^П1?29
А.В.ПЕРЫШКИН.Н.А.РОДИНА
Единицы длины
Основная единица—1 метр (1 м)
Кратные и дольные единицы
1 километр (1 км) =1000 м
1 дециметр (1 дм) = 0,1 м
1 сантиметр (1 см)=0,01 м
1 миллиметр (1 мм) = 0,001 м

Единицы площади
Основная единица — 1 квадратный
Кратные и дольные единицы
1 квадратный километр (1
1 гектар (1 га)=10 000 м2
1 ар (1 а)=100 м2
1 квадратный дециметр (1
1 квадратный сантиметр (1
1 квадратный миллиметр (1 мм2) = 0,000 001
км2 )= 1
метр (1
ООО 000
м2
дм2) = 0,01 м2
см2) = 0,0001 м2

м2
Единицы объема
Основная единица—1 кубический метр (1 м3)
Кратные и дольные единицы
1 кубический километр (1 км3)=1 000 000 000 м3
1 кубический дециметр (1 дм3) = 0,001 м3
1 кубический сантиметр (1 см3)=0,000 001 м3
1 литр (л)= 1 дм3
1 миллилитр (мл) = 0,001 л= 1 см3
Единицы скорости
Основная единица— 1 метр в секунду (1	)
Дольные и кратные единицы
1 километр в час (1^) = 0,28 f
1 сантиметр в секунду (1^)=0,01у
Единицы силы
Основная единица—1 ньютон (1 Н)
Кратные и дольные единицы
1 килоньютон (1 кН) = 1 000 Н
А.В.ПЕРЫШКИН,
Н.А.РОДИНА
ФИЗИКА
53
пп
УЧЕБНИК
ДЛЯ 6—7 КЛАССОВ
СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
Под редакцией
академика И. К. КИКОИНА
Утвержден
Министерством
просвещения СССР
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ
МОСКВА
«ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1979
ОБЛАСТНАЧ
. . П1 г»л i";_KA

6 КЛАСС
ВВЕДЕНИЕ
1.	ПРИРОДА И ЛЮДИ
Воздух, вода, земля, растения, животные, Солнце, планеты, Все-
ленная, весь окружающий нас материальный мир, называется при-
родой.
Природа никем не создана, всегда была и будет. Она находится
в непрерывном изменении, или движении: движутся планеты и звез-
ды, вода на Земле совершает круговорот, реки меняют русла, рас-
тения и животные растут и развиваются.
Человек вносит в природу изменения благодаря своему уму и
труду. Он построил города и селения, фабрики и заводы, распахал
и засеял поля, изобрел различные машины. В результате познания
человеком природы возникли науки.
Изучая изменения, происходящие в природе, ученые установили,
что все они происходят закономерно, т. е. всегда существует какая-
нибудь причина явления. Причиной падения на Землю различных
предметов, например, является притяжение их Землей; смена дня
и ночи на Земле объясняется движением Земли вокруг своей оси
(рис. 1); одна из причин возникновения ветра — неравномерное нагре-
вание воздуха.
Цель наук о природе — открыть, изучить ее законы и использо-
вать их для нужд людей.
Науки о природе все время развиваются. Мы все полнее и глуб-
же познаем явления природы и находим им все больше практиче-
ских применений. Научные объяснения явлений природы дают
Рис. 1
з
возможность успешнее бороться с религиозными заблуждениями —
с верой в несуществующего бога и религиозными обрядами.
Одной из наук о природе является физика.
2.	ЧЕМ ЗАНИМАЕТСЯ ФИЗИКА
Слово «физика» происходит от греческого слова «ф ю з и с», что
значит «природа». Физика — одна из наук о природе.
В физике изучают механические, тепловые, электрические, све-
товые явления. Все эти явления называют физическими. Таяние
льда, кипение воды, падение камня, свечение раскаленного волоска
лампочки, молния — все это различные физические явления.
Существуют и другие науки, которые изучают природу, такие,
как астрономия, химия, география, ботаника, зоология. Все эти
науки используют законы физики. В географии, например, их при-
меняют для объяснения климата, течения рек, образования ветров.
Физика —одна из самых древних наук. Первыми физиками были
греческие ученые, жившие за несколько сотен лет до начала нашей
эры. Эти ученые впервые пытались объяснить наблюдаемые явле-
ния природы.
Величайшим из древних ученых был Аристотель (384—
322 гг. до н. э.), который и ввел в науку слово «физика». В русский
язык это слово ввел великий русский ученый М. В. Ломоносов.
Все, что открыто и изучено в физике, есть результат упорного
труда многих ученых разных стран и народов.
Многие важные открытия, благодаря которым развивалась фи-
зика, сделали ученые: Г. Галилей, И. Ньютон, М. В. Ломоносов,
М. Фарадей, Д. И. Менделеев, Пьер и Мария Кюри, Э. Резерфорд, •
А. Эйнштейн, А. Ф. Иоффе, С. И. Вавилов, И. В. Курчатов и
другие.
Среди выдающихся русских ученых особое место в науке зани-
мает Михаил Васильевич Ломоносов — первый русский академик.
Проявив огромное 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 сказать, сам был первым нашим университетом».
1.	Что такое физика? 2. Что изучает физика? 3. Приведите примеры
физических явлений 4. Почему физику считают одной из основных
наук о природе? 5. Кто ввел в науку слово «физика»?
3.	ТЕЛО, МАТЕРИЯ, ВЕЩЕСТВО
«
В физике; кроме обычных слов, используют специальные слова,
или термины, обозначающие физические понятия. Некоторые
из таких слов постепенно вошли в нашу разговорную речь, напри-
мер, такие, как «электричество», «энергия», «космос». А некоторые
слова из разговорной речи используются в физике, но они иногда
4
здесь имеют иное содержание. Так, например,
в обыденной жизни словом «тело» называют
тело человека или животного. В физике же фи-
зическим телом называют и дом, и трактор, и
луну, и песчинку, т. е. всякий предмет. Несколько
физических тел изображены на рисунке 2 — это
карандаш, водопроводный кран, капля воды, ре-
зиновый шарик, наполненный воздухом.
Словом «материя» в науке называют все, что
существует объективно, т. е. независимо от наше-
го сознания.
Один из видов материи называют веществом.
Вещество —это то, из чего состоит физическое
тело. Железо, вода, соль, воздух —это все ве-
щества. Вода — вещество, капля воды — физиче-
ское тело, алюминий — вещество, а алюминиевая
ложка — физическое тело. Всякое тело имеет
форму и занимает некоторый объем. На рисун-
ке 3 изображены тела разной формы, но одина-
кового объема, на рисунке 4 —тела разного объ-
ема, но одинаковой формы.
1.	Что в физике понимают под словами «физиче-
ское тело*? 2. Что называют веществом? Приве-
дите примеры физических тел и веществ.
4.	НАБЛЮДЕНИЯ И ОПЫТЫ
Каждый знает, что тела падают на землю,
лед в теплом помещении тает, вода на морозе
замерзает, магнит притягивает железо и т. д.
Откуда появились эти знания? Многие знания
добыты людьми из собственных наблюдении.
Так, например, каждый из нас наблюдал, что
ничем не удерживаемые тела падают на землю.
Именно благодаря наблюдениям накопились
многие знания о природе.
Ученые тоже добывают знания из наблюдений.
Кроме того, они проделывают специальные
опыты. Научные опыты всегда ставят обдуманно,
с определенной целью. Например, итальянский
ученый Галилей, чтобы изучить, как происходит
падение тел, ронял разные шары с наклонной
башни в г. Пизе (рис. 5), измерял и сравнивал
время их падения. Проделав такие опыты, он
открыл законы падения тел.
Наблюдения и опыт — источники физических
знаний.
Рис. 2
Рис. 3
5
Рис. 5
Чтобы получить научные знания, надо еще
обдумать и объяснить результаты опытов, найти
причины явлений.
Для выполнения опытов нужны различные
физические приборы. Одни приборы очень просты
и предназначены для несложных измерений.
К ним относятся, например, измерительная ли-
нейка (рис. 6), груз, подвешенный на нитке, ко-
торый может служить отвесом (рис. 7), мензурка
(рис. 8), применяемая для измерения объема жид-
кости, весы и другие приборы. Есть и более слож-
ные измерительные приборы: амперметры, вольт-
метры (рис. 9), секундомеры, термометры (рис. 10)
и другие.
По мере развития физики и техники приборы
совершенствовались и усложнялись.
В наше время совместными усилиями ученых,
инженеров, техников и рабочих созданы слож-
нейшие приборы, при помощи которых современ-
ные физики изучают строение вещества. Так,
в подмосковном городе Дубне с этой целью
сооружены громадные приборы — установки с
очень сложным устройством. Один из них —
синхрофазотрон — имеет диаметр, равный пример-
но 60 м; на изготовление магнитов, входящих
в его устройство, пошло 36 000 т стали. На этом
синхрофазотроне работают ученые из всех со-
циалистических стран.
•у 1. Какими путями мы получаем знания о явлениях
J природы? 2. Чем отличаются наблюдения от опыта?
3.	Какие физические приборы вы знаете?
5.	ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ.
ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Чтобы получить возможно более точные зна-
ния о физических явлениях, нужно во время
опыта производить измерения. Например, чтобы
Рис. 6
6
узнать, как зависит объем воды от ее темпера-
туры, нужно, нагревая воду, измерять обе эти
величины.
Объем и температура — примеры физических
величин.
Физическими величинами являются также
длина, 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, изме-
рить длину стола —значит сравнить ее с другой
длиной, которая принята за единицу длины, на-
пример с метром. В результате измерения вели-
чины получаем ее числовое значение, выражен-
ное в принятых единицах.
Для каждой физической величины приняты
свои единицы. Для измерения площади, напри-
мер, принята единица площади (1 м2), для из-
мерения времени — единица времени (1 с), для
измерения объема — единица объема (1 м3).
Для удобства все страны мира стремятся
пользоваться одинаковыми единицами физиче-
ских величин.
1.	Что значит измерить какую-либо величину?
2. Какие единицы длины, площади и объема вы
знаете?
6.	ФИЗИКА И ТЕХНИКА
Вторую половину XX в., т. е. нашу эпоху,
называют эпохой научно-технической революции.
Для нее характерно широкое и быстрое внед-
рение в технику, промышленность и быт чело-
века научных открытий, сделанных в физике,
математике, химии, биологии, географии и дру-
гих науках о природе и обществе.
Физика является основой современной тех-
ники. Это означает, что различные технические
устройства основаны на использовании явлений
и законов природы, открытых и изученных в
физике. Так, например, двигатели внутреннего
сгорания, которые приводят в движение автомо-
били, тракторы, тепловозы, танки, речные и
морские суда, созданы в результате изучения
свойств газов и многих тепловых явлений.
Об электричестве узнали за несколько веков
до нашей эры, но практическое применение
Ломоносов Михоил Васильевич
(1711—1765).
Попов Александр Степанович
(1859—1906).
электричество стало находить
начиная примерно со второй по-
ловины XIX столетия, после то-
го как были открыты и изуче-
ны многие электрические явле-
ния и законы. В настоящее время
электрическое освещение, нагре-
вательные электрические при-
боры, телеграф, радио и теле-
видение прочно вошли в быт.
На фабриках и заводах, в шах-
тах и рудниках электрические
двигатели приводят в движение
Жуковский Николай Егорович
(1847—-1921).
Циолковский Константин
Эдуардович (1857—1935).

Королев Сергей Павлович
(1907—1966).
Легковой автомобиль «Жигули».
Курчатов Игорь Васильевич
(1903—1960).
станки и различные механизмы.
В металлургии в электрических
печах получают высокие сорта
стали и многие ценные металлы.
Электричество используется в
городском транспорте и на же-
лезных дорогах. Важное значение
имеет применение электричества
в сельском хозяйстве. На учении
о световых и звуковых явлениях
основано кино и телевидение.
Можно привести множество дру-
гих примеров применения физи-
^Теплоход
«Ракета».
«Луноход-2»
(действующая
модель) я
Гагарин Юрий Алексеевич
(1934—1968).
Реактивный самолет ИЛ-62.
Телевизионная башня (Москва, Останкино).
◄
ческих знаний в технике. В свою очередь, дости-
жения техники, совершенные машины и точные
измерительные приборы используются учеными
для новых открытий в физике. Полеты в космос,
например, и изучение происходящих там явле-
ний стали возможными после создания мощных
ракет.
Наука и техника тесно связаны между собой.
Развитие науки вызывает дальнейшее развитие
техники, дальнейшее же развитие техники спо-
собствует все новым достижениям науки.
В развитии техники, как и науки, большую
роль сыграли работы отечественных ученых.
Радио сейчас — важнейшее средство связи.
Изобрел радио русский ученый Александр Степа-
нович Попов. 7 мая 1895 г. он сделал сообщение
об изобретении 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
электрическое освещение.
Константин Эдуардович Циолковский первым
изучил законы реактивного движения и разра-
ботал проект летательного аппарата — ракеты —
10
Уборка зерна комбайном «Колос».
Грузовой автомобиль «КамАЗ».
для полетов с Земли на другие планеты Солнечной системы. На-
учные труды К. Э. Циолковского были использованы учеными и
инженерами при подготовке полетов в космос.
Всему миру известны замечательные достижения советской науки
и техники. В нашей стране была построена первая в мире элект-
ростанция, работающая на атомной энергии, произведены запуск
первого в мире искусственного спутника Земли и первой космиче-
ской ракеты, ставшей новой планетой Солнечной системы. Пер-
вой ракетой, достигшей Луны, была советская ракета. Первым кос-
монавтом был советский человек — Юрий Алексеевич Гагарин.
Большой вклад в научную и техническую разработку полетов
в космос внес советский ученый Сергей Павлович Королев.
Развитие у нас в стране атомной энергетики связано с именем
ученого Игоря Васильевича Курчатова.
J Какое значение имеет физика для техники? Покажите это на при-
• мерах. 
Электропоезд «ЭР-200» (развивает скорость до 200 км/ч).
ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ
О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА
7.	ДЛЯ ЧЕГО НУЖНО ЗНАТЬ СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
В физике не только наблюдают и описывают явления и свой-
ства тел, но и стремятся объяснить их. Например, как объяснить,
почему вода, пролитая на гладкий пол, растекается по нему, а не
собирается в каком-нибудь одном месте? Почему вода при охлаж-
дении может превратиться в твердое тело —лед, а при нагревании —
в газообразное тело —водяной пар? Почему газ легко сжать, а твер-
дое тело и жидкость — очень трудно? Почему нагретый кусок стали
легче изогнуть или расплющить, чем холодный?
Ответить на эти и многие другие вопросы можно, но для этого
нужно знать внутреннее строение вещества.
Знания о внутреннем строении вещества позволяют не только
объяснить многие физические явления. Они помогают предсказывать,
как будет происходить явление, что нужно сделать, чтобы его
ускорить или замедлить, т. е. помогают управлять явлениями.
Узнав внутреннее строение тел, можно объяснить их свойства,
а также создать новые вещества с нужными человеку свойства-
ми—твердые и прочные сплавы, жароупорные материалы. С по-
мощью науки созданы, например, такие материалы, как пластмассы,
искусственный каучук, капрон, нейлон. Все эти материалы нашли
широкое применение в технике, медицине и быту.
1.	Для чего нужно знать внутреннее строение вещества? 2. Какие вы
• знаете материалы, созданные человеком?
8.	СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
Если сжать руками мяч, то объем воздуха, заполняющего мяч,
уменьшится. Сжатием можно уменьшить и объем куска резины,
воска.
Объем тела изменяется также при его нагревании и охлаждении.
На рисунке 11 изображена стеклянная колба, горлышко которой
погружено в воду. При нагревании воздух вытесняет воду из гор-
лышка колбы и пузырьки его начинают выходить наружу, — значит,
объем воздуха при нагревании увеличивается (рис. 11, а). При охлаж-
дении колбы в нее входит вода —объем оставшегося в ней воз-
духа уменьшается (рис. И, б).
Стальной шарик, свободно проходящий через кольцо, после
нагревания расширяется и застревает в кольце (рис. 12). После
того как шарик охладится, его объем снова уменьшится и он
пройдет сквозь кольцо.
