 1 н
Этой единицей измеряют не только силу тяжести,
но и другие силы, например силу упругости.
68
Как, пользуясь единицей силы 1 н, подсчитать
силу тяжести, действующую на тело любой массы?
Так как 1 я~—сила тяжести, действующая на
.1
тело массой кг, то отсюда следует, что на тело
кассой 1 кг действует сила тяжести, равная 9,8 н.
Сила тяжести, равная 9,8 н, действует на каждый
килограмм массы (на широте г. Севра). Сокращенно
будем обозначать это так: 9,8 —.
КЗ
Но сила тяжести тем больше, чем больше масса
тела. Поэтому если на тело массой 1 кг действует
сила тяжести 9,8 н, то на тело массой 2 кг действует
в два раза большая сила и равная 19,6 н, на тело
в 3 кг— в три раза большая сила, равная 29,4 н,
и т. д.
Чтобы вычислить в ньютонах силу тяжести, дей-
ствующую на тело, надо число килограммов массы
тела умножить на число 9,8
F = 9,8-£-m, F=9fi—m
здесь F — сила тяжести, выраженная в ньютонах,
т — масса, данная в килограммах.
Мы знаем, что силу, с которой тело, притягиваясь
Землей, давит на опору, называют весом тела.
Если опора расположена горизонтально и не-
подвижно относительно Земли, то вес тела разен
силе тяжести.
В дальнейшем в этой книге, говоря о весе тела,
мы будем всегда относить его к неподвижной и го-
ризонтально расположенной опоре. Поэтому и вес
тела Р в ньютонах будем рассчитывать по формуле:
Р = 9,8 — -пг,
кг
где масса m выражена в килограммах.
В ряде случаев при расчетах можно округлять
числа и считать 1 н силой тяжести, действующей на
тело массой 0,1 кг, то есть 100 г. Тогда сила тяжести,
действующая на тело массой 1 кг, будет приближен-
но равна 10 н, на тело массой 500 г — 5 н, массой
200 г — 2 н и т. д.
69
В технике и быту пока еще пользуются и другой
единицей силы, которую называют 1 килограмм-
сила (1 кгс). Эта единица в 9,8 раза больше, чем
1 я, то есть 1 кгс = 9,8 н (или приближенно
1 кгс^ 10 н).
1. Что значит измерить какую-нибудь силу? 2. Что принято за
единицу силы? 3. Какую силу называют ньютоном? 4. Какая
сила тяжести действует на тело массой 1 кг? 5. Как подсчитать
силу тяжести, действующую на тело любой массы? 6. В каком
случае можно применять для вычисления веса формулу, по
которой вычисляют силу тяжести?
Упр. 16
Для
дополнительного
чтения
Рис. 58. Солнечная
система: М—Мер-
курий; В—Венера;
3 — Земля; ЛГ —
Марс; Ю—Юпитер;
С — Сатурн; У —
Уран; Я—Нептун;
П— Плутон.
1. Чему равна сила тяжести, действующая на тело массой
2,5 кг? 800 г! 1,2 т1 50 г?
2. Скольким ньютонам равен вес тела, масса которого 10 кг1
200 г?
3. Определите вес грузового автомобиля, масса которого 3 т.
4. Человек весит 800 н. Какова его масса?
38. СИЛА
ТЯЖЕСТИ НА ДРУГИХ ПЛАНЕТАХ
Вокруг Солнца движутся 9 больших пла-
нет (рис. 58). Все они удерживаются около
Солнца силами тяготения. Эти силы очень
велики. Например, между Солнцем и Землей
действует сила тяготения, равная примерно
30 000000000 000 000000 000 н = 3-1022 н. Большая
величина этой силы объясняется тем, что массы
Солнца и Земли очень велики.
Среди этих планет Солнечной системы наимень-
шую массу имеет Меркурий—его масса почти в
19 раз меньше массы Земли. Масса самой большой
планеты Солнечной системы — Юпитера — в 318 раз
больше массы Земли. Вокруг многих планет дви-
жутся их спутники, которые также удерживаются
вблизи планет силами тяготения. Спутник нашей
Земли — Луна — самое близкое к нам небесное
тело, расстояние между Луной и Землей равно
в среднем 380 000 км. Масса Луны в 81 раз меньше
массы Земли.
Чем меньше масса планеты, тем с меньшей
силой она притягивает к себе тела. Сила тяжести
на поверхности Луны в 6 раз меньше силы тяжести,
действующей на поверхности Земли. Например,
автомобиль, масса которого 600 кг, на Луне ве-
70
сил бы не 6000 н, как на Земле, а только 1000 н
(рис. 59). А если бы человек высадился на Юпитер,
масса которого во много раз больше массы Земли,
то вес человека увеличился бы там почти в 3 раза
по сравнению с Землей.
Для того чтобы покинуть Луну, тела долж-
ны иметь скорость не 11 , как на Земле,
о км
а всего 2 --.
сек
Кроме 9 больших планет с их спутниками, во-
круг Солнца движется группа очень маленьких пла-
нет, которые называют астероидами. Даже самая
большая из этих планет — Церера — по радиусу
почти в 20 раз, а по массе в 7500 раз меньше Земли.
Сила тяжести на этих планетах так мала, что чело-
век, оттолкнувшись от поверхности такой планеты,
мог бы улететь с нее. Четвертая по величине плане-
та-астероид— Веста — имеет массу, в 60 000 раз
меньшую массы Земли.
Вот как описывает К. Э. Циолковский в расска-
зе «Путь к звездам» условия пребывания человека
на этом астероиде: «На Земле я могу свободно
Рис. 59.
нести еще одного человека такого же веса, как я.
На Весте с такою же легкостью могу нести в 30 раз
больше, то есть 60 человек. На Земле я могу под-
прыгнуть на 50 см На Весте такое же усилие дает
прыжок на 30 м. Это — высота десятиэтажного дома
или огромнейшей сосны. Там легко перепрыгивать
через рвы и ямы шириной в порядочную реку. Мож-
но перепрыгивать через 15-метровые деревья и дом.
И это без разбега».
39. ДИНАМОМЕТР
Приборы для измерения силы называют динамо-
метрами Устройство динамометра основано на
том, что сила упругости пружины возрастает во
столько же раз, во сколько возрастает деформация
пружины.
Простейший пружинный динамометр изготов-
ляют так. На дощечке, оклеенной белой бумагой,
укрепляют пружину, заканчивающуюся внизу
1 От греческих слов: динамис — сила, метрео — мерю
I
a
О
Рис. 60.
Рис. 61.
стержнем с крючком (рис. 60, а). К верхней части
стержня прикрепляют указатель. Положение указа-
теля отмечают на бумаге при нерастянутой пружи-
не — это нулевое деление. Затем к крючку подве-
шивают груз массой g“gK2> т0 есть Ю2 г. На этот
груз действует сила тяжести 1 н. Под влиянием си-
лы 1 н пружина растянется, указатель опустится
вниз. Новое его положение отмечают на бумаге
и около этой отметки ставят цифру 1 (рис. 60,6).
Затем подвешивают груз массой 204 г и ставят от-
метку 2, означающую, что при таком положении
сила упругости пружины равна 2 н. При помощи
груза 306 г наносят отметку 3 и т. д.
Можно нанести деления, соответствующие де-
сятым долям ньютона: 0,1; 0,2; 0,3 и т. д. Для этого
расстояние между отметками 0 и 1, 1 и 2, 2 и 3 и т. д.
нужно разделить на 10 равных частей.
Проградуированная пружина и будет простей-
шим динамометром (проградуировать прибор —
значит нанести на него шкалу с делениями).
Динамометрами можно измерить не только силу
тяжести, но и другие силы: силу трения, силу упру-
гости и т д.
Для измерения мускульной силы руки при сжа-
тии кисти в кулак применяют ручной динамометр —
силомер (рис 61). Основная его часть—овальная
пружина, с которой соединен механизм указателя.
При сжатии пружины рычажок поворачивает
стрелку.
Для измерения больших сил, таких, например,
как сила тяги трактора (рис. 62, б), используют спе-
циальные тяговые динамометры (рис. 62, а). Ими
можно измерять силы до нескольких десятков тысяч
ньютонов.
Динамометр
Рис. Ь2.
72
1. Какой прибор служит для измерения сил? На чем основано
его устройство? 2. Как изготовить простейший динамометр?
3. Как нанести на шкалу динамометра деления, соответствую-
щие 0,1 н? J. Для чего применяют силомер? Тяговый динамо-
метр?
40. СИЛА — ВЕКТОРНАЯ ВЕЛИЧИНА
Как мы уже знаем, сила — это физическая вели-
чина, и действие силы на тело зависит от числового
значения ее величины. Чем сильнее растягивают
пружину, тем больше она удлиняется. Чем плотнее
закрыта дверь, тем с большей силой мы должны
ее толкать, чтобы открыть.
Но действие силы зависит также и от ее направ-
ления. В зависимости от направления силы пружина
будет растягиваться и сжиматься, дверь откры-
ваться или закрываться еще плотнее.
Величины, которые, кроме числового значения,
имеют направление, называют векторными величи-
нами. Сила — величина векторная.
Большое значение имеет и то, к какой точке тела
приложена действующая на него сила. Ведь недаром
ручку двери прикрепляют как можно дальше от пе-
тель — так легче поворачивать дверь. Попробуйте
повернуть дверь, толкая ее в точке, лежащей близко
от петель,— это сделать труднее, чем поворачивая
дверь за ручку.
Из приведенных примеров можно сделать вы-
вод: действие силы на тело зависит от числового
значения ее величины, направления и точки при-
ложения.
На чертеже силу изображают в виде отрезка
прямой со стрелкой на конце (рис. 63). Начало
отрезка А есть точка приложения силы. Длина от-
резка условно изображает в некотором масштабе
величину силы. Например, если условиться 1 н изо-
бражать отрезком длиной 0,5 см, то сила 5 н изобра-
зится отрезком длиной 2,5 см.
Направление стрелки указывает на направление
силы.
Рис. 63.
73
Рис. 64.
Пример. На полу стоит мешок с зерном мас-
сой 50 кг. Вычислим силу тяжести мешка и его вес
и изобразим эти силы на чертеже
Решение:
F = Р = 9,8 — -50 кг = 500 н.
кг
Выбираем масштаб и изображаем графически
силы, как показано на рисунке 64
1. Приведите примеры, показывающие, что действие силы
зависит от ее числового значения, направления и точки при-
ложения. 2. Почему сила является векторной величиной?
3. Как изображают силы на чертеже? 4. Чем отличаются изо-
бражения на чертеже силы тяжести и веса тела?
Упр
.17
1. Изобразите на чертеже в выбранном вами масштабе сле-
дующие силы: а) вес тела 400 н, б) силу удара по мячу,
реяную 50 н и направленную горизонтально.
2. Трактор ДТ-54 при работе может развивать силу тяги до
28 500 к. Изобразите эту силу графически в масштабе 1 см —
5000 н.
3. На неподвижной платформе стоит ящик с кирпичами мас-
сой 3 г. Изобразите в выбранном вами масштабе силу тя-
жести и вес ящика.
41. СЛОЖЕНИЕ СИЛ. РАВНОДЕЙСТВУЮЩАЯ СИЛ
В большинстве случаев, с которыми мы встреча-
емся в жизни, на тело действует не одна, а сразу
несколько сил. Так, например, на пилу при распи-
ливании доски действует мускульная сила человека,
сила сопротивления доски и сила тяжести. На дви-
жущийся корабль действует сила тяги вращающе-
гося винта, силы сопротивления воды и воздуха,
сила тяжести и выталкивающая сила со стороны
воды. На тело, висящее на растянутой пружине
(см. рис. 56, а), действуют две силы: сила тяжести
и сила упругости пружины.
В каждом подобном случае можно заменить не-
сколько сил, в действительности приложенных к
телу, одной силой, равноценной по своему действию
этим силам.
74
Силу, которая производит на тело такое же дей-
ствие, как несколько одновременно действующих
сил, называют равнодействующей этих сил.
Нахождение равнодействующей нескольких сил
называют сложением этих сил.
?
1. Какую силу называют равнодействующей нескольких
сил? 2. Что называют сложением сиг?
42. СЛОЖЕНИЕ ДВУХ СИЛ, НАПРАВЛЕННЫХ а
ПО ОДНОЙ ПРЯМОЙ
Рассмотрим, как найти равнодействующую двух
сил, действующих на тело по одной прямой в одну
сторону или в противоположные стороны.
Обратимся к опыту. К пружине один под другим
подвешивают два груза весом 1 н и 2 н (рис. G5, а)
и отмечают длину, на которую растянулась пружи-
на. Затем эти грузы снимают и заменяют одним
грузом, который растягивает пружину на такую же
б
Рис. 65.
длину (рис. 65,6). Вес этого груза оказывается
равным 3 н.
Основываясь на опыте, заключаем: равнодей-
ствующая двух сил, направленных по одной прямой
в одну сторону, равна сумме этих сил и направлена
в ту же сторону.
На рисунке 66 равнодействующая сил, действу-
ющих на тело, обозначена буквой R, а слагаемые
силы — буквами F\ и Г2.
Если же на тело действуют две силы, направлен-
ные по одной прямой в противоположные стороны,
то равнодействующая их равна разности этих сил.
Это легко проверить на опыте. На столик динамо-
метра (рис. 67, а) ставят груз весом 5 н. К столику
привязывают нитку и, зацепив за нитку динамо-
метром, тянут вверх с силой 2 н (рис. 67, 6).
Теперь к столику динамометра приложены две
силы: вес груза, равный 5 н, направленный верти-
кально вниз, и сила 2 н, направленная вертикально
вверх.
Рис. 66.
75.
a
б
Рис. 67.
Динамометр в этом случае покажет силу 3 н,
эта сила_ еств равнодействующая двух сил: 5 н и
2 н — и равна их разности (3 н=5 н — 2 н). Если за
конец нити потянуть с силой 5 н, то стрелка дина-
мометра установится на нулевом делении. Равно-
действующая двух сил в этом случае равна нулю
(5« — 5н=0). Во всех подобных случаях равно-
действующая двух сил равна разности этих сил.
Итак, равнодействующая двух сил, направлен-
ных по одной прямой в противоположные стороны,
равна разности этих сил и направлена в сторону
большей силы.
На рисунке 68 показаны слагаемые силы F\
и F2, направленные в противоположные стороны, и
их равнодействующая R.
Если к телу приложены две равные и направ-
ленные противоположно силы, то равнодействую-
щая этих сил равна нулю. Тело под действием
двух равных и противоположно направленных сил
будет находиться в покое или двигаться равномер-
но и прямолинейно по инерции.
1. Приведите пример сложения двух сил, действующих по
одной прямой в одну сторону. 2. Опишите опыт, в котором
определяют равнодействующую двух сил, направленных по
одной прямой в одну сторону. Чему равна эта равнодействую-
щая? 3. Чему равна равнодействующая двух сил, направлен-
ных по одной прямой в противоположные стороны? 4. Как бу-
дет двигаться тело под действием двух равных противополож-
но направленных сил?
Упр. 18
1. Человек, масса которого 70 хе, держит на плечах ящик мас-
сой 20 Kt. С какой силой человек давит на землю?
2. В игре по перетягиванию каната участвуют четыре человека.
Два из них тянут канат а одну сторону с силами 330 н и
380 н, два — в противоположную сторону с силами 300 к
и 400 н, В каком направлении будет двигаться канат и как
велика сила, двигающая его?
3. Человек спускается на парашюте, двигаясь равномерно.
Сила тяжести парашютиста вместо с парашютом 700 н.
Чему равна сила сопротивления воздуха? Изобразите эти
две силы в определенном масштабе на чертеже, приложив
их к одной точке, лежащей на линии, вдоль которой дей-
ствуют силы.
76
43. СИЛА ТРЕНИЯ
В предыдущих параграфах мы ознакомились с
двумя видами сил: силой тяжести и силой упруго-
сти. Кроме них, распространенным видом силы, с ко-
торым постоянно встречаются на практике, явля-
ется сила трения.
Санки, скатившись с горы, по инерции скользят
по горизонтальному пути. Однако они не движутся
равномерно, скорость их постепенно уменьшается,
и через некоторое время они останавливаются.
Мальчик, разбежавшись, скользит на коньках по
льду, но, как бы ни был гладок лед, мальчик все-
таки останавливается. Останавливается и велосипед,
когда велосипедист прекращает вращать педали.
Но причиной всякого изменения, в данном случае
уменьшения, скорости движения является сила. Зна-
чит, и в рассмотренных примерах на каждое дви-
жущееся тело действовала сила.
Силу, возникающую при движении одного тела
по поверхности другого и направленную против дви-
жения, называют силой трения (рис. 69).
Одна из причин возникновения силы трения за-
ключается в шероховатостях соприкасающихся тел.
Даже гладкие на вид поверхности тел имеют неров-
ности, бугорки и царапины. На рисунке 70, а эти
неровности изображены в увеличенном виде. Когда
одно тело скользит или катится по поверхности —
другого, эти неровности зацепляются друг за друга,
что создает некоторую силу, задерживающую дви-
жение.
Другая причина трения — взаимное притяжение fтрения
молекул соприкасающихся тел. Когда поверхности Рис. 69.
Рис. 70.
77
тел шероховаты, грубо обработаны, то возникнове-
ние силы трения обусловлено главным образом пер-
вой причиной.
Но если поверхности тел хорошо отполированы,
то при соприкосновении часть их молекул распола-
гается так близко друг от друга, что заметно начи-
нает проявляться притяжение между молекулами
соприкасающихся тел.
Силу трения можно уменьшить во много раз,
если ввести между трущимися поверхностями смаз-
ку. Слой смазки (рис. 70, 6) разъединяет поверхно-
сти трущихся тел, мешает им соприкасаться. Теперь
скользят друг по другу не поверхности тел, а слои
смазки, так как смазка в большинстве случаев
жидкая, а трение слоев жидкости меньше, чем
твердых поверхностей. Малое трение при скольже-
нии по льду, например на коньках, объясняется
тоже действием смазки. Между коньками и льдом
образуется тонкий слой воды, которая и играет
роль смазки.
В технике в качестве смазки широко применяют
различные масла.
Различают несколько видов трения, в зависимо-
сти от того, как происходит взаимодействие тру-
щихся тел. При скольжении одного тела по другому
говорят о трении скольжения. Такое трение возни-
кает, например, при движении саней и лыж по сне-
гу, подошвы по земле.
Если же одно тело не скользит, а катится по
другому, то трение, возникающее при этом, назы-
вают трением качения. Так, при качении колес
вагона, автомобиля, при перекатывании круглых
бревен или бочек по земле проявляется трение
качения.
1. Какие известные вам наблюдения и опыты показывают, что
существует сила трения? 2. Какую силу называют силой тре-
ния? 3. В чем заключается причина трения? 4. Какая из двух
причин трения, в большинстве случаев встречающихся в прак-
тике, основная? 5. Как смазка влияет на силу трения? Объяс-
ните это. 6. Какие виды трения вы знаете? 7. В каких случаях
говорят о трении скольжения? 8. Какое трение называется
трением качения?
78
44. ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ СИЛА ТРЕНИЯ?
Силу трения можно измерить. Чтобы измерить,
например, силу трения скольжения деревянного
бруска по доске или по столу, надо прикрепить к
бруску динамометр (рис. 71, а) и равномерно дви-
гать брусок по доске. Что при этом покажет дина-
мометр? На брусок действуют две силы — сила
упругости пружины динамометра, направленная
вправо, и сила трения, направленная влево. Так
как брусок движется равномерно, то, значит, рав-
нодействующая этих двух сил равна нулю, то есть
эти силы равны по величине. Динамометр показы-
вает силу упругости (силу тяги), которая в данном
случае численно равна силе трения.
Таким образом, измеряя силу, с которой дина-
мометр действует на тело при его равномерном дви-
жении, мы находим силу трения.
Измерения позволяют установить, от чего зави-
сит сила трения.
Если на брусок положить груз, например гирю,
или нажать на брусок рукой и измерить по описан-
ному выше способу силу трения, то она окажется
больше. Чем больше сила, прижимающая тело к по-
верхности, тем больше сила трения, возникающая
при этом.
Положив деревянный брусок на две круглые
палочки, можно измерить силу трения качения
(рис. 71,6). Она оказывается меньше силы трения
при скольжении. Это можно показать и на таком
79
простом опыте. Если установить наклонно книгу и
положить на нее вдоль наклона круглый карандаш,
то карандаш будет лежать на книге. Если же поло-
жить карандаш поперек такого же наклона, он ска-
тится с книги.
Все эти опыты показывают, что при равных на-
грузках сила трения качения всегда меньше силы
трения скольжения.
1. Как можно измерить силу трения? 2. Как показать, что при
движении по горизонтальной плоскости сила трения зависит
от силы, прижимающей тело к поверхности? 3. Как показать
на опытах, что при равных нагрузках сила трения скольже-
ния больше силы трения качения?
45. ТРЕНИЕ ПОКОЯ
Для
дополнительного
чтения
Мы ознакомились с силой трения, возникающей
при движении одного тела по поверхности другого.
Но можно ли говорить о силе трения между сопри-
касающимися твердыми телами, когда эти тела
находятся в покое?
Когда тело находится в покое на наклонной
плоскости, оно удерживается на ней силой трения.
Действительно, если бы не было трения, то тело
под действием силы тяжести соскользнуло бы вниз
по наклонной плоскости. Рассмотрим этот вопрос
и для случая, когда тело находится в покое на гори-
зонтальной плоскости. Пусть, например, на полу
стоит стол Попробуем его передвинуть. Если на
80
стол нажать слабо, то он не тронется с места. По-
чему? Действующая сила в этом случае уравнове-
шивается силой трения между полом и ножками
стола. Так как эта сила препятствует телам прихо-
дить в движение, ее принято называть силой трения
покоя.
Сила трения покоя направлена против того дви-
жения, которое должно было бы возникнуть. Следо-
вательно, сила трения покоя возникает при попыт-
ках вывести тело из состояния покоя. За величину
силы трения покоя принимают ту силу, которая вы-
водит тело из состояния покоя.
На рисунке 72 изображен транспортер, с помо-
щью которого поднимают тюки с хлопком. Тюки
удерживаются на ленте транспортера силой трения
покоя.
46, ТРЕНИЕ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ
В природе и технике трение имеет большое зна-
чение. Трение может быть полезным и вредным.
Когда оно полезно, его стараются увеличить, когда
вредно — уменьшить. Рассмотрим некоторые при-
меры.
Без трения ни люди, ни животные не могли бы
передвигаться но земле. Действительно, при ходьбе
мы отталкиваемся ногами от земли. Когда же тре-
ние между подошвой обуви и землей (или льдом)
мало, например в гололедицу, то отталкиваться от
земли очень трудно, ноги при этом скользят. Чтобы
ноги прохожих не скользили, тротуары в городах и
поселках посыпают песком. Это увеличивает силу
трения между подошвой обуви и льдом.
Не будь трения, предметы выскальзывали бы
из рук.
Сила трения останавливает автомобиль при
торможении. Без трения он не смог бы и начать
движение. Колеса вращались бы, проскальзывали,
а автомобиль продолжал бы стоять на месте. Чтобы
увеличить трение, поверхность шин у автомобиля
Делают с ребристыми выступами (рис. 73), Зимой,
когда дорога бываег особенно скользкая, на колеса
автомобиля надевают специальные цени
Рис. 73.
*’ А. В Перышкнн Н. А Година. Физика для Нго класса 81
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГО использования.
к
Рис. 74. Подшип-
ник скольжения:
1—корпус подшип-
ника; 2—вкладыш;
3—вал, скользя-
щий в подшипнике,
4— отверстие для
смазки.
Подумайте и немного пофантазируйте: что бы
произошло со всеми нами, если бы в природе вдруг
исчезло трение?
Но мы уже говорили, что во многих случаях тре-
ние вредно и с ним приходится бороться. Например,
во всех машинах из-за трения нагреваются и
изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения
трения соприкасающиеся поверхности делают глад-
кими, между ними вводят смазку. Чтобы уменьшить
трение вращающихся валов машин и станков, их
опирают на подшипники. Деталь разъемного под-
шипника, непосредственно соприкасающуюся с
валом, называют вкладышем. Вкладыши делают из
бронзы, чугуна или стали. Для уменьшения трения
между вкладышем и вращающимся валом внутрен-
нюю поверхность вкладыша покрывают особыми
материалами, чаще всего баббитом ’, и обеспечива-
ют смазкой.
На рисунке 74 изображен подшипник, в котором
вал 3 при вращении скользит по поверхности вкла-
дыша 2. Подшипники такого рода называют под-
шипниками скольжения.
Мы знаем, что сила трения качения при одина-
ковой нагрузке значительно меньше силы трения
скольжения. На этом явлении основано применение
шариковых и роликовых подшипников. В таких под-
шипниках вращающийся вал не скользит по непод-
вижному вкладышу подшипника, а катится по нему
на стальных шариках или роликах.
Устройство простейших шарикового и ролико-
вого подшипников изображено на рисунке 75. Вну-
треннее кольцо подшипника, изготовленное из твер-
дой стали, насажено на вал. Наружное же кольцо
закреплено в корпусе машины При вращении вала
внутреннее кольцо катится на шариках или роли-
ках, находящихся между кольцами.
Замена в машинах подшипников скольжения
шариковыми или роликовыми подшипниками позво-
ляет уменьшить силу трения в 20- 30 раз.
1 Бабби г сплав свинца, олова и других металлов.
8?
Шариковыми и роликовыми подшипниками
снабжают разнообразные машины: автомобили,
токарные станки, электрические двигатели, вело-
сипеды, вагонные оси и т. д. Без них невозможно
представить современную промышленность и тран-
спорт.
1. Какое значение имеет трение в жизни человека и живот-
ных? 2. Каково значение трения на транспорте? 3. Какие спо-
собы уменьшения трения вы знаете? 4. Для какой цели исполь-
зуют в машинах подшипники? 5. Как устроен подшипник сколь-
жения, шариковый подшипник?
Рис. 75.
47. СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ
Мы узнали, что в природе существуют такие
виды сил, как сила тяготения, сила упругости и сила
трения.
В учении о молекулах говорят о силе взаимодей- .д
ствия молекул. Вспомним, что молекулы притяги- Ч
ваются друг к другу. Силы притяжения молекул
мы преодолеваем, когда разрываем нитку, ломаем
палку, колем лед, разбрызгиваем воду. Чтобы
разорвать, например, шелковую нить сечением
I мм2, нужно приложить к ней силу около 250 н
(подвесить гирю массой 25 кг). И эта сила нужна
для преодоления сил притяжения громадного числа ip-ч |
молекул, находящихся в том месте, где нить раз- (
рывается.
Но если между молекулами существуют только
силы притяжения, то почему молекулы всех тел не
сближаются «вплотную» друг с другом? Почему
трудно сжать жидкость, несмотря на то что между
ее молекулами существуют промежутки?
Объясняется это тем, что между молекулами
действуют не только силы притяжения, но и силы
отталкивания. Силы отталкивания приобретают зна-
чительную величину на расстояниях, еще меньших
тех, при которых действуют силы притяжения.
Представим себе две молекулы, находящиеся
Друг от друга на таком расстоянии, которое в пе-
6» 83
Рис. 76.
Для
дополнительного
чтения
?
сколько раз больше размеров самой молекулы
(рис. 76, вверху). На таком расстоянии сила притя-
жения молекул очень мала, а сила отталкивания
еще меньше силы притяжения. При сближении
молекул возрастают и та и другая сила, но сила
отталкивания растет быстрее. При дальнейшем
сближении молекул сила отталкивания сравняется
с силой притяжения (рис. 76, в середине).
Если молекулы будут продолжать сближаться,
то обе силы еще возрастут. Но ведь сила отталки-
вания растет быстрее, теперь она станет больше
силы притяжения, и молекулы оттолкнутся друг
от друга (рис. 76, внизу)
При растяжении резинового шнура молекулы
его расходятся на большие расстояния. Сила притя-
жения молекул становится больше силы отталкива-
ния, молекулы приближаются друг к другу, и шнур,
если перестать его растягивать, снова сокращается.
При сжатии же шнура молекулы сближаются, сила
отталкивания становится больше силы притяжения,
молекулы отталкиваются друг от друга, и в отсут-
ствие сжимающей силы шнур разожмется. Значит,
причиной возникновения силы упругости в шнуре
является взаимодействие его молекул.
1. Какие виды сил вам известны? 2. Приведите пример преодо-
ления сил притяжения молекул. 3. Почему молекулы тел не
сближаются «вплотную»? 4. Как изменяется сила притяжения
и сила отталкивания молекул при их постепенном сближении?
5. Почему после прекращения действия силы растянутый ре-
зиновый шнур сжимается, а сжатый — разжимается?
48, ЯВЛЕНИЕ СМАЧИВАНИЯ
Притяжением молекул друг к другу можно
объяснить и такое часто наблюдаемое на прак-
тике явление, как смачивание твердого тела жидко-
стью.
Ознакомимся с этим явлением на опыте.
Па тонкой пружине подвешивают горизонтально
стеклянную пластинку. Пружина под тяжестью пла-
стинки растягивается Снизу под пластинку под-
носят сосуд с водой так. чтобы пластинка легла на
84
Рис. 77.
поверхность воды в сосуде (рис. 77, с/). После этого
пластинку медленно поднимают вверх. При этом
пластинка не отрывается от воды, а прилипает к ней,
и пружина растягивается еще сильнее (рис. 77, б).
По величине растяжения пружины можно судить
о силах притяжения между молекулами, удержи-
вающими пластинку на поверхности воды.
Когда сила упругости пружины становится не-
много больше силы молекулярного притяжения, стек-
лянная пластинка отрывается от воды (рис. 77, в).
При этом она оказывается смоченной водою. Раз-
рыв происходит не в местах соприкосновения моле-
кул воды с молекулами стекла, а там, где молекулы
воды соприкасаются друг с другом. Иначе говоря,
вода смачивает стеклянную пластинку.
Вода смачивает также дерево, кожу и многие
другие вещества.
Если юпустить в воду пластинку из воска или
парафина и затем вынуть ее из воды, то пластинка
окажется сухой. Значит, вода не смачивает воск и
парафин. Вода не смачивает также все жирные
поверхности. Ртуть не смачивает чугун (ее обычно
хранят в чугунных бутылях), но смачивает золото,
цинк и другие вещества.
Если каплю жидкости поместить на гладкую
поверхность твердого тела, которое она не смачи-
вает, то капля соберется в шарик (рис. 78, слева).
А капля смачивающей жидкости растечется по по-
верхности твердого тела (рис. 78, справа). Поэтому
смачивающую и несмачивающую жидкости можно
отличить друг от друга по форме капли, лежащей
на поверхности твердого тела.
Когда в сосуде находится жидкость, которая
смачивает стенки сосуда, например вода в стеклян-
ном сосуде, то можно заметить, что около стенок
Рис. 78.
85
1
а б
Рис. 79.
Задание
такого сосуда поверхность жидкости слегка припод-
нята (рис. 79, а), а у несмачивающей, наоборот,
немного опущена (рис. 79,6). Эго явление особенно
заметно в тонких трубках.
Явления смачивания и несмачивания учитывают
и используют в практике. Мы вытираемся поло-
тенцами, сделанными из ткани, смачиваемой водой.
Мы пишем на бумаге, смачиваемой чернилами, и
используем металлические перья, которые также
смачиваются чернилами.
Интересно, что водоплавающие птицы смазы-
вают при помощи клюва свои перья жиром, выделя-
емым особой железой. Поэтому перья не смачива-
ются водой и птица не мерзнет и не тонет.
Поместите капли воды на поверхности различных тел:
клеенки, листьев растений, кусочков деревьев, металла. Опре-
делите по форме капли, какие из этих тел смачиваются водой
и какие не смачиваются. Проделайте этот же опыт, взяв вме-
сто воды жидкое масло. Запишите вь. ноды из опыта и сделайте
к нему рисунок.
49. КАПИЛЛЯРНОСТЬ
Для
дополнительного
чтения
Рис. 80.