Расширение жидкости при нагревании можно обнаружить на
опыте по увеличению ее уровня в трубке (рис. 13).
12
Итак, опыты показывают,, что объем тела
может изменяться: уменьшаться или увеличивать-
ся. Почему это происходит?
Это явление можно объяснить, предположив,
что вещества состоят из отдельных частичек,
между которыми есть промежутки. Когда час-
тички отодвигаются друг от друга, объем тела
увеличивается. При сближении частичек объем
уменьшается. Такие предположения в науке назы-
вают гипотезами, достоверность их прове-
ряют опытами.
Почему же вещества — воздух, вода, сталь —
кажутся нам сплошными? Дело в том, что час-
тицы, из которых состоят вещества, так малы,
что мы их не видим.
Представление о размерах этих частиц дает
следующий опыт (см. цветную вклейку I, вверху).
Маленькую крупинку краски растворяют в воде,
налитой 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 чистой водой. Так проделы-
вают несколько раз и с каждым разом убежда-
ются, что раствор становится все более светлым.
Рассмотрим последний раствор. Он хотя и очень
слабо, но равномерно окрашен, — следовательно,
в каждой его капле содержатся частицы краски.
А ведь в воде растворили очень маленькую
крупинку краски, и лишь часть ее попала в пос-
ледний раствор. Значит, крупинка состояла из
многих частиц, размеры которых очень малы.
Эти и другие наблюдения и опыты, о которых
будет рассказано дальше, показывают, что все
тела состоят из очень маленьких частиц.
1.	Какие явления показывают, что вещества состо-
ят из частиц, разделенных промежутками? 2. Как
изменяется объем тела при уменьшении или
увеличении расстояний между его частицами?
3. Как доказать, что эти частицы очень малы?
9.	МОЛЕКУЛЫ
О том, что вещества состоят из отдельных
мельчайших частиц, люди догадывались очень
давно, это утверждал еще около 2500 лет назад
греческий ученый Демокрит.
Рис. 13 б
13
Но если в древности ученые лишь предполагали, что вещества
состоят из отдельных частиц, то в начале XX века существование
таких частиц было доказано наукой.
Частицы, из которых состоят вещества, назвали молекулами
(молекула — латинское слово, означает «маленькая масса»).
Молекула каждого вещества — мельчайшая частица этого ве-
щества.
Наименьшая частица воды — это молекула воды, наименьшая
частица сахара — это молекула сахара и т. д.
Каковы же размеры молекул?
Известно, что кусок сахара можно растолочь на очень малень-
кие крупинки, зерно пшеницы размолоть в муку. Масло, растекаясь
по воде, образует пленку, толщина которой в 40 000 раз меньше
толщины 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 крупин-
ки муки и толщина пленки.
Можно привести следующие сравнения: молекула во столько
же раз меньше яблока среднего размера, во сколько раз яблоко
меньше земного шара.
Молркулы разных веществ отличаются друг от друга размерами,
но все они очень малы. Современные приборы — электронные мик-
роскопы — позволили увидеть и сфотографировать наиболее крупные
из молекул (см. цветную вклейку II). Эти фотографии — еще одно
подтверждение существования молекул.
Так как молекулы очень малы, то в каждом теле их содержится
великое множество. В капле воды, например, молекул в несколько
десятков миллиардов раз больше, чем людей на Земле. В 1 см3
воздуха содержится такое число молекул, что если сложить столь-
ко же песчинок, то получится гора, которая закроет большой за-
вод (рис. 14).
В природе все тела отличаются друг от друга хоть чем-нибудь.
Нет людей с одинаковыми лицами. Среди листьев, растущих на
одном дереве, нет двух совершенно одинаковых. Даже в целой
куче песка мы не найдем одинаковых песчинок. Миллионы шари-
ков для подшипников изготавливают на заводе по одному образцу,
одинакового размера. Но если шарики затем измерить еще точнее,
чем это делалось при обработке, то можно убедиться, что среди
них не найдется и двух одинаковых.
Рис. 14
14
Отличаются ли между собой молекулы одного и того же ве-
щества?
Многочисленные и сложные опыты показали, что каждое чис-
тое вещество состоит из одинаковых молекул, присущих только
ему. 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
и никакое другое вещество не состоит из таких же молекул.
Все молекулы одного и того же вещества одинаковы.
Молекулу вещества можно разделить на части. Частицы, на
которые делится молекула, называют атомами.
Например, из двух одинаковых атомов состоит молекула кисло-
рода. А молекула воды состоит из трех атомов — одного атома
кислорода и двух атомов водорода. На рисунке 15, а изображены
две молекулы воды. Такое схематическое изображение молекул
принято в науке, оно соответствует свойствам молекул, изученным
в физических опытах, и называется моделью молекулы.
При делении двух молекул воды получаются четыре атома во-
дорода и два атома кислорода. Каждые два атома водорода соеди-
няются в молекулу водорода, а атомы кислорода — в молекулу
кислорода, как показано схематически на рисунке 15, б.
Атомы тоже не являются неделимыми частицами, они состоят
из более мелких частиц, называемых элементарными частицами.
>	1. Как называют частицы, из которых состоят вещества? 2. Из каких
• наблюдений следует, что размеры молекул малы? 3. Что вы' знаете
о размерах молекул? 4. Что вы знаете о составе молекулы воды?
У Пр.	Как известно, капли маслянистой жидкости растекаются по поверх-
। ности воды, образуя тонкую пленку. Почему при некоторой толщине
пленки масло перестает растекаться?
10.	ЯВЛЕНИЕ ДИФФУЗИИ В ГАЗАХ,
ЖИДКОСТЯХ И ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
Многочисленные опыты показывают, что молекулы всех тел
непрерывно движутся.
Рассмотрим опыт, который можно объяснить только тем, что
тела состоят из молекул и что молекулы находятся в непрерывном
движении.
Рис. 15
15
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 жид-
кости, наливают чистую воду. В начале опыта
наблюдают резкую границу раздела между водой
и раствором медного купороса.
Сосуд оставляют в спокойном месте и продол-
жают наблюдать за границей раздела жидкостей.
Через несколько дней обнаруживают, что грани-
ца раздела расплылась. Недели через две граница,
отделявшая одну жидкость от другой, исчезает,
в сосуде образуется однородная жидкость бледно-
голубого цвета (см. цветную вклейку I, внизу).
Значит, жидкости перемешались.
Явление, при котором вещества сами собой
смешиваются друг с другом, называют диф-
фузией1.
Это явление объясняют так (рис. 16). Сначала
обмениваются местами вследствие своего движе-
ния отдельные молекулы воды и медного купо-
роса, находящиеся около границы раздела этих
жидкостей. Граница становится расплывчатой, так
как молекулы медного купороса попадают в ниж-
ний слой воды и, наоборот, молекулы воды
попадают в верхний слой раствора медного купо-
роса. Затем часть этих молекул обменивается
местами с молекулами, лежащими в следующих
слоях. Граница раздела жидкостей становится
еще более расплывчатой. Так как молекулы дви-
жутся непрерывно и беспорядочно, то этот процесс
приводит к тому, что вся жидкость в сосуде
становится однородной.
В газах диффузия происходит быстрее, чем
в жидкостях Если в комнату внести какое-нибудь
пахучее вещество, например нафталин, то очень
скоро запах нафталина будет ощущаться во всей
комнате. Значит, туда проникают молекулы наф-
талина — происходит диффузия. Молекулы нафта-
лина, сталкиваясь с молекулами воздуха и дви-
гаясь во все стороны беспорядочно, разлетаются
по комнате во всех направлениях.
Явление диффузии происходит и в твердых телах,
но очень медленно. В одном из опытов гладко
отшлифованные пластины свинца и золота по-
1 Диффузия (лат.) — растекание, распростра-
нение.
дожили одна на другую и сжали грузом. При обычной комнатной
температуре (около 20° С) за 5 лет золото и свинец срослись, взаим-
но проникнув друг в друга на расстоянии 1 мм. Получился тонкий
слой из Сплава золота со свинцом.
Диффузия имеет большое значение в жизни человека и живот-
ных. Так, например, кислород из окружающей среды благодаря
диффузии проникает внутрь организма через кожу человека. Пита-
тельные вещества благодаря диффузии проникают из кишечника
в кровь животных.
Диффузия происходит и при спайке металлических деталей.
1. Что такое диффузия? Опишите опыт, в котором наблюдают диффу-
зию жидкостей. 2. Как объясняется диффузия с точки зрения молеку-
лярного строения вещества? 3. При каких процессах и как происходит
диффузия в организме человека и животных?
fnp. 1- На каком явлении основана засолка огурцов, капусты, рыбы и
других продуктов?
2. В воде рек, озер и других* водоемов всегда содержатся моле-
кулы газов, входящих в состав воздуха. Благодаря какому явлению
попадают эти молекулы в воду? Почему они проникают до дна водоема?
Опишите, как происходит при этом перемешивание воздуха с водой.
ЗАДАНИЕ
Налейте в стакан холодной воды и опустите на дно его кусочек
сахару. Не перемешивая воду, осторожно пробуйте ее у поверхности.
Определите, через какое время молекулы сахара попадут в верхний
слой воды. Объясните явление.
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
Для дополнительного чтения
К числу основных опытных доказательств того, что молекулы
движутся, относится явление, которое первым наблюдал в 1827 г.
английский ботаник Броун, рассматривая в микроскоп споры рас-
тений, находящиеся в жидкости.
Подобный опыт можно проделать, пользуясь краской или тушью,
предварительно растертой до таких мельчайших крупинок, которые
видны лишь в микроскоп. Размешав краску в воде, рассматривают
полученную смесь в микроскоп (рис. 17).
Если проделать такой опыт, то можно увидеть, что крупинки
| ЯРОСЛАВСКАЯ
ОБЛАСК1А 1
I Г' I а с П а Л Т I/ А
краски непрерывно движутся. Самые мелкие из них беспорядочно
перемещаются из одного места раствора в другое, более крупные
лишь беспорядочно колеблются. Такое перемещение спор растений
в жидкости и наблюдал Броун. Поэтому движение очень мелких
твердых частиц, находящихся в жидкости, и называют броуновским
движением.
Наблюдения показывают, что броуновское движение никогда
не прекращается. В капле воды (если не давать ей высохнуть)
движение крупинок можно наблюдать в течение многих дней,
месяцев, лет. Оно не прекращается ни летом, ни зимой, ни днем,
ни ночью. В кусках кварца, пролежавших в земле тысячи лет,
попадаются иногда капельки воды, замурованные в нем. В этих
капельках тоже наблюдали броуновское движение плавающих в
воде частиц.
Причина броуновского движения заключается в непрерывном, ни-
когда не прекращающемся движении молекул той жидкости, в ко-
торой находятся крупинки твердого тела. Конечно, эти крупинки
во много раз крупнее самих молекул, и когда мы видим под
микроскопом движение крупинок, то не следует думать, что мы
видим движение самих молекул. Молекулы нельзя видеть в обыч-
ный микроскоп, но 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 людей играет на воде
в огромный мяч. Они толкают мяч руками, и от толчков мяч
движется то в одном, то в другом направлении. Если наблюдать
эту игру издали, то людей не видно, а беспорядочное движение
мяча происходит как будто без причины.
Так же мы не видим молекул, но понимаем, что от их толчков
непрерывно и беспорядочно двигаются крупинки краски.
Открытие броуновского движения имело большое значение для
изучения строения вещества. Оно показало, что тела действительно
состоят из отдельных частиц—молекул и что молекулы находятся
в непрерывном беспорядочном движении.
11. СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ
И ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА
Такие явления, как, например, нагревание и охлаждение воздуха,
таяние льда, плавление металлов, кипение воды, называются теп-
ловыми явлениями.
Мы знаем, что при нагревании холодная вода сначала становит-
ся теплой, а затем — горячей. Нагретая печь постепенно охлаждает-
ся, а воздух в комнате нагревается.
Словами «холодный», «теплый», «горячий» мы называем тепловое
состояние тел. Одной из величин, характеризующих тепловое со-
стояние тел, является температура.
Температура горячей воды выше температуры холодной. Зимой
температура воздуха на улице ниже, чем летом.
Температуру тела, как известно, измеряют термометрами.
Единицей температуры служит градус.
18
Если наблюдать диффузию жидкостей в двух сосудах, один
из которых в начале опыта помещен в холодное место, а другой
в теплое, то можно обнаружить, что диффузия при более высокой
температуре происходит быстрее. Это означает, что скорость дви-
жения молекул и температура тела связаны между собой.
Чем больше скорость движения молекул тела, тем выше его
температура.
Теплая вода состоит из таких же молекул, как и холодная.
Разница заключается в том, что молекулы теплой воды движутся
быстрее, чем молекулы холодной воды.
1. Какие тепловые явления вы знаете? 2. Как протекает диффузия при
более высокой и более низкой температурах? 3. Как связана темпера-
тура тела с быстротой движения его молекул? 4. Чем отличается движе-
ние молекул холодной от движения молекул теплой воды?
Упр. 1. Почему сахар и соль быстрее растворяются в горячей воде,
чем в холодной?
2. В каком рассоле — горячем или холодном — быстрее просалива-
ются огурцы? Почему?
12. ВЗАИМНОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ
И ОТТАЛКИВАНИЕ МОЛЕКУЛ
Мы видим, что твердые тела и жидкости не распадаются на
отдельные молекулы, несмотря на то что молекулы разделены про-
межутками и находятся в непрерывном беспорядочном движении.
Значит, есть причины, удерживающие молекулы друг около друга,
не позволяющие им разлетаться.
Тела не только не распадаются на отдельные молекулы, но
твердое тело даже трудно растянуть или разломать. Чем же объ-
яснить, 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 притягивает к себе соседние моле-
кулы и сама притягивается к ним.
Однако, если мы разломим кусочек мела на две части и снова
составим их, то они не будут удерживаться друг около друга.
Почему?
Притяжение между молекулами становится заметным лишь тогда,
когда они находятся очень близко одна от другой. Уже на рас-
стояниях, размером несколько больше самих молекул, притяжение
молекул значительно ослабевает. Ничтожно малой щели между
частицами мела (меньше 0,000001 см) уже достаточно, чтобы при-
тяжение между молекулами значительно ослабло. А вот куски мяг-
кого материала, например замазки, слипаются легко. Происходит
это потому, что куски замазки можно сблизить на такое расстоя-
ние, на котором действует притяжение молекул.
Кусочки расколотого стекла не слипаются друг с другом. Если
же края осколков нагреть так, что они начнут плавиться, то их
19
Рис. 18
Рис. 19
можно прочно соединить. На этом основано
действие жидкого припоя, который употребляют
при пайке. Два куска свинца, приложенные друг
|к другу свежими срезами, слипаются и не раз-
рываются даже при сравнительно большой на-
грузке (рис. 18).
Итак, между молекулами существует взаимное
притяжение, которое проявляется заметно на рас-
стояниях, размером меньше самих молекул.
Но тогда возникает вопрос: почему сущест-
вуют промежутки между молекулами? Казалось бы,
молекулы должны притянуться друг к другу и
«слипнуться». Не происходит этого потому, что
при большом сближении молекулы отталкиваются
друг от друга. Что такое отталкивание сущест-
вует, видно из многих явлений, например, сжатые
тела распрямляются потому, что при сжатии мы
очень сближаем молекулы и они отталкиваются
друг от друга.
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 со-
единяются? 4. Какие явления указывают на то, что
молекулы не только притягиваются друг к другу,
но и отталкиваются?
13. ТРИ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
Зимой вода на поверхности озер и рек замер-
зает, переходит в твердое состояние — лед. Подо
льдом вода остается жидкой (рис. 19). Здесь мы
можем одновременно видеть два различных состо-
яния воды —твердое (лед) и жидкое (вода).
Существует и третье состояние воды — газообраз-
ное: невидимый водяной пар находится в окру-
жающем нас воздухе.
20
Жидкую ртуть можно увидеть в резервуаре
термометра. Над поверхностью ртути находятся ее
пары, они представляют собой газообразное со-
стояние ртути. При температуре -39 ° С ртуть
отвердевает — переходит в твердое состояние.
На примере воды и ртути мы видим, что
вещества в природе могут находиться в трех со-
стояниях: в виде твердого тела, жидкости и газа.
Свойства тел в разных состояниях различны.
Твердое тело в обычных условиях трудно
сжать или растянуть, оно сохраняет свой объем.
И для изменения формы твердого тела, напри-
мер, чтобы согнуть его или разорвать, нужно
приложить усилие (рис. 20).
Сохранение объема и формы — свойство твердых
тел.
Жидкость легко меняет свою форму, она прини-
мает форму того сосуда, в который ее наливают.
В обычных условиях только маленькие капельки
жидкости имеют свою форму —форму шарика.
Например, такие шарообразные капельки воды
можно видеть при выпадении росы (рис. 21).
Свойством жидкости легко изменять свою
форму пользуются, когда изготавливают посуду
из жидкого стекла (рис. 22).
Форму жидкости изменить легко, но вот объем
ее изменить трудно.Сохранилось описание одного
исторического опыта, в котором воду пробовали
сжать таким способом: ее налили в свинцовый
шар и шар запаяли, чтобы вода не могла выли-
ваться при сжатии. После этого ударили по свин-
цовому шару тяжелым молотом, чтобы шар сжался
и сжал воду. И что же? Вода не сжалась, она про-
сочилась сквозь стенки шара.
Следовательно, жидкости сохраняют объем, но
легко меняют свою форму.
Многие газы прозрачны и бесцветны, поэтому
мы их не видим. Мы не видим, например, воздух.
Но при быстром движении, находясь в автомобиле,
поезде, а также когда дует ветер, мы замечаем
присутствие воздуха 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 со стеклянной трубкой
(рис. 23), то воздух будет выходить из воронки
через трубку. Оба эти опыта показывают, что газ ’
занимает объем. Объем газа довольно легко изме-
Рис. 20
Рис. 22
Рис. 23
21
нить,— в этом существенная разница между жидкостью и газом.
Газ может быть сильно сжат. Даже руками можно сжать воздух
в мяче так, что объем его заметно уменьшится.
Газы имеют еще одно особенное свойство, какого нет у твер-
дых тел и жидкостей, а именно они занимают полностью весь
предоставленный им объем.
Газы не имеют собственной формы, они принимают форму того
помещения или сосуда, в котором находятся: комнаты, баллона,
бутыли.
Итак, у всех газов есть общие свойства: газы не имеют постоян-
ного объема и собственной формы — заполняют нацело весь предо-
ставленный нм объем, они сжимаемы в тысячи раз более, чем
жидкости.
1. Назовите вещество, которое можно часто видеть в трех состояниях:
твердом, жидком и газообразном. 2. Назовите общие свойства твердых
тел. 3. Какие жидкости вы знаете? Перечислите общие свойства жидко-
стей. 4. Каковы общие свойства газов?
1.	Тело сохраняет свой объем, но легко меняет форму. В каком
4 состоянии находится вещество, из которого состоит это тело?
2.	Тело сохраняет свой объем и форму. В каком состоянии нахо-
дится вещество, из которого состоит это тело?
3.	Приведите примеры использования свойств твердых тел и жид-
костей в технике.
14.	РАЗЛИЧИЕ В МОЛЕКУЛЯРНОМ СТРОЕНИИ
ТВЕРДЫХ ТЕЛ, ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Лед, вода и водяной пар —три состояния одного и того же ве-
щества-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 движутся молекулы газа, жидкости и твердого тела?
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 моле-
кулами газов в десятки раз больше размера молекул. На таких рас-
стояниях молекулы очень слабо притягиваются друг к другу. По-
144
40
-ла
-VI
-ос
-10
-•О
-га
— ЬО
Рис. 24
этому-то газы не имеют собственной формы и постоянного объема.
Нельзя наполнить газом, например, половину бутылки (рис. 24, а)
или стакана, так как, двигаясь во всех направлениях и почти не притя-
гиваясь друг к другу, молекулы быстро заполнят весь сосуд (рис. 24,6).
Свойства жидкостей объясняются тем, что промежутки между их
молекулами малы: молекулы в жидкостях упакованы так плотно,
что расстояние между каждыми двумя молекулами меньше самой
молекулы. На таких расстояниях притяжение молекул друг к другу
уже значительно. Поэтому молекулы жидкости не расходятся на большие
расстояния и жидкость в обычных условиях сохраняет свой объем
(рис. 24, в). Однако притяжение молекул жидкостей еще не настоль-
ко велико, чтобы жидкость сохраняла свою форму. Этим объясня-
ется, что жидкости принимают форму сосуда и их легко разбрызгать
и перелить в другой сосуд.
Сжимая жидкость, мы сближаем ее молекулы настолько, что они
начинают отталкиваться. Вот почему жидкость так трудно сжать.
Твердые тела в обычных условиях сохраняют и объем, и фор-
му. Это объясняется тем, что притяжение между их частицами
еще больше, чем у жидкостей. Некоторые из твердых тел, напри-
мер снежинки, имеют естественную правильную и красивую форму.
Частицы (молекулы или атомы) большинства твердых тел,
таких, как лед, соль, нафталин, металлы, расположены в определенном
порядке. Такие твердые тела называют кристаллическими. Хотя
частицы таких тел и находятся в движении, но каждая из них дви-
жется около определенной точки, подобно маятнику часов, т. е. ко-
леблется. Частица не может переместиться далеко от этой точки,
поэтому твердое тело сохраняет свою форму.
На цветной вклейке I, в середине, показано расположение моле-
кул одного и того же вещества — воды — в разных состояниях: а —
твердом (лед), б—жидком (вода), в — газообразном (водяной пар).
На вклейке II показано расположение частиц в кристалле золота.
Одним из основателей учения о молекулярном строении вещества
был великий русский ученый М. В. Ломоносов. Вот как представлял
себе М. В. Ломоносов строение газов: «Частицы газа 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, постоянно
отталкиваемые друг от друга такими очень частыми взаимными уда-
рами».
На основе представлений о молекулах Ломоносов объяснял мно-
гие явления.
1.	Имеется ли отличие между молекулами льда, воды и водяного пара?
2.	Как расположены молекулы газов? 3. Почему газы заполняют весь
предоставленный им объем? 4. Чем объясняется очень малая сжимае-
мость жидкостей? Почему они не сохраняют свою форму? 5. Почему
кристаллические твердые тела сохраняют свою форму и объем? 6. Кого
из русских ученых считают основателем учения о строении вещества?
23
ДВИЖЕНИЕ И СИЛЫ
15.	МЕХАНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
В жизни чаще всех других физических явлений мы наблюдаем
механическое движение тел, да и сами его совершаем или участвуем
в нем. Ознакомимся с некоторыми видами и законами этого движения.
Чтобы судить о том, движется тело или нет, надо посмотреть,
меняется ли положение этого тела среди окружающих его других
тел. Если, например, положение автомобиля меняется относительно
домов или деревьев, то говорят, что автомобиль движется относи-
тельно этих тел. Вода в реке движется относительно берегов, поезд —
относительно полотна железной дороги.
Изменение положения тела относительно других тел называют
механическим движением.
Человек, сидящий в поезде, движется относительно полотна желез-
ной дороги, но находится в покое относительно вагона поезда.
Поэтому, говоря о движении тела, обязательно указывают, относи-
тельно каких тел происходит это движение.
Движение относительно Земли человека, автомобиля, самолета
(рис. 25), ракеты, лодки, полет птиц, течение воды, движение воз-
духа (ветер) —все это примеры механических движений. Движение
отдельной молекулы является также механическим движением.
Перемещаясь из одной точки в другую, тело описывает некото-
рую линию. Линию, которую описывает тело при своем движении,
называют траекторией движения этого тела.
Траектория движения молекулы тела —ломаная линия (рис. 26).
Видимую траекторию — светящийся след — оставляет на ночном
небе падающий метеор (рис. 27).
Длину траектории, по которой движется тело в течение некото-
рого промежутка времени, называют пройденным путем за этот про-
межуток времени. На рисунке 28 показана траектория лыжника, спус-
тившегося с горы. Длина траектории ОА есть путь, пройденный
лыжником за время спуска с горы.
Пройденный путь — физическая величина. Для его измерения служат
единицы длины — метры, километры, 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?
У Г 1. Укажите, относительно каких тел пассажир движущегося поезда
находится в покое, относительно каких тел он движется.
2.	Лодка плывет по течению реки. Почему в тумане, не видя бере-
гов, нельзя указать направление движения лодки?
3.	Какую линию представляет собой траектория движения конца
часовой стрелки?
24
Измерьте длину своего шага
и, пользуясь этой мерой, опреде-
лите, какой путь вы проходите по
школьному коридору. Заметьте
время своего движения.
16.	РАВНОМЕРНОЕ
И НЕРАВНОМЕРНОЕ
ДВИЖЕНИЯ
Если автомобиль за любые
одинаковые промежутки времени
проходит одинаковые пути: за
каждый час —60 км, за каждые
полчаса— 30 км, за каждую чет-
верть часа — 15 км и т. д. вплоть до
минут, секунд, долей секунды, то
его движение равномерное.
Равномерным движением на-
зывают такое движение, при ко-
тором тело за любые одинако-
вые промежутки времени про-
ходит одинаковые пути.
На рисунке 29 изображена те-
лежка, на которой установлена ка-
пельница. Из капельницы через
одинаковые промежутки времени
падают капли. Расстояния между
следами, оставленными каплями
на бумаге при движении тележ-
ки, одинаковы. Значит, тележка
за одинаковые промежутки вре-
мени проходит одинаковые пути.
Повернем кран капельницы
так, чтобы капли падали чаще,
и повторим опыт. Мы убедимся,
что и в этом случае следы капель
25
будут находиться на одинаковых расстояниях, а это значит, что
и за меньшие одинаковые промежутки времени тележка проходит
одинаковые пути, т. е. она движется равномерно.
Довольно близким к равномерному движению является движение
Земли вокруг своей оси, движение стрелок часов. Молекула газа от
одного соударения до другого движется также равномерно.
Большинство же движений не являются равномерными. Напри-
мер, поезд, отходя от станции, проходит за одинаковые промежутки
времени все большие и большие пути. Подходя к станции, он,
наоборот, проходит за одинаковые промежутки времени все мень-
шие пути. Конькобежец, участвуя в соревнованиях, пробегает оди-
наковые отрезки пути в различное время. Движение поезда и конько-
бежца — это примеры неравномерного движения.
При неравномерном движении тело за одинаковые промежутки
времени проходит неодинаковые пути.
Неравномерное движение тележки можно также наблюдать на
опыте (рис. 30). По следам, оставляемым каплями, падающими через
одинаковые промежутки времени, видно, что движение тележ-
ки неравномерное. Ведь капли падают через одинаковые промежутки
времени, а расстояния между следами капель при движении тележки
неодинаковы.
у 1. Какое движение называют равномерным? 2. Приведите примеры дви-
• жений, близких к равномерным. 3. На каком опыте можно наблюдать
равномерное движение? 4. Приведите пример неравномерного движе-
ния. 5. Какое движение называют неравномерным?
17.	СКОРОСТЬ РАВНОМЕРНОГО ДВИЖЕНИЯ.
ЕДИНИЦЫ СКОРОСТИ
Равномерно движущийся по шоссе автомобиль перегоняет идущего
равномерно человека. Чем отличаются эти два равномерных движе-
ния: пешехода и автомобиля? Их отличие в том, что автомобиль
движется быстрее пешехода. Самолет движется быстрее автомобиля,
а искусственный спутник Земли — быстрее самолета. Это значит, что
в течение одного и того же промежутка времени автомобиль про-
ходит больший путь, чем пешеход, а самолет — больший, чем авто-
мобиль.
Движения пешехода, автомобиля и самолета различаются между
собой скоростью. То тело, которое в единицу времени проходит
больший путь, движется с большей скоростью.
Скоростью равномерного движения называется величина, чис-
ленно равная пути, проходимому телом в единицу времени.
Скорость тела при равномерном движении показывает, какой путь
проходит тело в единицу времени.
Например, если за каждый час самоходный комбайн проходит
9 км, а самолет пролетает 600 км, то говорят, что скорость комбайна
9 км в час, а скорость самолета 600 км в час.
26
За единицу скорости принимают скорость такого равномерного
движения, при котором движущееся тело в единицу времени
(1 с, 1 ч) проходит путь, равный единице длины (1 см, 1 м, 1 км).
Эти единицы скорости записывают так:
I СМ , М t км t км
с с с ч
В опыте, описанном в § 16, тележка за 3 с прошла путь, равный
45 см. Определив путь, пройденный за 1 с, найдем скорость тележки.
Скорость ее равна:
45 см = 15 см
,3с	с
Чтобы определить скорость тела при равномерном движении, надо
путь, пройденный телом за какой-нибудь промежуток времени, разде-
лить на величину этого промежутка:
путь
скорость в .
время
Обозначим все величины буквами: s — пройденный путь, Г—промежу-
ток времени, за который пройден путь, г —скорость; тогда получим:
s
v = — .
t
Пример. Самолет Ту-154 пролетает расстояние от Москвы до
Ташкента, равное 2736 км, за 3,8 ч. Определить скорость самолета,
полагая движение его равномерным.
Запись и решение задач в физике производят так:
Дано:
5 = 2736 км
t = 3,8 ч
Решение:
у — 2736 км _ у20 км
3,8 ч	ч
V — ?
Полученную скорость можно выразить и в других единицах, напри-
мер в метрах в секунду. Для этого переведем километры в метры,
а часы в секунды:
720 км = 720000 м; 1 ч = 3600 с.
Тогда
км 720 000 м	м
v = 720---= -	—--- = 200—.
ч 3600 с	с
Таким образом, числовое значение скорости, как и любой другой
физической величины (длины, объема и др.), зависит от выбранной
единицы измерения.
27
Скорость тела кроме числового значения 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.
Для сравнения приведем примеры физических величин, не имею-
щих направления: время, объем тела, число молекул в 1 см3 воздуха.
На рисунках скорость тела изображают стрелками (см. рис. 31).
Таблица скоростей движения некоторых тел, •=.
Улитка Пешеход	0,0014 1,2-1,8	Пуля автомата Калаш- никова (при вылете из ствола)	715
Голубь почтовый Конькобежец	17-19 до 12,5	Луна вокруг Земли Молекула водорода	1000
Поезд (в среднем) Автомобиль легковой	20 ’	(при 0° С) Молекула водорода	1690
(в среднем) Самолет турбовинтовой	30	(при 20° С) Искусственный спутник	2230
(в среднем)	200	Земли	8000
Звук в воздухе (при 0° С)	332	Земля вокруг Солнца	30 000
		Свет и радиоволны	300 000 000
1. Чем отличаются друг от друга равномерные движения пещехода, авто-
мобиля и самолета? 2. Что показывает скорость равномерного движе-
ния? 3. Как определить скорость движения, зная пройденный путь и
время? 4. Как выразить скорость, данную в в ?	5. Чем, кро-
ч Лс
ме числового значения, характеризуется скорость тела?
1.	Плот, плывущий по реке, прошел за 20 мин путь 900 м. Опре-
делите скорость движения плота в
V
28
2.	Велосипедист, двигаясь равномерно, проехал за 30 мин путь 9 км.
ЛЛ	М
Определите скорость велосипедиста в — .
с км
3.	Скорость электровоза ВЛ-23 равна 90-'.Выразите эту скорость
ч
м
в —
с
18.	СРЕДНЯЯ СКОРОСТЬ НЕРАВНОМЕРНОГО
ДВИЖЕНИЯ
При неравномерном движении тело проходит за одинаковые про-
межутки времени неодинаковые пути. Скорость такого движения
непостоянна.
Однако говорят о какой-то одной скорости поезда и о скорости
автомобиля, хотя знают, что на остановках скорость их равна нулю,
потом она увеличивается, а перед следующей остановкой уменьша-
ется. Какую же скорость подразумевают, указывая, например, что
скорость поезда 60 — ?