Как мы уже знаем, по форме капли, лежащей на
поверхности твердого тела, можно различить жид-
кости, смачивающие и не смачивающие это тело
(рис. 78). Это отличие можно установить и на-
блюдая форму поверхности жидкости, налитой в
сосуд (рис. 79).
Рассмотрим еще одно явление, которое позво
ляет отличить жидкость, смачивающую стенки сосу-
да, от жидкости, не смачивающей их. Это явление
называют капиллярностью.
Тонкую стеклянную трубочку опускают в сма-
чивающую жидкость — воду. Вода поднимается по
трубочке вверх (рис. 80). Но чем выше подни-
мается жидкость в трубочке, тем больше стано-
вится сила тяжести, приложенная к столбику, и на-
конец при некоторой высоте столбика h подъем
жидкости в трубочке прекращается.
Если опустить в воду несколько трубочек раз-
ного диаметра (рис. 81, а), то можно заметить, что,
чем тоньше трубочка, тем выше в ней поднимается
вода.
Тонкие трубочки, в которых смачивающая жид-
кость заметно поднимается над уровнем жидкости
86
в широком сосуде, называют волосными или капил-
лярными (от латинского слова «капиллиус», что
значит «волос»).
Если капиллярные трубочки опустить в несма-
чивающую жидкость, например стеклянные трубоч-
ки в сосуд со ртутью, то можно заметить, что
уровни ртути в них установятся ниже уровня ртути
в сосуде (рис. 81,6).
Некоторые окружающие нас тела имеют пори-
стое строение, они пронизаны множеством мелких,
иногда незаметных для глаза каналов. Эти каналы
могут быть неровными, изломанными, но их диа-
метр очень мал, и они являются капиллярными.
К таким пористым телам относятся дерево, бумага,
кожа, почва, различные строительные материалы
и т. д. Вода и другие смачивающие жидкости, со-
прикасаясь с такими телами, втягиваются в эти
капилляры. Примерами этого служит поднятие
чернил по промокательной бумаге, керосина по
фитилю, воды в почве.
Капиллярность почвы (рис. 82) имеет весьма
важное значение для сохранения и перемещения в
ней влаги. В сухую погоду почва ссыхается, в ней
образуются тонкие трещины — капилляры, по кото-
рым влага снизу поднимается на поверхность. Это
ведет к еще большему высыханию почвы. Для со-
хранения влаги в почве верхний слой разрыхляют,
отчего капилляры разрушаются и уменьшается
подъем влаги (рис. 82, а). Наоборот, если почва
слишком влажная и необходимо, чтобы она под-
сохла, ее укатывают (рис. 82,6). При укатывании
расстояния между частичками почвы уменьшаются
и влага поднимается на поверхность.
Особенно важную роль капиллярные явления
играют в биологии. Большинство растительных и
животных тканей пронизано громадным числом
каналов, представляющих собой капилляры. Рас-
пространение питательных соков от корня до вер-
хушек растений связано, например, с движением
жидкостей в этих каналах.
Рис. 82.
а
б
Рис. 81.
87
50. ДАВЛЕНИЕ
Рис. 83.
Mu знаем, что действие силы зависит от ее вели-
чины. Но в некоторых случаях действие силы зави-
сит и от площади поверхности тела, на которую
действует эта сила.
По рыхлому снег} человек идет с большим тру-
дом, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но,
надев лыжи, он может идти по снегу почти не про-
валиваясь в него (рис. 83). На лыжах или без лыж
человек действует на снег с одной и той же силой,
равной своему весу. Но действие этой силы в обоих
случаях различно, потому что различна площадь
поверхности, па которую давит человек. Площадь
поверхности лыжи раз в двадцать больше площади
подошвы. Следовательно, стоя на лыжах, человек
давит на каждую единицу площади поверхности
снега с силон, в двадцать раз меньшей, чем стоя на
снегу без лыж
Ученик, прикалывая кнопками газету к доске,
действует на каждую кнопку с одинаковой силой.
Однако кнопка, имеющая острый конец, легче вхо-
дит в дерево.
Таким образом, результат действия силы зави-«
сит не только от ее величины, но и от площади той
поверхности, перпендикулярно которой она дей-
ствует.
Этот вывод подтверждают опыты.
В углы небольшой доски вбивают гвозди. Доску
остриями гвоздей вверх кладут на слон песка и
сверху на нее ставят гирю (рис. 84, и). Гвозди толь-
ко незначительно вдавливаются в песок. Затем
доску переворачивают и ставят ее на острие гвоздей
(рис. 84,6). В этом случае площадь опоры доски
уменьшается и под действием той же силы гвозди
значительно углубляются в песок.
От того, какая сила действует на каждую еди-
ницу площади поверхности, зависит результат дей-
ствия этой силы.
В рассмотренных при мерах силы действовали
перпендикулярно поверхности тела. Вес человека
88
был перпендикулярен поверхности снега, сила, дей-
ствовавшая на кнопку, перпендикулярна к ее по-
верхности.
Величину, численно равную силе, действующей
на единицу площади поверхности перпендикулярно
к этой поверхности, называют давлением.
За единицу давления принимают такое давле-
ние, которое производит единица силы на единицу
площади поверхности, например 1 н на 1 и1 2 3 или
I и на 1 см2. Сокращенно эти единицы записывают
Так как давление равно той силе, которая дей-
ствует на единицу площади, то, чтобы определить
давление, надо величину силы разделить па пло-
щадь поверхности:
сила F
давление =-------------, или р = -=r,
площадь S
где р — давление, F — сила, действующая на по-
верхность, и S — площадь.
Пример. Рассчитаем давление, производимое
на пол мальчиком, масса которого 45 кг, а площадь
подошв сто ботинок 300 си2 = 0,0300 м2.
давление =
___ сида
площадь
Вес мальчика Р = 9,8---45 /<г~450 н Давле-
ние, которое он производит на пол, равно:
450 н
0,0300 м2
= 15000 —V = 1.5 -А-.
м* см*
Зная давление, можно определить и силу, дей-
ствующую на всю поверхность тела. Эту силу назы-
вают силой давления. Давление показывает, какая
сила действует на единицу площади поверхности,
поэтому вся сила давления равна произведению
давления на площадь опоры.
1. Приведите примеры, показывающие, что действие силы за-
висит от площади опоры, на которую действует эта сила.
2. Почему человек, идущий на лыжах, не проваливается в снег?
Почему острая кнопка легче входит в дерево, чем тупая?
3. На каком опыте можно показать, что действие силы зависит
от площади поверхности? 4. Что называют давлением? 5. Как
определяют давление? 6. Как, зная давление, определить силу,
действующую на всю площадь опоры?
89
51. ДАВЛЕНИЕ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ
Рис. 85.
Рис. 86.
Тяжелый гусеничный трактор, вес которого со-
ставляет сотни тысяч ньютонов, производит на поч-
ву давление, всего в 2—3 раза большее, чем маль-
чик весом 450 н. Это давление примерно равно
40 000 — 50 000-^-. Объясняется это тем, что вес
м2
трактора распределяется на большую площадь его
гусениц.
Чем больше площадь опоры, тем меньше давле-
ние, производимое одной и той же силой на эту
опору.
В зависимости от того, хотят ли получить малое
или большое давление, площадь опоры увеличивают
или уменьшают.
Вот несколько примеров того, как в технике
используют большие площади опоры для уменьше-
ния давления, создаваемого очень тяжелыми пред-
метами.
Для того чтобы грунт мог выдержать давление
возводимого на нем здания, увеличивают площадь
нижней части фундамента (рис. 85).
Шины грузовых автомобилей делают значитель-
но шире, чем легковых. Особенно широкими делают
шины у автомобилей, предназначенных для пере-
движения в пустынях по песку.
Тяжелый трактор (рис. 86) или танк, имея боль-
шую опорную площадь гусениц, проходит по такой
болотистой местности, по которой не проедет всад-
ник на лошади.
Огромная землеройная машина — шагающий
экскаватор ЭШ 90/14, имеющий массу 1150 т, опи-
рается на металлическую плиту диаметром 14 м и
благодаря этому оказывает на почву давление,
только в 2 раза большее, чем человек.
С другой стороны, при малой площади поверх-
ности можно небольшой силой создать большое
давление. Поэтому режущие и колющие инструмен-
ты — ножи, ножницы, резцы, пилы, иголки и т. д.
остро оттачивают.
90
Вдавливая кнопку в дерево, мы действуем на
нее с силой около 50 н. Так как площадь острия
кнопки 0,1 мм1 2, то давление, производимое на дере-
во, будет равно:
О.оХ. =500000000=50000-^-.
Это давление в 10 000 раз больше давления,
производимого гусеничным трактором на почву.
Рис. 87.
1. Как в технике используют большие площади опоры для
уменьшения давления? 2. Зачем у сельскохозяйственных ма-
шин делают колеса с широкими ободами? 3. Почему режущие
и колющие инструменты оказывают на тела очень большие
давления?
1. Рассмотрите устройство плоскогубцев и клещей (рис. 87).
При помощи какого из этих инструментов, действуя одина-
ковой силой, можно произвести большее давление на зажа-
тое в них тело?
2. Зачем при бороновании плотных почв на борону наклады-
вают тяжелые предметы?
3. Когда человек производит большее давление на пол: когда
он стоит или когда ходит?
4. Гусеничный трактор ДТ-54 весом 52 000 н имеет опорную
площадь обеих гусениц 1,24 м2. Определите давление этого
трактора на почву и сравните его с тем давлением, которое
вы производите при ходьбе.
Упр. 19.
1. Зная свою массу и площадь ботинка, определите, какое
давление вы производите при ходьбе и стоя на месте.
Площадь опоры ботинка определите следующим образом.
Поставьте ногу на лист клетчатой бумаги и обведите контур
той части подошвы, на которую нога опирается (рис. 88).
Сосчитайте число полных квадратиков, попавших внутрь
контура, и прибавьте к нему половину числа неполных квад-
ратиков, через которые прошла линия контура. Полученное
число умножьте на площадь одного квадратика (площадь
квадратика на листе, взятом из школьной тетради, равна
*/ч см2) и получите площадь подошвы ботинка.
2. Измерьте длину, ширину и высоту кирпича. Определите
его объем. Найдите по таблице значение плотности кирпича
и рассчитайте его массу, а затем вес. Вычислите площади гра-
ней кирпича. Определите, какое давление производит кирпич,
когда он лежит на широкой грани. Каково будет давление,
если поставить кирпич на другую, среднюю грань, на самую
маленькую (торцовую) грань?
Задание
Рис. 88.
91
52. ДАВЛЕНИЕ ГАЗА
Рис. 89.
Рис. 90.
Мы уже знаем, что газы, в отличие от твердых
тел и жидкостей, заполняют весь объем сосуда, в
котором они находятся, например стальной баллон
для хранения газов, камеру автомобильной шины
или волейбольного мяча. При этом газ оказывает
давление на стенки баллона, камеры или любого
другого тела, с которым он соприкасается.
Рассмотрим следующий опыт. Под колокол воз-
душного насоса помещают закрытую камеру от
волейбольного мяча. Она содержит небольшое ко-
личество воздуха (рис. 89, а) и имеет неправильную
форму. Камера смята. Затем насосом откачивают
воздух из-под колокола. Камера, вокруг которой
воздух становится все более разреженным, постепен-
но раздувается и принимает форму шара (рис. 89, б).
Как объяснить этот опыт? Известно, что моле-
кулы газа беспорядочно движутся со скоростями,
близкими к скорости ружейной пули. При своем
движении молекулы сталкиваются с другими моле-
кулами, а также со стенками сосуда, в котором на-
ходится газ.
Рассмотрим, что происходит при соударении
каждой молекулы со стенкой сосуда. Во время со-
ударения взаимодействуют два тела: молекула и
стенка сосуда В результате этого взаимодействия
скорость молекулы меняется по направлению — мо-
лекула отскакивает от сгонки, как мяч (рис. 90).
А что происходит со стенкой? Она деформируется,
потому что удар молекулы вызывает движение
части стенки.
Удары отдельных молекул слабы, но молекул в
газе много, поэтому и число их ударов велико. Под-
считано, что в обычном, не сжатом воздухе число
ударов молекул, приходящееся на 1 см2 стенки
сосуда, в 1 сек выражается двадцатитрехзначным
числом. Это огромное число. Если бы взять, на-
пример, такое число зернышек пшена и уложить их
в один ряд, то можно было бы получившуюся це-
почку сто раз протянуть до ближайшей звезды и
92
обратно Результат такого числа ударов всех моле-
кул о стенки сосуда значителен. Следуя очень часто
друт за другом, эти удары производят давление на
стенки сосуда.
Вернемся к опыту и рассмотрим его подробнее.
В этом опыте движущиеся молекулы воздуха непре-
рывно бомбардируют стенки камеры внутри и сна-
ружи. При откачивании воздуха число молекул
в колоколе вокруг камеры уменьшается. Но внутри
закрытой камеры их число не изменяется. Поэтому
число ударов молекул о внутренние стенки камеры
становится больше числа ударов их о внешние стен-
ки камеры, и камера раздувается до тех пор, пока
сила упругости резиновой оболочки раздутой каме-
ры не станет равной силе давления газа. Шаровая
форма, которую принимает раздутая камера, пока-
зывает, что газ давит на стенки камеры по всем
направлениям одинаково, иначе говоря, число уда-
ров молекул, приходящееся на единицу площади
поверхности камеры, по всем направлениям одина-
ково. Это очень характерно для газа и является
следствием • беспорядочного движения огромного
числа молекул.
1. Как можно на опыте показать, что газ производит давление
на стенки сосуда, в котором он заключен? 2. Откуда видно,
что газ производит одинаковое давление по всем направле-
ниям?
53. ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ ДАВЛЕНИЕ ГАЗА?
Очевидно, что давление газа на стенку сосуда
тем больше, чем чаще происходят соударения моле-
кул с этой стенкой.
Если объем газа уменьшить, но так, чтобы масса
его осталась неизменной, то в каждом кубическом
сантиметре газа молекул станет больше, плотность
газа увеличится. Тогда число соударений молекул
со стенкой сосуда возрастет, то есть возрастет дав-
ление газа.
Па рисунке 91 изображена стеклянная трубка,
один конец которой закрыт тонкой резиновой плен-
°о°
°О°
О О
о о°
оо,
ОО°
о°°
О О
о°о
>о
а б
Рис. 91.
93
Рис. 92.
кой. В трубку вставлен поршень. При вдвигании
поршня объем воздуха в трубке уменьшается, то
есть газ сжимается (рис. 91, а). Резиновая пленка
при этом выгибается наружу, указывая на тл что
давление воздуха в трубке увеличилось.
Наоборот, при увеличении объема данной массы
газа число молекул в каждом кубическом сантимет-
ре уменьшится, от этого уменьшится число соударе-
ний со стенкой сосуда — давление газа уменьшится.
Действительно, при вытягивании поршня из трубки
(рис. 91,6) объем воздуха в ней увеличивается, а
прогиб пленки изменяется, указывая на уменьшение
давления воздуха в трубке. Такие же явления на-
блюдались бы, если вместо воздуха в трубке нахо-
дился любой другой газ.
Итак, при уменьшении объема газа его давление
увеличивается, а при увеличении объема давление
уменьшается.
А как изменится давление газа, если нагреть его
при постоянном объеме? Мы знаем, что скорость
движения молекул газа при нагревании его увели-
чивается. Двигаясь быстрее, молекулы будут уда-
рять о стенки сосуда чаще. Кроме того, каждый
удар молекулы о стенку сосуда станет сильнее. Сле-
довательно, давление одной и той же массы газа
в данном объеме тем больше, чем выше темпера-
тура газа.
Для хранения и перевозки газов их сильно сжи-
мают, от этого давление их возрастает, и их при-
ходится заключать в специальные, очень прочные
стальные баллоны (рис. 92). В таких баллонах, на-
пример, содержат сжатый воздух в подводных лод-
ках, кислород, используемый при сварке металлов,
углекислый газ, которым газируют питьевую воду,
и многие другие газы.
1. Почему давление газа увеличивается при сжатии и умень-
шается при расширении? 2. В каком состоянии газ произ-
водит большее давление: в холодном или нагретом? Объясни-
те -почему. 3. Почему сжатые газы содержат в прочных бал-
лонах?
94
ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ (ГИДРО- И АЭРОСТАТИКА1)
iitXiiitiimiimiiimiininitiiHiiiiiitiiiiniiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiniiiiiiiiiiiiniiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii
\
54. ДВИЖЕНИЕ И РАВНОВЕСИЕ ЖИДКОСТЕЙ
И ГАЗОВ
К \
Жидкости и газы могут находиться в покое
(в равновесии) или быть в движении. Например, в
равновесии находятся газы, содержащиеся в сталь-
ных баллонах, в автомобильных и велосипедных
камерах или вообще в каких-либо закрытых сосу-
дах. Жидкости в цистернах (молоко, бензин, вода),
в бочках, бутылках также находятся в равновесии.
Когда мы говорим, что жидкость или газ нахо-
дится в равновесии, то это означает, что они не
движутся всей своей массой, в них нет заметных
движений отдельных частей — нет и течений. Неви-
димые молекулярные движения не мешают такому
видимому покою, или равновесию.
В реках и водопроводных трубах вода дви-
жется— течет. По трубопроводам течет нефть,
так, например, по трубопроводу «Дружба» советская
нефть с берегов Волги течет в социалистические
страны — Польшу, Чехословакию, Венгрию и ГДР.
Из Саратовской области газ по газопроводу посту-
пает в Москву и многие другие города.
В этой главе будут рассмотрены условия, при
которых жидкости и газы находятся в равновесии.
Учение о равновесии жидкостей и газов, а также
о равновесии тел, погруженных в них, называют
гидро- и аэростатикой.
1. Приведите примеры случаев, когда жидкости и газы на-
ходятся в равновесии. 2. Как понимать, что жидкость или газ
находится в равновесии? 3. Приведите примеры движения
жидкостей и газов. 4. Как называют учение об условиях рав-
новесия жидкостей и газов?
1 Г udpo — греческое слово — вода, аэро — греческое —
воздух, статика от латинского слова статос — стоящий
95
б
Рис. 93.
Рис. 94.
55. ПЕРЕДАЧА ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТЯМИ
И ГАЗАМИ. ЗАКОН ПАСКАЛЯ
В отличие от твердых тел отдельные слои и мел-
кие частицы жидкости и газа могут свободно пере-
мещаться друг относительно друга по всем направ-
лениям. Достаточно, например, слегка подуть на по-
верхность воды в стакане, чтобы вызвать движение
этой воды; на реке или озере при малейшем ветерке
появляется рябь. /
Свободной подвижностью частиц жидкости и га-
!
за объясняется, что давление, производимое па них,
передается не только в направлении действия силы,
а по всем направлениям. Рассмотрим это явление
подробнее.
На рисунке 93 изображен сосуд, в нем содер-
жится жидкость или газ. Сосуд закрыт поршнем,
который может перемешаться. Точками изображены
частицы жидкости или газа, они равномерно рас-
пределены по всему объему сосуда (рис. 93, а).
Прилагая некоторую силу, заставим поршень
несколько войти в сосуд и сжать жидкость, нахо*
дящуюся непосредственно под ним. Тогда частицы
расположатся в этом месте более плотно, чем
прежде. Однако благодаря подвижности частиц они
не могут располагаться в одном месте плотнее, чем
в другом, поэтому расположение частиц опять ста-
нет равномерным (рис 93, б), по более плотным,
чем рапыпе.
Отсюда следует, что добавочное давление пере-
дается всем частицам жидкости или газа.
Например, если давление около самого поршня
. н
увеличится на 1 ,, то во всех точках внутри жидко-
сти давление станет больше прежнего на такую же
величину. На такую же величину увеличится давле-
ние и на стенки сосуда.
Давление, производимое на жидкость или газ,
передается без изменения в каждую точку жидко*
сти или газа.
Это утверждение называют законом Паскаля.
96
\ Закон Паскаля легко проверить на ряде прос-
тыл опытов.
На рисунке 94 изображен полый шар, имеющий
в различных местах узкие отверстия К шару при-
соединена трубка, в трубку вставлен поршень. Если
набрать воды в шар и вдвинуть в трубку поршень,
то вода польется из всех отверстии шара.
В этом опыте поршень давит на поверхность
воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под
поршнем, передают его давление другим частицам,
лежащим глубже. Таким путем давление поршня
передается на все частицы воды в шаре. В резуль-
тате часть воды выталкивается из шара в виде
струек, вытекающих из всех отверстий.
Если шар заполнить дымом, то при вдвигании
в трубку поршня из всех отверстий шара начнут
выходить струйки дыма (рис. 95). Это подтверждает,
что и газы передают производимое на них давление
во все стороны одинаково.
1. Как передают давление жидкости и газы? 2. Чем объяснить,
что жидкости и газы передают давление во все стороны оди-
наково? 3. Как читается закон Паскаля? 4. Как на опыте мож-
но показать передачу давления жидкостями и газами?
1. Брезентовый водопроводный рукав, когда он не заполнен
водой, имеет вид плоской ленты. Какую форму примет ру-
кав после заполнения его водой?
2. Исследуйте передачу давления в сыпучем теле. Для этого
в бумажный пакет насыпьте лесок (или горох), сверху силь-
но надавите рукой. Что произойдет? Есть ли здесь сходство
с передачей давления в жидкости и газе?
Рис. 95
?
Упр. 20.
Паскаль Блез (1623 -1662) — французский уче-
ный. Он открыл и исследовал ряд важных свойств
жидкостей и газов, проделал опыты по доказа-
тельству существования атмосферного давления
7 А. В Перышкин. Н. А. Родина. Физика Для 6-го класса
97
Рис. 96. Изготов-
ление бутылки:
/—трубка. 2—стек-
ло; 3—форма.
3. При изготовлении бутылок через трубку вдувают воздух
и расплавленное стекло принимает форму бутылки (рис. 96).
Какое физическое явление здесь используют?
4. Изготовьте мыльную жидкость и с помощью стеклянной
трубки получите мыльные пузыри. Какую форму они при-
нимают и почему?
56. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ МАШИНА
Закон Паскаля лежит в основе устройства гид-
равлических машин ’.
Основная часть гидравлической машины — два
цилиндрических сосуда разного диаметра, соединен-
ные между собой трубкой (рис. 97). Внутри сосудов
перемещаются плотно пригнанные к стенкам порш-
ни. Сосуды под поршнями заполняют обычно маслом
(чаще всего используют минеральное масло).
Высоты столбов А и В в обоих сосудах одина-
ковы, пока на поршни не действуют силы.
Допустим, что площадь малого поршня а
большого S2. Пусть на малый поршень действуют
силой Fi. Рассчитаем, какую силу нужно прило-
жить к большому поршню, чтобы уравновесить
действие силц Fj.
Найдем сначала давление р, производимое си-
лой F[ на площадь малого поршня S|. Для этого
’ Гидравлические машины (греческое слово
гидравликос в переводе на русский значит «водяной») — маши-
ны, в которых используется жидкость.
Рис. 97.
98
нЪдо, как мы знаем, силу давления разделить на
плЪщадь:
р = отсюда Fi = pSx. (1)
По закону Паскаля это давление р передается
в каждую точку жидкости и под таким же давле-
нием находится большой поршень. Поэтому, чтобы
найти силу давления F2, действующую на большой
поршень, надо давление р умножить на площадь
поршня S2:
F i — pS2. (2)
Разделив равенство (2) на равенство (1), по-
лучим:
F2 $2
Л $>’
Отношение
Ft
Ft
, показывающее, во сколько раз
сила F2 больше силы F}, называют выигрышем
в силе.
Гидравлическая машина дает выигрыш в силе
во столько раз, во сколько площадь ее большого
поршня больше площади малого. При этом сила
трения между поршнями и стенками цилиндров не
учитывается.
Пример. Площадь малого поршня Si= 10 смI. 2,
площадь большого — S2 — 100 см2, на малый поршень
действует сила Fj = 10 н. Какую силу надо при-
ложить к большому поршню, чтобы поршни были
в равновесии? Трение не учитывать.
Составляем пропорцию'
/2 I00 см2
10 н 10 смг
Решив ее, получаем:
F2 = 100 н.
1. Какой закон используют в устройстве гидравлических ма-
шин? 2. Какой выигрыш в силе дает гидравлическая машина
(при отсутствии трения)?
I. Применяя гидравлическую машину, мы выигрываем в силе.
Но в чем мы обязательно проигрываем? Подумайте над Упр. I
этим вопросом.
2. Можно ли создать машину, подобную гидравлической, но
только с воздухом вместо воды? Ответ обоснуйте.
7»
99
57. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС
Для Гидравлическую машину, служащую для нрес-
дополннтельного Совки (сдавливания), называют гидравлическим
чтения прессом (рис. 98).
Прессуемое тело кладут на платформу, соеди-
ненную с большим поршнем При поднятии этого
поршня тело упирается в неподвижную верхнюю
платформу и сжимается.
Из малого сосуда в большой жидкость перего-
няется не за один ход, как в гидравлической маши-
не, а перекачивается повторными движениями
малого поршня. Это осуществляется так. При подъ-
еме малого поршня в пространство, находящееся под
ним, засасывается жидкость из сосуда 7 При этом
клапан 2 открывается, а клапан 2' закрывается под
действием давления жидкости. При опускании ма-
лого поршня, наоборот, закрывается клапан 2, а
открывается клапан 2', и жидкость переходит в
большой сосуд.
Гидравлические прессы применяют там, где тре-
буется большая сила, например для выжимания
масла из семян на маслобойных заводах, для прес-
сования фанеры, картона, сена и т. д. На заводах
мощными гидравлическими прессами изготовляют
стальные валы машин, железнодорожные колеса,
пластмассовые изделия.
Современные гидравлические прессы могут соз-
давать силу давления в десятки и сотни миллионов
ньютонов.
Внешний вид большого гидравлического пресса
изображен на рисунке 99. Большой цилиндр этого
пресса расположен вертикально, поршень опуска-
ется вниз. Малый поршень пресса (на рисунке не
показан) приводят в движение электрическим дви-
гателем.
Рис. 98. Устройство гидравлического
пресса / малый и большой поршни
с цилиндрами, 2 и 2' клапаны;
<? — прессуемое тело; Л — платформа;
5 верхняя платформа, 6 — манометр,
7 сосуд с жидкостью
100
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом h*tp://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГ О использования.
Рис. 100. Схема
устройства гид-
равлического
домкрата: 1—
поднимаемое те-
ло; 2 — малый
поршень; 3 —
клапаны; 4 —
клапан для
опускания гру-
за; 5 — большой
поршень
1. Площадь большого поршня гидравлической машины 240 см2,
малого—12 см2. С какой силой нужно давить на малый
поршень при отсутствии трения, чтобы на большом полу-
чить силу 9000 н?
2. На рисунке 100 изображена упрощенная схема гидравличе-
ского подъемника (гидравлического домкрата) Какой груз
можно поднять такой машиной, если известно, что площадь
малого поршня 1,2 см2, большого— 1440 c.w2, а сила, дей-
ствующая на малый поршень, может достигать 1000 и? Тре-
ние не учитывать.
3. В гидравлическом прессе площадь малого поршня 5 см2,
площадь большого — 500 с.ч2. Сила, действующая на малый
поршень, 400 н, на большой — 36 000 н. Какой выигрыш
в сипе дает этот пресс? Почему пресс не дает максимально-
го (наибольшего) выигрыша в силе? Какой выигрыш в силе
должен был бы давать этот пресс з отсутствие трения?
56 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТОРМОЗ
Упр. 22.
Схема устройства автомобильного гидравличе- Для
ского тормоза показана на рисунке 101. Когда во- дополнительного
дитель давит на педаль /, то поршень в цилиндре 2 чтвния
производит давление на жидкость, заполняющую
цилиндр 2, трубку и тормозные цилиндры 3. По за-
кону Паскаля это давление без изменения передает-
ся жидкостью на поршни тормозных цилиндров 3.
Под действием сил давления поршни в этих цилин-
драх, расходясь, прижимают тормозные колодки 4
к тормозным барабанам Происходит торможение
автомобиля Гели перестать давить на педаль, то
пружина, сжимаясь, возвратит тормозные колодки
к начальному положению
101
Рис. 101.
59. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Для
дополнительного
чтения
Рис. 102.
Рис. 103.
И ИНСТРУМЕНТЫ
Свойство газов передавать давление используют
в технике при устройстве различных пневматиче-
ских машин 1 и инструментов.
Сжатый воздух, например, применяют в работе
заклепочных и отбойных молотков (рис. 102).
На рисунке 103 показана схема устройства
отбойного молотка. Сжатый воздух подают по
шлангу I. Особое устройство 2, называемое золот-
ником, направляет его поочередно то в верхнюю,
то в нижнюю часть цилиндра. Поэтому воздух давит
на поршень 3 то с одной, то с другой стороны, что
вызывает быстрое возвратно-поступательное дви-
жение поршня и пики молота 4. Последняя наносит
быстро следующие друг за другом удары, внедря-
ется в грунт или в уголь и откалывает его куски.
Существуют пескоструйные аппараты, которые
дают сильную струю воздуха, смешанную с песком.
Эти аппараты применяют для очистки стен.
Сейчас нередко можно видеть работу специаль-
ных аппаратов, применяемых для окраски стен, где
краску распыляет сжатый воздух.
Сжатым воздухом открывают двери вагонов
поездов метро и троллейбусов.
На рисунке 104 изображена схема устройства
пневматического тормоза железнодорожного ваго-
на. Когда магистраль, тормозной цилиндр и резер-
вуар заполнены сжатым воздухом, его давление на
поршень тормозного цилиндра справа и слева оди-
наково, тормозные колодки при этом не касаются
колес.
1 Пневматические машины — это машины, в ко-
торых применяется сжатый газ.
102
Рис. 104. Схема тормозного устройства железнодорожного ваго-
на 1 — магистраль сжатого воздуха; 2 — клапан; 3 — резер
вуар; 4— тормозной цилиндр, 5 — тормозная колодка, 6 — ко
лесо вагона.
1
При открывании стоп-крана сжатый воздух вы-
пускается из магистральной трубы, вследствие
чего давление в правой части тормозного цилиндра
уменьшается. Сжатый же воздух, находящийся
в левой части тормозного цилиндра и в резервуаре,
выйти не может, этому мешает клапан. Под дей-
ствием сжатого воздуха поршень тормозного ци-
линдра перемещается вправо, прижимая тормозную
колодку к ободу колеса, отчего движение вагона
затормаживается.
При наполнении магистральной трубы сжатым
воздухом тормозные колодки отжимаются пружи-
нами от колес.
Стоп-краны имеются в каждом вагоне.
60. СВОБОДНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ЖИДКОСТИ
Свободной поверхностью жидкости называют ту
ее поверхность, которая не соприкасается со стен-
ками сосуда.
На жидкость, налитую в сосуд, действует сила
тяжести. Под действием ее жидкость перемещается
с более высоких мест на более низкие, до тех пор
пока все молекулы, образующие свободную поверх-
ность ее, не расположатся на одинаковой высоте,
или на одинаковом уровне.
Уровнем называют любую горизонтальную по-
верхность. Прибор, позволяющий определять гори-
зонтальность поверхности, тоже называют уровнем
(рис. 105).
В отличие от жидкостей у газов нет свободной
поверхности. II это понятно почему. Плотность газов
значительно меньше плотности жидкостей (§ 29).
юз
Взаимное притяжение молекул в газе очень мало,
молекулы газа разлетаются во все стороны, занимая
весь предоставленный им объем.
1. Какую поверхность жидкости называют свободной? 2. Чем
объяснить, что в достаточно широких сосудах свободная по-
верхность жидкости располагается горизонтально? 3. Как на-
зывают прибор для проверки горизонтальности поверхности?
4. Чем объяснить отсутствие свободной поверхности у газов?
Задание
Рис. 1(16.
Рис. 107.
1. С помощью отвеса и прямоугольного треугольника
проверьте горизонтальность свободной поверхности жидкости
в сосуде. Сделайте чертеж опыта.
2. На рисунке 106 изображен ватерпас, сделанный из
плотной бумаги или картона. Изготовьте такой прибор и про-
верьте им горизонтальность подоконника, поверхности стола,
пола.