Говоря о скорости неравномерного движения, имеют в виду
среднюю скорость на данном участке пути или за данный промежуток
времени движения. Чтобы ее подсчитать, делят пройденный путь
на время движения, т. е. поступают так же, как при вычислении
скорости равномерного движения.
Рассмотрим пример. Расстояние между Москвой и Новоси-
бирском 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:
j „	3200 км км
г = — ,	v = ——----== 50 
1	64 ч	ч
Это и есть средняя скорость неравномерного движения поезда.
путь	S
Средняя скорость = —~, или *>Ср = ~~г •
время	н t
1.	Какую скорость имеют в виду, когда говорят о скорости движения
поезда, автомобиля? 2. Как определяют среднюю скорость неравномер-
ного 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 с. Определите среднюю скорость, с которой бежал Е. Гришин.
В 1975 г. на этой же дистанции установил мировой рекорд совет-
ский конькобежец Е. Куликов, пробежавший это расстояние за 37,0 с.
Сравните средние скорости бега Е. Куликова и Е. Гришина.
2.	Лыжник, спускаясь с горы, проходит 50 м за 6 с. Спустившись
с горы и продолжая двигаться, он проходит до полной остановки еще
30 м за 15 с. Найдите среднюю скорость лыжника за время движения
по склону горы и за все время движения.
29
19.	РАСЧЕТ ПУТИ И ВРЕМЕНИ ДВИЖЕНИЯ
Зная скорость равномерного движения тела, можно узнать путь,
пройденный им за определенное время. Пусть, например, поезд дви-
жется со скоростью 20 — . Это значит, что за каждую секунду
с
он проходит путь 20 м. Так как движение поезда равномерное,
то он и за каждую следующую секунду будет проходить такой же
путь. За 5 с поезд пройдет путь, в 5 раз больший, чем за 1 с,
т. »е. 20 — • 5 с = 100 м, а за 10 с — в 10 раз больший, т. е.
£
20 — • 10 с = 200 м и т. д.
с
Чтобы определить путь, пройденный при равномерном движении,
надо скорость тела умножить на время его движения:
5 = Vt.
Зная путь и скорость равномерного движения тела, можно опреде-
лить время этого движения.
Определим, за сколько времени пешеход, скорость движения кото-
рого 1,5	, пройдет путь, равный 3 км, т. е. 3000 м.
Из формулы s=vt следует, что t = — . Подставив в эту
V
формулу числовое значение пути и скорости, мы найдем время:
t =
3000 м
1,5 £
= 2000 с.
Среднюю скорость неравномерного движения вычисляют, пред-
полагая, что движение является равномерным. Поэтому если нужно
по средней скорости вычислить путь, то можно воспользоваться
правилом, установленным для равномерного движения. Таким обра-
зом, путь, пройденный телом при неравномерном движении, равен
произведению средней скорости на время движения, т. е.
s = Рср •
Время, необходимое для прохождения какого-нибудь пути при не-
равномерном движении, равно частному от деления этого пути на сред-
нюю скорость.
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 воп-
росы для случая неравномерного движения.
У пр.	1. Найдите в таблице (см. с. 28 ) скорости пешехода, конькобежца,
поезда и определите (устно) пути, пройденные этими телами за 10 с.
30
2.	Самолет летит со средней
км	М
скоростью 750 ----- Какой
ч
путь он пройдет за 6 ч полета?
3.	Какое время понадобит-
ся поезду и самолету для про-
хождения пути 4000 м? (Скоро-
сти этих тел указаны в таблице
на с. 28.)
4.	На рисунке 32 изображен
график пути равномерного дви-
жения. На этом графике Os —
ось пройденных путей; Ot— ось
времени. Определите по этому
графику путь, пройденный за 10 ч,
и скорость движения.
5.	На рисунке 33 изображе-
ны графики путей двух равно-
мерных движений I и II. По гра-
фикам определите, скорость ка-
кого из этих движений больше.
Ответ обоснуйте.
6.	На рисунке 34 дан график
скорости равномерного движе-
ния тела. Чему равна скорость
движения тела? Определите путь,
пройденный телом за 5 с.
20. ИНЕРЦИЯ
Повседневный наш опыт пока-
зывает, что скорость тела может,
изменяться только при действии
на него другого тела. Например,
лежащий на земле мяч начинает
двигаться только тогда, когда на
него налетит другой мяч или по
нему ударят ногой. Но если на мяч
не действуют другие тела, то он
сам собой не изменит свою ско-
рость, не начнет двигаться отно-
сительно Земли.
Уменьшение скорости движе-
ния и остановка тела тоже не про-
исходят сами собой, а вызываются
действием на движущееся тело
других тел. Скорость пули
уменьшается во время прохожде-
ния ее через доску, т. е. от дейст-
вия на нее доски. Катящийся мяч
Ж
400-
зоо-
200-
100-
0
hi
12
10-
8-
6-
4-
2
। останавливается из-за трения.
Изменение направления ско-
рости также происходит под дей-
1 ствием какого-либо тела. Бро-
i шенный мяч меняет направление
движения при ударе о стенку или
руку. Быстро бегущий человек,
чтобы обогнуть столб (рис. 35),
| хватается за него рукой.
Рассмотрим следующий опыт.
| Иа столе наклонно к нему уста-
новлена доска. На небольшом рас-
стоянии от конца доски на столе
насыпана горка песка. На наклон-
ную доску ставят тележку. Тележ-
ка, скатившись на стол и попав
' в песок, быстро останавливается
(рис. 36, а). Выравнивают песок
. на столе и вновь пускают тележку
I по доске с прежней высоты. Те-
! перь тележка, прежде чем остано-
виться, проходит большее рас-
стояние по столу (рис. 36, б).
Если совсем убрать песок с пути
< тележки, то до остановки она
пройдет еще большее расстояние
(рис. 36, в). Следовательно, чем
меньше препятствий встречает
тележка на своем пути, тем доль-
ше сохрцня-ется ее движение, тем
i оно ближе к равномерному.
Как же будет двигаться тело,
если все препятствия будут устра-
। йены? Ответ на этот вопрос дал
знаменитый итальянский ученый
Галилео Галилей: если на
j тело не действуют другие тела,
, то оно либо находится в покое,
либо движется прямолинейно и
равномерно. В обоих случаях ско-
рость тела не изменяется.
Явление сохранения скоро-
сти тела при отсутствии дейст-
вия на него других тел называют
инерцией1.
1 Инерция (лат.) — непо-
движность, бездеятельность.
32
Галилей Галилео (1564—1642) —
итальянский физик, астроном. Гали-
лей открыл законы падения тел и
качания маятника, первый указал на
существование явления инерции. Га-
лилей изобрел термоскоп — прибор
для измерения температуры, первый
применил телескоп для астрономиче-
ских исследований, открыл спутники
Юпитера, солнечные пятна и фазы
Венеры.
Благодаря инерции движется
вылетевшая из ствола ружья пуля,
ведь действие на нее пороховых
газов прекратилось после ее выле-
та. По инерции движется авто-
мобиль после выключения мотора, шайба после удара по ней
клюшкой. Примером движения по инерции является и движение
молекулы газа —каждая молекула его от одного соударения до дру-
гого движется по инерции прямолинейно и равномерно.
1. Приведите примеры., показывающие, что скорость движения тела ме-
няется только под действием другого тела. 2. Опишите опыт, показываю-
щий, как изменяется движение тела при уменьшении действия препятст-
вий. 3. Чем вызывается изменение направления движения? 4. Как двига-
лось бы тело, если бы совсем не было сопротивления движению?
5. Что называют инерцией?
21. ИНЕРЦИЯ В БЫТУ И ТЕХНИКЕ
С проявлением инерции тел нам приходится встречаться в по-
вседневной жизни. Бегущий человек не может сразу остановиться,
он по инерции пробегает некоторое расстояние, постепенно умень-
шая скорость. 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,
противоположную движению (рис. 37, а). Наоборот, при резкой оста-
новке пассажир, продолжая двигаться, наклоняется вперед (рис. 37, б).
Рис. 37
33
Если, не производя торможения, выключить
двигатель автомобиля, то автомобиль не сразу
остановится. Пройденный при этом до полной
остановки путь называют путем свободного каче-
ния. Например, автомобиль «Москвич», идущий
по асфальтированному шоссе со скоростью 50 км/ч,
после выключения двигателя пройдет до оста-
новки 355 м, — это и будет путь свободного
качения. Даже если затормозить колеса автомо-
биля, прекратив их вращение, то все-таки неко-
торое время машина будет двигаться, скользя
колесами по дороге.
Переходить дорогу перед движущимся транс-
портом очень опасно, так как машина не может
мгновенно остановиться при торможении.
'й	1. Приведите примеры проявления инерции в быту и
• технике. 2. Почему не может мгновенно остано-
виться движущийся поезд, автомобиль, мотоцикл
после выключения двигателя?
Упр. 1. На рисунке 38 показан способ насаживания
9 молотка на рукоятку. Объясните его.
2.	Почему иногда падает споткнувшийся чело-
век? В какую сторону он падает?
3.	На рисунке 39 показано, как можно придать
железке рубанка нужное положение. Почему при
ударе по железке она входит в рубанок, а при
ударе по колодке выходит из него?
4.	В какую сторону отклоняются пассажиры
относительно автобуса при повороте его вправо?
влево? Почему?
22.	ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ
Рассмотрим еще раз явления, в результате кото-
рых тело меняет свою скорость, например начинает
двигаться.
На рисунке 40, а изображена тележка с прикреп-
ленной к ней упругой пластинкой. Пластинка со-
гнута и связана нитью. Тележка
находится в покое относительно
стола. Начнет ли она двигаться,
если пластинка выпрямится? Для
ответа на этот вопрос пережжем
нить. Пластинка резко выпрям-
ляется, но тележка остае1ся на
прежнем месте (рис. 40, б).
Теперь поставим по другую
сторону от согнутой пластинки
еще одну такую же тележку
(рис. 41, а). После пережигания
нити обе тележки приходят в
движение относительно стола и
разъезжаются в разные стороны
(рис. 41, б). Как и следовало ожи-
дать (§ 20), для изменения ско-
рости тележки понадобилось вто-
рое тело — вторая тележка.
Мы увидели также, что в дви-
жение прищла и вторая тележка,
они обе стали двигаться относи-
тельно стола, обе подействовали
друг на друга. Следовательно,
действие тела на другое тело
не может быть односторонним.
Оба тела действуют друг на дру-
га — они взаимодействуют.
Мы рассмотрели самый прос-
той случай взаимодействия двух
тел, при котором тела (тележки)
до взаимодействия находились в
покое относительно стола и отно-
сительно друг друга. Так, напри-
мер, пуля перед выстрелом нахо-
дится в покое относительно ружья.
При взаимодействии, во 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. 42). Когда же человек пры-
гает с лодки на берег, лодка
отходит в сторону, противопо-
ложную прыжку (рис. 43).
Рис. 42
Рис. 43
2
35
Итак, скорости тел могут изменяться только при взаимодей-
ствии тел.
Скорости, с которыми покоящиеся вначале тела будут двигаться
после взаимодействия, могут или значительно отличаться друг от
друга (скорости пули и ружья), или быть почти одинаковыми (ско-
рости человека и небольшой лодки).
1.	Опишите опыты, показывающие, что тела приходят в движение только
при взаимодействии. 2. Приведите примеры, показывающие, что при
взаимодействии меняются скорости обоих тел. 3. Опишите явление взаимо-
действия на примере выстрела из ружья.
23.	МАССА ТЕЛА. ЕДИНИЦЫ МАССЫ
Посмотрим еще раз, как происходит взаимодействие тележек,
но теперь для опыта используем разные тележки (рис. 44). После
пережигания нити тележки разъедутся с разными скоростями. Это
происходит потому, что тележки обладают разными массами. Те-
лежка, которая после взаимодействия движется с меньшей ско-
ростью, имеет большую массу. Скорости тел после взаимодействия
можно измерить. По этим скоростям сравнивают массы взаимодей-
ствующих тел.
Пример. Скорости тележек до взаимодействия равны нулю,
после взаимодействия скорость одной тележки 20 —, скорость
см
другой —40 — . Так как скорость второй тележки в 2 раза больше
скорости первой, то ее масса в 2 раза меньше массы первой те-
лежки.
Если же после взаимодействия тележек скорости их одинаковы,
то, значит, одинаковы и их массы. Этот случай мы наблюдали в опыте
с одинаковыми тележками (рис. 41).
Когда человек прыгает из лодки на берег, то происходит взаимо-
действие лодки и человека. Лодка приобретает скорость, направленную
в сторону, противоположную прыжку человека (см. рис. 43). Если
масса лодки больше массы человека, то ее скорость будет меньше
скорости прыгнувшего человека. Если массы лодки и человека оди-
наковы, то и скорости их после взаимодействия будут одинаковыми.
При рассмотрении взаимодействия тел мы ознакомились с физи-
ческой величиной, называемой массой тела. Понятие массы будет
36
выявляться по мере дальнейшего изучения физики. Пока же нужно
запомнить, что каждое тело — человек, стол, Земля, капля воды —
обладает массой и сравнивать массы тел можно по скоростям,
приобретенным покоящимися телами при их взаимодействии.
За единицу массы принят килограмм — 1 кг.
Килограмм — это масса эталона (тщательно изготовленного образ-
ца). Эталон отлит из сплава двух металлов: платины и иридия. Между-
народный эталон килограмма (рис. 45) хранится во Франции в г. Севре,
близ Парижа. С эталона массы с большой точностью изготовлены
копии для других стран.
В практике используются также единицы массы, большие или мень-
шие килограмма:
1 тонна (т) —1000 кг;
1 центнер (ц) = 100 кг;
1 грамм (г) — 0,001 кг;
1 миллиграмм (мг) = 0,000 001 кг.
1.	Опишите опыт по взаимодействию двух разных тележек. 2. Какая из
этих тележек обладает большей массой? 3. Приведите пример, из кото-
рого видно, как сравнивают массы тел по приобретенным ими скоростям.
4.	Что принято за единицу массы? 5. Какие еще единицы массы вы
знаете?
Упр. 1. Почему небольшая лодка при прыжке человека с нее отходит назад.
* q почти с такой же скоростью, с какой выпрыгивает 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, чем для тяжелых. Объяс-
ните почему.
4.	Человек выпрыгнул с неподвижной лодки со скоростью 5 — ,
м
лодка при этом отошла со скоростью 0,5 -у. Во сколько раз масса
лодки больше массы человека?
24.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ТЕЛА НА ВЕСАХ
Мы знаем теперь, что, сравнивая скорости, приобретенные по-
коящимися телами в результате их взаимодействия, можно опре-
делить, во сколько раз масса одного тела больше массы другого.
Этим способом можно и измерить массу тела, если масса другого
взаимодействующего тела известна.
Но существует и другой, более простой способ определения массы
тела — при помощи рычажных весов.
Простые рычажные весы (рис. 46) состоят из стержня-рычага,
который может свободно поворачиваться вокруг точки, находящейся
посередине рычага. К концам рычага подвешены чашки весов.
Поместим на чашки весов те две тележки, которыми мы пользо-
вались в опыте по взаимодействию тел (см. рис. 41). Мы установили
37
Рис. 47
Виды весов: 1 — медицинские, 2 —
настольные торговые, 3 — аптекар-
ские, 4 — десятичные.	▼
тогда, что массы этих тележек
одинаковы, ведь они приобрели
при взаимодействии одинаковые
скорости. Опыт показывает, что
если эти две тележки поместить
на чашки весов, то весы будут
находиться в равновесии.
Значит, при равновесии весов
массы тел, находящихся на их
чашках, равны друг другу.
На этом и основано опреде-
ление массы тела при помощи
весов. На одну чашку весов по-
мещают тело, массу которого
нужно определить, а на дру-
гую—гири, массы которых из-
вестны и обозначены на них.
Гири подбирают так, чтобы уста-
новить равновесие. Подсчитыва-
ют общую массу гирь, уравнове-
шивающих тело. Масса тела равна
массе этих гирь.
Для взвешивания используют
специальный набор гирь разной
массы. На рисунке 47 изображен
такой набор к школьным весам.