3. С помощью уровня и деревянных клинышков располо-
жите горизонтально кусок фанеры или небольшую доску
(рис. 107).
Положите на фанеру стальной шарик. Если поверхность
фанеры горизонтальна, шарик не будет скатываться.
61. ДАВЛЕНИЕ В ЖИДКОСТИ И ГАЗЕ
ПРИ ДЕЙСТВИИ НА НИХ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ
Явления, описанные в предыдущих параграфах,
происходят независимо от существования веса
жидкостей и газов. Гидравлической и пневматиче-
ской машинами можно пользоваться и на Земле,
и на .Чуне, и даже в кабине искусственного спутни-
ка, в котором, как известно, тела находятся в со-
стоянии невесомости.
Но в обычных земных условиях жидкости и газы,
как и все другие тела, обладают весом. Этим
и объясняется ряд наблюдаемых в них особых
явлении.
104
Рассмотрим, как распределено давление внутри
жидкости, на которую действует сила тяжести.
На рисунке 108 изображена жидкость, налитая
в сосуд. Можно представить весь столб этой жидко-
сти в сосуде состоящем из ряда слоев, разделенных
горизонтальными плоскостями bb, сс, dd и т. д. Го-
ризонтальная плоскость аа есть свободная поверх-
ность жидкости.
Нетрудно видеть, что в случае равновесия жид-
кости при переходе сверху вниз от одной горизон-
тальной плоскости к другой, или от одного уровня
к другому, давление увеличивается.
Действительно, верхний слой 1 давит на плос-
кость bb, и это давление по закону Паскаля пере-
дается всем нижележащим слоям жидкости. Слой 2
Рис. 108.
давит на плоскость сс, и это давление точно так же
передается всем слоям, лежащим ниже. Частицы
жидкости у дна сосуда испытывают силу тяжести
со стороны всех лежащих выше слоев.
В сжатой жидкости возникает сила упругости,
которая производит давление на дно и стенки со-
суда и на поверхность всякого погруженного в нее
тела В этом можно убедиться и на опыте.
В стеклянную трубку, нижнее отверстие которой
закрыто тонкой резиновой пленкой, наливают воду.
Дно трубки прогибается (рис. 109, а). Значит, на
дно действует сила давления воды.
Опыт показывает, что, чем выше столб воды над
резиновой пленкой, тем больше она прогибается. Но
всякий раз после того, как резиновое дно прогну-
лось, вода в трубке приходит в равновесие, так как,
кроме силы тяжести, на воду действует сила упру-
гости резиновой пленки.
В том, что давление жидкости на любом уровне
одинаково во всех направлениях, то есть сверху
вниз, снизу вверх и сбоку, можно также убедиться
на опытах.
Опустим трубку с резиновым дном, в которую
налита вода, в другой, более широкий сосуд с водой
(рис. 109,6). Мы увидим, что по мере опускания
трубки вниз резиновая пленка постепенно вынрям-
а
б
Рис. 109.
105
a
Рис. 110.
ляется Полное выпрямление пленки показывает,
что давления на нее сверху и снизу одинаковы. Сле-
довательно, в жидкости существует давление, на-
правленное снизу вверх, и на данной глубине оно
равно давлению сверху вниз.
Такой же опыт можно провести с трубкой, в ко-
торой резиновая пленка закрывает боковое отвер-
стие, как это показано на рисунке НО, а.
Когда в такую трубку наливают воду, то рези-
новая пленка тоже прогибается. Величина прогиба
пленки тем больше, чем выше столб воды над нею.
Если эту трубку с водой погрузить в другой со-
суд с водой, как это изображено на рисунке 110,6,
то мы снова заметим, что пленка выпрямится, как
только уровни воды в трубке и в сосуде сравняются.
Это означает, что и боковое давление жидкости на
резиновую пленку одинаково с обеих сторон.
Очень нагляден опыт с сосудом, дно которого
может отпадать. Такой сосуд опускают в банку с
водой (рис. 111, о). Дно при этом плотно при-
жимается к краю сосуда давлением воды снизу
вверх. Затем в сосуд осторожно наливают воду. Дно
отрывается от сосуда тогда, когда уровень воды
в сосуде совпадает с уровнем воды в банке
(рис. 111,6).
В момент отрыва на дно давит сверху столб
жидкости в сосуде, а снизу давит столб воды, нахо-
дящейся в банке. Оба эти давления одинаковы по
величине, дно же отходит от цилиндра вследствие
действия на него силы тяжести.
Выше были описаны опыты с водой, но нетрудно
заключить, что то же получилось бы, если вместо
воды брали какую-нибудь другую жидкость.
Итак, опыты подтверждают, что давление внутри
жидкости на одном и том же уровне одинаково по
всем направлениям. С глубиной давление увеличи-
вается.
Газы в этом отношении ничем не отличаются от
жидкостей На молекулы газа также действует сила
тяжести. Но надо помнить, что плотность газа в
сотни раз меньше плотности жидкости. Вес газа,
106
находящегося в сосуде, мал, и его «весовое» давле-
ние во многих случаях можно не учитывать.
?
1. Как на опыте показать, что давление внутри жидкости на
разных уровнях разное, а на одном и том же уровне во всех
направлениях одинаково? 2. Почему во многих случаях не при-
нимают во внимание давление в газе, созданное весом этого
газа?
62. РАСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ НА ДНО
И СТЕНКИ СОСУДА
Рассмотрим, как можно рассчитать силу дав-
ления и давление жидкости на дно и стенки сосуда.
Решим сначала задачу с числовыми данными.
Прямоугольный бак наполнен водой (рис. 112).
Площадь дна бака 16 л2, высота его 5 м. Опреде-
лим силу давления и давление воды на дно бака.
Сила давления равна весу столба воды высотой
5 м и площадью основания 16 м2, иначе говоря, сила
давления на дно бака равна весу всей воды в баке.
Чтобы найти вес воды, определим объем и массу
воды. Объем воды в баке найдем, умножив площадь
дна бака на его высоту:
16 ж2-5 м = 80 мз:
1
Рис. 111
Для нахождения массы воды надо ее плотность
умножить на объем. Плотность воды р= 1000
107
Масса этой воды /л=1000 —=- • 80 jw3 = 80 000 кг.
л3
Мы знаем, что тело массой 1 кг весит 9,8 н
.Чтобы определить вес воды, надо массу воды умно-
жить на 9,8-^—. Но вес воды в баке равен силе дав-
ке г
ления воды на дно бака, следовательно, сила давле-
ния воды на дно бака равна 9,8 — -80 000 кг «
КЗ
« 800 000 н.
Давление, как известно (см. § 50), численно рав-
но силе, действующей на единицу площади поверх-
ности.
Разделив силу давления воды на площадь
дна
бака, найдем давление р:
800 000 н
"16 я2
= бооооЛ-
м2
Давление жидкости на дно сосуда можно рас-
считать, пользуясь формулой, что значительно про-
ще. Для того чтобы вывести эту формулу, вернемся
к задаче, но только решим ее в общем виде.
Обозначим высоту столба жидкости в сосуде
буквой h, плотность жидкости р и площадь дна со-
суда S.
Объем столба жидкости V = Sh.
Масса жидкости m = pVt или m = pSh.
Вес этой жидкости
р = 9 8—-гл, или Р = 9,8— -pSh.
1 IT:? ’ 1
р = 9,8^рЛ
Так как вес столба жидкости равен силе давления
на дно сосуда, то, разделив вес Р на площадь S, по-
лучим величину давления р:
Р н
р = -^-, или р = 9,8— -ph.
О ЛС
Мы получили формулу для расчета давления
жидкости на дно сосуда. Из этой формулы видно, что
давление жидкости на дно сосуда прямо пропорцио-
нально плотности и высоте столба жидкости.
В формулу давления не входит площадь дна со-
суда, следовательно, давление не зависит от величи-
ны площади дна. Полученная формула пригодна и
для расчета давления на стенку сосуда, только в
108
ность ее 800
Дано:
h — 10 м
р « 800 -4
г м3
Найти р
этом случае за высоту столба жидкости надо прини-
мать расстояние от свободной поверхности жидко-
сти до того уровня, для которого определяют да-
вление на стенку.
По этой формуле можно вычислять и давление
внутри жидкости, в том числе давление, направлен-
ное снизу вверх.
При расчете давления по формуле
р = э,8^--рл
надо плотность р выражать в а высоту столба
жидкости h — в метрах, тогда давление будет вы-
н
ражено в - 2-.
Пример. Определить давление нефти на дно
цистерны, если высота столба нефти 10 м, а плот-
кг
м3 '
Решение: р = 9,8— рЛ
Подставим числовые значения величин
в формулу давления.
Получим:
р= 9,8 —800-Ц--10 Л1=^8ООООЛ-
Г кг мл мг
1. От каких величин зависит давление жидкости на дно сосу-
да? 2. Как зависит давление жидкости на дно сосуда от вы-
соты столба жидкости? 3. Как зависит давление жидкости на
дно сосуда от плотности жидкости? 4. Какие величины надо
знать, чтобы рассчитать давление жидкости на стенки сосуда?
5. По какой формуле рассчитывают давление жидкости на
дно и стенки сосуда?
1. Определите давление на глубине 0,6 м в воде, керосине,
ртути.
2. Вычислите давление воды на дно одной из глубочайших
морских впадин, глубина которой 10 900 ч. Плотность мор-
кг
ской воды 1030 “цз"
3. Вычислите давление и силу давления на стекло в окне под-
водного корабля при погружении его на глубину 200 м,
если площадь окна 7,5 <Ъг.
Упр. 23.
109
Рис. 113.
4°. На рисунке 113 изображена футбольная камера, соединен-
ная с вертикально расположенной стеклянной трубкой. В ка-
мере и трубке находится вода. На камеру положена до-
щечка, а на нее гиря 5 кг. Высота столба воды в трубке 1 м.
Определите площадь соприкосновения дощечки с камерой.
Задание
1. Возьмите цилиндрический сосуд (высокую банку), про-
делайте в боковой поверхности его по прямой, на разной вы-
соте от дна, три небольших отверстия. Закройте отверстия
спичками и налейте в сосуд до верха воды. Откройте отвер-
стия и проследите за струйками вытекающей воды (рис. 115).
Ответьте на вопросы: почему вода вытекает из отверстий?
Как направлены струйки воды вблизи поверхности сосуда? На
что это указывает? Почему струйки жидкости изгибаются? Чем
объяснить различную дальность вылета воды из отверстий?
2. На рисунке 114 изображена стеклянная банка, частично
наполненная водой, в остальной части которой находится воз-
дух. Банка плотно закрыта пробкой, через которую пропущены
четыре стеклянные трубки. Три из них погружены в воду,
а к четвертой присоединена резиновая груша. Две трубки,
находящиеся в воде, изогнуты так, как показано на рисунке.
Грушу сжимают рукой или кладут на нее какой-нибудь
груз. При этом во всех трубках вода поднимается выше уров-
ня в банке, притом на одинаковую высоту.
Изготовьте такой прибор и проделайте с ним опыты. Вме-
сто груши можно давить на воздух в банке иначе, например
вдувать воздух в банку через резиновую трубку ртом.
Как объяснить, что в стеклянных трубках вода поднима-
ется на одинаковую высоту?
Какой закон можно проверить на этом приборе?
Расположите нижние отверстия трубок на разных уровнях
и произведите на воздух и воду в банке какое-нибудь давле-
ние. На одинаковую ли высоту поднимется вода в трубочках?
Объясните результаты опыта.
Рис. 114.
110
63. СИЛА ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ИА ДНО
СОСУДА НЕ ЗАВИСИТ ОТ ФОРМЫ СОСУДА
(ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ПАРАДОКС)
В предыдущем параграфе было показано, что
сила давления жидкости на дно прямоугольного
сосуда зависит от площади дна, от высоты столба
и от плотности жидкости. Но зависит ли она от фор-
мы сосуда? Чтобы ответить на этот вопрос, обра-
тимся к опыту.
На рисунке 116 изображен прибор, у которого
имеется несколько сменных стеклянных сосудов
разной формы, но с одинаковым отверстием внизу.
Дном в этих сосудах служит резиновая пленка, ко-
торая под тяжестью столба воды прогибается. Дви-
жение пленки передается стрелке.
Сосуды ввертывают поочередно в металлическое
основание прибора. В них до одного и того же уров-
ня наливают воду. Масса воды в этих сосудах весьма
различна, различна и сила тяжести ее, однако
стрелка прибора отклоняется на одно и то же деле-
ние. Значит, сила давления воды на дно во всех этих
трех сосудах одинакова.
Этот вывод, хотя он и сделан на основе опыта,
кажется, на первый взгляд, неправдоподобным, па-
радоксальным. Особенно странным кажется, что
вода в третьем сосуде давит на дно с силой, большей
силы тяжести, действующей на нее.
<11
Рис. 117.
Однако ничего парадоксального в этом выводе
нет, и все объясняется законом Паскаля. Действи-
тельно, когда столб воды цилиндрический, как
в первом сосуде, слой воды у самого дна сжат весом
всего столба и передает это давление на дно сосуда.
Очевидно, то же самое наблюдается в средней части
столба жидкости в третьем сосуде (рис. 117). Ниж-
ний слой воды сдавлен здесь весом цилиндрического
столба воды abed. В соответствии с законом Паска-
ля это давление передается во все стороны. Следо-
вательно, любая площадка дна сосуда находится
под таким же давлением, как и площадка cd. Си-
ла же давления на дно CD равна сумме всех сил
давлений на отдельные площадки дна и равна весу
вертикального столба воды ABCD
Итак, сила давления жидкости на дно сосуда при
какой угодно форме сосуда равна весу вертикаль-
ного столба жидкости, основание которого равно
площади дна, а высота — высоте столба жидкости.
Рис. 118.
1. Как показать на опыте, что сила давления жидкости на дно
сосуда не зависит от формы сосуда? 2. Почему независимость
силы давления жидкости на дно сосуда от формы его иногда
называют гидростатическим парадоксом? Что здесь кажется
парадоксальным? 3. Как, пользуясь законом Паскаля, объяс-
нить гидростатический парадокс?
Задание
Для каждого из трех сосудов, изображенных на рисунке
116, сравните силу давления / жидкости на дно сосуда с си-
лой тяжести Fr этой жидкости. В каком из этих сосудов =
в каком / </т и в каком />/‘т? При выполнении задания
используйте чертежи.
Упр. 24.
1. В два сосуда (рис. 118) налита вода одинаковой массы.
В каком из сосудов давление на дно больше?
2. Рассчитайте давление воды на дно бака, изображенного на
Рис. 11?*.
рисунке 119.
3. Высота уровня воды перед плотиной (рис. 120) 5 м, позади
плотины 2 w. Под каким давлением переходит вода по тру-
бе, расположенной у основания плотины?
4°. В цилиндрический сосуд налита вода, уровень которой
0,5 и. Вода находится под поршнем, на который действует
сила 1000 н. Площадь поршня 10 г.и-’. Определите давле-
ние на дно сосуда (рис 121).
112
Для
дополнительного
чтения
64. ОПЫТ ПАСКАЛЯ
Так как сила давления жидкости на дно сосуда
не зависит от формы сосуда, то можно очень не-
большим количеством жидкости произвести боль-
шое давление.
Паскаль, объяснивший гидростатический пара-
докс, в 1648 г. проделал опыт, поразивший его
современников.
В прочную, закрытую со всех сторон бочку, на-
полненную водой, Паскаль вставил длинную узкую
трубку. Когда трубка была заполнена водой (на
что потребовалась одна кружка воды), давление
воды на стенки бочки так возросло, что вода стала
выливаться через щели, образовавшиеся в стен-
ках (рис. 122).
65. ДАВЛЕНИЕ НА ДНЕ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ.
ИССЛЕДОВАНИЕ МОРСКИХ ГЛУБИН
Рис. 122.
Для
дополнительного
чтения
Глубина океанов достигает нескольких километ-
ров. Соответственно этому на дне океана могут быть
огромные давления. Так, например, на глубине
10 км (а есть и большие глубины) давление около
100 000 000 Л-. или 10000 — г.
Несмотря на это, плотность воды на дне океана,
вследствие малой сжимаемости ее, немного лишь
больше ее плотности вблизи поверхности океана.
Как показывают специальные океанографиче-
ские исследования, на таких больших океанских
8 А. В Перышкнн. Н. А Родина. Фи «ика для 6-го класса
113
Рис. 124.
Рис. 125.
глубинах живут рыбы и некоторые другие живые
существа. Организм этих рыб приспособлен к су-
ществованию в условиях большого давления. Их
тела способны выдержать давление в миллионы
ньютонов на квадратный метр. Понятно, что такое
же давление существует и внутри самих рыб.
Человеческий организм при специальной трени-
ровке может без особых предохранительных средств
погружаться на глубины до 80 .и, давление воды
на таких глубинах около
800000Л. или 80Д.
я2 см-
На больших глубинах, если не принять специальных
мер защиты, грудная клетка человека может быть
раздавлена давлением воды
При очистке дна рек, ремонте подводных частей
кораблей, плотин, при подъеме затонувших судов
людям приходится работать на разной глубине под
водой. Для этого применяют специальные водолаз-
ные костюмы (рис. 124). Водолазный костюм изго-
товляют из прорезиненной ткани и надевают его
поверх теплой одежды. На верхнюю часть костюма
навинчивают металлический шлем с окошками из
толстого стекла. Ботинки водолаза имеют свинцо-
вые подошвы, а на его грудь и спину надевают свин-
цовые грузы, иначе водолаз в своем костюме не
погрузится в воду. В шлем по шлангу непрерывно
подают воздух дли дыхании. Однако шланг стесня-
ет движении водолаза под водой и уменьшает рас-
стояние, на которое он может удаляться от места
погружения. Па глубину до 90 м водолазы могут
опускаться под воду, беря с собой запас воздуха,
накачанного в прочные стальные баллоны. Такое
снаряжение называют аквалангом (рис. 123).
Для исследования моря па больших глубинах
использую! батисферы и батискафы.
Батисфера до очень прочный стальной шар
с окном «и гол*, гою пекла (рис. Г’З) Bnyipn шара
114
находятся наблюдатели, которые поддерживают
связь с людьми на поверхности моря при помощи
телефона. Батисферу опускают в море на стальном
тросе со сАециального корабля.
Батискаф (рис. 126) не связан тросом с кораб-
лем. Он имеет собственный двигатель и может пере-
двигаться на большой глубине в любом направ-
лении.
65. СООБЩАЮЩИЕСЯ СОСУДЫ
На рисунке 127 изображены два сосуда, соеди-
ненные между собой резиновой трубкой Такие
сосуды называют сообщающимися. Лейка, чай-
ник, кофейник — примеры сообщающихся сосудов
(рис. 128). Из опыта мы знаем, что вода, налитая,
например, в лейку, стоит всегда в резервуаре лейки
и в боковой трубке на одном уровне.
С сообщающимися сосудами можно проделать
следующий простой опыт. Две стеклянные трубки
(рис. 127, а) соединяют резиновой трубкой. В начале
опыта резиновую трубку в середине зажимают и в
одну из трубок наливают воду. Затем зажим откры-
вают, и вода начинает перетекать в другую трубку
до тех пор. пока поверхности воды в обеих трубках
не установятся на одном уровне (рис. 127,6). Можно
Рис. 127.
к*
115
Рис. 129.
?
Задание
Рис. 130.
Для
дополнительного
чтения
закрепить одну из трубок в штативе, а другую под-
нимать, опускать или наклонять в стороны. И в этом
случае, как только жидкость успокоится, ее уровни
в обеих трубках будут одинаковыми (рис. 127, в).
Свободные поверхности покоящейся жидкости
в сообщающихся сосудах любой формы (рис. 129)
находятся на одном уровне.
Если жидкость находится в покое, то давление
на любом уровне aa, bb, сс (рис. 127, б) в обоих
сообщающихся сосудах одинаково. Одинаковы и
высоты столбов жидкости над этими уровнями.
1. Какие примеры сообщающихся сосудов вы можете приве-
сти? 2. На каком уровне расположена жидкость в сообщаю-
щихся сосудах?
1. На рисунке 130 изображен прибор, представляющий
собой высокую, закрытую со всех сторон жестяную банку.
В крышке банки сделано отверстие. В него на пробке можно
вставлять воронку, затянутую резиновой пленкой. В боковой
поверхности банки сделаны три отверстия, в которые вставле-
ны узкие стеклянные трубки.
Изготовьте такой прибор, наполните банку водой и от-
ветьте на вопросы:
1) Почему высоты столбов воды в трубках разные?
2) Что показывают высоты столбов воды в трубках?
Слегка надавливая на резиновую пленку в воронке, про-
следите за изменением высоты столбов воды в трубках.
3) Почему высоты столбов воды во всех трубках изменя-
ются на одну и ту же величину?
2. Подумайте, как можно было бы наиболее простыми
средствами устроить фонтан где-нибудь в парке или во дворе.
Начертите схему такого устройства и объясните его действие.
Изготовьте модель фонтана.
67. РАВНОВЕСИЕ РАЗЛИЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
В СООБЩАЮЩИХСЯ СОСУДАХ
Если в одно колено сообщающихся сосудов
налить одну жидкость, а в другое — другую, то при
равновесии уровни этих жидкостей не будут одина-
ковыми. II это понятно почему. Мы знаем, что
давление жидкости на дно сосуда прямо пропор-
ционально высоте столба и плотности жидкости.
При равенстве давлении высота столба жидкости
с большей плотностью будет меньше высоты столба
жидкости с меньшей плотностью.
116
Используя формулу для вычисления давления
жидкости на дно сосуда (§ 62), можно установить
математически связь между высотами столбов
двух разнородных жидкостей в сообщающихся
сосудах и плотностями этих жидкостей. Покажем,
как это можно сделать.
Рассмотрим рисунок 131. На этом рисунке изо-
бражены сообщающиеся сосуды с двумя разнород-
ными и несмешивающимися жидкостями. Высоты
столбов этих жидкостей измеряют от уровня, разде-
ляющего эти жидкости. На рисунке этот уровень
обозначен линией АВ
Пусть h\ — высота столба жидкости в правом
колене, р! — плотность этой жидкости; Аг — высо-
та столба жидкости в левом колене и р2 — ее плот-
ность.
Обозначим буквами р\ и р2 давления столбов
жидкости соответственно в левом и правом коленах
сосудов и напишем их выражения:
Рис. 131.
Вода
Pi = 9.8-^- р,Л,;
Р-2 = 9,8^-р2Л.2.
Так как жидкости в сообщающихся сосудах нахо-
дятся в равновесии, то давления их на уровне АВ
одинаковы:
Pi ~ Pi>
или
9,8 — -р.й. = 9,8 — р.,Л.,.
Сокращая обе части последнего равенства на
9,8 —, получим Р|А| = р2Л2. откуда следует про-
порция:
Л1 _ Р2
Л2 ’ Pi '
Следовательно, при равновесии двух разнород-
ных жидкостей в сообщающихся сосудах высоты
столбов, измеряемых от уровня, разделяющего
жидкости, обратно пропорциональны плотностям
жидкостей.
Пример. В сообщающихся сосудах столб
воды высотой 20,7 см уравновешивает столб мине-
рального смазочного масла высотой 23,0 см. Опре-
делить пс^этим данным плотность масла р2.
117
Рис. 132. Водомер-
ное стекло паро-
вого котла: / пар;
2 -кран; 3—водо-
мерное стекло.
Дано:
ht = 20,7 см
h2 = 23,0 см
Найти р2
Так как
Решение:
Л. р2
~ • откуда р2 = Р! • ‘
Р1 л2
1 Т\Т\Т\ К'* 1 20 > см
1000-=-, то р2 = 1000 —5--КТ-Н— =
м3 1 л3 23,0 см
= 900 г~. или 0,9 Л-
JK3 см3
Рис. 133.
Рис. 134.
Задание
С помощью кусочка резиновой трубки и двух отрезков
стеклянной трубочки изготовьте сообщающиеся сосуды Из-
мерьте с их помощью, во сколько раз плотность воды больше
плотности масла (подсолнечного или какого-нибудь минераль-
ного). Зарисуйте прибор и кратко опишите опыт.
Унр. 25.
1. На рисунке 132 показано водомерное стекло парового кот-
ла. Объясните действие этого прибора.
2. На рисунке 133 изображена модель нивелира для прове-
дения горизонтальной линии на местности. Объясните его
действие. Изготовьте такой прибор и проведите с его по-
мощью горизонтальную линию.
3°. На рисунке 134 изображены сообщающиеся сосуды, в ко-
торые налита ртуть. Кроме того, в левое колено налита
вода. До какого уровня нужно налить в правое колено
спирт, чтобы уровни ртути в обоих коленах оказались на
одной высоте?
4. Как рассчитать давление, производимое жидкостью на глу-
бине, отмеченной пунктирной линией (рис. 135)?
5. На рисунке 136 изображено устройство артезианского ко-
лодца. Слой 2 состоит из песка или другого скважистого
материала, легко пропускающего воду. Слои 1 и 3, наобо-
рот, водонепроницаемы. Объясните действие такого колод-
ца.
нис. 135.
Рис. 136.
118
68. ШЛЮЗЫ
Одним из примеров применения сообщающихся
сосудов в технике являются шлюзы.
Шлюзы строят на каналах и на перегороженных
плотинами судоходных реках, служат они для про-
пускания судов и плотов.
Шлюз состоит из шлюзовой камеры, имеющей
верхние и нижние ворота. Камера соединена с
рекой широкими трубами, которые закрывают вы-
движными щитами На рисунке 137 изображена
схема работы шлюза, когда теплоход идет вверх
против течения реки.
Теплоход подходит к шлюзу. Ворота шлюза
заперты. Открывают щит трубы, соединяющей ниж-
нюю часть реки с камерой. Вода из камеры посте-
пенно перетекает в реку Когда уровень воды в ка-
мере сравняется с уровнем ее в нижней части реки,
нижние ворота / открывают и теплоход входит в ка-
меру (рис. 137, а). После этого закрывают нижние
ворота и открывают щит трубы, соединяющей ка-
меру с верхней частью реки. Камера шлюза посте-
пенно наполняется водой до уровня ее в верхней
части реки. Затем открывают верхние ворота
(рис. 137, б) и теплоход выходит в реку (рис. 137, в).
В случае большой разницы верхнего и нижнего
уровней реки устраивают несколько шлюзовых
камер, работающих последовательно. Так, напри-
мер, шлюз при Днепровской гидроэлектростанции
имени В. II. Ленина состоит из трех камер, в
каждой из которых судно опускается или поднима-
ется на 12 м.
Бывает так, что отдельные участки канала
лежат выше уровней гех рек, которые соединяет
канал. Понятно, что в таких случаях вода не может
идти в канал самотеком, ее приходится накачивать
т^да насосами. Для пропуска судов приходится
применять на таких каналах группу шлюзов, обра-
Для
дополнительного
чтения
Рис. 137.
119
зующую шлюзовую лестницу. Например, на Волж-
ском склоне Волго-Донского канала шлюзовая
лестница состоит из 9 шлюзов с общей высотой
падения 88 м. Донской склон этого канала имеет
4 шлюза с высотой падения 44 м.
69. УСТРОЙСТВО ВОДОПРОВОДА
Города и многие поселки снабжают водой
с помощью водопровода. Схема устройства одного
из распространенных видов водопровода изображе-
на на рисунке 138. Здесь цифрой / обозначена вы-
сокая водонапорная башня, возвышающаяся над
всеми домами города или поселка. На верху башни
находится бак 2 для воды. Мощными насосами 3
очищенную в отстойнике 4 и тщательно профильт-
рованную фильтрами 5 речную или озерную воду
подают в главную трубу — магистраль бив водо-
напорную башню.
Назначение водонапорной башни — поддержи-
вать во всей водопроводной сети постоянный напор
(давление) воды.
К магистрали присоединены водопроводные тру-
бы отдельных зданий города или поселка. Маги-
страль и водопроводные трубы, находящиеся не
в зданиях, уложены под землей для предохранения
их от промерзания.
Бак водонапорной башни, магистраль и отдель-
ные трубы в домах представляют собой систему
сообщающихся сосудов.
Городскую сеть водопровода устраивают так, что
Рис. 138.
главная труба (магистраль) кольцом опоясывает
большую часть города. От этого кольца но разным
направлениям идут побочные трубы меньшего раз-
мера.
в
120
Таким образом, при какой-либо неисправности
можно закрыть любой отходящий от главного коль-
ца участок водопровода, не нарушая работы всей
остальной его части.
1. Как устроен водопровод? 2. Какое назначение имеет водо-
напорная башня?
.» I
70. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Воздушную оболочку, окружающую Землю, на-
зывают атмосферой Атмосфера, как показали на-
блюдения за полетом искусственных спутников
Земли, простирается на высоту нескольких тысяч
километров. Мы живем на дне огромного воздуш-
ного океана. Поверхность Земли — дно этого океана.
Вследствие действия силы тяжести верхние слои
воздуха, подобно воде в океане, сжимают нижние
слои. Воздушный слой, прилегающий непосред-
ственно к Земле, сжат больше всего и согласно
закону Паскаля передает производимое па него
давление по всем направлениям.
В результате земная поверхность и тела, на ней
находящиеся, испытывают давление всей толщи
воздуха, или, как обычно говорят, испытывают
атмосферное давление.
Существованием атмосферного давления могут
быть объяснены многие явления.
На рисунке 139 изображена стеклянная трубка,
внутри которой находится поршень, плотно при-
легающий к стенкам трубки Конец трубки опущен
в воду. Если поднимать поршень, то за ним будет
подниматься и вода.
Между поршнем и водой при поднимании поршня
образуется безвоздушное пространство. В это про-
странство под давлением наружного воздуха и
устремляется вслед за поршнем вода. Это явление
используется в работе водяного насоса.
Рис. 139.
1 Слово «атмосфера» происходит от двух греческих слов:
итмос— пар. воздух, сфера — шар
121
Рис. 140.
На рисунке 140 изображен высокий цилиндриче-
ский сосуд Сосуд закрыт пробкой, в которую встав-
лена трубка с краном. Из сосуда насосом откачи-
вают воздух. Затем конец трубки погружают в воду.
Если теперь открыть кран, то вода фонтаном брыз-
нет внутрь сосуда. Вода поступает в сосуд потому,
что давление атмосферы больше давления разре-
женного воздуха в сосуде.
В дальнейшем мы рассмотрим сше ряд явлений,
которые объясняются существованием атмосферного
давления
1. Что представляет собой атмосфера Земли? 2. В результате
чего создается атмосферное давление? 3. Опишите опыты,
подтверждающие существование атмосферного давления.
71. СУЩЕСТВОВАНИЕ ВОЗДУШНОЙ ОБОЛОЧКИ
ЗЕМЛИ
Как и все тела, молекулы газов, входящих в со-
став воздушной оболочки Земли, притягиваются
к Земле.
Но почему же тогда они все не упадут на.по-
верхность Земли? Каким образом сохраняется воз-
душная оболочка Земли, ее атмосфера? Чтобы это
понять, надо учесть, что молекулы газов, составля-
ющих атмосферу, находятся в непрерывном и бес-
порядочном движении.
Но тогда возникает другой вопрос: почему эти
молекулы не улетают в мировое пространство?
Для того чтобы совсем покинуть Землю, моле-
кула, как и космический корабль или ракета, должна
иметь скорость не меньше 11,2 Это так называе-
мая вторая космическая скорость. Средняя же ско-
рость молекул воздушной оболочки Земли значи-
тельно меньше этой космической скорости. Поэтому
большинство молекул воздуха и «привязано» к
Земле силой тяжести.
Беспорядочное движение молекул и действие на
них силы тяжести приводит в результате к тому, что
молекулы газов «парят» в пространстве около Зем-
122
ли, образуя свободную воздушную оболочку, или
атмосферу.
Измерения показывают, что плотность воздуха
быстро уменьшается с высотой. Так, на высоте
5,4 км над Землей плотность воздуха в 2 раза мень-
ше его плотности у поверхности Земли, на высоте
11 км в 4 раза меньше и т. д. Чем выше, тем воздух
разреженнее.
И наконец, в самых верхних слоях (сотни и ты-
сячи километров над Землей) атмосфера постепенно
переходит в безвоздушное пространство. Четкой гра-
ницы атмосфера не имеет. На рисунке 141 изобра-
жена картина распределения молекул газов в атмо-
сфере Земли.
Строго говоря, вследствие действия силы тяжести
плотность газа в любом закрытом сосуде неодина-
кова по всему объему сосуда. Внизу сосуда плот-
ность газа больше, чем в верхних его частях, поэто-
му и давление в сосуде неодинаково: на дне оно
больше, чем вверху. Однако это различие в плотно-
сти и давлении газа, содержащегося в сосуде, столь
мало, что его можно во многих случаях совсем не
учитывать.
?
1. Почему все молекулы газов, входящих в состав атмосферы,
не упадут на Землю под действием силы тяжести? 2. Почему
все молекулы газов, входящих в состав атмосферы, стремясь
разлететься во все стороны, не покидают Землю? 3. Как изме-
няется плотность воздушной оболочки Земли — атмосферы —
с увеличением высоты?
упр. 26.
1. На рисунке 142 изображен прибор ливер, служащий для
взятия проб различных жидкостей. Ливер опускают в жид-
кость, затем закрывают пальцем верхнее отверстие и выни-
мают из жидкости. Когда верхнее отверстие ливера откры-
вают, из него начинает вытекать жидкость. Проделайте опыт
и объясните действие этого прибора.
2. На рисунке 143 изображена пипетка — прибор для получе-
ния капель жидкости. Проделайте с пипеткой опыт и объяс-
ните ее действие.
3. Какое физическое явление мы используем, набирая чер-
нила в автоматическую ручку?
Рис. 141.
Рис. 143.
123
4. На рисунке 144 изображена автоматическая поилка для
птиц. Она состоит из бутьУлки, наполненной водой и опро-
кинутой в корытце так, что горлышко находится немного
ниже уровня воды в корытце. Почему вода не выливается
из бутылки? Если уровень воды в корытце понизится и гор-
лышко бутылки выйдет из воды, часть воды из бутылки
выльется. Почему? Когда прекратится вытекание воды из
бутылки?
5. Если жестяную коробку с отверстием в крышке сильно про-
греть и затем плотно закрыть отверстие пробкой, то после
охлаждения коробка сплющивается. Почему? Объясните.
Рис. 144. 72 ИЗМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО давления.
ОПЫТ ТОРРИЧЕЛЛИ
Рис. 145.
Рассчитать величину атмосферного давления так,
как мы рассчитывали давление столба жидкости
(§ 62), нельзя. Почему? Для такого расчета мы
должны знать высоту атмосферы и плотность воз-
духа. По определенной границы у атмосферы не су-
ществует, а плотность воздуха, будучи наибольшей
у поверхности Земли, убывает с высотою до нуля.
Однако измерить атмосферное давление можно
с помощью опыта, предложенного в XVII в. италь-
янским ученым Торричелли.
Опыт Торричелли состоит в следующем: стеклян-
ную трубку длиной около I м, запаянную с одного
конца, наполняют ртутью. Затем, плотно закрыв от-
крытый конец трубки, ее перевертывают, опускают
в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец
трубки (рис. 145) Часть ртути при этом выливается
в чашку, а в трубке остается столб ее высотой около
760 мм. В трубке же над ртутью воздуха нет, там
безвоздушное пространство.
Торричелли, предложивший описанный выше
опыт, дал и его объяснение. Атмосфера давит на
поверхность ртути в чашке. Ртуть находится в рав-
новесии. Значит, но закону Паскаля давление
в трубке на уровне аа ртути в чашке (рис. 145)
тоже равно атмосферному давлению. Но в верхней
части трубки воздуха нет, поэтому давление в труб-
ке на том же уровне аа создается только весом
столба ртути в трубке.
124
Отсюда следует, что атмосферное давление равно
давлению столба ртути в трубке.
Измерив высоту столба ртути в опыте Торричел-
ли, можно рассчитать давление, которое он произ-
водит, оно и будет равно атмосферному давлению.
Чем больше атмосферное давление, тем выше
столб ртути в опыте Торричелли, поэтому на прак-
тике часто измеряют атмосферное давление высотой
ртутного столба в миллиметрах или сантимет-
рах. Если, например, давление атмосферы равно
780 мм рт. ст., то это значит, что воздух производит
такое же давление, какое производит вертикальный
столб ртути высотой 780 мм.
Наблюдая день за днем за высотой ртутного
столба в трубке, Торричелли обнаружил, что эта
высота меняется: то увеличивается, то уменьшается.
Отсюда он заключил, что атмосферное давление не
постоянно, оно может меняться. Торричелли заме-
тил также, что изменения атмосферного давления
как-то связаны с изменением погоды.
Прикрепив к трубке со ртутью в опыте Торри-
челли вертикальную шкалу, получают простейший
ртутный барометр 1 — прибор для измерения атмо-
сферного давления.
Атмосферное давление равно 760 мм рт. ст. Вы-
н
разим это давление в —.
• Слово «барометр» происходит от двух греческих слов;
барос — тяжесть, метрео — измеряю
Торричелли Эванджелиста (1608 1647) италь-
янский физик и математик. Торричелли изобрел
ртутный барометр и объяснил наличием воздуш-
ного давления подъем ртути в трубке, разработал
ряд других вопросов в физике и математике.
Воспользуемся формулой давления р- 9,8 ~ ph.
кг
Плотность ртути р== 13 600^-; высота h =0,76 м;
тогда
р = 9,8—• 13600-^'0,76 м ъ 101 300-4= 10,1—2-
г кг ас3 л3 см2
1. Почему нельзя рассчитывать давление воздуха так же, как
рассчитывают давление жидкости на дно или стенки сосуда?
2. Как с помощью трубки Торричелли можно измерить вели-
чину атмосферного давления? Объясните. 3. Что означает за-
пись: «Давление атмосферы равно 780 ММ рт. СГП.»1 4. Как вы-
н
разить атмосферное давление в ~^г? 5. Как называют при-
бор для измерения атмосферного давления?
Упр. 27.
Рис. 14b.
1. Погрузите стакан в воду, переверните его под водой вверх
дном и затем медленно вытаскивайте из воды. Почему,
пока края стакана находятся под водой, ьода остается
в стакане (не выливается)?
2. Налейте в стакан воды, закройте листком бумаги и, поддер-
живая листок рукой, переверните стакан вверх дном. Если
теперь отнять руку от бумаги (рис. 146), то вода из стакана
не выльется. Бумага остается как бы приклеенной к краям
стакана. Почему? Ответ обоснуйте.
3. Из трубки длиной 1 м, запаянной с одного конца и с краном
на другом конце, выкачали воздух. Поместив конец с кра-
ном ртуть, открыли кран. Заполнит ли ртуть всю трубку?
Что произойдет, если вместо ртути взять воду? (
......-...... ............'У...
Рис. 147.
126
4. Зависит ли высота уровня ртути в опыте Тооричелли от диа-
метра трубки? Ответ обоснуйте.
5°. Что произойдет со столбиком ртути, если трубку в опыте
Торричелли наклонить? Как измерить величину атмосферно-
го давления при помощи такой наклонной трубки? Обоснуй-
те oieer и сопроводите его рисунком.
6. 8 1654 г. ученый Отто Г ерике в г. Магдебурге, чтобы до-
казать существование атмосферного давления, произвел та-
кой опыт: он выкачал воздух из полости между двумя ме-
таллическими полушариями, сложенными вместе. Давление
атмосферы так сильно прижало полушария друг к другу,
что их не могли разорвать восемь пар лошадей (рис. 147).
Вычислите силу, сжимающую полушария, если считать, что
поверхность, на которую давит воздух, равна 2800 см2.
73. БАРОМЕТР-АНЕРОИД1
В практике для измерения атмосферного давле-
ния часто используют металлический барометр,
называемый анероидом.
Внешний вид анероида изображен на рисун-
ке 148. Главная часть его—металлическая коро-
бочка / с волнистой (гофрированной) поверхностью
(рис. 149). Из этой коробочки выкачан воздух,
а чтобы атмосферное давление не раздавило коро-
бочку, крышку ее пружиной 2 оттягивают вверх.
Таким образом, при уменьшении давления пружина
будет выпрямлять крышку. При увеличении атмо-
сферного давления крышка прогибается вниз и на-
тягивает пружину. К пружине с помощью переда-
1 Анероид — в переводе на русский язык — «безжид-
костный». Так его называют потому, что не содержит ртути.
127
Задание
точного механизма 3 прикреплена стрелка-указа-
тель 4, которая передвигается вправо или влево
при изменении давления. Под стрелкой укреплена
шкала, деления которой нанесены по показаниям
ртутного барометра. Так, число 750, против кото-
рого стоит стрелка анероида (рис. 148), показы-
вает, что в данный момент в ртутном барометре
высота ртутного столба 750 мм.
Знание атмосферного давления весьма важно
для предсказания погоды на ближайшие дни, так
как изменение атмосферного давления связано с
изменением погоды. Барометр — необходимый при-
бор при метеорологических наблюдениях.
1. Как устроен барометр-анероид? 2. Как градуируют шкалу
барометра-анероида? 3. Для чего необходимо систематически
и в разных местах земного шара измерять атмосферное дав-
ление?
На стене в физическом кабинете вашей школы висит ртут-
ный барометр или анероид. Соблюдая осторожность, научи-
тесь определять по нему давление воздуха. Заведите классный
журнал и ежедневно записывайте в нем давление воздуха.
74. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ НА РАЗЛИЧНЫХ
ВЫСОТАХ
В жидкости давление, как мы знаем (§ 61), на
разных уровнях разное. Вследствие малой сжимае-
мости плотность жидкости на различных глубинах
почти одинакова, поэтому давление в такой жидко-
сти зависит только от высоты ее столба. Например,
в воде при поднятии вверх на 10 л? давление умень-
шается на 10 ~ ; при поднятии на 20 м умень-
шается на 20-^-; при 30 м— на 30 —- и т д.
см2 1 см2
Сложнее обстоит дело в газах. Газы сильно сжи-
маемы. А чем сильнее газ сжат, тем больше его
плотность и тем большее давление он производит.
Слои воздуха у поверхности Земли сжаты всеми
слоями воздуха, находящимися над ними. Но чем
12В
Bernie от поверхности слой воздуха, тем слабее он
сжат, тем меньше его плотность, а следовательно,
тем меньшее давление он производит. Если, напри-
мер, воздушный шар поднимается над поверхностью
Земли, то давление воздуха на шар становится
меньше не только потому, что высота столба воз-
духа над ним уменьшается, но еще и потому, что
плотность воздуха вверху меньше, чем внизу.
С помощью барометра можно установить, что дав-
ление атмосферы даже на разных этажах здания
различное.
Наблюдения показывают, что атмосферное дав-
ление в местностях, лежащих на уровне моря, в
среднем равно 760 мм рт. ст. Чем выше лежит место
над уровнем моря, тем давление там меньше.
Давление атмосферы, равное давлению столба
ртути высотой 760 мм рт. ст., при температуре 0 С,
называют нормальным атмосферным давлением.
При небольших подъемах в среднем на каждые
12 м подъема давление уменьшается на 1 мм рт. ст.
На рисунке 150 показано изменение атмосферного
давления с высотой.
Зная зависимость давления от высоты, можно по
изменению показаний барометра определить высоту
поднятия над уровнем моря. Анероиды, имеющие
шкалу, по которой непосредственно можно отсчи-
тать высоту поднятия, называют альтиметрами.
Их применяют в авиации и при подъемах на горы.
Рис. 150.
мм
1000
000 J
700 -
600
600-
400 !
200-
674
596
526
_ Б2О
.lllfffflx
150
На уровне 1 км 2км Зкм 4 км Б км 6 км
1км 8кк 9 км 10 км 11 км \2км
Над уровней моря
» А. В. Перышкин. И А. Родина Физика для 6 го класса
129
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГО использования
моря
a
б
Рис. 151.
1. Чем объяснить, что давление атмосферы уменьшается по
мере увеличения высоты подъема над уровнем Земли? 2. Ка-
кое атмосферное давление называют нормальным? 3. Как на-
зывают прибор для измерения высоты по давлению атмосфе-
ры? Что он собой представляет?
Упр. 28.
1. Объясните, почему при быстром спуске самолета пассажи-
ры испытывают боль в ушах.
2. Чем объяснить, что при подъеме на самолете из заряжен-
ной автоматической ручки начинают выливаться чернила?
3. У подножия горы барометр показывает 760 мм рт. ст., а на
вершине 722 мм рт. ст. Какова высота горы?
Задание
С помощью барометра-анероида измерьте атмосферное
давление на первом и последнем этажах здания школы. Опре-
делите по полученным данным расстояние между этажами.
Проверьте эти данные непосредственным измерением.
75. МАНОМЕТРЫ
Для измерения давлений, больших или меньших
атмосферного, исйользуют приборы — манометры *.
Манометры бывают жидкостные и металлические.
Рассмотрим сначала устройство и действие от-
крытого жидкостного манометра (рис. 151, в). Он
состоит из двухколенной стеклянной трубки, в ко-
торую наливают какую-нибудь жидкость. Чтобы
понять, как действует такой манометр, его можно
соединить резиновой трубкой с круглой плоской
коробкой, одна сторона которой затянута резиновой
пленкой (рис. 151, а, б). Если слегка надавить
пальцем на пленку, то уровень жидкости в колене
манометра, соединенном с коробкой, понизится, в
другом же колене повысится (рис. 151, в). Чем это
объясняется? При надавливании на пленку увели-
чивается давление воздуха в коробке. По закону
Паскаля это увеличение давления передается и
1 Слово «манометр» — от греческих слов: манос—редкий,
неплотный, метрео — измеряю
130
Рис. 152.
жидкости в том колене манометра, которое присое-
динено к коробке. Поэтому давление на жидкость
в этом колене будет больше, чем в другом, где на
жидкость действует атмосферное давление. Под
действием силы этого избыточного давления жид-
кость начнет перемещаться: в колене со сжатым
воздухом жидкость опустится, в другом — подни-
мется. Жидкость придет в равновесие (остановит-
ся), когда избыточное давление сжатого воздуха
уравновесится давлением, которое производит избы-
точный столб жидкости в другом колене манометра.
Чем сильнее давить на пленку, тем выше и, ста-
ло быть, тяжелее будет этот столб жидкости. Сле-
довательно, об изменении величины давления мож-
но судить по высоте этого столба.
На рисунке 152 показано, как таким манометром
можно измерять давление внутри жидкости. Чем
глубже погружать в жидкость коробочку, тем боль-
9*
131
Рис 154.
Рис. 155.
?
Для
дополнительного
чтения
ше становится разность высот столбов жидкости
в коленах манометра, тем, следовательно, и боль-
шее давление производит жидкость.
Установив коробочку прибора на какой-нибудь
глубине внутри жидкости, ее поворачивают пленкой
вверх, вбок и вниз (рис. 153). Показания манометра
при этом не меняются. Как и следовало ожидать,
на одном и том же уровне внутри жидкости давле-
ние по всем направлениям одинаково.
На рисунке 154 изображен металлический мано-
метр. Основная часть такого манометра — согнутая
в дугу металлическая трубка / (рис. 155), один
конец которой закрыт. Другой конец трубки посред-
ством крана 4 сообщается с сосудом, в котором
измеряют давление. При увеличении давления
трубка разгибается и движение закрытого конца ее
при помощи рычага 5 и зубчатки 3 передается
стрелке 2, движущейся около шкалы прибора. При
уменьшении давления трубка благодаря своей упру-
гости возвращается в прежнее положение, а стрел-
ка — к нулевому делению шкалы.
1. Как называют приборы для измерения давлений, больших
или меньших атмосферного? 2. Как устроен и действует от-
крытый жидкостный манометр? 3. Как устроен металлический
манометр?
76. ИЗМЕРЕНИЕ КРОВЯНОГО ДАВЛЕНИЯ
Действие кровеносной системы человека можно
сравнить с работой гидравлической машины. Серд-
це работает подобно насосу, который гонит кровь
через кровеносные сосуды. Во время сжатия сердца
кровь выталкивается из сердца в артерии, проходит
через клапаны, не пускающие ее обратно в сердце.
Затем оно расслабляется и в продолжение этого
времени наполняется кровью из вен и легких.
Открытие простых способов измерения кровя-
ного давления облегчило врачам распознавание
болезней, признак которых — ненормальное давле-
ние крови.
Прибор для измерения кровяного давления
(рис. 156) состоит из трех основных частей: ман-
132
1
Рис. 156.
жеты 2, нагнетателя 3 и манометра 1 (ртутного или
металлического). Манжета представляет собой
плоскую резиновую камеру, помещенную в матер-
чатый чехол. Через тройник она соединена резино-
выми трубками с манометром и нагнетателем.
При измерении кровяного давления (рис. 157)
манжету обертывают вокруг руки выше локтевого
сустава. Затем в манжету накачивают воздух,
который расширяет ее и сдавливает руку до тех
пор, пока ток крови в главной артерии не прекра-
щается. Врач при помощи стетоскопа выслушивает
эту артерию, одновременно постепенно выпуская
из манжеты воздух. Когда давление в манжете
станет меньше (или равно) давления крови в
артерии, врач снова услышит пульсацию крови в
артерии. Это давление крови замечают по мано-
метру, оно и будет наибольшим давлением крови
(во время сжатия сердца).
Врач продолжает выпускать воздух из манже-
ты. Когда изменение звука покажет, что манжета
больше не препятствует току крови, снова замеча-
ют показания манометра. Это давление будет
наименьшим давлением крови.
У здоровых людей наибольшее давление около
120 —125 мм рт. ст., наименьшее — 70—75 мм рт. ст.
77. ПОРШНЕВОЙ ЖИДКОСТНЫЙ НАСОС
В § 70 был описан опыт поднятия воды за
поршнем в стеклянной трубке под действием атмо-
сферного давления. Это явление используют в
устройстве поршневых насосов.
Насос, схематически изображенный на рисун-
ке 158, состоит из цилиндра, внутри которого ходит
Рис. 157.
Рис. 158.
133
вверх и вниз плотно прилегающий к стенкам пор-
шень /. В нижней части цилиндра и в самом поршне
установлены клапаны 2, открывающиеся только
вверх. При движении поршня вверх вода под давле-
нием атмосферы входит в трубу, поднимает нижний
клапан и движется за поршнем.
При движении поршня вниз вода, находящаяся
под поршнем, давит на нижний клапан, и этот кла-
пан закрывается. Одновременно под давлением во-
ды открывается клапан внутри поршня, и вода
переходит в пространство над поршнем. При после-
дующем движении поршня вверх вместе с ним под-
нимается и находящаяся над ним вода, которая и
выливается в отводящую трубу. Одновременно за
поршнем поднимается новая порция воды, которая
при последующем опускании поршня окажется над
ним, и т. д.
Нетрудно подсчитать, что за поршнем насоса
вода может подняться на высоту, в 13,6 раза боль-
шую, чем ртуть, так как плотность воды в 13,6 раза
меньше плотности ртути. Это примерно равно 10 м.
1. Какое явление используют в устройстве поршневого водя-
ного насоса? 2. Как устроен и действует насос? 3. На какую
предельную высоту может подняться вода в насосе?
уПр. 2 9.
1. На какую предельную высоту можно поднять ртуть поршне-
вым насосом (см. рис. 158)? Объясните.
2. На какую наибольшую высоту можно поднять спирт насо-
сом?
3. Объясните работу поршневого насоса с воздушной каме-
рой (рис. 159). Какую роль играет в этом насосе воздушная
камера? Можно ли поднять этим насосом воду с глубины,
большей 10,3 м?
Задание
На рисунке 160 изображен сифон, служащий для перели-
вания жидкости из одного сосуда в другой. При этом уровень
жидкости в одном из сосудов должен быть выше, чем в дру-
гом. Жидкость переливается из первого сосуда во второй.
Чтобы сифон начал действовать, надо предварительно трубку
наполнить водой, закрыть пальцами оба конца, перевернуть
и погрузить концы в воду, как изображено на рисунке.
Вместо стеклянной трубки можно взять резиновую.
Проделайте опыт с переливанием воды из одного сосуда
в другой, используя сифон.
134
5
1
2
I
4
-3
Рис. 160.
Рис. 159. Поршневой насос с
воздушной камерой: / — пор-
шень, 2 — всасывающий клапан
закрыт; 3- нагнетательный кла-
пан открыт; 4 — воздушная ка-
мера; 5 — рукоятка.
1. Почему столб жидкости, наполняющей трубку, не раз-
рывается? Какую роль играет здесь атмосферное давление?
2. Почему вода не остается в равновесии, а движется в
направлении более длинной части столба жидкости?
Указание. В сечении трубки а жидкость находится под
давлением слева Н — h\, справа Н —hit где Н — атмосферное
давление, выраженное высотой столба данной жидкости,
Ai и — высоты столбов жидкости в сифонной трубке. Не-
трудно видеть, что Н — h\ > Н — h^.
78. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ АТМОСФЕРНОГО
ДАВЛЕНИЯ
Изучение атмосферного давления имеет свою
большую и поучительную историю. Как и многие
другие научные открытия, оно было тесно связано
с практическими потребностями людей.
Устройство насоса было известно еще в глубо-
кой древности Однако и древнегреческий ученый
Аристотель и его последователи объясняли движе-
ние воды за поршнем в трубе насоса тем, что «при-
рода боится пустоты». Истинная же причина этого
явления — давление атмосферы — им была не-
известна.
В конце первой половины XVII в. во Флорен-
ции — богатом торговом городе Италии — строили
насосы. При помощи этих насосов хотели подни-
мать воду на большую высоту, но насосы «отказы-
вались» это делать.
Для
дополнительного
чтения
135
Обратились за советом к Галилею. Галилеи
исследовал насосы и нашел, что они исправны, но
что насосы не могут поднять воду выше, чем на
18 итальянских локтей (приблизительно 10 м).
Галилей был уже очень стар, когда начал зани-
маться этим вопросом, и не успел его разрешить.
Ведь незадолго до этого он перенес суд инквизиции,
которая вынуждала его отречься от своих научных
убеждений.
После смерти Галилея его научные исследова-
ния продолжил его ученик — Торричелли. Торри-
челли занялся изучением явления поднятия воды за
поршнем в трубе насоса. Торричелли предложил
заменить длинную непрозрачную трубу насоса
стеклянной трубкой, а воду — ртутью. Впервые та-
кой опыт (§ 72) был проделан его учеником Вивпа-
ни в 1643 г. и затем многократно повторен самим
Торричелли.
Раздумывая над этим опытом, Торричелли при-
шел к заключению, что истинной причиной подня-
тия в трубке ртути является давление воздуха, а
не «боязнь пустоты». Это давление производит
воздух своим весом. А что воздух имеет вес —
было уже доказано Галилеем, и Торричелли об
этом знал.
Когда Торричелли обнародовал свои опыты и
заключения, то среди ученых снова разгорелся
ожесточенный спор. Торричелли утверждал, что в
трубке над ртутью пустота, последователи же
Аристотеля заявляли, что это невозможно, так как
Аристотель учил, что природа боится пустоты.
Об опытах Торричелли узнал французский уче-
ный Паскаль. Паскаль повторил опыт Торричелли
с ртутью и водой. Вначале он еще придерживался
учения Аристотеля, но когда ознакомился с учением
Торричелли о существовании атмосферного давле-
ния, то быстро его воспринял.
Однако Паскаль считал, что для окончательного
доказательства факта существования атмосфер-
ного давления требуется еще один решительный
опыт.
Паскаль предложил проделать опыт Торричелли
один раз у подножия какой-нибудь горы, а другой
раз на вершине ее н измерить в обоих случаях
высоту ртутного столба в трубке. Если бы на вер-
шине горы столб ртути оказался ниже, чем у под-
ножия ее, то отсюда следовало бы заключить,
что ртуть в трубке действительно поддерживается
атмосферным давлением
136
«Легко понять,— говорил Паскаль,— что у под-
ножия горы воздух оказывает большее давление,
чем на вершине ее, меж тем как нет никаких осно-
ваний предполагать, чтобы природа испытывала
большую боязнь пустоты внизу, чем вверху».
Такой опыт был проведен, и результаты его
привели в изумление всех окружающих. Давле-
ние воздуха на вершине той горы, где произво-
дились опыты, оказалось почти на 100 мм рт. ст.
меньше, чем у подножия горы. Но Паскаль этим
опытом не ограничился. Чтобы еще раз доказать,
что ртутный столб в опыте Торричелли удержива-
ется атмосферным давлением, Паскаль поставил
другой опыт, который он образно назвал доказа-
тельством пустоты в пустоте
Сейчас такой опыт Паскаля можно осуществить
с помощью прибора, изображенного на рисун-
ке 161. На этом рисунке А — прочный полый стек-
лянный сосуд, в который пропущены и впаяны две
трубки: одна—от барометра Б, другая (трубка с
открытым концом) —от барометра В.
Прибор устанавливают на тарелку воздушного
насоса. В начале опыта давление в сосуде А равно
атмосферному, оно измеряется разностью высот h
столбов ртути в барометре Б. В барометре же В
ртуть стоит на одном уровне. Затем из сосуда А
воздух выкачивают насосом. По мере удаления
воздуха уровень ртути в барометре Б понижается,
а в левом колене барометра В повышается. Когда
воздух будет полностью удален, уровень ртути в
узкой трубке барометра Б упадет и сравняется с
уровнем ртути в его широком колене. В узкой же
трубке барометра В ртуть под действием атмосфер-
ного давления поднимется на высоту h (рис. 161а)
Опыты Паскаля окончательно опровергли тео-
рию Аристотеля о «боязни пустоты» и убедительно
подтвердили существование атмосферного давления.
Б
к насосу
Рис. 161.
Рис. 161а.
79. ДЕЙСТВИЕ ЖИДКОСТИ И ГАЗА
НА ПОГРУЖЕННОЕ В НИХ ТЕЛО
Мы знаем (§ 61, 62), что жидкость давит на дно
и стенки сосуда, а если внутрь ее поместить какое-
нибудь твердое тело, то оно также будет подвер-
гаться давлению.
Рассмотрим силы давления, которые действуют
со стороны жидкости на погруженное в нее тело.
137
Чтобы легче было рассуждать, выберем тело, кото-
рое имеет форму параллелепипеда с основаниями,
параллельными свободной поверхности жидкости
(рис. 162). Силы давления на боковые грани тела
попарно равны и уравновешивают друг друга. Под
действием этих сил тело только сжимается.
Остается рассмотреть силы давления на гори-
зонтальные грани тела.
На верхнюю грань давит сверху с силой Ft столб
жидкости высотой Л|. На уровне нижней грани тела
давленйе производит столб жидкости высотой Л2.
Это давление, как мы знаем (§ 61), передается внут-
ри жидкости во все стороны. Следовательно, на ниж-
нюю грань тела снизу вверх с силой F2 давит столб
жидкости высотой Лг. Но Аг больше Аь поэтому и
сила F2 больше силы F\. Следовательно, сила дав-
ления на тело снизу вверх больше силы давления
сверху вниз. Поэтому тело выталкивается из жидко-
сти с силой F, равной разности сил F2—Fh
Существование силы, выталкивающей тело из
жидкости, легко обнаружить на опыте.
На рисунке 163, а изображено тело, подвешен-
ное к пружине со стрелкой на конце Растяжение
пружины отмечает на штативе стрелка-указатель.
При опускании тела в воду пружина сокращается
(рис. 163, б).
Такое же сокращение пружины получится, если
действовать на тело снизу вверх с некоторой силой,
например рукой.
Следовательно, опыт подтверждает, что на тело,
находящееся в жидкости, действует сила, выталки-
Рис. 162.
вающая это тело из жидкости.
Этим же можно объяснить, что под водой
мы можем легко поднять камень, который
с трудом поднимаем в воздухе Если погрузить
пробку под воду и выпустить там ее из рук,
то она всплывет.
Газы, как мы знаем, во многом схожи
с жидкостями. К ним также применим закон
Паскаля. Поэтому и на тела, находящиеся
в газе, действует сила, выталкивающая их из
газа. Под действием именно этой силы воздушные
шары, например, поднимаются вверх.
Существование силы, выталкивающей тело из
газа, можно также наблюдать на опыте.
К укороченной чашке весов подвешивают сте-
клянный шар или большую колбу, закрытую проб-
кой. Весы уравновешивают. Затем под колбу (или
шар) ставят широкий сосуд так, чтобы он окружал
всю колбу. Сосуд наполняют углекислым газом,
плотность которого больше плотности воздуха.
При этом равновесие весов нарушается. Чашка с
подвешенной колбой поднимается вверх (рис. 164).
На колбу, погруженную в углекислый газ, действует
большая выталкивающая сила по сравнению с той,
которая действует на нее в воздухе.
Сила, выталкивающая тело из жидкости или
газа, направлена противоположно силе тяжести,
приложенной к этому телу, поэтому если какое-либо
тело взвесить в жидкости или газе, то его вес ока-
жется меньше веса в вакууме (пустоте) на величину
этой силы.
1. Как доказать, основываясь на законе Паскаля, существова-
ние выталкивающей силы, действующей на тело, погруженное
в жидкость? 2. Как показать на опыте, что на тело, находя-
щееся в жидкости, действует выталкивающая сила? 3. Какие
известные вам из жизни явления указывают на существование
выталкивающей силы, действующей на тело со стороны жид-
кости? 4. Как на опыте показать, что и на тело, находящееся
в газе, действует выталкивающая сила?
138
139
80. АРХИМЕДОВА СИЛА
Рис. 165.
В предыдущем параграфе рассказывалось о том,
что на тело, погруженное в жидкость или газ, дей-
ствует выталкивающая сила. Опираясь на знания о
давлении жидкости, рассчитаем выталкивающую
силу, а затем рассмотрим опыт, на котором можно
проверить полученный вывод.
Используем рисунок 165 (он несколько отлича-
ется от рисунка 162). Как уже было показано, вы-
талкивающая сила определяется силами давления
со стороны жидкости, действующими только на
верхнюю и нижнюю грани тела.
Обозначим буквой Н высоту тела — прямоуголь-
ного параллелепипеда, буквой S площади его верх-
ней и нижней граней.
Вспомним, что давление жидкости рассчитывают
по формуле р— 9,8-^— -ph. На каждом уровне оно
одинаково по всем направлениям и меняется при
переходе от одного уровня к другому.
Теперь вернемся к рассматриваемому телу. На
уровне верхней грани этого тела давление жидкости
Pi = Здесь fti — высота столба жидкости,
находящейся над верхней гранью тела
Давление жидкости на уровне нижней грани
тела Р2 = 9,8-^-* рА2, где h2 — расстояние между
нижней гранью тела и свободной поверхностью
жидкости, то есть высота столба жидкбети, находя-
щегося над нижней гранью. На нижнюю грань вода
давит снизу вверх, потому что она передает во все
стороны производимое на нее сверху давление.
Найдем разность давлений на этих двух
уровнях:
Ра — Pi = 9,8 -рЛ2 — 9,8 -^--рЛь
Преобразуем это равенство, вынося в правой его
части общие множители 9,8 — и р за скобки:
кг f
Ра “ Pi = 9,8 • р (Л2 — /ц).
140
Ho h2—h\ = H, где H — высота параллелепипеда
(см. рис. 165). Введем величину Н в полученное
равенство:
Pi —Pi =
Умножим теперь левую и правую части равенства
на площадь грани параллелепипеда, получим:
p.,S-Рг$ = 9,8 — pHS-
/м2
Что же представляют собой отдельные члены полу-
ченного равенства?
p2S — это сила давления жидкости, действую-
щая на тело снизу вверх, на рисунке 165 она изобра-
жена вектором F2.
PiS — это сила давления, действующая на тело
сверху вниз, на рисунке показана вектором
Разность этих сил F2—Fi = PqS—Pi$ — это вы-
талкивающая сила. Она равна 9,8— pHS, но это
есть вес жидкости, вытесненной телом. Действи-
тельно, HS—V—объем параллелепипеда, pHS = m—
масса жидкости, вытесненной телом, а 9,8— -pHS—
это вес жидкости.
Из результатов рассуждений и выводов следует:
тело, погруженное в жидкость [или газ), вытал-
кивается кверху с силой, равной весу вытесненной
им жидкости (или газа).