В нем имеется 9 гирь массами
100, 50, 20, 20, 10, 5, 2, 2 и
1 г. При помощи их можно по-
добрать любую массу от 1 до
210 г.
Гири, масса которых меньше
грамма, делают в виде пластинок
из алюминия массой 500, 200, 200,
100, 50, 20, 20 и 10 мг.
При помощи специальных ве-
сов можно определять и большие
массы, например массу автомо-
биля «Волга», равную 1885 кг
(с полной нагрузкой), и такие ма-
ленькие массы, как масса комара,
равная 1 мг.
1. Каково условие равновесия
• рычажных весов? 2. Как опреде-
лить массу тела при помощи
весов и набора гирь? 3. Что
представляет собой набор гирь
для школьных весов?
38
У пр. Как, не пользуясь весами, можно показать, что массы двух бильярд-
11 ных шаров одинаковы? Как это проверить при помощи весов?
25.	МАССА МОЛЕКУЛЫ
Современная физика располагает такими точными приборами и
совершенными способами измерений, которые позволяют с большой
точностью определять размеры и массы мельчайших частиц ве-
щества—молекул. В настоящее время определены массы молекул
всех веществ. Наименьшую массу имеет молекула водорода. Ее
масса равна 0,0000000000000000000000033 г, или г. Это очень
маленькая величина. Если кончиком тонко отточенного 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.
Современные чувствительные весы позволяют обнаружить массу
тела, равную одной стомиллионной доле грамма. Такую массу
имеет микроскопическая капля воды, но и она содержит 330 триллионов
(3,310 14) молекул воды!
Масса каждого тела складывается из масс громадного числа мо-
лекул, содержащихся в этом теле.
26.	ПЛОТНОСТЬ ВЕЩЕСТВА
Тела, изготовленные из различных веществ, при одинаковой массе
занимают разные объемы. Железный брус массой 1 т занимает объем
0,13 м3, а 1 т # льда —объем 1,1 м3, т. е. почти в 9 раз больше
(рис. 48, а).
1 т газа водорода занимает при обычных условиях очень большой
объем — около 10000 м 3, поэтому при перевозках приходится сжимать
газы, уплотнять их, накачивая в баллоны под большим давлением.
Если взять два цилиндра одинаковой массы, изготовленные один
из свинца, другой из алюминия (рис. 48, б), то можно видеть, что
объем алюминиевого цилиндра почти в четыре раза больше свин-
цового. Значит, масса единицы объема алюминия меньше массы
единицы объема свинца.
Вещества отличаются друг от друга своими плотностями.
Плотностью вещества называется величина, численно равная
массе единицы объема этого вещества.
Например, масса 1 м3 железа равна 7800 кг. Следовательно, плот-
ность железа составляет 7800 кг на 1 м3. Записывают это так:
7800 -^.	.	/
м	кг
Единицей плотности вещества является 1 —у .
м
Плотность можно вычислить, зная массу и объем тела.
Пример. Определим плотность льда, 2 м3 которого имеют
массу 1,8 т. Сначала выразим массу в килограммах: 1,8 г =1800 кг.
Затем найдем массу 1 м3. Для этого массу тела разделим на его
объем:
= 900 Л •
2 м3	м3
f
Чтобы определить плотность вещества, надо массу тела разделить
на его объем:
НЛОГНОС II» =
масса
объем
Обозначим величины буквами: р]—плотность вещества,
т — масса тела, И—его объем. Тогда правило для вычисления плот-
ности вещества можно записать в виде формулы:
tn
р 
Плотность вещества выражают также в граммах на кубический
сантиметр (рис. 49). Для примера выразим плотность железа в этих
единицах. Плотность железа равна 7800 -Ц- . Это означает, что
м
масса 1 м3 железа равна 7800 кг. Выразим массу в граммах, а объем
в кубических сантиметрах.
7800 кг - 7 800 000 г ; 1 м3 = 1 000 000 см3.
р — греческая буква, читается «ро».
Ртуть
13.6^3 Рис. 49
0.0015^3
40
Разделив массу (в г) на объем (в см 3), найдем плотность железа:
= 7 800 000 г = 7 о г
р = 1 000 000 см3	см3 *
Плотность одного и того же вещества в твердом, жидком и газо-
образном состоянии различна. Например, плотность льда равна
900	, воды — 1000 “~у , водяного пара —0,598	.
М	М	IVT
Таблица плотностей некоторых твердых тел
Твердое тело	кг Р- м3	Р’см3	Твердое тело	кг P'V	г Р, 3 ’ см3
Осмий	22 500	22,5	Гранит	2600	2,6
Иридий	22 400	22,4	Стекло	2500	2,5
Платина	21500	21,5	Фарфор	2300	2,3
Золото	19 300	19,3	Бетон	2200	2,2
Свинец	11300	11,3	Кирпич	1600-1400	1,6-1,4
Серебро	10 500	10,5	Оргстекло	1200	1,2
Медь	8 900	8,9	Капрон	1140	U
Латунь	8 500	8,5	Полиэтилен	940	0,9
Сталь, железо	7 800	7,8	Парафин	900	0,9
Олово	7 300	7,3	Лед	900	0,9
Цинк	7 100	7,1	Дуб сухой	800	0,8
Чугун	7 000	7,0	Сосна сухая	440	0,4
Алюминий	2 700	2,7	Пробка	240	0,2
Мрамор	2 700	2,7	Поролон	200-600	0,2-0,6
Таблица плотностей некоторых жидкостей
Жидкость	р — ’м3	Р, 3 см3	Жидкость	Р, 3 ’ м3	г Р, 3 ’ см3
Ртуть	13600	13,60	Нефть	800	0,80
Серная кислота	1800	1,80	Ацетон	790	0,79
Вода морская	1030	1,03	Эфир	710	0,71
Вода чистая	1000	1,00	Бензин	,	710	0,71
Мед	1350	1,35	Жидкое олово		
Машинное масло	900	0,90	(при / = 40° С)	6800	6,80
Керосин	800	0,80	Жидкий воздух		
Спирт	800	0,80	(при /=-194° С)	960	0,96
Таблица плотностей некоторых газов
Газ	кг Р» з ’ м3	г Р, 3 ’ см	Газ	р — м3	* см3
Хлор Углекислый газ	3,210 1,980	0,00321 0,00198	Угарный газ Водяной пар	1,250	0,00125
Кислород	1,430	0,00143	(при 100° С)	0,600	0,00060
Воздух (при 0° С) Азот	1,290 1,250	0,00129 0,00125	Водород	0,090	0,00009
41
1.	Что называют плотностью вещества? 2. Напишите, чему равна плот-
ность железа. Что означает записанное число и его наименование?
3.	Как рассчитать плотность вещества? 4. Как выразить плотность в
г	кг
--о-, если она дана в —=- ?
см*3	м3
Упр. 1. Плотность редкого металла осмия равна 22 500—3- . Что означает
12 ЭТО число?	М
2.	Три кубика— из мрамора, льда и латуни —имеют одинаковый
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 cmj древесины этого
дерева равна 12 г. Вычислите плотность древесины бальзы в—Ц- и в-^ .
см м
ЗАДАНИЕ
Возьмите кусок мыла, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда,
на котором написана его масса. Определите плотность мыла.
27. РАСЧЕТ МАССЫ И ОБЪЕМА ТЕЛА
ПО ЕГО ПЛОТНОСТИ
Для практических целей знать плотность вещества очень важно.
Цнженер, создавая машину, может заранее по плотности и объему
материалов, идущих на ее изготовление, вычислить массу будущей
машины. До постройки дома можно рассчитать его массу и, следо-
вательно, определить, сколько понадобится строительного материала.
Пусть нам нужно определить массу бензина в железнодорожной
цистерне объемом 50 м3. Найдем по таблице плотность бензина.
Она равна 710 -Ц- . Следовательно, масса 1 м3 бензина равна 710 кг.
м
Масса 50 м 3 бензина в 50 раз больше, чем масса 1 м3 его, т. е. она равна
710 кг-50 = 35 500 кг = 35,5 т.
Таким способом можно определить массу без взвешивания: ведь
объем цистерны можно измерить, а плотность жидкости найти по
таблице.
Итак, для вычисления массы тела по его плотности и объему
надо плотность умножить на объем:
масса = плотность X объем, или т = р 1 .
Если масса тела известна, то можно по массе и плотности тела
определить его объем. В некоторых случаях такой способ определе-
ния 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, плот-
ность гранита 2600 ~~ . Каков объем глыбы?
42
В формуле т = р V неизвестной величиной является объем.
21
Р ’
6500 кг
2600
м
= 2,5 м3.
1. Нан вычислить массу тела по его плотности и объему? 2. Как опреде-
лить объем тела по его плотности и массе?
Угш. Определите массу 10 л воды, бензина, ртути.
л _ г 2. Какова масса 100 см3 свинца? Будут ли 100 м3 свинцовой дро-
1 би иметь такую же массу? Почему?
3. Сколько килограммов керосина входит в пятилитровую бутыль?
28. 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 молекул, подобно тому, например, как
масса пакета с горохом складывается из масс всех горошин, находя-
щихся в пакете. Массу гороха определить нетрудно — пакет с горохом
надо взвесить. Но если бы все горошины были одинаковы, то массу
гороха можно было бы определить, умножив массу одной горошины
на число горошин в пакете.
Молекулы чистого вещества одинаковы, и поэтому, например,
масса капли воды равна произведению массы одной молекулы воды
на число молекул в капле.
Плотность вещества показывает, чему равна масса 1 м3 этого
вещества. Плотность газа кислорода, например, равна 1,43
Это число можно получить, умножив массу одной молекулы кис-
лорода на число молекул, содержащихся в 1 м3 его объема.
Плотность вещества равна произведению массы одной молекулы
этого вещества на число молекул в единице объема.
Конечно, практически плотность вещества подсчитывают не так,
а более простым способом —по массе тела и его объему. Но зато,
зная плотность вещества и массу одной молекулы, можно опреде-
лить число молекул в 1 м3 вещества, которое другим путем под-
считать нельзя. Чтобы определить это число, нужно плотность
вещества разделить на массу одной его молекулы, массу же моле-
кулы определяют опытным путем.
Например, подсчитано, что в 1 м3 чистой воды содержится
3,34 -1028 молекул, а в 1 м3 воздуха —2,7 • 1025. Эти числа так огром-
ны, что, конечно, пересчитать молекулы непосредственно невозмож-
но. Даже если выпускать из 1 м3 воздуха по 1 миллиону молекул
каждую секунду, то и на это понадобилось бы 900 миллиардов лет!
43
В таблицах (см. с. 41) указаны плотности некоторых твердых
тел, жидкостей и газов. Посмотрите эти таблицы и обратите вни-
мание на большое отличие плотностей газов от плотностей твер-
дых тел и жидкостей.
Плотность газа кислорода равна 1,43	. Из этого газа путем
сильного охлаждения и сжатия получают жидкий кислород, кото-
рый имеет плотность 1140	• И газообразный и жидкий кисло-
род состоит из одинаковых молекул — молекул кислорода. Почему же
так сильно — почти в 1000 раз — отличаются их плотности? Вспомним
(см. § 14), что в газах молекулы находятся на больших расстояниях
друг от друга, чем в жидкостях. Поэтому число молекул в 1 м3
газа меньше, чем в 1 м3 жидкости.
1. Как выражается плотность вещества через массу молекулы и число
молекул в единице объема? 2. Почему плотности газов меньше плотно-
стей жидкостей и твердых тел? 3. Что необходимо знать для определе-
ния числа молекул в 1 м3 вещества?
Упр. 1. Плотность воды при 100°С равна 958 -^3-, а наибольшая плот-
М кг
ность водяного пара при той же температуре 0,598—у. Как объяснить
различие плотностей воды и водяного пара?	м
2.	Плотность газообразного водорода 0,09 —у , а твердого водо-
м
кг
рода 80 —з. Укажите причину этого различия,
м
3.	Почему сжатый газ имеет большую плотность, чем несжатый?
4.	Проверьте, действительно ли в 1 м3 воды содержится 3,34 • 1028 мо-
лекул. Масса одной молекулы воды равна 29
2,99
ю26 кг ‘
29. СИЛА
Явление инерции и явление взаимодействия тел, рассмотренные
в § 20, 22, показывают, что изменить скорость движения какого-
нибудь тела можно только действием на него других тел. Под-
твердим этот вывод новыми примерами.
Толкая вагонетку (рис. 50), ее приводят в движение. В этом
Случае скорость вагонетки изменяется под действием руки человека.
44
Кусок железа, лежащий на пробке, опущенной
в воду, притягиваясь магнитом, приходит в дви-
жение (рис. 51). В этом случае магнит есть тело,
которое изменяет скорость куска железа и пробки.
При действии руки на шар (рис. 52, а) пружина
сжимается, т. е. конец ее приходит в движение.
Сжатая пружина, распрямляясь, приводит в дви-
жение шар (рис. 52, б). Сначала действующим
телом была рука человека — она привела в дви-
жение шар и конец пружины. Затем шар при-
шел в движение, т. е. изменил свою скорость,
под действием сжатой пружины.
Рукой или ракеткой можно остановить летя-
щий мяч или изменить направление его движения.
Во всех приведенных примерах тело под дей-
ствием другого тела приходит в движение, оста-
навливается или изменяет направление своего
движения. Иначе говоря, во всех этих примерах
скорость тела меняется под действием на него
других тел.
В физике часто не указывают, какое тело 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 ско-
рость не только всего тела в целом, но и от-
дельных его частей. Это происходит, например,
при ударе по резиновому мячу ракеткой. Из-за
неодинакового перемещения отдельных частей
мяч сжимается, деформируется (меняет свою фор-
му) (рис. 53). Деформация доски, на которую
садится человек (рис. 54), возникает потому, что
середина доски перемещается на большее рас-
стояние, чем ее края.
Чтобы одинаково изменить скорость движения
разных тел, требуются различные силы. Сдвинуть
с места автомобиль труднее, чем мотоцикл. Дру-
гими словами, для приведения в движение автомо-
биля требуется большая сила, чем для мотоцикла.
Значит, числовое значение силы может быть
большим или меньшим. Сила — физическая ве-
личина.
1. В чем проявляется действие одного тела на дру-
гое? 2. Приведите примеры, показывающие, что ско-
рость тела меняется вследствие действия на него
другого тела. 3. Что такое сила? 4. Почему меня-
ется форма тела под действием на него силы?
Рис. 53
Рис. 54
Рис. 57
45
Ньютон Исаак (1643—1727) — анг-
лийский физик и математик. Им от-
крыты основные законы движения
тел и закон тяготения, открыты и
изучены многие важные свойства све-
та, разработаны важнейшие разделы
высшей математики.
30.	ЯВЛЕНИЕ ТЯГОТЕНИЯ.
СИЛА ТЯЖЕСТИ
Посмотрим, как летит камень,
брошенный в горизонтальном на-
правлении (рис. 55). Камень не
летит прямолинейно и равномер-
но, его траектория — кривая ли-
ния. Запущенный с Земли искусственный спутник не летит по пря-
мой, а движется вокруг Земли (рис. 56). Следовательно, на эти
тела действует сила —это сила притяжения к Земле. Благодаря
притяжению к Земле падают вниз тела (рис. 57), поднятые над
Землей и затем отпущенные, течет вниз вода в реках. Человек,
подпрыгнув, опускается на Землю, потому что Земля притягивает
его.
Земля притягивает к себе все тела, находящиеся на ней и вбли-
зи нее: людей, воду морей, океанов и рек, дома, Луну, спутники
и т. д. Но и эти тела притягивают к себе Землю. Например, при-
тяжение Земли к Луне вызывает на Земле приливы и отливы воды,
огромные массы которой поднимаются в океанах и морях дважды
в сутки на многие метры. Земля и все остальные планеты, дви-
жущиеся вокруг Солнца, притягиваются к нему и друг к другу.
Притягивают друг друга и все тела на Земле. Поэтому взаимное
притяжение всех тел Вселенной названо всемирным тяготением.
Для нас, живущих на Земле, особенно важное значение име-
ет сила притяжения тел к планете, на которой мы живем, — к
Земле.