Этот вывод можно проверить на опыте.
К пружине подвешивают небольшое ведерко и
цилиндр, имеющий объем, равный внутреннему
объему ведерка. Растяжение пружины отмечает
стрелка на штативе (рис. 166, а). Приподняв ци-
линдр, под него подставляют отливной сосуд с жид-
костью и погружают цилиндр целиком в жидкость
(рис. 166,6). При этом часть жидкости, по объему
равная объему цилиндра, выливается из отливного
сосуда в подставленный стакан. Указатель же пру-
жины поднимается вверх, пружина сокращается,
так как на цилиндр, кроме силы тяжести, теперь
действует еще и сила, выталкивающая его из
жидкости.
а
б
в
Рис. 166.
141
Если вылить в подвешенное ведерко жидкость,
вытесненную телом, то она заполнит ведерко довер-
ху, так как объемы цилиндра и ведерка равны.
Указатель пружины при этом принимает положение,
которое он занимал до погружения цилиндра в
жидкость (рис. 166, в). Опыт подтверждает, что
сила, выталкивающая погруженное в жидкость
тело, равна весу жидкости в объеме этого тела.
Если бы подобный опыт проделать с телом, по-
груженным в какой-либо газ, то он показал бы, что
сила, выталкивающая тело из газа, также равна
весу газа, вытесненного телом.
Силу, выталкивающую тело из жидкости или
газа, называют архимедовой силой, в честь древне-
греческого ученого Архимеда, который показал,
как можно ее рассчитать.
1. Как теоретически рассчитать величину выталкивающей силы,
действующей на тело со стороны жидкости? 2. Чему равна
сила, выталкивающая тело из жидкости? 3. Как можно на
опыте определить силу, выталкивающую тело из жидкости?
4. Как называют силу, выталкивающую тело из жидкости или
газа?
Упр. 30.
f. К коромыслу весов подвешены два цилиндра одинаковой
массы: свинцовый и алюминиевый. Весы находятся в равно-
весии. Нарушится ли равновесие весов, если оба цилиндра
одновременно опустить в воду? в спирт? Ответ обоснуйте.
Проверьте его на опыте. Как зависит величина выталкиваю-
щей силы от объема тела?
Архимед (287 212 гг. до нашей зры) древне-
греческий учений. Он стоит на нервом месте
среди создателей механики (части физики). Архи-
меду принадлежит много различного рода техни-
ческих изобретений (водоподъемник, метательные
орудия и др )
142
2. К коромыслу весов подвешены два одинаковых по объему
алюминиевых цилиндра. Нарушится ли равновесие весов,
если один цилиндр опустить в воду, другой — в спирт?
Ответ обоснуйте. Проверьте на опыте. Зависит ли выталки-
вающая сила от плотности жидкости?
3. К коромыслу весов подвешены два цилиндра одинакового
• объема: железный и алюминиевый. С помощью дополни-
тельного груза весы уравновешены. Нарушится ли равно-
весие весов, если оба цилиндра погрузить в воду?
4. Объем куска железа 0,1 дм3. Какую архимедову силу он
будет испытывать при погружении в воду? в керосин?
5. Будет ли меняться выталкивающая сила с увеличением глу-
бины погружения тела в воду? Ответ обоснуйте.
6°. Продумайте и опишите, как можно определить плотность
твердого тела, используя архимедову силу.
81. ЛЕГЕНДА ОБ АРХИМЕДЕ
Существует легенда о том, чго Архимед пришел
к открытию величины силы, выталкивающей тело
из жидкости и газа, размышляя над задачей, задан-
ной ему сиракузским царем (250 лет до и. э.).
Царь Гиерон поручил ему проверить честность
мастера, изготовившего золотую корону. Хотя ко-
рона весила столько, <колько было отпущено на
нее золота, царь заподозрил, что она изготовлена
из сплава золота с другими, более дешевыми метал-
лами. Архимеду было поручено узнать, не ломая
короны, есть ли в ней примесь или нет.
Достоверно неизвестно, каким методом пользо-
вался Архимед, но можно предположить следующее.
Сначала он нашел, что кусок чистого золота в
19,3 раза тяжелее такого же объема воды. Иначе
говоря, плотность золота в 19,3 раза больше плот-
ности воды.
Архимеду надо было найти плотность вещества
короны. I ели эта плотность оказалась бы больше
плотности воды не в 19,3 раза, а в меньшее число
раз, значит, корона была изготовлена не из чистою
золота.
Взвесить корону было легко, но как найти ее
объем? Вот что затрудняло Архимеда, ведь корона
была очень сложной формы.
Много дней мучила Архимеда эта задача. 11 вот
однажды, когда он, находясь в бане, погрузился в
наполненную водой ванну, его вш шпио осенила
мысль, давшая решение за тачи.
Для
дополнительного
чтения
143
Ликующий и возбужденный своим открытием,
Архимед воскликнул: «Эврика! Эврика!», что зна-
чит «Нашел! Нашел!».
Архимед взвесил корону сначала в воздухе,
затем в воде. По разнице в весе он определил вы-
талкивающую силу, равную весу воды в объеме
короны. Определив затем объем короны, он смог
уже определить ее плотность. А зная плотность, от-
ветить на вопрос царя: нет ли примесей дешевых
металлов в золотой короне?
Легенда говорит, что плотность вещества коро-
ны оказалась меньше плотности чистого золота. Тем
самым мастер был изобличен в обмане, а наука
обогатилась замечательным открытием
Историки рассказывают, что задача о золотой
короне побудила Архимеда заняться вопросом о
плавании тел. Результатом этого было появление
замечательного сочинения «О плавающих телах»,
которое дошло до нас.
Седьмое предложение (теорема) этого сочинения
сформулировано Архимедом следующим образом.
«Тела, которые тяжелее жидкости, будучи опу-
щены в нее, погружаются все глубже, пока не
достигают дна, и, пребывая в жидкости, теряют в
своем весе столько, сколько весит жидкость, взятая
в объеме тел».
Упр
.31.
1°. Предположим, что золотая корона царя Гиерэна в воздухе
весит 20 н, а в воде 18,75 н. Какова плотность вещества
короны.7
Полагая, что к золоту было подмешено только серебро,
определите, сколько в короне было золота и сколько се-
ребра.
При решении задачи принять плотность золота округленно,
кг кг
равной 20 ООО “П”, серебра 10 000-
Лг М*
82. ПЛАВАНИЕ ТЕЛ
На тело, находящееся внутри жидкости, действу-
ют две силы: сила тяжести, направленная верти-
кально вниз, и архимедова сила F, направленная
вертикально вверх.
Нод действием этих сил тело будет двигаться
в сторону большей силы. Нри этом возможны три
случая:
I) если сила тяжести больше архимедовой силы,
то тело будщ опускаться на дно, «тонуть», 2) если
144
сила тяжести равна архимедовой силе, то тело мо-
жет находиться в равновесии в любом месте жидко-
сти, 3) если сила тяжести меньше архимедовой
силы, то тело будет подниматься из жидкости,
«всплывать».
Рассмотрим последний случай подробнее.
Когда всплывающее тело достигнет поверхности
жидкости, то при дальнейшем его движении вверх
архимедова сила будет уменьшаться. Почему? Да
потому, что будет уменьшаться объем погруженной
части тела, а архимедова сила равна весу жидкости
в объеме погруженной части тела.
Когда архимедова сила станет равной силе тя-
жести тела, тело остановится и будет плавать на
поверхности жидкости, частично погрузившись
внутрь ее.
Полученный вывод легко проверить на опыте.
В сосуд, в верхней части которого имеется боко-
вая трубка, наливают столько воды, чтобы часть
ее при этом вылилась через трубку. После этого в
сосуд погружают плавающее тело, вес которого
заранее определен (рис. 167). Опустившись в воду,
тело вытесняет объем воды, ранный объему погру-
женной части тела. Взвесив эту воду, находят, что
она весит столько, сколько весит само плавающее
тело.
Проделав такие же опыты с любыми другими
телами, плавающими в разных жидкостях — в воде,
спирте, в растворе соли, можно убедиться, что вес
плавающего тела всегда равен весу жидкости, вы-
Рис. 167.
IIIIHI
Рис. 168.
тесненной телом.
1. Как показать на опыте, что вес жидкости, вытесненной пла-
вающим телом, всегда равен весу тела? 2. Чему равна вытал-
кивающая сила, которая действует на тело, плавающее на
поверхности жидкости? 3. Когда тело, находящееся в жидко-
сти, всплывает? плавает? тонет?
1. На весах уравновесили отливной сосуд с водой (рис. 168, а).
В воду опустили деревянный брусок. Равновесие весов при
этом нарушилось (рис. 168,6). Но когда вся вода, вытеснен-
ная плавающим бруском, вытекла, равновесие весов восста-
новилось (рис. 168, в). Объясните это Явление.
Упр
.32
10 А. В Перышкин. И. А. Родина. Физика для О го класса
145
Рис. 169.
Почему плавает тяжелое судно, а гвоздь, упавший в воду,
тонет?
На рисунке 169 изображено одно и то же тело, плавающее
в двух разных жидкостях. Плотность какой жидкости боль-
ше’ Почему? Что можно сказать о силе тяжести этого тела
и архимедовой силе в том и другом случае?
Деревянный поплавок со свинцовым грузом внизу опускают
в воду, в лотом в керосин. И в той и в другой жидкости
поплавок не тонет. В какую из них он погрузится глубже?
Яйцо тонет в чистой воде, но плавает в соленой. Объясните
почему. Пронаблюдайте это сами на опыте.
6. Изобразите графически силы, действующие на тело, пла-
вающее на воде, всплывающее на поверхность воды, тону-
щее в воде.
Рис. 170.
Задание
Французский ученый Декарт (1596—1650) для демонстра-
ции некоторых гидростатических явлений придумал прибор.
Высокий стеклянный сосуд (банку) наполняли водой, остав-
ляя сверху сосуда небольшой объем воздуха. В этот сосуд
опускали небольшую полую стеклянную фигурку. Фигурку
наполняли частично водой и частично воздухом так, чтобы она
только немного выходила из воды.
Сверху стеклянный сосуд плотно закрывали куском тонкой
кожи. Нажимая на эту кожу, можно было по желанию заста-
вить фигурку плавать в воде и на воде, а также тонуть.
Изготовьте такой прибор и проделайте с ним опыты. Фи-
гурку замените небольшим поплавком, а сосуд закройте рези-
новой пленкой (рис. 170, а).
В другом варианте такой прибор изображен на рисунке,
170,6. В бутылку воздух вдувают ртом через резиновую
трубку.
Объясните действие прибора.
Покажите, что на этом приборе можно демонстрировать
закон Паскаля, архимедову силу и законы плавания тел.
83- ПЛАВАНИЕ ТЕЛ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ
ПЛОТНОСТИ ТЕЛА И ЖИДКОСТИ
В зависимости от плотности тела и жидкости
одно и то же тело в одной жидкости плавает, а в
другой тонет. Нанрймер, кусок парафина плавает
в воде и тонет в керосине, «то легко проверить на
опыте.
Мы знаем, чго тело плавает, когда архимедова
сила, действующая па пего со стороны жидкости,
14А
равна силе тяжести тела. Но архимедова сила рав-
на весу жидкости в объеме погруженной части тела.
Если плотность тела меньше плотности жидко-
сти, то вес жидкости в объеме тела будет боль-
Рис. 171.
ше силы тяжести тела. Такое тело погрузится
в жидкость только частично, то есть будет плавать
на поверхности жидкости.
Плотность парафина 900 а плотность воды
1000 Это значит, что 1 м3 парафина весит 9000 н,
а 1 я3 воды— 10 000 н. Поэтому кусок парафина
плавает в воде.
Чем меньше плотность тела по сравнению с плот-
ностью жидкости, тем меньшая часть тела погруже-
на в жидкость (рис. 171).
Если же плотность тела больше плотности жид-
кости, то даже при полном погружении его в
жидкость вес вытесненной им жидкости, а следова-
тельно, и архимедова сила меньше силы тяжести
тела. Такое тело тонет в жидкости. Плотность ке-
росина 800 , поэтому кусок парафина тонет
в керосине.
1. Будет ли тело плавать в жидкости или тонуть в ней, если
плотность его меньше плотности жидкости? Объясните.
2. Плотность тела больше плотности жидкости. Будет ли такое
тело плавать в жидкости или тонуть в ней? Объясните. 3. Как
зависит глубина погружения в жидкость плавающего тела от
его плотности?
1. Почему кусок дерева, погруженный в воду, поднимается на
поверхность, а камень идет ко дну?
2. Пользуясь таблицей плотностей, определите, какие металлы
будут плавать в ртути, а какие — тонуть.
3. Деревянная и железная бочки наполнены до краев водой.
Потонут ли они, если их опустить в воду?
4. Почему стальной корабль не тонет, хотя плотность стали
больше плотности воды?
5. Будет ли кусок льда плавать в бензине? в керосине? в гли-
церине7
6. Как в сосуде, содержащем воду, керосин и ртуть, распо-
ложатся три сплошных шарика, пробковый, парафиновый
и стальной? Ответ обоснуйте. Сделайте рисунок.
1 <>♦
Задание
7. В каком порядке расположатся в одном сосуде три не
смешивающиеся между собой жидкости: вода, керосин и
ртуть? Сделайте рисунок и объясните.
8. Где труднее держаться человеку на поверхности воды
в пресном озере или в море? Объясните.
Опишите, используя для этого литературу, как погружает-
ся в воду, плавает под водой и всплывает подводная лодка.
84. ПЛАВАНИЕ СУДОВ
Суда, плавающие по рекам, озерам и морям, по-
строены из разнообразных материалов с различной
плотностью. Корпус судов обычно делают из сталь-
ных листов. Все внутренние крепления, придающие
судам прочность, также изготовляют из различных
металлов. На постройку судов идут десятки других
материалов, имеющих по сравнению с водой как
большую, так и меньшую плотность.
Благодаря чему же суда держатся на воде, при-
нимают на борт и перевозят большие грузы?
Опыт с плавающим телом (§ 82) показал, что
тело вытесняет своей подводной частью столько
воды, что вес этой воды равен силе тяжести, дей-
ствующей на тело. Это справедливо и для любого
судна. Вес воды, вытесняемой подводной частью
судна, равен силе тяжести судна с грузом.
Глубину, на которую судно погружается в воду,
называют осадкой. Наибольшая допускаемая осад-
ка отмечена на корпусе судна красной линией, на-
зываемой ватерлинией (от голландского слова
«ватер» — вода). Вес вытесняемой судном воды при
погружении до ватерлинии, равный силе тяжести
судна с грузом, называют водоизмещением судна.
Сейчас строят суда, перевозящие нефть, водоиз-
мещением до 5 000 000 килоньютонов (кн).
В нашей стране много судоходных рек, больших
озер и морей. Каналы, построенные в годы Совет-
ской власти, позволили соединить между собой пять
морей: Черное, Азовское, Каспийское, Балтийское
и Белое. Наше государство ведет большую торгов-
148
лю с зарубежными странами. Водный транспорт —
самый дешевый вид транспорта, особенно для пере-
возок различных грузов. Поэтому для нашей страны
он имеет огромное значение. С каждым годом
растет наш речной и морской флот.
1. На чем основано плавание судов? 2. Что называют осадкой
судна? 3. Что такое ватерлиния? 4. Что называют водоизме-
щением судна?
1. Как изменится осадка корабля при переходе из реки в мо-
ре? Объясните.
2. Судно весит 100 000 кн. Сколько воды оно вытесняет?
85. АРЕОМЕТРЫ
Для
дополнительного
чтения
В пробирку можно насыпать песку или дроби
столько, что она будет плавать в воде в вертикаль-
ном положении. Если эту пробирку поместить в
сосуд со спиртом, то в спирте, плотность которого
меньше плотности волы, она погрузится глубже, в
более же плотной жидкости, наоборот, она погру-
зится меньше. Это было рассмотрено в § 83.
Можно нанести на пробирку деления, указываю-
щие плотность жидкости (проградуировать про-
бирку), и мы получим прибор для измерения плот-
ности жидкости — ареометр.
Обычно ареометры изготовляют в виде узкой
стеклянной трубки, которая в нижней своей части
значительно расширена и имеет на конце резервуар
для балласта (груза). В таком виде ареометр в
жидкости плавает в вертикальном положении
На рисунке изображены два таких ареометра,
плавающих в воде. Первый из них (рис. 172, а)
предназначен для жидкостей, плотность которых
меньше плотности воды, а второй (рис. 172, б) —
для жидкостей, плотность которых больше плотно-
сти воды. Оба ареометра плавают в воде, погружен-
ные до метки с цифрой 1000, показывающей плот-
ность воды Первый ареометр, плавая, например,
в спирте, погрузится глубже, чем в воде, поэтому
на нем деления нанесены вверх (1000, 990 и т. д).
Второй же, плавая, например, в серной кислоте,
окажется погруженным меньше, чем в воде, и деле-
ния на нем нанесены вниз (1000, 1010 и т. д.).
?
упр. 34.
б
Рис. 172.
149
Задание
Для
дополнительного
чтения
Рис. 173.
Часто деления на шкале обозначают не плот-
ность жидкости, а величину, зависящую от плотно-
сти. Так, есть ареометры, показывающие крепость
спирта — спиртометры, процент содержания саха-
ра в растворе — сахариметры, жирность молока —
лактометры.
Из пробирки или деревянной палочки и кусочков свинца
изготовьте самодельные ареометры для измерения плотностей
жидкостей, более легких и более тяжелых, чем вода. Помести-
те прибор в воду и на черте шкалы, совпадающей с поверхно-
стью воды, проставьте плотность воды. Затем опустите прибор
в раствор соли в воде, в керосин (или бензин) и отметьте чер-
точками глубину погружения прибора в этих жидкостях.
86. ВОЗДУХОПЛАВАНИЕ
С давних времен люди мечтали о возможности
летать над облаками, плавать по воздушному океа-
ну, как они плавали по морю. Для воздухоплавания
сначала использовали воздушные шары (рис. 173).
Воздушные шары раньше наполняли теплым
воздухом, сейчас наполняют газом — водородом
или гелием. 1 м3 водорода весит при нормальном
давлении всего 0,9 н, гелия — 1,8 н, тогда как 1 л<3
воздуха весит 13 н. Отсюда следует, что на шар
объемом 1 м3, наполненный водородом, действует
в воздухе выталкивающая сила, равная 13 н, и этот
шар способен поднять в воздух груз весом 13 н
—0,9 н — 12,1 н. Разность между весом 1 м3 воздуха
и весом такого же объема газа называют подъем-
ной силой 1 м3 газа. Следовательно, подъемная сила
1 водорода равна примерно 12 н, подъемная же
сила 1 >и3 гелия равна 13 н—1,8 н^И н
Подъемная сила водорода больше подъемной
силы гелия, но для наполнения воздушных шаров
более удобен гелий, так как он не горит.
По мерс поднятия шара вверх архимедова сила,
действующая на него, уменьшается, так как плот-
ность воздуха верхних слоев атмосферы меньше,
чем у поверхности Земли. Чтобы подняться выше,
с шара сбрасывают специально взягый для этой
цели балласт (высыпают песок из мешков) и этим
облегчают шар. В конце концов воздушный шар
достигает своей предельной высоты подъема. Для
спуска шара из его оболочки при помощи специаль-
ного клапана выпускают часть газа.
Для исследования верхних слоев атмосферы в
различных пунктах страны ежедневно запускают
150
Рис. 174.
небольшие, диаметром 1—2 м, воздушные шары-
зонды. Они поднимаются на высоту 35—40 км. Эти
шары снабжены очень легкими приборами, посыла-
ющими по радио сигналы о высоте полета, о давле-
нии, температуре и влажности воздуха. По направ-
лению и скорости полета шара можно судить о
направлении и силе ветра на различных высотах.
Сведения, получаемые при помощи таких шаров-
зондов, очень важны для предсказания погоды.
На рисунке 174 изображен управляемый лета-
тельный аппарат легче воздуха—дирижабль,
который около 30—40 л^т назад использовали для
полетов. Дирижабль приводится в движение с по-
мощью винтов, вращаемых двшателями. Вопрос о
практическом использовании дирижаблей вновь
сейчас рассматривается учеными и инженерами.
Воздушные шары, стратостаты и дирижабли
это летательные аппараты легче воздуха.
В настоящее время основной вид воздушного
транспорта — самолеты. Самолет тяжелее воздуха,
его подъем и полет основаны не на законах аэро-
статики, а на других законах природы. Эти законы
будут рассмотрены при изучении физики в старших
классах школы.
а
б
Рис. 175.
Рис. 176.
1. Подготовьте доклад по истории развития воздухопла-
вания. Задание
2. Подготовьте доклад об устройстве дирижаблей и об
использовании их.
3. Напишите доклад о полетах советских стратонавтов.
1. На весах уравновешена бутылка, внутри которой находится
сжатый воздух. Через пробку бутылки пропущена стеклян-
ная трубка с краном, на наружном конце которой привяза-
на оболочка резинового шара (рис. 175, и). Если воздух
из бутылки частью перейдет в оболочку и раздует ее
(рис. 175, б), то равновесие весов нарушится. Объясните
явление.
2. На весах уравновешен легкий стеклянный шар (рис. 176).
Если поместить весы под колокол воздушного насоса
и откачать воздух, то равновесие весов нарушится. Почему?
Упр. 35.
151
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГО использования.
РАБОТА И МОЩНОСТЬ. ЭНЕРГИЯ
87. МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА
Слово «работа» нам всем хорошо знакомо.
Однако в обыденной жизни его часто употребляют
в ином, более широком смысле, чем в науке. Обычно
работой мы называем всякий полезный труд рабо-
чего, инженера, ученого, учащегося.
Понятие работы в физике уже. В физике изуча-
ют прежде всего механическую работу.
Механическая работа совершается движущимся
телом при действии на него силы.
Рассмотрим примеры механической работы.
При подъеме камня совершается механическая
работа под действием приложенной силы.
Сила тяги электровоза перемещает поезд, при
этом совершается механическая работа.
При выстреле из ружья сила давления порохо-
вых газов перемещает пулю вдоль ствола, скорость
пули при этом увеличивается. Этот процесс мы так-
же называем механической работой.
Механическая работа совершается и в том слу-
чае, когда сила, действуя на тело (например, сила
трения), уменьшает скорость его движения.
Если есть сила, а нет перемещения, то нет и ра-
боты. Па неподвижный груз, висящий на веревке,
действует сила тяжести, но груз не перемещается,
поэтому механическая работа в этом случае не со-
вершается.
Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него
надавливаем, но если он при этом в движение не
приходит, то механической работы мы не совер-
шаем.
<52
Можно мысленно представить себе случай, когда
тело движется без участия сил (по инерции): в этом
случае механическая работа также не совершается.
Без наличия силы не может быть и работы.
В дальнейшем, говоря о механической работе,
мы будем кратко называть ее одним словом — ра-
бота.
1. Что понимают в обыденной жизни под словом «работа»?
2. Какие два условия необходимы для совершения механиче-
ской работы?
1. В каких из нижеперечисленных случаев совершается меха-
ническая работа: девочка играет на пианино; человек стоит
с мешком зерна на спине; рабочий подпирает плечом дверь;
мальчик тлезает на дерево; вода давит на стенку сосуда?
2. Назовите какой-нибудь полезный труд, который можно бы-
ло бы назвать механической работой.
3. Можно ли назвать возню мартышки с чурбаном из басни
Крылова механической работой? трудом? Обоснуйте.
4. Совершают ли механическую работу мальчики при игре в
футбол? Можно ли сказать про них, что они трудятся?
5. По гладкому горизонтальному льду катится стальной ша-
рик. Допустим, что сопротивление движению шарика (тре-
ние о лед, сопротивление воздуха) отсутствует. Соверша-
ется ли при этом механическая работа? .
Упр. 36.
8В. ВЕЛИЧИНА РАБОТЫ. ЕДИНИЦЫ РАБОТЫ
Очень важно уметь рассчитывать величин) ме-
ханической работы. Нетрудно понять, что величина
совершенной работы зависит от величины силы и от
длины пути.
Допустим, что мы подняли груз массой I кг на
высоту 1 At Для этого нам пришлось приложить силу
9,8 н Мы совершили при этом определенной вели-
чины работу. Для того чтобы поднять на ту же вы-
соту груз массой 5 кг, мы должны приложить силу
в 5 раз большую. Совершенная работа в этом слу-
чае также будет в 5 раз больше.
Действительно, работ) при поднятии груза мас-
сой 5 кг на высоту 1 я можно рассматривать как
работу при поднятии груза массой 1 кг на высоту
1 At, повторенную 5 раз. Следовательно, подняв груз
153
работа =
= сила X путь
массой 5 кг на высоту 1 м, мы совершили в 5 раз
большую работу.
Поднимем теперь груз массой 1 кг не на 1 м, а,
например, на 3 м. Работа на протяжении первого,
второго и третьего метров, очевидно, будет одина-
кова. Поэтому работа, совершенная при поднятии
груза на 3 м, будет в 3 раза больше работы, совер-
шаемой при поднятии его на 1 м
Рассмотренные примеры показывают, что вели-
чина механической работы прямо пропорциональна
величине силы и прямо пропорциональна длине пу-
ти. Поэтому условились измерять механическую ра-
боту произведением силы на путь, пройденный по
направлению силы:
работа = силах путь, или A=Fs,
где А — работа, F — сила и s — пройденный пут’ь.
Итак, механическая работа есть физическая ве-
личина. Как и всякая величина, работа может быть
измерена в особых единицах.
За единицу работы принимают работу, совер-
шаемую силой, равной единице силы, на пути, рав-
ном единице пути.
Если за единицу силы принять 1 н, а за единицу
пути — 1 м, то единицей работы будет 1 ньютоно-
метр Такую единицу называют джоулем, в честь
английского ученого Джоуля, который провел важ-
ные для науки опыты по измерению работы.
1 джоуль = 1 ньютон X 1 метр, или 1 дж = 1 нм.
Пример 1. Трактор при пахоте тянет плуг
с силой 10 000 н. Какая работа совершается при этом
на пути 200 м?
Решение. Применяя выведенную формулу
для подсчета работы, получаем:
А = Fs, то есть А — 10000 н -200л< —
= 2 000 000 дж = 2,0-10° дж
Пример 2. Подсчитать работу, совершаемую
при подъеме гранитной плиты объемом V' = 0,5 м3 на
высоту /| = 20 м. Плотность гранита р = 2500^-.
Р е in е н и е. Работа по подъему плиты может
быть вычислена по формуле A—Fh,
154
где F — сила тяжести плиты, которую можно опре-
делить по массе плиты.
Зная объем плиты и плотность гранита, найдем
массу плиты: ш=р1/;
т = 2500-^-0,5 л3 = 1250 кг.
Сила тяжести плиты F = 9,8— • 1250 кг— 12 250 н.
кг
Работа А — 12 250 н • 20 м = 245 000 дж.
1. От каких двух величин зависит величина совершенной ра-
боты? 2. Что принимают за меру механической работы? 3. На-
пишите формулу для подсчета работы. 4. Что принимают за
единицу работы? 5. Дайте определение единицы работы
джоуль.
1. Подсчитайте работу, которую вы совершаете, подни-
маясь с первого на второй этаж здания школы. Все необходи-
мые данные получите сами, результат запишите в тетрадь.
2. Рассчитайте, какую работу вы совершаете, проходя 1 км
пути по горизонтальной дороге. Результаты запишите в тет-
радь.
Указание. Человек, идя по ровному горизонтальному
пути, совершает примерно 0,05 той работы, которая требова-
лась бы для поднятия этого человека на высоту, равную длине
пути.
1. При помощи подъемного крана подняли груз массой
2500 кг на высоту 12 .и. Какая работа при этом совершена?
2. Какая работа совершается при подъеме гидравлического
молота массой 20 т на высоту 120 см?
3. Электровоз равномерно движет состав массой 3000 т по
горизонтальному пути длиной 5 км. Определите работу
электровоза, совершенную им на этом участке пути, если
сила трения составляет 0,003 от веса состава.
Задание
упр.37.
89. МОЩНОСТЬ. ЕДИНИЦЫ МОЩНОСТИ
На совершение одной и той же механической
работы различным двигателям требуется разное
время. Например, подъемный кран на стройке за
несколько минут поднимает на верхний этаж здания
несколько сот кирпичей. Если бы эти кирпичи пере-
таскивал на своей спине рабочий, то ему для этого
потребовался бы целый рабочий день.
155
N = ~
Другой пример. Гектар земли хорошая лошадь
может вспахать за 10—12 ч, трактор же с многоле-
мешным плугом эту работу выполнит за 40—50 мин.
Ясно, что подъемный кран выполняет одну и ту
же работу быстрее, чем рабочий, а трактор — быст-
рее, чем лошадь. Быстроту выполнения работы
в технике характеризуют особой величиной, назы-
ваемой мощностью.
Мощность показывает, какая работа совершается
в единицу времени.
Чтобы вычислить мощность, надо работу разде-
лить на время, в течение которого совершена эта
работа
работа: мощность = —------.
1 время
Если обозначить мощность буквой /V, работу —
А, а время — /, получим формулу для расчета мощ-
Л/ А
ности: /V = —.
За единицу мощности принимают такую мощ-
ность, при которой в единицу времени совершается
работа, равная единице работы.
Если за единицу работы принять 1 дж, а за еди-
ницу времени 1 сек, то единицей мощности будет
1 Такую единицу называют ваттом (вт).
В технике широко используют более крупные
единицы мощности — киловатт (кет), мегаватт
'(Мет), «лошадиную силу» (л. с.). 1 квт=1000 вт,
1 Мвт = 1 000 000 вт; 1 л с. 736 вт.
Пример. Найти мощность потока воды, про-
текающей через плотину, если высота падения 25 м
и расход воды 120 м3 в минуту.
Решение. Масса падающей воды zn=120 т,
или т=120 000 кг. Сила тяжести, действующая па
воду
F = 9,8 — • 120 000 кг 1 200 ООО я.
кг
Работа, совершаемая потоком в минуту:
А = Fh\ А = 1 200 000 н-25 м — 30 000 000 дж.
Мощность потока: N = t = 1 мин — 00 сек.
кг 30 000 000 дж п ..
/V —----аК-------= 500 000 вт = 0,50 Мет.
60 сек
156
Различные двигатели имеют мощности от сотых
долей киловатта (двигатель электрической бритвы,
швейной машины) до сотен тысяч киловатт (водя-
ные и паровые турбины). На каждом двигателе
имеется табличка (паспорт двигателя), на которой
указаны некоторые данные о двигателе, в том числе
и его мощность.
Мощность человека при нормальных условиях
работы в среднем равна 70—80 вт. Совершая прыж-
ки, взбегая по лестнице, человек может развивать
мощность до 730 вт, а в отдельных случаях и больше.
Примеры некоторых мощностей (в кет)
Двигатель автомобиля
«Волга» ..................
Тепловоз .................
Электровоз ...............
Экскаватор ЭШ-14/75 . . .
Атомный ледокол «Ленин» 32 500
Г ндрогенератор ......... 200 000
3 000
w Братская гидроэлектростан-
4 000 дня............................ 4 100000
7 500 Двигатель космических
ракет.................. 20 000 000
Зная мощность двигателя, можно рассчитать
работу, совершаемую этим двигателем в течение
какого-нибудь промежутка времени, по формуле
A = Nt.
Пример. Двигатель комнатного вентилятора
имеет мощность 35 вт. Какую работу он совершает
за 10 мин?
Решение.
Так как N = -у, то А — Nt. 10 мин = 600 сек.
А = 35 вт • 600 сек = 21 000 вт • сек = 21 000 дж.
1. Что показывает мощность? 2. Как выразить формулой мощ-
ность через работу и время? 3. Как определяют единицу мощ-
ности ватт? 4. Какие единицы мощности употребляют в тех-
нике? 5. Как, зная мощность двигателя и время его работы,
рассчитать совершенную двигателем работу?
1. Подсчитайте мощность, которую вы развиваете, под- Задание
нимаясь медленно и быстро с первого на второй или третий
этаж школы. Все необходимые данные получите сами.
157
упр. 38.
Рис. 177.
2. Установите по паспорту мощность электродвигателей у
токарных и сверлильных станков в мастерских школы.
3. Установите, на какую мощность рассчитаны двигатели
автомобилей и тракторов, которые вы знаете или встречаете.
1. С плотины высотой 22 м за 10 мин падает 500 т воды. Какая
мощность развивается при этом?
2. Какова мощность человека при ходьбе, если за 2 ч он де-
лает 10 000 шагов и за каждый шаг совершает 40 дж работы?
3. Мальчик, масса которого 20 кг, за 20 сек поднялся по лест-
нице на гысоту 10 м. Какую мощность при этом он развил'
4. Какую работу совершает двигатель мощностью 100 кет за
20 мин1
5. Транспортер за 1 ч поднимает 30 .и3 песка на высоту 6 я.
Определите необходимую для этой работы мощность дви-
кг
гателя. Плотность песка 1500~^j
90. ПРОСТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
С незапамятных времен человек использует для
совершения механической работы различные пред-
меты и приспособления.
Каждому известно, что тяжелый предмет (ка-
мень, шкаф, станок), который невозможно перет
местить непосредственно руками, легко сдвинуть
с места при помощи достаточно длинной и прочной
палки — рычага (рис. 177).
С помощью рычагов три тысячи лет назад при
строительстве пирамид (рис. 178) в древнем Египте
передвигали и поднимали на большую высоту тяже-
лые каменные плиты.
С помощью рычага можно преодолевать большие
сопротивления, прилагая для этого значительно
Рис. 178.
Рис. 179.
I
меньшие силы. Образно говоря, рычаг дает возмож-
ность получить выигрыш в силе, преобразуя малую
силу в большую.
Во многих случаях вместо того, чтобы поднимать
тяжелый груз на некоторую высоту, его вкатывают
яли втаскивают на ту же высоту по наклонной плос-
кости (рис. 179). Здесь также получают выигрыш
в силе, так как сила, прилагаемая при этом, меньше
веса груза.
Иногда требуется преобразовать не величину, а
только направление силы. Такое преобразование
можно осуществить, например, с помощью непо-
движного блока (рис. 180). Часто бывает и так,
что одновременно требуется преобразовать и вели-
чину и направление силы.
П риспособления, служащие для преобразования
силы, называют механизмами. К простым механиз-
мам относятся: рычаг, блок, ворот, наклонная
плоскость, клин и винт.
Изучая устройство различных машин и инстру-
ментов, можно увидеть, что в них исполыованы про-
стые механизмы.
Осмотрите с этой целью у себя дома бытовые
машины и инструменты: мясорубку, швейную маши-
ну, пылесос, нож для открывания консервов, щипцы
и др. В них вы непременно обнаружите один или
несколько простых механизмов.
Простые механизмы имеются и во всех сложных
заводских и фабричных машинах, которые режут,
скручивают и штампуют большие листы стали или
вытягивают тончайшие нити, а из них получают
куски материи. Эти же механизмы можно обнару-
жить и в современных сложных автоматах, печатных
Рис. 180.
и счетных машинах.
159
Ознакомившись с физическими принципами ра-
боты простых механизмов, можно легче разобраться
в устройстве и сложных машин.
Из шести перечисленных выше простых меха-
низмов мы подробнее рассмотрим только рычаг и те
механизмы, которые похожи на рычаг.
1. Что называют простыми механизмами? 2. Для какой цели
применяют простые механизмы? 3. Какой простой механизм
применяли при строительстве пирамид в Египте?
91. РЫЧАГ. РАВНОВЕСИЕ СИЛ НА РЫЧАГЕ
Рычаг представляет собой твердое тело, которсе
может вращаться вокруг неподвижной опоры.
На рисунке 177 показано, как рабочий для под-
нятия груза использует в качестве рычага лом.
В первом случае (а) рабочий с силой F нажи-
мает на конец лома В вниз, во втором (б) — при-
поднимает конец В Усилию рабочего противодей-
ствует вес груза Р — сила, направленная верти-
кально вниз.
Приподнимая груз, рабочий поворачивает лом
вокруг оси, проходящей через единственную непо-
движную точку лома—точку его опоры О. Если
мускульная сила рабочего достаточна, чтобы урав-
новесить силу тяжести, приложенную к грузу, то
рабочий приподнимет груз и при этом совершит
работу.
На рисунке 181 (слева) изображен рычаг, ось
вращения которого О (точка опоры) расположена
между точками приложения сил А и В. Справа —
схема этого рычага. Обе силы F\ и Гг, действующие
на рычаг, направлены в одну сторону.
Кратчайшее расстояние между точкой опоры и
прямой, вдоль которой действует на рычаг сила,
называют плечом силы.
Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры
опустить перпендикуляр на линию действия силы
Длина этого перпендикуляра и будет плечом данной
160
силы. На рисунке 181 видно, что ОА —плечо силы
Fi; ОВ — плечо силы F2.
Силы, действующие на рычаг, могут повернуть
его вокруг оси в двух направлениях: по ходу или
против хода часовой стрелки. Так, сила F\ (рис. 181)
вращает рычаг по ходу часовой стрелки, а сила F2
вращает его против хода часовой стрелки.
Условие, при котором рычаг находится в равно-
весии под действием приложенных к нему сил, мож-
но установить на опыте.
К рычагу (рис. 181) по обе стороны от точки
опоры подвешивают различные грузы так, чтобы
рычаг каждый раз оставался в равновесии. Дейст-
вующие на рычаг силы равны весам этих грузов.
Для каждого случая измеряют величины сил и их
плечи. На рисунке 181 показано, что сила 2 н урав-
новешивает силу 4 н. При этом плечо меньшей силы
в 2 раза больше, чем плечо большей силы.
На основании таких опытов было установлено
правило равновесия рычага: рычаг находится в рав-
новесии тогда, когда силы, действующие на него,
обратно пропорциональны плечам.
Это правило можно записать в виде формулы:
где F] и г2 — силы, действующие на ры-
‘ з ч
чаг, /, и /2— плечи сил (рис. 181).
Правило равновесия рычага было установлено
Архимедом.
ПАВ. Перышкнн. H А Родина. Физики 6-ю класса
161
Пример. Какая сила требуется (без учета
трения) для поднятия с помощью рычага камня
массой 240 кг? Плечо силы 2,4 м, плечо силы тяже-
сти, приложенной к камню, 0,6 м.
Решение. По правилу равновесия рычага
Р к ’
Вес камня Р = 9,8 — • 240 кг ^2400 н; плечи
кг
li = 2,4 м, 12 = 0,6 м.
F = P~; F = 2400 «• ^4-^ = 600 к.
*1 2,4 .и
1. Что представляет собой рычаг? 2. Что называют плечом си-
лы? 3. Как найти плечо силы? 4. Какое действие оказывают на
рычаг силы? 5. В чем состоит правило равновесия рычага?
6. Каким ученым было открыто правило равновесия рычага?
Задание
а
Рис. 182.
Положите под середину линейки маленькую опору так,
чтобы линейка находилась в равновесии. Уравновесьте на по-
лученном рычаге монеты 5 и 1 коп. Измерьте плечи сил
и проверьте условия равновесия рычага. Повторите работу,
используя монеты 2 и 3 коп.
Примечание. Монеты 1, 2, 3 и 5 коп. имеют массы
соответственно 1, 2, 3 и 5 г.
92, ПРИМЕНЕНИЕ РЫЧАГОВ В ТЕХНИКЕ И БЫТУ
Правило рычага (§ 91) лежит в основе действия
различного рода инструментов и устройств, приме-
няемых в технике и быту там, где требуется вы-
игрыш в силе.
Выигрыш в силе мы имеем при работе с ножни-
цами. Ножницы — это рычаг (рис. 182).
Ось вращения этого рычага проходит через винт,
соединяющий обе половины ножниц. Движущей си-
лой Г| (рис. 182, а) является мускульная сила руки
человека, сжимающего ножницы; противодействую-
щей силой F2 — сопротивление того материала, ко-
торый режут ножницами. В зависимости от назна-
чения ножниц их устройство бывает различным.
Конторские ножницы, предназначенные для резки
162
бумаги (рис. 182, а), имеют длинные лезвия и почти
такой же длины ручки, так как для резки бумаги не
требуется большой силы, а длинным лезвием удоб-
нее резать по прямой линии. Ножницы для резки
листового металла (рис. 182, б) имеют ручки гораз-
до длиннее лезвий, так как сила сопротивления ме-
талла настолько велика, что для ее уравновешива-
ния плечо действующей силы приходится значитель-
но увеличивать за счет удлинения ручек ножниц.
Особенно велика разница между длиной ручек
и расстоянием режущей части от оси вращения в ку-
сачках (рис. 183), предназначенных для перекусы-
вания проволоки. Рис. 183.
Рычаги различного вида имеются у многих ма-
шин. Ручка швейной машины, педали или ручной
тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора,
клавиши пишущей машинки и пианино — все это
примеры рычагов, использованных в данных маши-
нах и инструментах.
Примеры применения рычагов вы можете найти
в своей школьной мастерской. Это — рукоятки
тисков и верстаков, рычаг сверлильного стан-
ка и т. д.
1. Приведите примеры применения рычагов в быту, в технике,
в школьной мастерской. 2. Объясните, почему ножницы и ку-
сачки дают выигрыш в силе.
1. Найдите точку опоры и плечи сил у рычагов, изображен-
ных на рисунке 184.
При каком положении груза палка, которую используют
при переносе груза, меньше давит на плечо?
2. Объясните действие весла как рычага (рис. 185).
3. Почему ножницами резать легче тогда, когда полоска же-
сти находится ближе к винту ножниц?
4°. На рисунке 186 изображен разрез предохранительного кла-
пана’. Рассчитайте, какой груз Р надо повесить на рычаг,
чтобы пар через клапан не выходил. Давление в котле равно
12 ат. Площадь клапана 5 = 3 см2, вес клапана и вес рычага
в расчет не принимать. Плечи сил измерить по рисунку.
Упр
.39
1 Предохранительный клапан — особое приспо-
собление, открывающее, например, отверстие в паровом котле,
когда давление пара в нем становится больше нормы.
11
163
ж
Задание
Рис. 187.
5. На рисунке 187 изображены подъемный кран и схема его
действия. Рассчитайте, какой груз можно поднимать при по-
мощи этого крана, если масса противовеса 1000 кг.
Рис. 184.
Рассмотрите устройство плоскогубцев (или кусачек, щип-
цо. для сахара, ножниц для жести). Найдите у них ось враще-
ния, плечо силы сопротивления и плечо действующей силы
Подсчитайте, какой выигрыш в силе может дать данный ин-
струмент.
93. ПРИНЦИП РЫЧАГА В УСТРОЙСТВЕ ВЕСОВ
Для дополнительного чтения
Лабораторные весы, изображенные на рисунке
(стр. 48), действуют как равноплечий рычаг На
принципе рычага устроены и десятичные весы
(стр. 49) В десятичных весах масса гирь, постав-
ленных на чашку, составляет 0,1 часть массы взве-
шиваемого груза.
164
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГО использования
У этих весов плечо, к которому подвешена чашка
с гирями, в 10 раз длиннее плеча, несущего груз.
Это значительно упрощает взвешивание больших
грузов. Взвешивая груз на десятичных весах, сле-
дует умножить массу гирь на 10. В десятичных ве-
сах имеется простое, остроумное устройство, благо-
даря которому платформа, поднимаясь и опускаясь,
всегда остается горизонтальной
В сотенных весах масса гирь составляет только
0,01 часть массы груза.
Устройство весов для взвешивания грузовых
вагонов, автомобилей и повозок также основано на
законах рычага.
94.ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНА РАВНОВЕСИЯ
РЫЧАГА К БЛОКУ
Блок представляет собой колесо с желобом,
укрепленное в обойме (рис. 188, а). По желобу
блока пропускают веревку, трос или цепь.
Неподвижным блоком называют такой блок, ось
которого при поднятии тяжестей не поднимается
и не опускается.
Неподвижный блок можно рассматривать как
равноплечий рычаг, у которого плечи сил равны
радиусу колеса (рис. 188, б): ОА — ОВ = г. Такой
блок не дает выигрыша в силе (P = F), но позволяет
менять направление действия силы.
На рисунке 189, а изображен подвижной блок
(ось блока поднимается вместе с грузом), а на ри-
сунке 189, б — соответствующий ему рычаг: О —
точка опоры рычага, ОА — плечо силы Р и ОВ —
плечо силы F..Так как плечо ОВ в 2 раза больше
плеча ОА, то сила F в 2 раза меньше силы Р-
Таким образом, подвижной блок дает выигрыш
В силе в 2 раза.
Обычно на практике применяют комбинацию
неподвижного блока с подвижным (рис. 190). На
рисунке 191 показано применение подвижного (1)
и неподвижного (2, 3) блоков в автокране
Рис. 189.
Рис. 190.
16$
1. Какой блок называют неподвижным, подвижным? 2. Для
какой цели применяют неподвижный блок? 3. Какой выигрыш
в силе дает подвижной блок? 4. Можно ли рассматривать
неподвижный и подвижный блоки как рычаги? Начертите схе-
. мы таких рычагов. 5. Назовите знакомые вам примеры приме-
нения на практике блока.
95. РАВЕНСТВО РАБОТЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
ПРОСТЫХ МЕХАНИЗМОВ.
„ЗОЛОТОЕ ПРАВИЛО" МЕХАНИКИ
Рассмотренные нами простые механизмы при-
меняют при совершении работы в тех случаях, когда
надо меньшей силой уравновесить большую силу.
Естественно возникает вопрос: давая выигрыш
в силе, не дают ли простые механизмы выигрыша
и в работе? Исчерпывающий ответ на поставленный
вопрос можно получить из опыта.
Уравновесив на рычаге две какие-нибудь разные
по величине силы F\ и F? (рис. 192), приводят рычаг
в движение. При этом оказывается, что за одно
и то же время точка приложения меньшей силы Г2
проходит больший путь s2, а точка приложения боль-
шей силы Г| — меныпий путь Измерив эти пути,
сравнивают их с плечами сил.
Результаты измерения показывают, что длины
путей прямо пропорциональны длинам плеч:
$1 _ \
sa /2
166
Рис. 192.
Но мы знаем, что по правилу равновесия рычага
к - Г»
/2 Fi*
Следовательно, длины путей, пройденных точками
приложения сил на рычаге, обратно пропорциональ-
ны величинам сил: — = •
s2 ' 1
Таким образом, действуя на длинное плечо ры-
чага, мы выигрываем в силе, но при этом во столь-
ко же раз проигрываем в длине пути.
Произведение силы на путь есть работа. Наши
опыты показывают, что работы, совершаемые на
обоих концах рычага, равны между собой: Fi$i =
= F2Sq.
Итак, при использовании рычага выигрыша в ра-
боте не получают. Пользуясь рычагом, мы можем
выиграть или в силе, или в расстоянии. Если мы
силу приложим к длинному плечу, то выиграем в
силе, но во столько же раз проиграем в расстоянии.
Действуя же силой, имеющей короткое плечо, мы
выиграем в расстоянии, но во столько же раз про-
играем в силе.
Не дает выигрыша в работе и неподвижный блок,
что совершенно очевидно (см. рис. 188), так как пу-
ти, проходимые точками приложения сил Р и F,
одинаковы, одинаковы и силы, а значит, одинаковы
и работы.
Можно измерить и сравнить между собой рабо-
ты, совершаемые с помощью подвижного блока.
Для этого поднимают груз при помощи подвижного
блока (рис. 193). Как показывает опыт, чтобы под-
Рис. 193.
167
нить груз на высоту Л, необходимо конец веревки,
к которому прикреплен динамометр, поднять на вы-
соту 2h. Таким образом, получая выигрыш в силе в
2 раза, проигрывают в 2 раза в пути, следователь-
но, подвижной блок, как и рычаг, не дает выигрыша
в работе.
Таким образом, ни рычаг, ни блок выигрыша в
работе не дают.
Многовековая практика показала, что ни один
из механизмов не дает тыигрыша в работе. Приме-
няют же различные механизмы для того, чтобы в
зависимости от условий работы выиграть в силе
или в пути.
Уже древним ученым было известно правило,
применимое ко всем механизмам: во сколько раз
выигрываем в силе, во столько раз проигрываем в
расстоянии.
Это правило назвали «золотым правилом» ме-
ханики.
1. Какое соотношение существует между путями, пройденными
точками приложения сил на рычаге, и плечами этих сил? По-
кажите это на чертеже. 2. Какое соотношение существует
между путями, пройденными точками приложения сил на ры-
чаге, и величинами этих сил? 3. Можно ли при помощи рычага
получить выигрыш в силе? В чем тогда проигрывают? 4. Во
сколько раз проигрывают в пути, используя для поднятия
тяжестей подвижной блок? 5. В чем состоит «золотое пра-
вило» механики?
Упр. 40.
1. С помощью подвижного блока груз подняли на высоту 1,5 м.
На какую длину при этом был вытянут свободный конец
веревки?
2. С помощью подвижного блока подняли груз на высоту 7 jw.
Какую работу совершил рабочий при подъеме груза, если
он прилагал к концу веревки силу 160 и? Какую работу со-
вершит рабочий, если поднимет этот груз на »ысоту 5 л<?
3. Как применить подвижной блок для выигрыша в расстоя-
нии?
4. К короткому концу рычага подвешен груз 50 н. Ученик,
надавливая на длинный конец рычага, опускает его на 10 см,
совершая при этом работу 2,5 дж. Определите силу, с ко-
торой ученик действует на рычаг, и высоту, на которую
поднят груз.
168
Задание
Докажите, что закон равенства работ («золотое правило»
механики) применим и к гидравлической машине.
Указание. Используйте для доказательства рисунок 97.
Когда малый поршень под действием силы опускается
на некоторую высоту /ц, он вытесняет некоторый объем жид-
кости. На такую же величину увеличивается объем жидкости
под большим поршнем, который при этом поднимается на
высоту hi.
Трение между поршнями и стенками сосудов не учиты-
вайте.
96. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
МЕХАНИЗМА
Рассматривая устройство и действие рычага,
мы не учитывали трение, а также вес рычага. В этих
идеальных условиях работа, совершенная прило-
женной силой (эту работу мы будем называть пол-
ной), равна полезной работе по поднятию тяжести
или преодолению какого-либо сопротивления.
На практике совершенная с помощью механиз-
ма полная работа всегда несколько больше полез-
ной работы. Часть работы совершается против си-
лы трения в механизме и по перемещению его
отдельных частей.
Так, применяя подвижной блок для поднятия
груза, приходится дополнительно совершать рабо-
ту по поднятию самого блока, веревки и против
силы трения в оси блока.
Какой бы механизм Мы ни взяли, полезная
работа, совершенная с его помощью, всегда состав-
ляет лишь часть полной работы. Следовательно,
обозначив полезную работу буквой /1П, а полную —
А, можно записать:
А > 4 И а < I
Отношение полезной работы к полной работе,
называют коэффициентом полезного действия ме-
ханизма и обозначают к. п. д.:
169
К. п. д. обычно выражают в процентах:
А
к. п. д. =4?-. 100%.
Пример. На коротком плече рычага подвешен
груз массой 100 кг. Для поднятия его к длинному
плечу приложили силу 250 н. Груз подняли на
высоту = 0,08 я, при этом точка приложения дви-
жущей силы опустилась на высоту Л2 = 0,4 м. Найти
к. п. д. рычага.
Решение Вес груза
Р = 9,8—100 кг = 980 н.
кг
Полезная работа An = Ph;
Л|Г = 980 н -0,08 я = 78,4 cto/c^80 дж.
Полная работа Л = ГЛ2;
А — 250 н • 0,4 м = 100 дж.
К п. д = 4в-100%;
к. п. д. = 100% = 80%.
100 ож
1. Какую работу называют полезной, какую — полной? 2. По-
чему при применении механизмов для поднятия тяжестей
и преодоления других сопротивлений полезная работа не
равна полной? 3. Что такое коэффициент полезного действия
механизма? 4. Может ли к. п. д. быть больше единицы? Ответ
обоснуйте.
97. ЭНЕРГИЯ
Чтобы на заводах и фабриках могли работать
станки и машины, их приводят в движение электро-
двигатели, которые расходуют при этом электриче-
скую энергию.
Автомобили и самолеты работают, расходуя
энергию сгорающего бензина, тепловозы и паровые
турбины расходуют энергию, заключенную в нефти,
гидротурбины — энергию падающей с высоты воды.
Да и сами мы, чтобы жить и работать, должны
периодически возобновлять запас своей энергии.
170
Слово «энергия» употребляется нередко и в
быту. Так, например, людей, которые могут совер-
шать большую работу, называют энергичными,
обладающими большой энергией.
Что же такое энергия? Чтобы ответить на этот
вопрос, рассмотрим примеры.
Поднятый над столом неподвижный груз не со-
вершает работы, но если этот груз начнет падать,
то он совершит работу.
На рисунке 194 изображена тележка, на которой
укреплен стержень с блоком на конце. Через блок
перекинута нить, один конец которой намотан на
ось тележки, а на другом висит небольшой груз.
При падении груз приведет в движение тележку,
при этом совершится работа.
Сжатая пружина (рис. 195, а), распрямляясь,
может совершить работу, например поднять на вы-
соту груз (рис. 195,6) или заставить двигаться
тележку.
Способностью или, лучше сказать, возможно-
стью совершить работу обладает и всякое движу-
щееся тело. Так, скатившийся с наклонной плоско-
сти стальной шарик А (рис. 196), ударившись о
деревянный цилиндр В, передвигает этот цилиндр
на некоторое расстояние.
Если тело или несколько взаимодействующих
между собой тел (система тел) обладают возмож-
ностью совершить работу, то говорят, что они обла-
дают энергией.
В рассмотренных нами примерах груз, поднятый
над землей, сжатая пружина, движущийся стальной
шарик обладают энергией.
Энергия — физическая величина, показываю-
щая, какую работу может совершить тело (или
несколько тел). Энергию измеряют теми же едини-
цами, что и работу.
Чем большую работу может совершить тело, тем
большей энергией оно обладает.
Очень важно отметить, что тело может совер-
шать работу тогда, когда оно находится в опреде-
ленном состоянии; например, груз — когда он
Рис. 194.
б
Рис. 105.
Рис. 196.
171
приподнят относительно какого-нибудь уровня,
пружина — когда она деформирована, газ — когда
он сжат, а ружейная пуля — когда летит. Совершая
работу, тело (или система тел) переходит из одного
состояния в другое: груз опускается, пружина рас-
слабляется, газ расширяется, скорость пули умень-
шается.
При совершении работы энергия тела изменя-
ется — уменьшается. Величина изменения энергии
равна величине совершенной работы. Работа, таким
образом, есть мера изменения энергии.
1. На каких примерах можно показать, что работа и энергия —
физические величины, связанные друг с другом? 2. В каком
случае можно сказать, что тело обладает энергией? 3. Что ха-
рактеризует энергия как физическая величина? 4. Какими еди-
ницами измеряют энергию? 5. Какое определение можно дать
работе, используя понятие энергии?
98. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ1 ЭНЕРГИЯ
Потенциальной энергией называют энергию, ко-
торая определяется взаимным положением взаимо-
действующих тел или частей одного и того же тела.
Потенциальной энергией, например, обладает
тело, поднятое относительно поверхности Земли, по-
тому что энергия тела зависит от взаимного поло-
жения его и Земли и их взаимного притяжения.
Будем считать потенциальную энергию тела,
лежащего на Земле, равной нулю. Тогда потенци-
альная энергия тела, поднятого на некоторую высо-
ту, будет измеряться работой, совершенной при
падении тела на Землю.
Огромной потенциальной энергией обладает
вода в реках, поднятая плотинами. Опускаясь вниз,
вода совершает работу, приводя в движение мощ-
ные турбины электростанций.
Потенциальную энергию копра используют в
строительстве для совершения работы по забиванию
свай.
1 От латинского слова потенция — возможность
172
Растягивая или сжимая пружину, совершают
работу, в результате чего пружина приобретает по-
тенциальную энергию. За счет этой энергии может
совершиться работа при распрямлении пружины.
Открывая дверь с пружиной, совершают работу
по растяжению (или сжатию) пружины. За счет
приобретенной энергии пружина, сокращаясь, со-
вершает работу, закрывая дверь.
Энергию сжатых и закрученных пружин исполь-
зуют в винтовках для приведения в движение удар-
ника с бойком, в патефонах, ручных часах и разно-
образных заводных игрушках.
Потенциальной энергией обладает всякое упру-
гое деформированное тело. Потенциальную энергию
сжатого газа используют в работе тепловых двига-
телей, в отбойных молотках, которые широко при-
меняют в горной промышленности, при строительст-
ве дорог, выемке твердого грунта и т. д.
Чем сильнее газ сжат, тем большей потенциаль-
ной энергией он обладает, следовательно, и боль-
шую работу может совершить при расширении.
Потенциальная энергия может проявиться лишь
при определенных условиях. Поднятая гиря или
закрученная пружина только тогда приведет часо-
вой механизм в движение, когда гире будет предо-
ставлена возможность падать, а пружине раскру-
чиваться. Сжатый газ может привести в движение
поршни двигателя автомобиля лишь в том случае,
если он будет расширяться.
1. Какую энергию называют потенциальной? 2. Что является
мерой потенциальной энергии тела, поднятого на некоторую
высоту относительно поверхности Земли? 3. В каком случае
потенциальную энергию тела считают равной нулю? 4. Приве-
дите примеры тел, обладающих потенциальной энергией.
5. Как показать, что деформированная пружина обладает по-
тенциальной энергией. Что является мерой этой энергии?
6. В каком состоянии пружины ее потенциальную энергию
удобно принять за нуль? 7. При каких условиях может про-
явиться потенциальная энергия?
173
39. КИНЕТИЧЕСКАЯ' ЭНЕРГИЯ
Энергию, которой обладает тело вследствие
своего движения, называют кинетической энер-
гией.
Движущаяся вода, приводя во вращение турби-
ны гидроэлектростанций, теряет свою кинетическую
энергию и совершает работу. Кинетической энерги-
ей обладает и движущийся воздух — ветер.
Кинетическую энергию покоящегося относитель-
но Земли тела условно считают равной нулю.
Чем больше масса тела и скорость, е которой
оно движется, тем больше его кинетическая энергия.
Все тела в природе относительно условного ну-
левого значения обладают либо потенциальной,
либо кинетической энергией, но чаще той и другой
вместе. Например, летящий самолет обладает отно-
сительно Земли и кинетической и потенциальной
энергией.
Рассмотрим другой пример — работу часов, при-
водимых в движение гирей. Чтобы часы шли, необ-
ходимо поднять гирю, то есть сообщить ей потен-
циальную энергию. Когда гиря начнет опускаться,
она приведет в движение механизм часов. Опуска-
ющаяся вниз гиря обладает как кинетической, так
и потенциальной энергией. Действительно, раз она
движется, то она обладает кинетической энергией,
а поскольку гиря не достигла поверхности Земли,
она обладает и потенциальной энергией.
Мы ознакомились с двумя видами механической
энергии. Иные виды энергии (электрическая, хими-
ческая и др.) будут рассмотрены в других разделах
курса физики.
1. Какую энергию называют кинетической? 2. В каком случае
кинетическую энергию тела считают равной нулю? 3. Назо-
вите случаи, когда тела обладают кинетической энергией.
4. Как зависит кинетическая энергия от массы тела и его
скорости? 5. Какой энергией обладает летящий самолет, гиря
идущих часов?
1 Ог греческого слона кинема движение.
174
м ПЕРЕХОД ОДНОГО ВИДА МЕХАНИЧЕСКОЙ
ЭНЕРГИИ В ДРУГОЙ
В природе, технике и быту можно постоянно на-
блюдать превращения одного вида механической
энергии в другой: потенциальной в кинетическую и
кинетической в потенциальную.
Очень удобно эти явления наблюдать на прибо-
ре, изображенном на рисунке 197. Накручивая на
ось нить, поднимают диск прибора. Диск, поднятый
вверх, обладает некоторой потенциальной энергией.
Если его отпустить, то он, вращаясь, начнет падать.
По мере падения потенциальная энергия диска
уменьшается, но вместе с тем возрастает его кине-
тическая энергия. В конце падения диск обладает
таким запасом кинетической энергии, что может
опять подняться почти до прежней высоты1. Под-
нявшись вверх, диск снова падает, а затем снова
поднимается. В этом опыте при движении диска
вниз его потенциальная энергия превращается в
кинетическую, а при движении вверх кинетическая
энергия превращается в потенциальную.
Превращения энергии из одного вида в другой
происходят также при ударе двух каких-нибудь
упругих тел, например резинового мяча о пол или
стального шарика о стальную плиту.
Если поднять над стальной плитой стальной
шарик (рис. 198) и выпустить затем его из рук, то
он будет падать. По мере падения шарика его
потенциальная энергия убывает, а кинетическая
о
Рис. 198.
растет, так как увеличивается скорость движения
шарика. При ударе шарика о плиту произойдет
сжатие как шарика, так и плиты, а кинетическая
энергия, которой шарик обладал, превратится в по-
тенциальную энергию сжатой плиты и сжатого ша-
рика. Затем благодаря действию упругих сил
плита и шарик примут свою первоначальную форму,
шарик отскочит от плиты, а их потенциальная энер-
* Часть энергии расходуется на преодоление iрения, по-
этому диск не достигает первоначальной высоты.
175
?
Упр. 41.
Задание
Для
дополнительного
чтения
гия вновь превратится в кинетическую энергию
шарика—он отскочит вверх со скоростью, равной
скорости, которой обладал в момент удара о плиту.
При подъеме вверх скорость шарика, а следова-
тельно, и его кинетическая энергия уменьшается,
потенциальная энергия растет. Отскочив от плиты,
шарик поднимется почти до той же высоты, с кото-
рой начал падать. В этот момент вся его кинетиче-
ская энергия вновь превратится в потенциальную.
Явления природы обычно сопровождаются пре-
вращением одного вида энергии в другой.
1. Как на опыте можно показать превращение одного вида
механической энергии в другой? 2. Какие превращения энер-
гии происходят при ударе стального шарика о стальную плиту?
1. Укажите превращение энергии в следующих случаях:
а) при падении воды водопада;
б) при бросании мяча вертикально вверх;
в) при закручивании пружины наручных часов;
г) на примере дверной пружины.
2°. Массы падающих тел одинаковы. Одинаковы ли значения
потенциальной энергии тел на одной и той же высоте
и одинаковы ли значения кинетической энергии на этой
высоте?
3. Приведите примеры тел, обладающих одновременно кине-
тической и потенциальной энергией.
Изготовьте нитяной и пружинный маятник. Пронаблюдайте
за их колебаниями. Кратко опишите превращения энергии,
происходящие при колебании этих маятников.
101. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ДВИЖУЩЕЙСЯ
ВОДЫ
Уже много тысяч лет человечество использует
энергию движущейся воды для самых ра шообраз-
ных целей
Запасы водной энергии на Земле огромны По
предварительным подсчетам, только гидроэнерго-
ресурсы Советского Союза определяются примерно
в 7,2 • Ю'8 дж ежегодно.
Великим круговоротом воды мы обязаны сол-
нечному излучению. Вода oiep, морей и океанов
испаряется и, поднимаясь вверх, образует облака
и тучи, из которых она в виде дождя и снега падает
176
на поверхность Земли и в виде ручьев, рек и пото-
ков течет в моря и океаны, где снова испаряется.
Каждый горный поток, каждый ручей, каждая
река является источником энергии, который может
быть так или иначе использован.
Несмотря на то что запасы водной энергии
огромны и люди стали пользоваться ими давно,
только в последнее время водная энергия приобре-
ла огромное значение в промышленности, получив
название «белого угля». Особенно большое внима-
ние проблеме использования энергии «белого угля»
уделено в Советском Союзе.
В Советском Союзе энергию «белого угля» ис-
пользуют с помощью мощных гидроэлектростанций.