Силу, с которой Земля притягивает к себе тело, называют
силой тяжести.
Сила тяжести прямо пропорциональна массе тела. Во сколько
раз масса одного тела больше массы другого тела, во столько же
раз и сила тяжести, действующая на первое тело, больше силы
тяжести, действующей на второе. Если массы тел одинаковы, то
одинаковы и действующие на них силы тяжести.
1.	Почему камень, брошенный в горизонтальном направлении, не летит
прямолинейно? 2. Какая сила удерживает тела на поверхности Земли?
3.	Какую силу называют силой тяжести? 4. Как зависит сила тяжести от
массы тела?
46
31.	СИЛА УПРУГОСТИ
На все тела, находящиеся на
Земле, как мы видели (§ 30),
действует сила тяжести. Сила
тяжести является причиной того,
что тела, лишенные опор и под-
весов, падают на Землю. Под
действием силы тяжести пада-
ют на Землю капли дождя, сне-
жинки, 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 те-
ла, лежащие на опоре или под-
вешенные на нити.
На рисунке 58, а изображена
доска, лежащая горизонтально
на двух опорах. Если на ее сере-
дину поставить гирю, то под
действием силы тяжести некото-
рое время гиря будет двигаться
вниз, прогибая доску, а затем
остановится (рис. 58, б).
Что задержало ее движение?
Остановку гири можно объяснить
только тем, что, кроме силы
тяжести, направленной вниз, на
нее подействовала еще другая
сила, направленная вверх.
Откуда возникла эта другая
сила? Чтобы ответить на этот
вопрос, рассмотрим, что проис-
ходит с доской при ее движении
вниз. При движении доска (или
любая другая опора, рис. 58, б)
прогибается — деформируется.
При этом возникает сила, с ко-
торой опора (в нашем примере —
доска) действует на тело, лежа-
щее на ней, эта сила направлена
вверх, т. е. в сторону, противо-
положную силе тяжести. Ее на-
зывают силой упругости. Чем
больше прогибается опора, тем
Рис. 58
Рис. 59
47
больше величина силы упругости. Когда сила упругости становится
равной силе тяжести, действующей на тело, опора и тело оста-
навливаются.
На рисунке 59 изображена пружина, которая под действием груза
сжимается. Если тело подвешено, то подвес (нить, веревка, про-
волока и др.) растягивается. В нем так же, как и в опоре, возни-
кает сила упругости. По мере растяжения подвеса эта сила увели-
чивается. При равенстве значений сил упругости и тяжести рас-
тяжение нити прекращается.
1.	В чем проявляется действие силы тяжести на тело? 2. Какую силу
называют силой упругости?
32.	ВЕС ТЕЛА
Когда тело ставят на опору, то деформируется не только опора,
но и тело, притягиваемое Землей. Деформированное, сжатое тело
давит на опору. Точно так же, когда тело подвешено, то дефор-
мирован не только подвес, но и само тело. Деформируемое (рас-
тянутое) тело деформирует (растягивает) подвес (рис, 60).
Силу, с которой тело вследствие притяжения к Земле дейст-
вует на опору или подвес, называют весом тела.
Следует различать силу тяжести, действующую на тело, и вес
тела. Сила тяжести действует- на само тело, а вес этого тела
действует на опору или подвес (см. рис. 60 и 69).
1.	Что называют весом тела? 2. В чем отличие веса тела от силы тя-
жести, действующей на тело?
НЕВЕСОМОСТЬ
Для дополнительного чтения
Мы живем в век начала освоения космоса, в век полетов кос-
мических 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 ко-
рабле во время его свободного полета находятся в особом состоя-
нии, называемом состоянием невесомости Что же это за состояние
и можно ли его наблюдать на Земле? Невесомость — сложное физи-
ческое явление. Чтобы в нем хорошо разобраться, необходимы глу-
бокие знания физики. Однако некоторые представления о состоянии
невесомости можно получить и в начале изучения физики.
Напомним, что под* весом тела мы понимает силу, с которой
тело вследствие притяжения к Земле давит на подставку или рас-
тягивает подвес. \	*
Представим de6e такой случай: чнтора или подвес вместе с те-
лом свободно падают. Ведь опора и подвес тоже тела, и на них
также действует сила тяжести. Каков в этом случае будет вес те-
ла, т. е. с какой силой тело будет действовать да опору или подвес?
Обратимся к опыту. Для опытд берут небольшое тело и под-
48
вешивают его к пружине (рис. 61, а), другой ко-
нец которой прикреплен к неподвижной опоре.
Под действием силы тяжести тело начинает дви-
гаться вниз, поэтому пружина растягивается до
тех пор, пока возникшая в ней сила упругости
не уравновесит силу тяжести. Затем пережигают
нить, удерживающую пружину с телом, пружина
вместе с телом падает. Наблюдая за пружиной,
замечают, что растяжение ее исчезло (рис. 61,6).
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 силак
тяжести не равна нулю, она по-прежнему дейст-
вует на тело и заставляет его падать.
Точно так же если тело и подставка, на ко-
торой 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 спут-
нике, вращающемся вокруг Земли. Сам спутник
и все находящиеся в нем тела, включая кос-
монавта (рис. 62), вращаясь вокруг Земли, как бы
непрерывно свободно падают на Землю. Вслед-
ствие этого тело, лежащее на подставке, не да-
вит на эту подставку, подвешенное к пружине
тело не растягивает пружину и т. д. Про такие
тела говорят, что они находятся в состоянии
невесомости.
Не закрепленные в корабле-спутнике тела сво-
бодно «парят». Жидкость, налитая в сосуд, не
давит на дно и стенки сосуда, поэтому она не
вытекает через отверстие в сосуде. Маятники
часов покоятся в любом положении, в котором
их поставили. Космонавту, чтобы удержать руку
или ногу в вытянутом положении, не требуется
никакого усилия. У него исчезает представление
о том, где верх и где низ. Если сообщить
какому-нибудь телу скорость относительно каби-
ны спутника, то оно будет двигаться прямоли-
нейно и равномерно, пока не столкнется с дру-
гими телами.
Рис. 61
Рис. 62
49
Советский космонавт Г. С. Титов рассказывал, что его больно
ударила кинокамера, свободно двигавшаяся в кабине корабля-спут-
ника в состоянии невесомости.
33.	ЕДИНИЦЫ СИЛЫ
Сила — физическая величина. Ее можно измерить, т. е. сравнить
с силой, принятой за единицу.
Мы знаем, что единицы измерения различных величин выбирают
условно. И за единицу силы можно принять любую силу, напри-
мер силу упругости определенной пружины, растянутой до опреде-
ленной длины. Можно выбрать в качестве единицы силы и силу
тяжести, действующую на какое-нибудь тело.
По международному соглашению за единицу силы принят
1 ньютон —это сила, которая в течение 1 с изменяет скорость
тела массой 1 кг на 1-^-.
Единица силы ньютон названа так в честь великого англий-
ского физика Исаака Ньютона.
Сокращенное обозначение единицы силы ньютон — 1 Н.
1 Н приблизительно равен силе тяжести, действующей на тело
массой 0,1 кг, или, точнее,-!- кг.
9,8
Следует учесть, что сила тяжести, действующая на тело, зави-
сит от географической широты места, в котором находится данное
тело. Поэтому сила тяжести, действующая на тело массой
yg- кг, равна 1 Н только на определенной широте, а именно
на широте французского г. Севра, где хранится эталон массы.
Применяют также и большую единицу силы —1 килонью-
тон (1 кН). 1 кН = 1000 Н.
Этими единицами измеряют не только силу тяжести, но и дру-
гие силы, например силу упругости.
Как, пользуясь единицей силы 1 Н, подсчитать силу тяжести,
действующую на тело любой массы?
Так как 1Н —сила тяжести, действующая на тело массой
уукг, то отсюда следует, что на тело массой 1 кг действует
сила тяжести равная 9,8 Н. Сила тяжести, равная 9,8 Н, действует
на каждый килограмм массы.
Сокращенно будем обозначать это так: 9,8-— .
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 сила, в два раза большая и равная
19,6 Н, на тело в 3 кг —в три раза ббльшая сила и равная
29,4 Н и т. д. Поэтому про тело с большой массой мы говорим,
что оно тяжелое. Про тела, имеющие разные массы, мы говорим,
что одно тяжелее, другое легче. Этими словами мы выражаем
зависимость силы тяжести от массы тела.
50
ц
Обозначим величину 9,8 -°- буквой g:
кг
• g-9,8 H ,
кг
тогда можно написать, что
t f-gm,
здесь F— сила тяжести, выраженная в ньютонах, т — масса, данная
в килограммах.
Мы знаем, что силу, с которой тело, притягиваясь Землей, дейст-
вует на опору или подвес, называют весом тела.
Если опора расположена горизонтально и неподвижна относитель-
но Земли, то вес тела равен силе тяжести,
В дальнейшем в этой книге, говоря о весе тела, мы будем
всегда относить его к неподвижной и горизонтально расположен-
ной опоре. Поэтому и вес тела Р в ньютонах будем рассчитывать
по формуле:
Р = gm,
. 1. . •
где масса т выражена в килограммах.
В ряде случаев при расчетах можно округлить числа и считать
1 Н силой тяжести, действующей на тело массой 0,1 кг, т. е.
100 г. Тогда сила тяжести, действующая на тело массой 1 кг,
будет приближенно равна 10 Н, на тело массой 500 г — 5 Н и т. д.
1.	Что значит измерить какую-нибудь силу? 2. Что принято за единицу
• силы? 3. Какую силу называют ньютоном? 4. Какая сила тяжести дейст-
вует на тело массой 1 кг? 5. Как подсчитать силу тяжести, действую-
щую на тело любой массы? 6. В каком случае можно применять для
вычисления веса формулу, по которой вычисляют силу тяжести?
У пр. 1. Чему равна сила тяжести, действующая на тело массой 2,5 кг?
800 г? 1,2 т? 50 г?
2.	Скольким ньютонам равен вес тела, масса которого 10 кг? 200 г?
3.	Человек весит 800 Н. Какова его масса?
СИЛА ТЯЖЕСТИ НА ДРУГИХ ПЛАНЕТАХ
Для дополнительного чтения
Вокруг Солнца движутся 9 больших планет (рис. 63). Все они
удерживаются около Солнца силами тяготения. Эти силы очень
велики. Например, между Солнцем и Землей действует сила тяго-
тения, равная примерно 30 000 000 000 000 000 000 000 Н = 3 • Ю22 Н,
или 3 • 1019 кН. Большая величина этой силы объясняется тем,
что массы Солнца и Земли очень велики.
Среди этих планет Солнечной системы наименьшую 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 движутся их спутники,
51
Рис. 63. Схема
строения Солнеч-
ной системы: М —
Меркурий, В — Ве-
нера, 3 — Земля,
N\' — Марс, Ю —
Юпитер, С — Са-
турн, У — Уран,
Н — Нептун, П —
Плутон.
Рис. 64
которые также удерживаются вблизи планет си-
лами 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 тяжес-
ти на поверхности Луны в 6 раз меньше силы
тяжести, действующей на поверхности Земли.
Например, автомобиль, масса которого 600 кг, на
Луне весил бы не 6000 Н, как на Земле, а
1000 Н (рис. 64). Чтобы покинуть Луну, тела
должны иметь скорость не 11-^, как на Земле,
км	с
а 2,4	. А если бы человек высадился на
V
Юпитер, масса которого во много раз больше
массы Земли, то там он весил бы почти в 3 раза
больше, чем на Земле.
Кроме 9 больших планет с их спутниками,
вокруг Солнца движется группа очень маленьких
планет, 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 человек, оттолкнувшись от поверх-
ности такой планеты, мог бы улететь с нее.
Четвертая по величине планета-астероид — В е с-
т а —имеет массу, в 60 000 раз меньшую массы
Земли.
Вот как описывает К. Э. Циолковский в рас-
сказе «Путь к звездам» условия пребывания че-
ловека на этом астероиде: «На Земле я могу
свободно нести еще одного человека такого же
веса, как я. На Весте с такою же легкостью
могу нести в 30 раз больше, т. е. 60 человек.
На Земле я могу подпрыгнуть на 50 см. На
Весте такое же усилие дает прыжок на 30 м.
Это — высота десятиэтажного дома или огромней-
шей сосны. Там легко перепрыгивать через рвы
и ямы шириной в порядочную реку. Можно
перепрыгивать через 15-метровые деревья и дом.
И это без разбега».
34. ДИНАМОМЕТР
Приборы для измерения силы называют ди-
намометрами1. Устройство динамометра основано
на том, что сила упругости пружины возрастает
1 От греческих слов: «д и н а м и с» — сила, «м е т -
р е о» — измеряю.
во столько же раз, во сколько возрастает дефор-
мация пружины.
Простейший пружинный динамометр изготов-
ляют так. На дощечке, оклеенной белой бумагой,
укрепляют пружину, заканчивающуюся внизу
стержнем с крючком (рис. 65, а). К верхней час-
ти стержня прикрепляют указатель. Положение
указателя отмечают на бумаге при нерастянутой
пружине, —это нулевое деление. Затем к крючку
подвешивают груз массой -т-т кг, т. е. 102 г.
На этот груз действует сила тяжести 1 Н. Под
влиянием силы 1 Н пружина растянется, указа-
тель опустится вниз. Новое его положение от-
мечают на бумаге и около этой отметки ставят
цифру 1 (рис. 65, б). Затем подвешивают груз
массой 204 г и ставят отметку 2, означающую,
что при таком положении сила упругости пру-
жины равна 2 Н. При помощи груза 306 г на-
носят отметку 3 и т. д.
Можно нанести деления, соответствующие
десятым долям ньютона: 0,1; 0,2; 0,3 Н и т. д.
Для этого расстояния между отметками 0 и 1;
1 и 2; 2 и 3 и т. д. нужно разделить на 10
равных частей.
Проградуированная пружина и будет прос-
тейшим динамометром (проградуировать при-
бор—значит нанести на него шкалу с делени-
ями).
Динамометрами можно < измерить, конечно,
не только силу тяжести, но и другие силы: силу
трения, силу упругости и т. д.
Для измерения мускульной силы руки при
сжатии кисти в кулак применяют ручной дина-
мометр-силомер (рис. 66). Основная его часть —
овальная пружина, с которой соединен механизм
указателя. При сжатии пружины механизм пово-
рачивает стрелку, которая указывает на шкале
значение силы.
Рис. 65
Рис. 66
53
Для измерения больших сил, например силы тяги трактора,
используют специальные тяговые динамометры (рис. 67). Ими мож-
но измерять силы до нескольких десятков тысяч ньютонов.
у 1. Какой прибор служит для измерения сил? На чем основано его
f устройство? 2. Как изготовить простейший динамометр? 3. Как нанести
на шкалу динамометра деления, соответствующие 0,1 Н? 4. Для чего при-
меняют силомер? тяговый динамометр?
35. СИЛА —ВЕКТОРНАЯ ВЕЛИЧИНА
Действие силы на тело зависит от ее числового значения. Чем
сильнее, например, растягивают пружину, тем больше она удлиня-
ется. Но действие силы зависит также и от ее направления. В за-
висимости от направления силы пружина будет растягиваться или
сжиматься, дверь открываться или закрываться.
Величины, которые, кроме числового значения (модуля), имеют
направление, называют векторными величинами.
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 петель. Попробуйте открыть дверь, толкая
ее в точке, лежащей близко от петель, —это сделать труднее, чем
открывать дверь за ручку.
Из приведенных примеров можно сделать вывод: действие силы
на тело зависит от ее модуля, направления и точки приложения.
На чертеже силу изображают в виде отрезка прямой со стрел-
кой на конце (рис. 68). Направление стрелки указывает направление
силы. Начало отрезка А есть точка приложения силы. Длина от-
резка условно обозначает в некотором масштабе модуль силы.
Например, если условиться 1 Н изображать отрезком длиной 0,5 см,
то силу в 5 Н следует чертить отрезком длиной 2,5 см.
Пример. На столе стоит мешок с мукой массой 5 кг. Вы-
числим силу тяжести и вес мешка и изобразим эти силы на чер-
теже.