Строительство гидроэлектростанции — очень важ-
ная задача страны И эта задача благодаря социа-
листическому строю нашей страны успешно разре-
шается В настоящее время у нас действует ряд
крупнейших гнлроэлектростанции Днепровская гид-
роэлектростанция имени В. И. Ленина .мощностью
650 тыс. кет: Волжская ГЭС имени В. И Ленина
мощностью 2,3 млн. кет: гидроэлектростанция име-
ни XXII съезда КПСС мощностью 2,5 млн кет;
Братская ГЭС имени 50-летия Великого Октября на
Ангаре мощностью 4.1 млн. кет. Построена и рабо-
тает самая мощная в мире Красноярская гидро-
электростанция на Енисее мощностью 6 млн. кет.
10?. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ
Всякое тело, поднятое над Землей, обладает
потенциальной энергией Это в равной степени
относится и к воде. Например, I м3 воды на высо-
те 50 м обладает потенциальной энергией:
Для
дополнительного
чтения
Е„ = 9,8—1000 кг-50 мяв500000 дж.
При падении воды вниз с этой высоты совершит-
ся работа
А = 500 000 дж.
В природе сравнительно редко вода в большом
количестве падает непосредственно со значительной
высоты. Чаще всего приходится пользоваться таки-
ми реками, русла которых имеют небольшой уклон.
В этих случаях для создания давления (напора),
12 А. В. Перышкин H. А Родина Филина для 6-го класса
177
Рис. 199.
Рис. 200.
Рис. 201.
необходимого для работы гидравлических двигате-
лей, приходится поднимать уровень воды в реке
искусственно, при помощи плотин.
Если установить плотину поперек реки, то уро-
вень воды в реке перед плотиной поднимется. Так,
максимальная высота напора воды, создаваемого
плотиной Днепровской гидроэлектростанции имени
В. И. Ленина, около 51 м.
За счет энергии поднятой воды гидравлические
двигатели могут совершать механическую работу.
Один из простейших и древнейших двигате-
лей — водяное колесо. (На рисунке 199 изображен
разрез наливного колеса.) В этом двигателе исполь-
зуют главным образом потенциальную энергию во-
ды и лишь частично кинетическую энергию. В на-
стоящее время водяные колеса строят очень редко.
Наиболее совершенные гидравлические двига-
тели — водяные турбины. В таких турбинах вода
отдает энергию колесу, приводя в движение лопасти
турбины.
На рисунке 200 изображена схема течения воды
через турбину. Рабочее колесо 1 этой турбины нахо-
дится внутри направляющего колеса с поворотными
лопатками 2. Поворотом лопаток направляющего
колеса регулируют расход воды.
С лопаток направляющего колеса вода с боль-
шой скоростью устремляется на лопатки рабочего
колеса и, пройдя по ним, уходит в отводную трубу
со значительно меньшей скоростью. Кинетическая
энергия воды уменьшается на величину совершен-
ной работы.
На рисунке 201 изображено отдельно колесо
большой турбины. Рабочее колесо турбины соеди-
нено с валом электрического генератора, дающего
электрический ток. На цветной вклейке IV показана
схема гидроэлектростанции, а на рисунке 202 —
схема установки турбины на такой станции.
Рис. 202.
На Волжской гидроэлектростанции имени
В. И. Ленина установлено 20 турбин мощностью по
115 тыс. кет каждая, на Братской гидроэлектро-
станции турбины имеют мощность но 225 тыс. кет
каждая Это огромнейшие машины. Каждая имеет
вес около 15 000 кн. Только одно крыло рабочего
колеса такой турбины весит 200 кн. Диаметр рабо-
чею колеса больших турбин достигает 10 м.
При работе вал водяных турбин вращается со
сравнительно небольшой скоростью, примерно
68 оборотов г» мину 1 у
178
103. ВЕТРЯНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Ветряные двигатели используют энергию движу-
щегося воздуха — ветра. Энергию ветра иногда
называют энергией «голубого угля».
Ветер представляет собой источник дешевой
энергии, но этот источник энергии обладает большим
непостоянством. Поэтому его еще мало используют.
Ветряные двигатели применяют в настоящее время
в сельском хозяйстве.
Ветряные двигатели известны с древнейших
времен. На рисунке 203 изображена ветряная мель-
ница. Современный довольно мощный ветряной
двигатель изображен на рисунке 204.
Движущиеся массы воздуха оказывают давле-
ние на наклонные плоскости крыльев ветряных дви-
гателей и приводят их в движение. Вращательное
движение крыльев при помощи системы передач
передается механизмам, выполняющим какую-либо
работу.
Ветряные двигатели применяют для подъема
воды из колодцев, для подачи воды в водонапор-
ные башни, в совхозах, колхозах, на железнодорож-
ных станциях — для получения электрической
энергии и т. д.
Уп₽. 42.
1. В каких местах реки потенциальная энергия каждого куби-
ческого метра воды большая: у истоков или в устье реки?
Ответ обоснуйте.
2. В какой реке — горной или равнинной — каждый кубический
метр текущей воды обладает большей кинетической энер-
гией?
3. Высота плотины Братской гидроэлектростанции 100 .м. Какая
работа совершается при падении с этой высоты каждого
кубического метра воды?
4°. Водяные турбины и генераторы электроэнергии используют
примерно 80% энергии падающей на турбины воды. Макси-
мальная полезная мощность Братской гидроэлектростанции
на Ангаре около 4 500 000 кет. Сколько воды в каждую
секунду падает на турбины с высоты 100 я?
5. Какой вид энергии воды используют в работе турбины, изо-
браженной на рисунке 202?
Для
дополнительного
чтения
Рис. 204.
12*
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
«книнпиппилк *<-т«1<1нтмчаптам>1вшпа»г>1пммапмап»аамм1аа>анн1№
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГ О использования.
I. Измерение массы тела на рычажных весах
Приборы и материалы: весы рычажные, разновес, несколь-
ко небольших тел разной массы, баночка, дробь или сухой
чистый песок.
Указания к работе. 1. Прочитать приложение к работе
«Правила взвешивания».
2. Придерживаясь правил взвешивания, измерить массу не-
скольких твердых тел с точностью до 0,1 г.
3. Результаты измерений записать в таблицу
№ опыта Масса тела, г
1. 2. 3.
Дополнительное задание
Существует особый способ взвешивания, называемый спо-
собом тарирования. При взвешивании по этому способу на
левую чашку весов кладут предмет, массу которого хотят опре-
делить На правую чашку ставят баночку, в которую насыпают
сухой песок или мелкую дробь до тех пор, пока весы не при-
дут в равновесие. Затем предмет снимают с левой чашки весов
и вместо него ставят гири, чтобы они уравновесили вес тары.
Масса этих гирь будет равна массе предмета.
Способом тарирования можно достаточно точно измерить
массу тела и на несколько расстроенных весах.
Проверьте это на опыте Положите на левую чашку весов
дробинку или комочек бумаги, равновесие весов от этого на-
рушится— весы расстроятся. Измерьте массы имеющихся у вас
тел способом тарирования и сравните их с результатами, полу-
ченными при взвешивании на уравновешенных весах
№ опыта
Масса тела, измеренная
на уравновешенных
весах, г
Масса тела, измерен
ная способом тариро-
вания, г
2.
3.
180
Подумайте и объясните, почему способом тарирования
можно достаточно точно измерить массу тела и на слегка рас-
строенных весах.
Приложение
Правила взвешивания
I . Перед взвешиванием убедиться, что весы правильно
уравновешены. При необходимости для установления равнове-
сия на более легкую чашку нужно положить полоски бумаги,
картона и т п.
2 Взвешиваемое тело кладут на левую чашку весов, а раз-
новес — на правую.
3 . Во избежание порчи весов взвешиваемое тело и разно-
вес нужно опускать на чашки осторожно, не роняя нх даже с
небольшой высоты.
4 . Нельзя взвешивать тела более тяжелые, чем указанная
на весах предельная нагрузка.
5 На чашки весов нельзя класть мокрые, грязные, горячие
тела, насыпать без использования подкладки порошки, из
лнвать жидкости.
6 Мелкие гири нужно брать только пинцетом (рис 205).
Положив взвешиваемое тело на левую чашку, на правую .
кладут гирю, имеющую массу, немного большую, чем масса •
взвешиваемого тела (подбирают на глаз с последующей про- риг, ggg
веркон). При несоблюдении этого правила, когда пытаются
достичь равновесия, кладя на весы гири в беспорядке, нередко
случается, что мелких гирь не хватает н приходится взвешива-
ние начинать сначала.
Если гнря перетянет чашку, то ее ставят обратно в футляр,
если же не перетянет— оставляют на чашке Затем то же про-
делывают со следующей по величине гирей и так далее, пока
не будет достигнуто равновесие.
Уравновесив тело, подсчитывают общую массу лежащих
на чашке весов гирь. Затем переносят гири с чашкн весов
в футляр.
2. Определение плотности твердого тела
Приборы и материалы: рычажные весы, разновес, мензурка,
твердое тело, плотность которого надо определить, например,
фарфоровый ролик или алюминиевый цилиндр, нитка.
Указания к работе. I Повторить § 27. Плотность вещества
2 Измерить массу тела на весах в граммах
3. Измерить объем тела с помощью мензурки в см2 3 Для
этого надо прежде всего определить цену деления мензурки,
то есть объем, соответствующий одному делению (Обычно на
шкале мензурки отмечены миллилитры (мл), объем одного мнл-
181
Рис. 206
Рис. 207.
лилитра равен 1 см3). Затем налить в мензурку такое количест-
во воды, чтобы тело полностью могло погрузиться в воду, и от-
метить уровень воды в мензурке (рис. 206). После этого на
нитке надо опустить тело в воду и определить, на сколько
делений при этом поднялся уровень воды в мензурке (рис 207).
Зная цену деления мензурки, определить объем тела в см3
т
4. Вычислить по формулер = ~у~ плотность вещества тела
г
кг
в — 3“ и выразить ее в —г-
л»
Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:
Название вещества Масса тела, г Объем тела, см3 Плотность вещества
г см3 кг м3
♦
3. Градуирование пружины и измерение силы
динамометром
Приборы и материалы: динамометр с закрытой бумагой
шкалой, набор грузов массой по 102 г, штатив с муфтами, лап-
кой и кольцом.
Указания к работе. 1. Прочитать в учебнике § 39. Динамо-
метр.
2 Зажать в лапке штатива динамометр в вертикальном
положении. Отметить черточкой положение указателя динамо-
метра — это будет нулевое положение указателя.
3 Подвесить к крючку динамометра груз, масса которого
102 г. На этот груз действует сила тяжести, ратная I н. С та-
кой же силой этот груз растягивает пружину динамометра. Эта
сила уравновешивается силой упругости, возникающей в пру-
жине при ее растяжении (деформации).
Новое положение указателя динамометра также отметить
горизонтальной черточкой на бумаге.
4. Затем подвесить к динамометру такой же массы (102 ?)
второй, третий и четвертый грузы, отмечая черточками на бу-
маге при каждом дополнительном грузе положение указателя
(рис. 208).
5. Снять динамометр со штатива и против горизонтальных
черточек, начиная с верхней, проставить числа 0, 1, 2, 3, 4,...
Сверху числа 0 написать «ньютон».
182
6 Измерить расстояние между черточками Они полу ча-
ются равными, что и следовало ожидать, так как сила упруго-
сти прямо пропорциональна растяжению пружины (§ 39). На
основании этого можно сказать, что груз массой 51 г, действую-
щий на пружину динамометра с силон 0,5 н, вызвал бы растя-
жение пружины на величину, в два раза меньшую, чем груз
массой 102 г Поэтому, не подванивая к динамометру грузов,
можно проставить на шкале между основными черточками чер-
точки, соответствующие силе 0,5 н.
7. Измерить проградуированным динамометром вес какого-
нибудь тела, например кольца от штатива, лапки щтатива, гру-
за по механике и др.
Результаты измерений записать в тетрадь. Нарисовать так-
же проградуированный динамометр.
Примечание. Грузы массой 102 г можно получить,
прибавив 2 г пластилина к имеющимся грузам массой 100 г.
4. Измерение силы трения скольжения и сравнение
ее с весом тела
Приборы и материалы: динамометр, небольшой деревян-
ный брусок, набор грузов, гладкая доска (пли линезка)
(рис. 209).
Указания к работе. 1. Прочитать в учебнике § 44. От чего
зависит сила трения? § 35. Вес тела.
2. Взвесить динамометром брусок.
3. Прицепить динамометр к крючку бруска и, двигая бру-
сок равномерно вдоль горизонтальной доски (или линейки),
определить силу трения, она равна силе тяги.
4. Нагрушть брусок последовательно сначала одним. <атем
двумя и потом тремя грузами. Для каждого случая измерить
силу трения.
Примечание. При измерении динамометром силы тяги
(она равна силе трения) трудно добиться строго равномерного
движения бруска; указатель динамометра, как правило, колеб-
лется. Поэтому каждое измерение надо проверять 2—3 раза
и брать среднее значение из двух крайних положений указателя
динамометра.
Рис. 208.
183
5. Результаты измерений записать в таблицу:
№ опыта Вес бруска Сила трения
без груза с грузом
1. 2 3.
6 Для каждого отдельного опыта сравнить величину силы
трения с весом тела Какой вывод можно сделать относительно
силы трения и веса тела?
7. Как изменяется сила трения с изменением веса тела?
Для ответа на этот вопрос составьте вторую таблицу, исполь-
зуя данные из первой таблицы.
№ опыта Во сколько раз увеличи вается вес тела Во сколько раз увели- чивается сила трения
1.
2
3.
4.
Дополнительное задание
Повернуть брусок на грань с меньшей площадью и повто-
рить опыты в описанной выше последовательности
Вопрос: зависит ли сила трения скольжения от площади
движущегося тела?
5. Выяснение условий плавания тела в жидкости
Приборы и материалы: весы с разновесом, мензурка, про-
бирка-поплавок с резиновой пробкой, проволочный крючок, су-
хой песок, фильтровальная бумага или сухая тряпка
Указания к работе. 1 Повторить по учебнику § 88 Плава-
ние тела.
2. Насыпать в пробирку столько песку, чтобы она, закрытая
пробкой, плавала в мензурке с водой в вертикальном положе-
нии и часть ее находилась над поверхностью воды.
3. Определить выталкивающую силу, действующую на про-
бирку Она равна весу воды, вытесненной пробиркой Для на-
хождения этого веса надо вначале определить объем вытеснен-
ной воды. Для этого нужно отметить уровни воды в мензурке
до и после погружения в воду пробирки Выразить выталки,
вающую силу в ньютонах
184
4. Вынуть пробирку из воды, протереть ее фильтровальной
бумагой или тряпкой. Определить вес с точностью до 0,01 я.
5. Насыпать в пробирку еще некоторое количество песка.
Вновь определить выталкивающую силу и вес пробирки Про-
делать это надо несколько раз, пока пробирка, закрытая проб-
кой, не потонет.
Числовые результаты опытов занести в таблицу. Отметить,
когда пробирка плавает и когда тонет.
№ опыта Выталкивающая сила, н Вес пробирки с пробкой, н Плавает пробирка или тонет
1 2.
3.
6. Условие равновесия рычага под действием прило-
женных к нему сил
Приборы и материалы: рычаг на штативе, набор грузов,
масштабная линейка, динамометр (рис. 210)
Цель работы: установить на опыте, при каком соотношении
сил и их плеч рычаг находится в равновесии.
Указания к работе 1 Повторить по учебнику § 91. Рычаг
Равновесие сил на рычаге.
2. Уравновесить рычаг, вращая гайки на его концах так.
чтобы он расположился горизонтально.
3. Подвесить два груза на левой части рычага на расстоя-
нии, равном примерно 18 см от оси вращения. Опытным путем
установить, на каком расстоянии вправо от оси вращения надо
подвесить:
а) один груз; б) два груза.
4. Считая, что каждый груз весит 1 н, записать данные
и результаты измерений в таблицу:
№ опыта Сила /\ на левой части рычага, н I (лечо /j, см Сила /2 на правой части ры- чага, н Плечо /2, см Отношение сил и плеч
Л f. ^8 Л
1. 2.
3.
5. Оставить на левой части рычага два груза На опыте
установить, на каком расстоянии от оси вращения на правой
IBS
части рычага надо подвесить три груза, чтобы рычаг пришел
в равновесие. Данные и измеренные величины записать в
таблицу.
6 Записать в последний столбец таблицы отношение сил
и плеч для каждого из опытов.
Проверьте, подтверждают ли результаты опытов условие
равновесия рычага под действием приложенных к нему сил
(§91).
Дополнительное задание
Подвесить три груза справа от осн вращения рычага на
расстоянии 12 см (рис 211)
Определить с помощью динамометра, какую нужно при-
ложить силу на 18 см правее от оси вращения, чтобы удержи-
вать рычаг в равновесии.
Как направлены в этом случае силы, действующие на ры-
С/7 \
I
i'll
и плеч ( —I Для этого случая.
' Л /
7. Определение к. п. д. при подъеме тела по наклон-
ной плоскости
Приборы и материалы: доска, динамометр, и «мерительная
лента или линейка, брусок, штатив с муфтами и лапкой.
186
Рис. 212.
Применение «золотого правила» механики к наклонной
плоскости (рис. 212)
Работа, совершаемая при подъеме тела вверх по верти-
кали, равна произведению силы тяжести F| на высоту h.
А, - F,й.
На такую же высоту h можно поднять тело путем равномер-
ного перемещения его вдоль наклонной плоскости длиной /,
прилагая к телу силу Г2. Совершенная при этом работа опре-
делится по формуле:
Согласно «золотому правилу» механики, в отсутствие тре-
пня. обе названные выше работы равны между собой.
УЦ = А2, ИЛИ Fj/l = F2l.
При наличии же трения эти две работы не будут равными.
Работа А3, совершаемая по передвижению тела вдоль наклон-
ной плоскости, будет больше работы Ль которая совершается
при поднятии этого тела на высоту наклонной плоскости по
вертикали Л2 > Л|.
А2 — это полная работа, Л(— полезная работа. Разделив
полезную работу на полную работу, получим к п. д. наклонной
плоскости, который обычно выражают в процентах:
к. п. д. = -ф--100%.
Л3
Указания к работе. 1. Подготовить в тетради таблицу для
записи результатов работы
№ опыта Высота наклонной плос- кости А, м Сила тяжести Ft, н Работа, совершаемая при поднятии бруска по вертикали (полезная работа) Лх = FiA, дж Длина наклонной плос- кости 1, м Сила тяги Fj, н Работа, совершаемая при движении бруска по наклонной плоскости (полная работа) Л2 = = FJ, дж к. П. д. = ^-!00%
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremusnarod.ru для БЕСПЛАТНОГО использования.
Рис. 213.
2. Установить доску наклонно (рис. 213)
3 Измерить высоту h и длину I наклонной плоскости и вы-
разить их в долях метра
4 Динамометром измерить силу тяжести бруска F| и вы-
разить ее в ньютонах.
5. Прицепив к бруску динамометр, равномерно тянуть его
вверх по наклонной плоскости Измерить силу тяги /2 в нью-
тонах.
6. Вычислить работу при подъеме бруска на высоту h по
вертикали и работу при подъеме этого бруска на ту же высоту,
двигая его вверх по наклонной плоскости длиной /
7. Вычислить к. п. д. наклонной плоскости в процентах.
Дополнительное задание
1, Рассчитать, какой выигрыш в силе дает наклонная плос-
кость, если не учитывать трение. Использовать для этого «зо-
лотое правило» механики
2. Изменить высоту наклонной плоскости и для нее опре-
делить полезную и полную работу, к. п. д.
8. Определение механической мощности электриче-
ского двигателя
Приборы и материалы электрический двигатель лабора-
торный с удлиненным шкивом, секундомер карманный, лента
измерительная, весы с разновесом, груз весом 0,1—0,2 н с при-
способлением для подвешивания, нить длиной 150 см, бата-
рейка для карманного фонаря, рубильник лабораторный, со-
единительные провода.
Указания к работе 1 Включить двигатель в цепь источ-
ника тока (рубильник нс включать) Привязать конец нити
к шкиву двигателя и намотать на него нить так, чтобы груз
на другом конце нити касался пола (рис. 214)
2. Измерить путь, который пройдет груз при работе дви-
гателя
Рис. 214.
5. Зная время, вычислить мощность в ваттах:
3. Одновременно пустить в ход двигатель (замкнуть цепь
рубильником) и секундомер
Когда груз пройдет намеченный участок пути, секундомер
остановить и разомкнуть цепь электрического двигателя.
4. Подсчитать работу, которую совершил электрический
двигатель при подъеме груза, в джоулях
A — Fh.
Результаты измерений и расчетов записать в таблицу.
№ опыта Вес груза, н Пройденный путь, м Время, сек Работа, дж Мощность, в г
1. 2. 3.
Найти среднее значение механической мощности
ОТВЕТЫ К УПРАЖНЕНИЯМ
<иишаяпмшмвашшпмишииш11иш1ипапаашлпмншишммшшшшип111шшнш
Упр. 6. 1. 0,75———. 2. 5———.3. 25—^—.
г ’ сек, сек сек
м мм
Упр. 7. 1. «13-----. 2. «8-----;4----.
г сек сек сек
Упр. 8. 1. 12—18 м; 125 м; 200 м. 2. 240 м. 3. 4500 км. 4. 200 сек; 20 сек.
5. Успеет.
Упр. 9. 4. В 10 раз.
Упр. 10. 1.0,8-^-. 2.0,01 кг.
г кг кг г кг
Упр. 12. 4. 0,2-^-; 200-^. 5. 800-^-. 6. «7-^; « 7000^-.
Упр. 13. 1. 10 кг' 8 кг; 136 кг. 2. ИЗО г. 3. « 77 т. 4. 4 кг. 5. 120 смъ.
6. 1,5 CJK8.
Упр. 16. 1. х 25 н; х 8 н; х 12 000 н; х 0,5 н. 2. « 100 н; х2 н.
3. « 30 000 н. 4. « 80 кг.
Упр. 17. 3. % 30 000 н.
Упр. 18. I. « 900 н. 2. 10 н. 3. 700 н.
н
Упр. 19. 4. х 42 000 —f~.
Упр. 22. I. 450 н. 2. 1 200 000 н. 3. В 90 раз; в 100 раз.
Н Н н н
Упр. 23. 1. х 6000 —т; х 4800—«82 000—р-. 2. «112000 000—Г.
<^с л» • лс Л4
н
3. « 2 000000—г; ~ 150 000 н. 4. 0,005 м*.
лс
Упр. 24. 2. ' 70000-^-. 3. « 30000 4. 1 005 000
Упр. 25. 3. 12,5 см.
Упр. 27. 6. « 28 800 н.
Упр. 28. 3. « 460 м.
Упр. 29. I. 76 см. 2. « 13 м.
Упр. 30. 4. «1 н; х 0,8 н.
кг
Упр. 31. 1. 16 000-^з-; 1,5 кг золота и 0,5 кг серебра.
Упр. 34. 1. Уменьшится. 2. 10 000 м3.
Упр. 37. I. « 300 000 дж. 2. х 240 000 дж. 3. « 450 000 000 дж.
Упр. 38. 1. «180 кет. 2. «60 вт. 4. 120000 000 дж. 5. 750 вт.
Упр. 39. 4. «110 н. 5. «4200 н.
Упр. 40. 1. 3 м 2. 2240 дж; 1600 дж. 4. 25 н; 5 см.
Упр. 42. 3. 1 000 000 дж. 4. «5600 м3
190
ЗАДАЧИ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
шаяшмнмвшмвнмнмимаилп11ямянпяямпваамтипнп1ми1п11ппнп1пя
ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА
I. На каком явлении основано вымачивание соленой сель-
ди? Объясните, как происходит переход соли из сельди в воду.
2. Поместив под микроскоп каплю молока, можно увидеть
в ней мелкие шарики масла Почему эти шарики беспорядочно
двигаются? Почему при повышении температуры молока дви-
жение их усиливается?
3. При одной и той же температуре диффузия в газах про-
исходит быстрее, чем в жидкостях. Объясните почему.
4. Почему сливки на молоке быстрее отстаиваются в хо-
лодном помещении, чем в теплом?
5. Для того чтобы плотно закрыть стеклянный флакон,
пользуются притертыми пробками. Пробку и часть горлышка
флакона гладко отшлифовывают в том месте, где они сопри-
касаются. На чем основано применение таких пробок?
б. Налейте в два стакана по одинаковому количеству воды
Один из них поставьте в теплое место, другой — в холодное
(в холодильник, за окно, в сени). Через некоторое время опус-
тите на дно каждого стакана по кусочку грифеля от «химиче-
ского» карандаша (или крупинку марганцовки) Поставьте
стаканы на прежние места. Наблюдайте, как протекает диффу-
зия в этих двух стаканах, и отмечайте положение границы
окрашенной и чистой воды через каждые 2 ч. Сделайте вывод.
7. Мокрое белье вывесили зимой нй улицу. Почему после
замерзания его трудно разогнуть, сложить?
ДВИЖЕНИЕ И СИЛЫ
Механическое движение
8. Трактор движется по грунту. Как перемещаются относи-
тельно грунта верхняя и нижняя части гусениц трактора?
9. Путь 18 км пешеход проходит за 5 ч, самолет — за 2 мин,
реактивный самолет — за 40 сек. Рассчитайте средние скорости
движения этих тел и сравните их.
10. Мальчик наблюдал за работой находящегося от него
на расстоянии 680 м лесоруба. Звук от удара топора но дереву
мальчик услышал через 2 сек после удара. Определите по этим
данным скорость звука в воздухе
191
II. Расстояние 60 км заяц-русак пробегает за I ч, а волк —
за I ч 20 мин Рассчитайте и сравните скорости этих животных.
12. Самое быстроходное млекопитающее животное—ге-
пард. На коротких дистанциях он может развивать скорость
км
ЭО-^ “. Сравните скорость гепарда со скоростью автомобиля.
м
равной 30-^-.
13. Первая космическая скорость (скорость, которую долж-
но иметь тело, чтобы стать искусственным спутником Земли)
км
равна 8 ^т. Какое расстояние пройдет за I мин ракета, летя-
щая с такой скоростью?
14. В 1937 г. советский самолет АНТ-25 (экипаж В II Чка-
лова) совершил беспосадочный перелет из Москвы в США За
56 ч 21 мин он прошел 9374 км Найдите скорость полета.
15. Советская космическая ракета в полете от Земли до
Луны прошла расстояние, равное 410 000 км, за 38,5 ч. Опре-
делите среднюю скорость ракеты
16". Моторная лодка за первые 5 мин движения прошла
2 км, за следующие 12 мин — 5,5 км и за последние 3 мин —
900 м Можно ли назвать движение лодки равномерным? Опре-
делите среднюю скорость ее за все время движения.
17. Пассажирский самолет летел над дорогой 1 мин. Опре-
делите путь, пройденный самолетом над дорогой, если скорость
км
его была 840—.
18. Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью
км
30 ——- Какой путь проходит Земля но своей орбите в Течение
Ccfrv
1 мин? I ч?
Масса тела
19. При взаимодействии двух тележек (рис. 36) скорость
м см
одной из них изменилась на I а другой — на 50 •—7. На
кая из тележек имеет большую массу и во сколько раз?
20. Тележка массой 0,8 кг столкнулась с другой тележкой
Определите массу второй тележки, если изменение ее скорости
при столкновении в 4 раза больше, чем изменение скорости пер-
вой тележки
21. Лодку подтягивают канатом к большому теплоходу.
Сдвинется ли при этом теплоход по направлению к лодке
(относительно воды)?
22. Пуля массой 10 г вылетела из ружья со скоростью
м м
600-—. Вследствие отдачи ружье приобрело скорость 1.2——.
С* ft CCh.
Какова масса ружья?
192
23. Воздух представляет собой смесь различных газов
кислорода, водорода, азота и других. Молекулы этих газов при
своем движении сталкиваются друг с другом У каких молекул
при столкновении скорости будут изменяться одинаково и у
каких неодинаково? Почему?
24. Молекула водорода столкнулась с молекулой водяного
пара. У какой молекулы при этом скорость изменилась больше?
Во сколько раз?
Плотность
25. Кубики одинаковой массы изготовлены — один из дре-
весины ели /плотность 0,4-^—), другой—дуба. Какой из kv-
\ с.м3 /
биков имеет больший объем? Во сколько раз?
26. На рисунке 215 изображены бруски одинаковой массы,
изготовленные из меди, алюминия, олова, золота, свинца. Поль-
зуясь таблицей плотностей, определите, из какого вещества из-
готовлен каждый брусок.
27. В мензурку налито 100 г воды. При помощи этой же
мензурки отмеривали такие же массы керосина, машинного
масла, серной кислоты. Сделайте рисунок и отметьте на нем
уровни, до которых наливали эти жидкости.
28. Масса камня равна 5,2 кг, его объем 2000 см3. Опре-
делите плотность камня.
29. Модель детали, изготовленная из дерева, имеет объем
200 см3 и массу 140 г. Стальная деталь такого же объема имеет
массу 1560 г. Определите по этим данным плотности дерева и
стали.
30. Определите плотность бензина, если известно, что 35 т
его занимают объем 50 м3.
31. Определите плотность растительного масла, если масса
1 л его равна 920 г
32. Длина точильного бруска равна 30 см, ширина — 5 см
и толщина — 2 см. Масса бруска 690 г. Определите плотность
кг г
вещества, из которого сделан брусок, в —у 11 Т75"-
33. Определите массу куска мрамора объемом 2 л3, бруска
парафина объемом 100 см3, гранитной колонны объемом 2,5 .и3,
чугунной детали объемом 0,3 м3, дубовой доски объемом 12 г).ч3
34. В аквариум длиной 40 см и шириной 20 см налита вода
до высоты 35 см. Определите массу налитой воды. Какую мас-
су имеет такой же объем машинного масла?
35. Определите массу оконного стекла, если длина стекла
1.5 ,м. высота 0,8 м и толщина 0,6 см
Рис. 215.
13 А. В Перышкнн. Н. А Родина. Физика для в-го класса
193
Рис. 216.
200
Рис. 217.
36. Масса гранитного камня-валуна 3.4 т. Каков его объем?
37. Сколько железнодорожных цистерн потребуется для
перевозки 200 т нефти, если объем каждой цистерны 50 л3?
38° . Моток медной проволоки с поперечным сечением
2,5 мм2 имеет массу 1,78 кг. Определите длину проволоки.
39. Стакан вмещает 250 г воды. Какова масса налитого в
(. . г \
плотность меда 1,4—— .
см3 )
40°. Масса пустой бутылки 460 г. Масса ее, наполненной
водой, 960 г, а подсолнечным маслом — 920 г. Определите по
этим данным плотность подсолнечного масла. (Плотность воды
считать известной.)
41. Масса алюминиевой детали 300 г, ее объем 150 см3.
Есть ли в этой детали пустоты?
42. Для каждой из мензурок, изображенных на рисунке
216, определите цену деления. Каковы объемы воды, налитой
в каждую мензурку? Чему равна масса воды в мензурках?
43. Определите по рисунку 217 объем тела, опущенного
в мензурку.
44. Гири делают из чугуна, латуни и фарфора. Какая из
этих гирь, массой 500 г каждая, больше по объему? Подсчи-
тайте их объемы.
45. Размеры класса такие: высота 4,5 м, ширина 6 м,
длина 9 м. Найдите массу воздуха в классе.
46. При изготовлении электрической лампы из нее отка-
чали воздух так, что масса оставшегося в лампе воздуха ста-
ла в 8 000 000 раз меньше первоначальной. Как изменилась
плотность воздуха? Как изменилось число молекул в единице
его объема?
47. Поверхность жидкого воска, налитого в банку, гори-
зонтальна. После отвердевания в нем образовалась воронка.
Как изменился при этом объем воска, его масса и плотность?
Как изменилось число молекул воска в единице объема?
48. Изменяются ли молекулы воды при превращении ее
в пар? Почему плотность пара отличается от плотности воды?
49. Укажите причины, по которым отличаются друг от
друга плотности а) жидкого азота | р = 0,81 —£—) и газо-
\ см3 /
194
/ 2 ।
образного азота [р = 0,0012—-I; б) газообразного кислорода
\ слг /
г
Р=0.0014^
и газообразного водорода
г X
р-0,00009—з- ;
С /
/ г \
в) керосина Ip — 0,8-^3-j и воды
г \
р= 1 Г
Инерция
50. После вылета - пули из дула ружья пороховые газы
перестают на нее действовать. Почему же движение пули
продолжается?