Решение:	о
Г=Р=9,8— -5 кг«50 Н.
кг
Выбираем масштаб и изображаем графически силы, как пока-
зано на рисунке 69.
Р
54
1.	Приведите примеры, показывающие, что действие силы зависит от ее
модуля, направления и точки приложения. 2. Почему сила является век-
торной величиной? 3. Как изображают силы на чертеже? 4. Чем отлича-
ются изображения на чертеже силы тяжести и веса тела?
Упр. Изобразите на чертеже в выбранном вами масштабе следующие
& силы: а) вес тела 400 Н; б) силу удара по мячу, равную 50 Н и на-
правленную горизонтально.
2.	Трактор К-700 при работе может развивать силу тяги до 60 000 Н.
Изобразите эту силу графически в масштабе 1 см — 10 кН.
3.	На неподвижной платформе стоит ящик с кирпичами массой 3 т.
Изобразите в выбранном вами масштабе силу тяжести и вес ящика.
36.	СЛОЖЕНИЕ СИЛ. РАВНОДЕЙСТВУЮЩАЯ СИЛ
В большинстве случаев, с которыми мы встречаемся в жизни,
на тело действует не одна, а сразу несколько сил. Так, например,-
на пилу при распиливании доски действует мускульная сила чело-
века, сила сопротивления доски и сила тяжести. На движущийся
корабль действует сила тяги вращающегося винта, силы сопротив-
ления воды и воздуха, сила тяжести и выталкивающая сила со
стороны воды. На тело, висящее на пружине (см. рис. 61, л), дей-
ствуют две силы: сила тяжести и сила упругости пружины.
В каждом подобном случае можно заменить несколько сил,
в действительности приложенных к телу, одной силой, равноценной
по своему действию этим силам.
Силу, которая производит на тело такое же действие, как
несколько одновременно действующих сил, называют равнодейст-
вующей этих сил.
Нахождение равнодействующей нескольких сил называют сложе-
нием этих сил или нахождением их суммы. Слагаемые силы иначе
называют составляющими силами
Э 1. Какую силу называют равнодействующей нескольких сил? 2. Что назы-
• вают сложением сил?
37.	СЛОЖЕНИЕ ДВУХ СИЛ,
НАПРАВЛЕННЫХ ПО ОДНОЙ ПРЯМОЙ
Найдем равнодействующую двух сил, действующих на тело по
одной прямой в одну сторону или в противоположные стороны.
а
Рис. 70
5
55
Рис. 71
Рис. 72
Обратимся к опыту. К пружине один под дру-
гим подвешивают два. груза массой 0,1 и 0,2 кг,
т. е. весом 1 и 2 Н (рис. 70, а). Отмечают длину,
на которую растянулась пружина. Затем эти грузы
снимают и заменяют одним грузом, который рас-
тягивает пружину на такую же длину (рис. 70, б).
Вес этого груза оказывается равным 3 Н.
Основываясь на опыте, заключаем: равнодей-
ствующая сил, направленных по одной прямой
в одну сторону, направлена в ту же сторону,
а ее модуль равен сумме модулей составляющих
сил.
На рисунке 71 равнодействующая сил, дейст-
вующих на тело, обозначена буквой R, а слага-
емые силы — буквами и F2.
Выясним теперь, как найти равнодействующую
двух сил, направленных по одной прямой в
противоположные стороны. Для этого на столик
динамометра (рис. 72, а) поставим груз весом
5 Н. К столику привяжем нитку и, зацепив за
нитку другим динамометром, потянем вверх с
силой 2 Н (рис. 72, б).
Динамометр, на столике которого находится
груз, в этом случае покажет силу 3 Н, эта сила
есть равнодействующая двух сил: 5 и 2 Н, ее
модуль равен разности модулей составляющих сил
(ЗНв5 Н-2 Н).
Итак, равнодействующая двух сил, направ-
ленных по одной прямой в противоположные
стороны, направлена в сторону большей по
модулю силы, а ее модуль равен разности моду-
лей составляющих сил.
На рисунке 73 показаны слагаемые силы Ft
и F2, направленные в противоположные стороны,
и их равнодействующая R.
Если к телу приложены две равные и направ-
ленные противоположно силы, то равнодейст-
вующая этих сил равна нулю. Например, если
в нашем опыте за конец нити потянуть силой
5 Н, то стрелка динамометра установится на ну-
левом делении. Равнодействующая двух сил в этом
случае равна нулю (5 Н — 5 Н = 0).
Тело под действием двух равных и противо-
положно направленных сил будет находиться в
покое или двигаться равномерно и прямолинейно.
1.	Приведите пример сложения двух сил, действую-
• щих по одной прямой в одну сторону. 2. Опишите
56
опыт, в котором определяют равнодействующую
двух сил, направленных по одной прямой в одну
сторону. Чему равна эта равнодействующая? З.Че-
му равна равнодействующая двух сил, направлен-
ных по одной прямой в противоположные стороны?
4. Как будет двигаться тело под действием двух
равных противоположно направленных сил?
Упр. 1. Человек, масса которого 70 кг, держит на
плечах ящик массой 20 кг. С какой силой человек
давит на землю?
2.	В игре по перетягиванию каната участвуют
четыре человека. Два из них тянут канат в одну
сторону с силами 330 и 380 Н, два — в противо-
положную сторону с силами 300 и 400 Н. В каком
направлении будет двигаться канат и чему равна
равнодействующая этих сил?
3.	Человек спускается на парашюте, двигаясь
равномерно. Сила тяжести парашютиста вместе 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 действуют силы.
38.	СИЛА ТРЕНИЯ
Санки, скатившись с горы, по инерции сколь-
зят по горизонтальному пути. Однако они не
движутся равномерно, скорость их постепенно
уменьшается, и через некоторое время они оста-
навливаются. Мальчик, разбежавшись, скользит
на коньках по льду, но, как бы ни был гладок
лед, мальчик все-таки останавливается. Останав-
ливается и велосипед, когда велосипедист пре-
кращает вращать педали. Мы знаем, что причиной
всякого изменения, в данном случае уменьшения,
скорости движения является сила. Значит, и в
рассмотренных примерах на каждое движущееся
тело действовала сила.
Сила, возникающая при движении одного
тела по поверхности другого и направленная
против движения, называется силой трения
(рис. 74).
Сила трения —это еще один вид силы, отли-
чающийся от рассмотренных ранее силы тяжести
и силы упругости.
Одна из причин возникновения силы трения
заключается в шероховатостях соприкасающихся
тел. Даже гладкие на вид поверхности тел имеют
неровности, бугорки и царапины. На рисунке 75, а
Д6
Рис. 73
Рис. 75
37
эти неровности изображены в увеличенном виде. Когда одно тело
скользит или катится по поверхности другого, эти неровности за-
цепляются друг за друга, что создает некоторую силу, задерживаю-
щую движение.
Другая причина трения — взаимное притяжение молекул соприка-
сающихся тел.
Когда поверхности тел шероховаты, грубо обработаны, то воз-
никновение силы трения обусловлено главным образом первой
причиной. Но если поверхности тел хорошо отполированы, то при
соприкосновении часть их молекул располагается так близко друг
от друга, что заметно начинает проявляться притяжение между
молекулами соприкасающихся тел.
Силу трения можно уменьшить во много раз, если ввести
между трущимися поверхностями смазку. Слой смазки (рис. 75, б)
разъединяет поверхности трущихся тел, мешает им соприкасаться.
Теперь скользят друг по другу не поверхности тел, а слои смазки,
смазка в большинстве случаев жидкая, а трение слоев жидкости
меньше, чем твердых поверхностей. Малое трение при скольжении
по льду, например, на коньках объясняется тоже действием смазки:
между коньками и льдом образуется тонкий слой воды. В технике
в качестве смазки широко применяют различные масла.
При скольжении одного тела по поверхности другого возникает
сила трения, которую называют трением скольжения. Такое трение
возникает, например, при движении саней и лыж по снегу.
Если же одно тело не скользит, а катится по другому, то трение,
возникающее при этом, называют 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 трения? 3. В чем заключа-
ются причины трения? 4. Как смазка влияет на силу трения? Объясните
это. 5. Какие виды трения вы знаете? 6. В каких случаях говорят о
трении скольжения? 7. Какое трение называется трением качения?
39.	КАК ИЗМЕРИТЬ СИЛУ ТРЕНИЯ
Силу трения можно измерить. Чтобы измерить, например, силу
трения скольжения деревянного бруска по доске или по столу, надо
прикрепить к бруску динамометр (рис. 76, а) и равномерно двигать бру-
сок по доске. Что при этом покажет динамометр? На брусок действуют
две силы — сила упругости пружины динамометра, направленная впра-
во, и сила трения, направленная влево. Так как брусок движется
равномерно, то это значит, что равнодействующая этих двух сил равна
нулю, т. е. эти силы равны по модулю, но противоположны по на-
правлению. Динамометр показывает силу упругости (силу тяги),
равную по модулю силе трения.
Таким образом, измеряя силу, с которой динамометр действует
на тело при его равномерном движении, мы находим силу трения.
58
Если, на брусок положить груз, например гирю, или нажать на
брусок рукой и измерить по описанному 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 изме-
рить силу трения качения (рис. 76, б). Она оказывается меньше силы
трения при скольжении.
Опыты показывают, что при равных нагрузках сила трения качения
всегда меньше силы трения скольжения.
1.	Как можно измерить силу трения? 2. Кан показать, что сила трения
• зависит от силы, прижимающей тело к поверхности? 3. Как показать на
опытах, что при равных нагрузках сила трения скольжения больше силы
трения качения?
40.	ТРЕНИЕ ПОКОЯ
Мы ознакомились с силой трения, возникающей при движении од-
ного тела по поверхности другого. Но можно ли говорить о силе
трения между соприкасающимися твердыми телами, когда эти тела
находятся в покое?
Когда тело находится в покое на наклонной плоскости, оно удер-
живается 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 горизонтальной плоскости. Пусть, напри-
мер, на полу стоит стол. Попробуем его передвинуть. Если на стол
нажать слабо, то он не тронется с места. Почему? Действующая
сила в этом случае уравновешивается силой трения между полом и
ножками стола. Так как эта сила препятствует телам приходить в
движение, ее принято называть силой трения покоя.
Сила трения покоя направлена против того движения, которое
должно было бы возникнуть. Сила трения покоя возникает при попыт-
59
ках вывести тело из состояния покоя. Наибольшая сила трения покоя »
будет равна той силе, которая выводит тело из состояния покоя.
На рисунке 77 изображен транспортер, с помощью которого подни-
мают тюки с хлопком. Тюки удерживаются на ленте транспортера си-
лой трения покоя.
41.	ТРЕНИЕ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ
В природе и технике трение имеет большое значение. Трение
может быть полезным и вредным. Когда оно полезно, его стараются
увеличить, когда вредно — уменьшить. Рассмотрим некоторые при-
меры.
Без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по
земле. Действительно, при ходьбе мы отталкиваемся ногами от земли.
Когда же трение 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
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 тре-
ния покоя 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 ребри-
стыми выступами (рис. 78). Зимой, когда дорога бывает особенно
скользкая, на колеса автомобиля надевают специальные цепи.
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 трение вредно и с
ним приходится бороться. Например, во всех машинах из-за трения
нагреваются и изнашиваются движущиеся части. Для уменьшения
трения соприкасающиеся поверхности делают гладкими, между ними
60
вводят смазку. Чтобы уменьшить трение вращающихся валов машин и
станков, их опирают на подшипники. Деталь подшипника, непосред-
ственно соприкасающуюся с валом, называют вкладышем. Вкладыши
делают из твердых материалов — бронзы, чугуна или стали, — внутрен-
нюю поверхность их покрывают особыми материалами, чаще всего
баббитом’, и смазывают. На рисунке 79 изображен подшипник, в
котором вал 3 при вращении скользит по поверхности вкладыша 2.
Подшипники такого рода называют подшипниками скольжения.
Мы знаем, что сила трения качения при одинаковой нагрузке
значительно меньше силы трения скольжения. На этом явлении
основано применение шариковых и роликовых подшипников. В таких
подшипниках вращающийся вал не скользит по неподвижному вкла-
дышу подшипника, а катится по нему на стальных шариках или роли-
ках.
Устройство простейших шарикового и роликового подшипников
изображено на рисунке 80. Внутреннее кольцо подшипника, изготов-
ленное из твердой стали, насажено на вал. Наружное же кольцо
закреплено в корпусе машины. При вращении вала внутреннее кольцо
катится на шариках или роликах, находящихся между кольцами.
Замена в машинах подшипников скольжения шариковыми или
роликовыми подшипниками позволяет уменьшить силу трения в 20—
30 раз.
Шариковыми и роликовыми подшипниками снабжают разнообраз-
ные машины: автомобили, токарные станки, электрические двигатели,
велосипеды и т. д. Без них невозможно представить современную
промышленность.и транспорт.
1.	Какое значение имеет трение в жизни человека и животных? 2. Ка-
ково значение трения на транспорте? 3. Какие способы уменьшения
трения вы знаете? 4. Для какой цели используют в машинах подшипники?
5. Как устроен подшипник скольжения? шариковый подшипник?
1 Бабби т — сплав свинца или олова с другими металлами .
Рис. 79. Подшип-
ник скольжения:
1 — корпус под-
шипника, 2 —
вкладыш, 3 — вал,
4 — отверстие для
смазки.
61
Роликовые подшипники
42. СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ
Между молекулами действуют силы притяжения и силы отталкива-
ния. Силы притяжения молекул мы преодолеваем, когда разрываем
нитку, ломаем палку, колем лед, разбрызгиваем воду. Чтобы разорвать,
например, шелковую нить сечением 1 мм2, нужно приложить к ней
силу около 250 Н (подвесить гирю массой 25 кг, рис. 81). И эта сила
нужна для преодоления сил притяжения громадного числа молекул,
находящихся в том месте, где нить разрывается.
При сжатии же тел мы преодолеваем силы отталкивания моле-
кул. Силы отталкивания делаются значительными на расстояниях,
еще меньших тех, при которых действуют силы притяжения.
Представим себе две молекулы, находящиеся друг от друга на
таком расстоянии, которое в несколько раз больше размеров самой
молекулы (рис. 82, вверху). На таком расстоянии сила притяжения
молекул очень мала, а сила отталкивания еще меньше силы при-
тяжения. При сближении молекул возрастают и та, и другая сила,
но сила отталкивания растет быстрее. При дальнейшем сближении
молекул сила отталкивания сравняется по модулю с силой притя-
жения (рис. 82, в середине). Если молекулы будут продолжать
сближаться, то обе силы еще возрастут. Но ведь сила отталкива-
ния растет быстрее, теперь модуль ее станет больше модуля силы
притяжения, и молекулы оттолкнутся друг от друга (рис. 82, внизу).
При растяжении, например, стального троса молекулы его рас-
ходятся, сила притяжения молекул становится больше силы оттал-
кивания, и трос, если перестать его растягивать, снова сокращается.
При сжатии же троса молекулы сближаются, сила отталкивания
становится больше силы притяжения, и если перестать сжимать
трос, то он разожмется. Значит, причиной возникновения силы
упругости в тросе является взаимодействие его молекул.
62
у 1. Приведите пример преодоления сил притяжения
• молекул. 2. Почему молекулы тел не сближаются
вплотную? 3. Как изменяется сила притяжения и
сила отталкивания молекул при их постепенном
сближении? 4. Почему после прекращения действия
силы растянутый стальной трос сжимается?
43. ЯВЛЕНИЕ СМАЧИВАНИЯ
Притяжением молекул друг к другу можно
объяснить и такое часто наблюдаемое на прак-
тике явление, как смачивание твердого тела жид-
костью. Ознакомимся с этим явлением на опыте.