51. Чтобы столбик ртути в медицинском термометре
опустился, термометр «встряхивают» — двигают вниз, а затем
резко останавливают. Какова причина опускания столбика
ртути?
52. Все крупинки точильного камня двигаются вместе с
ним по окружностям. Но как только крупинка оторвется от
камня, то ее движение становится прямолинейным (рис. 218).
Почему?
53. Для чего делают разбег при прыжках в длину?
54. Необходимо быстро остановить мотоцикл. Почему для
этого тормозят обоими колесами? Что может произойти, если
затормозить только передним колесом?
Явление тяготения. Сила тяжести. Вес тел
55. Приведите примеры проявления силы тяготения.
56. Определите величины сил тяжести, действующих на
тела, массу которых вы определили в задаче № 33.
57. Вымпел Советского Союза, доставленный на Луну в
1959 г.. Весил на Земле вместе с контейнером 3900 н. Каков
его вес на Луне? Какова была его масса на Земле и какова
теперь на Луне?
58. Масса одного из самых больших китов, добытых при
их промысле, 150 т. Какова сила тяжести, действующая на
такого кита?
59. Чугунная деталь объемом 50 см3 весит 3,43 н. Опре-
делите плотность чугуна.
Рис. 218.
13
195
Рис. 219.
60. Самая крупная в мире птица — африканский страус;
его масса достигает 90 кг Определите вес страуса и сравните
его с весом самой маленькой птицы — колибри, масса кото-
рой 2 г.
61. Девочка купила 0,75 л подсолнечного масла. Какова
масса этого масла и его вес?
62. Определите цену деления динамометра и вес тела, изо-
браженного на рисунке 219
63. Изобразите графически силы, действующие на доску
(рис. 52), если масса сидящего на ней мальчика равна 40 кг.
64. Кирпич массой 4 кг лежит на столе. Вычислите дей-
ствующую на кирпич силу тяжести. Изобразите графически
силу тяжести, вес кирпича и силу упругоеги стола в масшта-
бе 1 см — Юн. Какая из этих трех сил изменится, если на
кирпич сверху надавить рукой?
165. Сила тяги лошади в среднем равна 700 я. Сколько
лошадей может заменить трактор, развивающий тяговое уси-
лие до 84 000 н>
66. Сила тяги автомобиля 1000 я, сила сопротивления его
движению 700 я. Определите равнодействующую этих сил
67. Рабочий, масса которого 70 кг, держит груз массой
40 кг. С какой силой он давит на землю? Изобразите эту силу
графически.
68. В гору поднимается прицеп. Тягач тянет этот прицеп
с силой 7500 я. Сила трения равна 800 я Изобразите силу тяги
и силу трения графически, если угол наклона горы равен 10°.
Найдите равнодействующую сил тяги и трения.
69. На движущуюся тележку действуют две силы — сила
тяги и сила трения Что можно ска зать об этих силах, если
тележка движется равномерно?
Рис. 220.
Давление
Рис. 221.
70. Два человека вскапывают землю лопатами разной
формы (рис 220) Какому из них легче работать?
71. Для чего у рюкзака делают широкие лямки?
72. Нижнюю часть железнодорожного рельса делают бо-
лее широкой, чем верхнюю (рис 221) Кроме того, под рельсы
подкладывают шпалы. С какой целью делают то и другое?
73. На чем основан способ спасения человека, провалив-
шегося под лед (рис. 222)?
74. Человек нажимает сверху на лопату с силой 600 я.
Какое давление оказывает лопата на почву, если ширина ло
паты 20 см, а толщина ее режущею края 0,5 мм?
75. Рассчитайте давление, оказываемое на стол гирей,
масса которой 10 кг, а площадь основания 50 см2.
76. Чему равно давление на рельсы четырехосного вагона
массой 60 т, если площадь соприкосновения одного колеса
с рельсом 10 см2?
196
77. Мальчик массой 45 кг стоит на лыжах. Длина каждой
лыжи 1,5 м, ширина 10 см. Какое давление оказывает мальчик
на снег?
78. Спортсмен, масса которого 80 кг, бежит на коньках.
Какое давление оказывает он на лед, если длина каждого
конька 40 см, а ширина лезвия 3 мм?
79. Тяжелый танк, идущий по асфальтовой дороге, не
разрушает асфальт. Почему же он раздавливает кирпич, по-
павший под его гусеницу?
80. Оса вонзает свое жало с силой 0,00001 н. Почему,
действуя такой маленькой силой, она прокалывает кожу жи-
вотного? Какое давление производит жало на кожу, если
площадь его острия равна 0,000 000 000 003 см2?
81. Масса слона равна 4000 кг. Площадь ступней его
ног около 4 дм2. Какое давление производит слон на землю,
когда он стоит?
82. Давление, производимое токарным станком на фунда-
н
мент, равно 15 площадь опоры станка 200 см2. Каков
Рис. 222.
вес станка? Чему равна его масса?
н
83. Давление ветра на парус лодки 200 Чему равна
сила давления ветра на парус, если площадь паруса состав-
ляет 6 м2?
84. Сосуд разделен перегородкой пополам (рис. 223).
В нижней части его находится газ. Что произойдет, если
в перегородке появится отверстие? Как изменится при этом
масса газа, его плотность и давление?
85. Электрическая лампа наполнена газом. После того
как лампу включают, давление газа в ней возрастает пример-
но в 1,5 раза по сравнению с холодным состоянием лампы.
Почему?
Рис. 223.
Трение
86. Каково назначение насечек на губках тисков и плоско-
губцев?
87. Чем сильнее натянут приводной ремень, передающий
движение от шкива к шкиву, тем больше трение между рем-
нем и шкивом. Почему?
88. Почему в процессе шлифовки трущихся поверхностен
трение между ними сначала уменьшается, а потом снова
возрастает?
89. Почему колеса нагруженного автомобиля буксуют на
скользкой дороге меньше, чем порожнего?
90. Почему нужно беречь тормоза автомобиля или мото-
цикла от попадания в них масла?
91. При каких условиях тепловоз может начать буксовать
и какие меры принимают для предупреждения этого?
197
Рис. 224
Силы взаимодействия молекул
92. Капроновая нить сечением 1 мм2 обрывается под дей-
ствием силы 500 к (например, веса человека, масса которого
50 кг). Какие силы преодолеваются в месте разрыва нити?
93. Известно, что между молекулами действуют силы
притяжения. Почему же две молекулы газа, столкнувшись, не
слипаются, а разлетаются в разные стороны?
94. Почему в качестве припоя или клея используют ве-
щества в жидком состоянии?
95. Народы Севера использовали раньше при постройке
своего жилища воду и снег, скрепляя ими вырезанные
изо льда бруски На чем это основано?
96. Укажите, какая из сил (сила тяготения, сила упру
гости, сила трения) действует в следующих случаях: а) вода
падает с плотины, б) автомобиль останавливается при тор-
можении, в) резиновый мяч отскакивает от стенки, г) вода
в реке течет, д) на пальце человека остается след от кнопки,
которую он вкалывал в стенку, е) подошвы ботинок изна-
шиваются.
ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Давление внутри жидкости и газа
97. Если дробинка пролетает через вареное вкрутую яйцо,
то она образует в нем отверстие. Если же дробинкой выстре-
лить в сырое яйцо, то оно разлетится во все стороны Объяс-
ните эти явления
98. Человек может лежать на автомобильной камере, на-
полненной воздухом. Однако если тот же человек встанет на
камеру, то она может лопнуть (рис. 224). Почему? Обяза-
тельно ли камера лопнет в том месте, где на нее давит нога
человека?
198
99. Жидкости и газы передают производимое на них дав-
ление во всех направлениях, а твердые тела — только в на-
правлении действия силы. Как объяснить это различие, зная
молекулярное строение жидкостей, газов и твердых тел?
100. К малому поршню гидравлического пресса при-
н
ложено давление 300“Г- Какой груз может поднять боль-
СЛ»
шой поршень, если площадь его равна 800 см2?
101. Площадь меньшего поршня гидравлического пресса
равна 10 еде2, большего — 100 см2. На меньший поршень дей-
ствует сила 400 н. Определите силу, действующую на больший
поршень.
102. Два сообщающихся сосуда с разными поперечными
сечениями наполнены водой (рис. 97). Площадь сечения узко-
го сосуда в 20 раз меньше, чем широкого. На поршень в узком
сосуде поставили гирю массой I кг. Какой груз надо поместить
на второй поршень, чтобы оба груза находились в равновесии?
103. Одинаковое или различное давление испытывают два
водолаза (рис. 225), находящиеся на дне озера?
104. В трубку с резиновым дном налита вода (рис. 109,а).
Как прогнется дно, если трубку опустить в сосуд с водой так,
чтобы а) уровень воды в трубке был выше, чем в сосуде,
б) уровень воды в трубке был ниже, чем в сосуде? (Сделайте
рисунки и дайте к ним пояснения )
105. Какое давление на дно реки оказывает вода, если
высота уровня ее 4 м?
106. Высота мензурки 20 см. Ее наполняют поочередно
водой, керосином, машинным маслом. Определите для каждой
жидкости давление на дно мензурки.
107. В высокий цилиндрический сосуд до уровня 10 см
налита ртуть, сверху налито столько же по объему воды и за-
тем столько же керосина. Определите общее давление, оказы
Рис. 225.
199
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narocl.ru для БЕСПЛАТНОГО использования,
ваемое жидкостями на дно сосуда. Каково давление жидкости
на стенки сосуда на глубине 10 см? 20 см? Сделайте рисунок
к задаче.
108. Натренированный ныряльщик может погрузиться в
него
пло-
Рис. 226.
глу-
море на глубину 20 м Какое давление производит на
вода? Чему равна сила давления воды на его тело, если
щадь поверхности тела составляет примерно 2 л<2?
109. В стенке цистерны, заполненной керосином, на
бине 2 м находится кран Площадь отверстия крана равна
30 см2. Определите силу давления керосина на кран
ПО. Высота здания Московского университета 180 м Ка-
кова разница давления воды в водопроводных кранах, нахо-
дящихся в самом нижнем и самом верхнем этажах?
111. В сосуд с водой погрузили прямоугольный брусок
длиной 5 см, шириной 4 см и высотой 10 см. Верхняя часть
бруска находится на расстоянии 6 см от поверхности воды
С какой силой вода давит на верхнюю и на нижнюю грани
бруска? На сколько сила давления на нижнюю грань больше
силы давления на верхнюю грань?
112°. В прямоугольную банку, площадь дна которой
100 см2, налита вода. Высота уровня воды 20 см. На поверх-
ность воды помещен плотно пригнанный поршень, на котором
стоит гиря массой 2 кг Определите давление на дно банки
Атмосферное давление
Рис. 227
113. При глубоком вдохе в легкие взрослого человека
входит около 4 дм3 воздуха Определите массу этого воздуха.
114. Определите массу воздуха в объеме вашей жилой
комнаты. Каков вес этого воздуха?
115. Можно ли осуществить опыт Торричелли со стеклян-
ной трубкой, длина которой меньше I м? больше 1 л?
116. Через воронку, плотно вставленную в горлышко бу-
тылки, наливают воду. Почему вода плохо проходит в бу-
тылку? Почему, приподняв воронку, мы устраним это затруд-
нение?
117. Если поднимать поршень в трубке, нижний конец
которой опущен в воду, то вода будет подниматься за порш-
нем Объясните, почему поднимается вода Какова наибольшая
высота ее подъема? На какую высоту поднялась бы при
тех же условиях ртуть? керосин? Стала бы подниматься вода
в трубке, если бы поршень пропускал воздух?
118. Приложенный
вается, если вдохнуть
лист?
119. Чтобы масло
нужно нажать пальцем (рис. 226). Почему? Какую роль здесь
играет атмосферное давление? Имеет лн здесь значение закон
Паскаля5
плотно
бьи тро
потекло
к губам кленовый лист разры-
воздух. Какая сила разрывает
из масленки, на ее донышко
200
120. На чем основано отсасывание воды стеклянной груб
кон (рис. 227)? Может ли вода при отсасывании подняться
на высоту 1 л? 5 л?
121. Кроме барометра-анероида, атмосферное давление
можно измерять ртутным барометром. Объясните устройство
ртутного чашечного барометра по рисунку 228. Какова цена
его деления? Каковы его показания?
122. Рассмотрите барометр-анероид, изображенный на ри-
сунке 148. Какова цена его деления? Каковы его показания?
Каковы могут быть причины того, что он показывает давление,
меньшее нормального?
123. Определите силу атмосферного давления на поверх-
ность стола, площадь которого 1,2 .и2.
124. Определите силу атмосферного давления, действую-
щую на вашу ладонь и пальцы. Почему вы не чувствуете этого
давления?
Примечание площадь поверхности руки определите
способом, указанным на стр. 91 учебника.
Рис. 228.
125. Почему человек без специальной тренировки плохо
переносит пребывание на высоких горах?
126. У самолетов, летающих на больших высотах, и у кос-
мических кораблей двери и окна не пропускают воздух (гер-
метичны). Для чего необходима такая герметичность?
127. Определите по рисунку 229, на сколько давление
газа в сосудах А, В и С, измеренное ртутным манометром,
отличается от атмосферного. Укажите возможные причины
того, что давление в сосудах не равно атмосферному. Дайте
объяснения, используя знания о молекулярном строении
вещества.
128. Ученики измерили атмосферное давление в подвале
и на чердаке школы. Оно оказалось соответственно равным
753,5 и 752 мм рт. ст Чему примерно равна высота школьного
здания?
Рис. 229.
201
129. Вычислите примерную высо-
ту Останкинской телевизионной баш-
ни. Атмосферное давление у ее
подножия и у вершины определите
по рисунку 230.
Архимедова сила. Плавание тел
130. Два одинаковых по объему тела находятся в жид-
кости на разной глубине Одинаковы ли выталкивающие силы,
которые действуют на тела? (Плотность жидкости вследствйе
ее ничтожной сжимаемости считать одинаковой на всей глу-
бине.)
131. На дне аквариума лежит камень, полностью погру-
женный в воду. Изменится ли действующая на камень вы-
талкивающая сила при доливании воды в аквариум (рис. 231)?
132. Мальчик смог поднять лежащий на дне ручья камень,
но не смог вынести его на берег. Почему?
133. Кусок стального рельса лежит на дне реки Его при-
подняли и поставили вертикально (рис. 232). Изменилась ли
при этом действующая на него выталкивающая сила? Изме-
нится ли она, если при подъеме часть рельса окажется над
водой?
134. Подвесьте на резиновой нити маленький флакон, на-
полненный водой (флакон плотно закройте пробкой) Держа
нить за свободный конец, опустите флакон в сосуд с водой
Наблюдайте за изменением длины нити Сделайте вывод.
135. Тело плавает в пресной воде, полностью погрузившись
в нее. Как будет вести себя это тело в керосине? в соленой
воде?
136. На рисунке 233 изображены три бруска, плавающие
в пресной воде Определите, какой из этих брусков изготовлен
из пробки, какой из льда, какой из дерева
137. Поплавок изготовлен из древесины, плотность кото-
рой в два раза меньше плотности воды. Как будет распола-
гаться этот поплавок в воде? Сделайте рисуТнок
138. Массы кирпича и куска железа одинаковы. Какое из
этих двух тел легче удержать в воде?
139. Определите выталкивающую силу, действующую на
тело объемом 10 см3, погруженное в воду, в керосин, в ртуть.
140°. Какую силу нужно приложить, чтобы поднять под
водой камень массой 600 кг и объемом 0,23 м3?
202
Рис. 232.
141. Определите выталкивающие силы, действующие на
погруженные в воду тела, а) свинцовое грузило массой 22,6 г,
6) железную ганку массой 39 г, в) бетонную плиту мас-
сой 4,4 т.
142°. К динамометру подвешена гирька массой 200 г, из-
готовленная из чугуна. Что показывает динамометр? Как из-
менятся показания динамометра, если гирьку погрузить в ке-
росин?
143°. Чугунная гирька объемом 14,3 см3 подвешена к пру-
жине динамометра. Каковы показания динамометра? Что по
кажет динамометр, если гирьку опустить в воду? в керосин?
144°. Медный цилиндр, объем которого 0,02 дм3, подвесили
к динамометру и опустили в воду Каковы показания динамо-
метра в этом случае?
145°. Цепь выдерживает нагрузку 70 000 н Можно ли на
этой цепи удержать под водой гранитную глыбу объемом 4 ж3?
146°. На веревке равномерно поднимают из воды чугунную
отливку прямоугольной формы. Размеры отливки- длина —
4 дм, ширина — 2 дм, высота — 1 дм. Какова сила натяжения
веревки? Как изменится эта сила, когда отливку будут под-
нимать ь воздухе?
Рис. 233.
203
147°. Какой груз может удержать на поверхности воды
пробковый пояс, если объем его 5 d-и3 и он весь погружен
в воду?
148°. Ледяная глыба (айсберг) плавает в воде, причем
объем ее подводной части равен 1000 000 м3. Найти объем
кг
айсберга и его вес, если плотность морской воды 1030~з".
149. Пользуясь таблицей плотностей, укажите, какие ве-
щества плавают в воде и какие тонут в ней. Ответ обоснуйте.
150. Площадь сечения теплохода на уровне воды в реке
5400 м2. От принятого груза осадка парохода увеличилась на
40 см. Определите вес груза.
151. На деревянном пароме длиной 8 л и шириной 4 м
перевозят грузы. Какой груз принял паром, если глубина по-
гружения его в воду при этом увеличилась на 20 см? Форму
парома считать прямоугольной.
152°. Объем детского шарика, наполненного водородом.
4 дм3. Масса оболочки шарика 3 г. Какой груз может поднять
этот шарик в воздухе?
153°. Воздушный шар, объем оболочки которого 1500 и3,
наполнен гелием (1 м3 гелия весит 1,8 н) Оболочка и гондола
весят 2500 н. Может ли этот шар поднять пять пассажиров,
весящих по 650 н каждый?
РАБОТА И МОЩНОСТЬ. ЭНЕРГИЯ
154. В каком случае мальчик (рис 234) производит меха-
ническую работу, в каком нет? Ответ обоснуйте.
155. Подъемный кран поднимает груз массой 2 т на вы-
соту 5 м. Какая работа при этом совершается?
156. Резец строгального станка действует на деталь с си-
лой 750 н. Какая работа совершается резцом при перемещении
его на 120 см?
157. По данным задачи № 100 определите работу, произве-
денную за один ход в гидравлическом прессе, если большой
поршень его поднялся при этом на 10 см.
158. При подъеме тела массой 15 кг совершена работа
60 дж. На какую высоту было поднято тело?
159. Спортсмен, масса которого 70 кг, совершает прыжок
на высоту 201 см за 0.4 сек. Какую мощность он при этом раз-
вивает?
160. Шагающий экскаватор выбирает за один прием 14 м3
грунта и поднимает его на высоту 20 м Масса ковша без
гранта 2 т. Определите работу, совершаемую двигателем
экскаватора по подъему грунта и ковша. Плотность грунта
кг
1500 -5-.
Л»
161. Чему равна мощность машины, которая за I ч со-
вершает работу 1 000 000 дж?
204
162. Лифт, масса которого с грузом 500 кг, за 40 сек под-
нимается на высоту 30 м. Определите полезную мощность, раз-
виваемую двигателем лифта.
163. Мальчик, масса которого 40 кг, поднялся на второй
этаж дома (рис. 235), расположенный на высоте 8 м Какова
совершенная мальчиком работа? Зависит ли совершенная им
работа от того, поднимается он шагом или бегом? Зависит ли
от этого развиваемая им мощность?
164. Эскалатор поднимает каждую минуту 10 человек на
высоту 6 м. Если в среднем масса каждого человека 75 кг, то
какой мощности двигатели необходимы для подъема людей?
165°. Мощный башенный кран может поднять груз массой
5 т. Если для подъема груза двигатель крана развивает мощ-
ность 30 кет, то в течение какого времени груз будет поднят
на высоту 20 м?
166. Пользуясь ломом как рычагом, рабочий поднимает
камень Расстояние от оси вращения рычага до камня 20 см, а
от оси вращения до руки — 160 см. Рука действует на лом с
силой 200 н. Определите силу, действующую на камень.
167. Можно ли изготовить рычаг, который бы давал выи-
грыш в силе в 100 раз? в 1000 раз? Как это сделать? Почему
неудобно пользоваться таким рычагом?
168. Рычаг, изображенный на рисунке 236, а, находится
в равновесии. Останется ли он в равновесии, если к нему под-
весить еще два равных груза, как показано на рисунке 233,6?
Останется ли рычаг в равновесии, если эти два добавочных
груза подвесить так, как показано на рисунке 236, в?
169. Как при помощи линейки с миллиметровыми деления-
ми и небольшой 1ирьки, например 20 г, определить вес гайки
или какого-нибудь другого небольшого тела? Взвесьте тело
этим способом и результат проверьте взвешиванием на весах.
170. Ведро с песком массой 20 кг поднимают при помощи
приспособления, показанного на рисунке 237. С какой силон
Рис. 234.
Рис. 236.
нужно тянуть за конец веревки, чтобы поднимать ведро
равномерно (без учета трения)? На сколько метров нужно вы-
тянуть конец веревки, чтобы ведро поднялось на 4 м?
171. Какой груз можно поднимать с помощью подвижного
блока, масса которого 200 г, прилагая к свободному концу
веревки силу 210 н? Трение не учитывать.
172. В стогометателе сноп сена массой 200 кг поднимают
с помощью подвижного блока. Какая сила прилагается к концу
подъемного троса? Сколько метров троса наматывается на ба-
рабан при подъеме сена на высоту 7,5 м? Трение не учитывать
173. Ведра с водой подвешены на блоках, как показано на
рисунке 238- Одинаковы ли массы воды в ведрах, если они на-
ходятся в равновесии?
174°. Бетонную плиту объемом 0,5 м3 поднимают из воды
при помощи подвижного блока. Какую силу необходимо при-
кладывать, когда плиту поднимают в воде и над поверхностью
Рис. 237. воды?
Рис. 238.
175°. Камень массой 50 кг приподняли на высоту 10 см
при помощи рычага, плечи которого 40 и 200 см. Для подъема
камня к длинному плечу пришлось приложить силу 160 н
Определить к. п д. рычага.
176. Какими видами механической энергии обладают сле-
дующие тела, заведенная пружина часов; сани, катящиеся с
горы; водяной поток, падающий с плотины, движущийся лифт,
струя воды, вытекающая из шланга?
177. На одной и той же высоте находятся деревянный
и железный бруски одинакового размера. Какой из брусков
обладает большей потенциальной энергией?
178. Могут ли два тела разной массы обладать одинако-
вой кинетической энергией? При каком условии?
179. За счет какой энергии работают стенные часы с пру-
жинным заводом?
180. За счет какой энергии, производят помол зерна на
ветряной мельнице? на водяной мельнице?
181. Ковочный молот массой 5 т поднимают на 2 jh. Какая
работа совершается при подъеме молота? Каким видом энер-
гии обладает он вверху и в момент удара по детали и чему
равна его энергия в этот момент?
182. Самый высокий шлюз Волго-Донского канала
нм. В И. Ленина находится на высоте 44 м от уровня воды
реки Дон и 88 м от уровня воды реки Волги Какой энергией
обладает вода, находящаяся в этом шлюзе? Одинакова ли эта
энергия относительно Дона и Волги?
183. Искусственный спутник Земли движется вокруг нес
по криволинейной траектории (рис. 55). Как меняется потен-
циальная энергия спутника при переходе его из самой близкой
к Земле точки (ее называют перигеем) к самой удаленной
(апогей)? Почему в апогее скорость полета спутника меньше,
чем в перигее?
206
ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
Учебник оцифрован и подготовлен сайтом http://fremus.narod.ru для БЕСПЛАТНОГО использования.
9. 1 ——; 150“-; 450-^-. 10. 340 . 11. 60-^-; 45-^/-. 12. Ско-
сек. ' сек ’ сек сек ч ' ч
5
рость гепарда составляет —g— от скорости автомобиля. 13. 480 км
14. « 166 —~15. л 11 000—^--. 16. 7’-^-. 17. 14 км 18. 1800 км, 108 000 км.
19. Масса первой тележки в два раза меньше массы второй тележки. 20. 0,2 кг.
22. 5 кг. 24. Изменение скорости молекулы водорода в 9 раз больше, чем моле
г
кулы воды. 25. Кубик, изготовленный из ели. В 2 раза. 28. 2,6 -“3-‘
г г кг г кг г
29. 0.7^; 7,8^. 30. 700-г. 31. 0.92 -5 . 32. 2300-у; 2.3-^.
33. 5,4 т, 90 г; 6,5 т; 2,1 т, 9,6 кг. 34. 28 кг; 25 кг. 35. 18 кг. 36. 1,3 л3.
г
37. 5. 38. 80 м. 39. 350 г. 40. 0,92 ——§. 41. Имеются. 42. 10 мл; 1 мл; 5 мл;
ОИК
0,2 мл; 2 мл; 130 мл; 37 мл; 180 мл; 8,8 мл; 94 мл; 130 г; 37 г; 180 г; 8,8 г;
94 г. 44. « 70 см9; « 59 с.ч3; « 220 см9. 45. 300 кг. 46. Уменьшилась
в 8 000 000 раз. 56. « 54 000 н; « 0,9 н; « 65 000 н; х 21 000 н; х 96 н. 57. « 650 н;
г
390 кг на Земле и на Луне. 58. х 1 500 000 н. 59. « 7-^-. 60. яг 900 я,
яг 0,02 н 61. 690 г; х 7 н. 64. « 40 н; изменится сила упругости. 65. 120.
66. 300 н. 67. яг 1100 я. 68. 6700 н. 69. Сила тяги равна силе трения.
Н Н Л н н н
74. 600 --г- 75. 2—76.7500---------=-. 77. «0,15-----г— 78. 67—5-.
СМ9 см£ см9 см2 см2
80. 3 000 000-^-. 81. 100-^-. 82. 3000 н; яг 300 кг 83. 1200 н. 100. 240 000 н.
смй см9
101. 4000 я. 102. 20 кг. 105. ж 40 000-Д-. 106. « 2000-^-; а 1600-V;
м9 м* м9
н н н н н
«;1800—107. ж 15 400—« 800—Г; 1800 108. « 200 000—
Л» jn •
«?400000 н. 109. « 50 н. НО. ж 1 800000 111. ж 1,2 н; ж 3,2 н; ж 2 н.
м9
н
112. « 4000-2-. 113. «5 г. 120. Может. *123. 124 000 н. 128. «18 м.
129. «500 м. 137. Половина объема поплавка будет находиться в воде
138. Кирпич. 139. «0.1 н; «0,08 н; «1,36 н 140. «3700 я 141. «0,02 н;
«0,05 н; «20 000 н 142. 2 я; уменьшится примерно на 0,3 я. 143. «0,98 я;
«0,84 я, 0,87 я 144. «1,6 я. 145. Можно, вес плиты в воде «64 000 я
146. «480 я; увеличится на 80 я. 147. «3,8 кг 148. «1 150 000 м9.
150. «21 600000 я. 151. «6,4 т. 152. «1,8 г. 153. Может. 155. «100 000 дж.
156. 900 дж. 157. 24 000 дж. 158. «40 см. 159. «3500 вт. 160. «4 600 000 дж.
161. «280 вт 162. «3800 вт. 163. «3200 дж. 164. «750 вт. 165. «30 сек.
166. 1600 я 168, Нс останется Останется 170. «100 я; 8 м. 171. 41,8 кг
172. «980 я; 15 м. 173. Неодинаковы. 174. «3000 я. «5500 я. 175. 62.5%
177. Железный 181. КМ) 000 дж 182. Неодинакова
207
ПРЕДМЕТНО-ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ
Альтиметр 129
Ареометр 149
Архимед 142
Архимедова сила 142
Атмосфера 121
Атмосферное давление
121, 124, 129. 135
Атом 19
Барометр-анероид 127
— ртутный 125
Батискаф 114
Батисфера 114
Блок 159. 165
Броуновское движение 22
Ватерпас 104
Ватт 156
Векторная величина 73
Вес 66, 69
Весы 48. 49
Вещество 9, 16
Винт 159
Водопровод 120
Воздухоплавание 150
Ворот 159
Гагарин Ю А 13
Галилей Галилео 7, 59.
136
Гидравлическая маши*
на 98, 99
Гидравлический пресс 100
Гидравлический тормоз
101
Гидроэлектростанция 177,
178
Давление 88, 90
— газа 92 94
— жидкости 104--109,
112
— крови 132, 133
— нормальное атмо-
сферное 129
Двигатели ветряные 179
— гидравлические 177.
178
Движение механическое
33
— неравномерное 36
— равномерное 35
Деформация 71
Джоуль 154
Динамометр 71. 72
Диффузия 21
Единицы давления 89
— массы 46
— мощности 156
— работы 154
— силы 68—70
— скорости 37
Жуковский НЕ 12
Закон Паскаля 96
«Золотое правилоэ ме-
ханики 166 — 168
Инерция 57—60
Капиллярность 86—87
Килограмм 46
Килограмм-сила 70
Клин 159
Королев С. П. 13
Коэффициент полезного
действия 169
Курчатов И. В. 8, 13
Лодыгин АН 12
Ломоносов At В. 7, 8, 32
Манометр жидкостный
130, 131
— металлический 132
Масса 45
— молекул 50
Материя 9
Международный эталон
килограмма 46
Мензурка 10
Молекула 17—19
Мощность 155 -157
Наклонная плоскость 159.
187
Насос жидкостный порш-
невой 133, 134
Невесомость 66
Ньютон 68
Ньютон Исаак 7. 63. 6-1.
68
Отвес 10
Паска ib Б ич 97. 136
Плавание тел 111 -148
Плечо силы 160 161
Плотность 51 — 53, 56
11невматические машины
и инструменты 102
Подшипник 82
Подъемная сила I ж3 га-
за 150
Попов А С 12
Природы 6
Пройденный путь 34
Работа механическая 152,
153
Равнодействующая двух
сил 71, 75
Рычаг 159, 160—161
Сила 61—62
— н <аимодействия мо-
лекул 83. 84
— давления 89
— трения 77. 79
— тяжести 63. 64, 70
— упругости 64. 65
Скорость 37. 38. 41
— молекул 23. 24
— средняя 40
Сложение сил 74—76
Смачивание 84—86
Состояние вещества 26
Сообщающиеся сосуды
115, 116
Торричелли Эванджели
ста 124. 125. 136
Траектория 34
Трение 77—81
Уровень 103
Фи шка 6, 7
Физическая величина 11
Физические явления 7
Физическое тело 9
Циолковский К Э. 12, 13
Шлюзы 119
Электронный микроскоп
18
Энергия 170. 171
— кинетическая 174
— потенциальная 172.
173
— переход одного вида
в другой 175. 176
— использование 176,
177
Яблочков П.Н 12
ЕДИНИЦЫ ОБЪЕМА
III. Единицы объема
Основная единица — 1 кубический метр (1 м* 1 2 3 4 5).
Кратные и дольные единицы
1 кубический километр (1 kjh3) = 1 ООО 000 000 .и3 W9 л3.
1 кубический дециметр (1 дм3) ~ 0,001 м3 — 10~3 м3.
1 кубический сантиметр (1 сл3) = 0,000 001 м3 — 10~» м3.
1 кубический миллиметр (1 мм3) — 0,000 000 001 м3 = Ю-9 м3.
1 литр (л) — 1 дм3.
1 гектолитр (гл) — 100 л.
1 миллилитр (мл) " 0,001 л.
Примеры перевода кратных и дольных единиц объема
в основную единицу
2 км3-2 000 000 000 м3 = 2 • 109 м3.
3 дм3 - 0,003 л3 - 3 • 10-’ л<3.
4 см3 - 0,000 004 м3 - 4 -10-» м3.
5 жж3 - 0,000 000 005 м3 - 5 • IO"9 м3.
Школьные учебники (((Р
SHEBA.SPB.&U/SHKOLA