На тонкой пружине подвешивают горизонталь-
но стеклянную пластинку. Снизу под пластинку
подносят сосуд с водой так, чтобы пластинка легла
на поверхность воды в сосуде (рис. 83, а). После
этого пластинку медленно поднимают вверх. Сна-
чала пластинка не отрывается от воды, и пружина
растягивается все сильнее (рис. 83, б). По величине
растяжения пружины можно судить о силах при-
тяжения между молекулами, удерживающих пла-
стинку на поверхности воды. Наконец, стеклянная
пластинка отрывается от воды (рис. 83, в), при этом
она оказывается смоченной водою. Значит, разрыв
происходит не в местах соприкосновения молекул
воды с молекулами стекла, а там, где молекулы
воды соприкасаются друг с другом. Вода смачи-
вает стекло, а также дерево, кожу и многие
другие вещества.
Если опустить в воду пластинку из воска или
парафина и затем вынуть ее из воды, то плас-
тинка 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 сосудах), но сма-
чивает золото, цинк и некоторые другие вещества.
В тех случаях, когда жидкость смачивает
твердое тело, ее молекулы притягиваются друг
к другу слабее, чем к телу. Несмачиваемость же
объясняется тем, что молекулы жидкости сильнее
притягиваются друг к другу, чем к твердому телу.
Явления смачивания и несмачивания учиты-
вают и используют в практике. Мы вытираемся
полотенцами, сделанными из ткани, смачиваемой
водой, пишем на бумаге, смачиваемой чернилами,
и используем металлические перья, которые также
смачиваются чернилами.
63
Интересно, что водоплавающие птицы смазывают при помощи
клюва свои перья жиром, выделяемым особой железой. Поэтому
перья не смачиваются водой, — это помогает птице держаться на воде.
44. ДАВЛЕНИЕ
По рыхлому снегу человек идет с большим трудом, глубоко про-
валиваясь при каждом шаге (рис. 84, б). Но, надев лыжи, он может
идти по снегу, почти не проваливаясь в него (рис. 84, а). Почему?
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, на которую
давит человек. Площадь поверхности лыжи раз в двадцать больше
площади подошвы. Поэтому, стоя на лыжах, человек давит на каждую
единицу площади поверхности снега с силой, 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 более острый
конец, легче входит в дерево.
Значит, результат действия силы зависит не только от ее модуля,
но и от площади той поверхности, перпендикулярно которой она дейст-
вует.
Этот вывод подтверждают опыты.
В углы небольшой доски вбивают гвозди. Доску остриями гвоздей
вверх кладут на слой песка и сверху на нее ставят гирю (рис. 85, а).
Шляпки гвоздей только незначительно вдавливаются в песок. Затем
доску переворачивают и ставят ее на острие гвоздей (рис. 85, б).
В этом случае площадь опоры уменьшается и под действием той же
силы гвозди значительно углубляются в песок.
От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверх-
ности, зависит результат действия этой силы.
64
В рассмотренных примерах силы действовали перпендикулярно
поверхности тела. Вес человека был перпендикулярен поверхности
снега; сила, действовавшая на кнопку, перпендикулярна к ее поверх-
ности.
Величину, численно равную силе, действующей на единицу
площади поверхности перпендикулярно к этой поверхности, назы-
вают давлением.
За единицу давления принимают такое давление, которое про-
изводит сила в 1 Н на 1 м2. Сокращенно эта единица записывается
л
так: 1 —2 • В честь французского ученого Паскаля единица дав-
м
ления 1 называется паскалем (сокращенно Па). Таким образом,
1Па = 1Д.
м
Используют также единицу давления «килопаскаль», равную
1000 Па, т. е. 1 кПа —1000 Па.
Так как давление равно той силе, которая действует на единицу
площади, то, чтобы определить давление, надо силу разделить на
площадь поверхности:
сила	F
давление я-----— , или Р = —тг,
площадь	о
где р — давление, F— сила, действующая на поверхность, и 5—пл о- .
щадь.
Пример. Рассчитаем давление, производимое на пол мальчиком,
масса которого 45 кг, а площадь подошв его ботинок 300 см2 =
= 0,0300 м2.
Дано:
т = 45 кг
S = 0,03 м2
р-?
Решение:
Р ~
F = Р,
Р = g • т.
/> = 9,8 4г*45 кг «450 Н,
Р =	= 15 000 Па = 15 кПа.
7	0,03 м2
1. Приведите примеры, показывающие, что действие силы зависит от
площади опоры, на которую действует эта сила. 2. Почему человек, иду-
3 Физика, 6—7 кл.
65
Рис. 86
щий 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 опоры? 4. Что называют
давлением? 5. Как определяют давление? 6. Какие
вы знаете единицы давления?
1.	Гусеничный трактор ДТ-75М массой 6610 кг
имеет опорную площадь обеих гусениц 1,4 м2.
Определите давление этого трактора на почву и
сравните с тем давлением, которое вы произво-
дите при ходьбе.
2,	Человек нажимает сверху на лопату силой
600 Н. Какое давление оказывает лопата на почву,
если ширина лопаты 20 см, а толщина ее режущего
края 0,5 мм?
3.	Мальчик массой 45 кг стоит на лыжах. Длина
каждой лыжи 1,5 м, ширина 10 см. Какое давле-
ние оказывает мальчик на снег?
45. ДАВЛЕНИЕ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ
Тяжелый гусеничный трактор, вес которого
составляет сотни тысяч ньютонов, производит
на почву давление, всего в 2—3 раза большее, чем
мальчик весом 450 Н. Это давление примерно
равно 40-50 кПа. Объясняется это тем, что вес
трактора распределяется на большую площадь.
Чем больше площадь опоры, тем меньше давление,
производимое одной и той же силой на эту опору.
В зависимости от того, хотят ли получить малое
или большое давление, площадь опоры увеличи-
вают или уменьшают.
Вот несколько примеров того, как в технике
используют большие площади опоры для умень-
шения давления, создаваемого очень тяжелыми
предметами.
Для того чтобы грунт мог выдержать давление
возводимого на нем здания, увеличивают площадь
нижней части фундамента (рис. 86).
Шины грузовых автомобилей делают значи-
тельно шире, чем легковых. Особенно широкими
делают шины у автомобилей, предназначенных
для передвижения в пустынях по песку.
Тяжелые машины, такие, как трактор (рис. 87)
или танк, имея большую опорную площадь гусе-
ниц, проходят по болотистой местности, по ко-
торой не проедет всадник на лошади.
С другой стороны, при малой площади поверх-
ности можно небольшой силой создать большое
66
Снегоболотоход «Урал-20».
давление. Поэтому режущие и колющие инструменты — ножи, нож-
ницы, резцы, пилы, иголки и т. д. — остро оттачивают.
Вдавливая кнопку в дерево, мы действуем на нее с силой около
50 Н. Так как площадь острия кнопки 0,1 мм2, то давление, произво-
димое на дерево, будет равно:
50 Н
0,0000001 м2
= 500 000 000 Па = 500 000 кПа.
Это давление в 10 000 раз больше
ничным трактором на почву.
давления, производимого гусе-
Грузовая машина высокой проходи-
мости.	f
*
Шасси самолета « Гу-144».
Рис. 88
Улр
19
Рис. 89
Г"
4 " а: а
га..  .л
________
1. Приведите примеры использования больших пло-
щадей опоры для уменьшения давления. 2. Зачем у
сельскохозяйственных машин делают колеса с широ-
кими ободами? 3. Почему режущие и колющие
инструменты оказывают на тела очень большие
давления?
1.	Рассмотрите устройство плоскогубцев и кле-
щей (рис. 88). При помощи какого из этих инстру-
ментов, действуя одинаковой силой, можно про-
извести большее давление на зажатое в них тело?
2.	Зачем при бороновании плотных почв на
бороны накладывают тяжелые предметы?
3.	Когда человек производит большее давле-
ние на пол: когда он стоит или когда бежит?
/
ЗАДАНИЯ
1. Зная свою массу и площадь ботинка, вы-
числите, 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. 89). Сосчитайте число полных
квадратиков, попавших внутрь контура, и прибавьте
к нему половину числа неполных квадратиков, че-
рез которые прошла линия контура. Полученное число
умножьте на площадь одного квадратика (площадь
квадратика на листе, взятом из школьной тетра-
ди, равна % см2) и получите площадь подошвы
ботинка.
2. Измерьте длину, ширину и высоту кирпича.
Определите его объем. Найдите по таблице зна-
чение плотности кирпича и рассчитайте его массу,
а затем вес. Вычислите площади граней 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?
Изобразите различные положения кирпича на чер-
теже.
46. ДАВЛЕНИЕ ГАЗА
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 сопри-
касается.
68
Рассмотрим следующий опыт. Под колокол воздушного насоса
помещают завязанный резиновый шарик. Он содержит небольшое
количество воздуха (рис. 90, а) и имеет неправильную форму. Затем
насосом откачивают воздух из-под колокола. Оболочка шарика, вокруг
которой воздух становится все более разреженным, постепенно разду-
вается и принимает форму шара (рис. 90, б).
Как объяснить этот опыт? Известно, что молекулы газа беспо-
рядочно движутся с большими скоростями. При своем движении
они сталкиваются с другими молекулами, а также со стенками сосуда,
в котором находится газ (рис. 91). Молекул в газе много, поэтому и
число их ударов очень велико. Подсчитано, что в обычном, не сжатом
воздухе число ударов молекул, приходящееся на 1 см2 стенки сосуда
в 1 с, выражается двадцатитрехзначным числом. Это огромное число.
Если бы взять, например, такое число зернышек пшена и уложить
их в один ряд, то можно было бы получившуюся цепочку сто раз про-
тянуть до ближайшей звезды и обратно.
Хотя удар отдельной молекулы и слаб, но действие такого
числа ударов всех молекул о стенки сосуда значительно, оно и пред-
ставляет собой давление газа.
В нашем опыте движущиеся молекулы воздуха непрерывно бомбар-
дируют стенки шарика внутри и снаружи. При откачивании воздуха
число молекул в колоколе вокруг оболочки шарика уменьшается. Но
внутри завязанного шарика их число не изменяется. Поэтому число
ударов молекул о внутренние стенки оболочки становится больше
числа ударов о внешние стенки и шарик раздувается до тех пор,
пока сила упругости его резиновой оболочки не станет равной силе
давления газа. Шаровая форма, которую принимает раздутая оболочка
шарика, показывает, что газ давит на ее стенки по всем направлениям
одинаково, иначе говоря, число ударов молекул, приходящееся на еди-
ницу .площади поверхности, по всем направлениям одинаково. Оди-
наковое давление по всем направлениям очень характерно для газа
и является следствием беспорядочного движения огромного числа мо-
лекул,
1. Как можно на опыте показать, что газ производит давление на стенки
сосуда, в котором он находится? 2. Из чего можно заключить, что газ
производит одинаковое давление по всем направлениям?
47. ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ ДАВЛЕНИЕ ГАЗА
Очевидно, что давление газа на стенку сосуда тем больше, чем
чаще происходят соударения молекул 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, т. е. возрастет давление газа.
На рисунке 92 изображена стеклянная трубка, один конец которой
закрыт тонкой резиновой пленкой. В трубку вставлен поршень
69
(рис. 92, а). При вдвигании поршня объем воздуха
в трубке уменьшается, т. е. газ сжимается (рис. 92,
6). Резиновая пленка при этом выгибается наружу,
указывая на то, что давление воздуха в трубке
увеличилось.
Наоборот, при увеличении объема данной мас-
сы газа число молекул в каждом кубическом санти-
метре уменьшится, от этого уменьшится число
соударений со стенкой сосуда — давление газа
уменьшится. Действительно, при вытягивании
поршня из трубки (рис. 92, в) объем воздуха в ней
увеличивается, а прогиб пленки изменяется, указы-
вая на уменьшение давления воздуха в трубке.
Такие же явления наблюдались бы, если бы
вместо воздуха в трубке находился любой дру-
гой 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 ско-
рость движения молекул газа при нагревании его
увеличивается. Двигаясь быстрее, молекулы будут
ударять о стенки сосуда чаще. Кроме того, каждый
удар молекулы о стенку сосуда станет сильнее.
Вследствие этого стенки сосуда будут испыты-
вать большее давление.
Следовательно, давление одной и той же мас-
сы газа в данном объеме тем больше, чем выше
температура газа.
Для хранения и перевозки газов их сильно
сжимают, от этого давление их возрастает, и их
приходится заключать в специальные, очень проч-
ные стальные баллоны (рис. 93). В таких баллонах,
например, содержат сжатый воздух в подводных
лодках, кислород, используемый при сварке метал-
лов, и многие другие газы.
1. Почему давление газа увеличивается при сжа-
тии и уменьшается при расширении? 2. В каком
состоянии газ производит большее давление: в хо-
лодном или нагретом? Объясните почему. 3. Поче-
му сжатые газы содержат в специальных баллонах?
4. Как изменится давление газа, если баллон, в ко-
тором он находится, соединить с таким же другим,
но пустым баллоном?
ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
(ГИДРО- И АЭРОСТАТИКА1)
48. ПЕРЕДАЧА ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТЯМИ
И ГАЗАМИ. ЗАКОН ПАСКАЛЯ
В отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жид-
кости и газа могут свободно перемещаться друг относительно друга
по всем направлениям. 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 газа объясняется,
что давление, производимое на них, передается не только в направ-
лении действия силы, как в твердых телах, а по всем направлениям.
Рассмотрим это явление подробнее.
На рисунке 94 изображен сосуд, в нем содержится газ (или жид-
кость). Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться. Точ-
ками изображены частицы газа (жидкости), они равномерно распре-
делены по всему объему сосуда (рис. 94, а).
Прилагая некоторую силу, заставим поршень несколько войти в
сосуд и сжать газ, находящийся непосредственно под ним. Тогда
частицы расположатся в этом месте более плотно, чем прежде
(рис. 94, б). Благодаря подвижности частицы газа будут переме-
щаться по всем направлениям, вследствие чего их расположение
опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше, поэтому
давление газа везде возрастет.
Отсюда следует, что добавочное давление передается всем части-
цам газа или жидкости.
Например, если давление на газ около самого поршня увеличится
на 1 Па, то во всех точках внутри газа давление станет больше
прежнего на столько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки
сосуда.
Давление, производимое на жидкость или газ, передается без
изменения в каждую точку жидкости или газа.
1 От греческих слов: «г и д р о» — вода, «а э р о» — воздух, «стат об-
стоящий.
 

«оЗЛо о ° о О о О о°олопоС
ЙЛ°А° 00°0°о ОС
%о°о OffioVeo о о о с о.
Рис. 94
71
Паскаль Блез (1623—1662) — фран-
цузский ученый. Он открыл и исследо-
вал ряд важных свойств жидкостей и
газов, интересными и убедительными
опытами подтвердил существование
атмосферного давления, открытого
итальянским ученым Торричелли.
Это утверждение называют
законом Паскаля.
На основе закона Паскаля лег-
ко объяснить следующие опыты.
На рисунке 95 изображен полый
шар, имеющий в различных мес-
тах узкие отверстия. К шару при-
соединена трубка, в которую
вставлен поршень. Если набрать
воды в шар и вдвинуть в трубку поршень, то вода польется из всех
отверстий шара. В этом опыте поршень давит на поверхность воды
в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь,
передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким
путем давление поршня передается по всем направлениям. 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. 96).
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 жид-
кости и газы передают давление во все стороны одинаково? 3. Как
читается закон Паскаля? 4. Как на опыте можно показать особенность
передачи давления жидкостями и газами?
1.	По схеме рисунка 97 объясните передачу давления твердым,
сыпучим телом и жидкостью. Изобразите стрелками, как передается дав-
ление.
2.	Брезентовый водопроводный рукав, когда он не заполнен водой,
имеет вид плоской ленты. Какую форму примет рукав после заполнения
его водой? Почему?
3.	При изготовлении бутылок через трубку вдувают воздух и расплав-
ленное стекло принимает форму бутылки (рис. 98). Какое физическое
явление здесь используют?
1. Изготовьте мыльную жидкость и с помощью стеклянной трубки
получите мыльные пузыри. Какую форму они принимают и почему?
2. Исследуйте передачу давления в сыпучем теле. Для этого в бумаж-
ный пакет насыпьте песок (или горох), сверху сильно надавите рукой.
Есть ли здесь сходство с передачей давления в жидкости и газе?
72
49. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ
МАШИНА
Закон Паскаля лежит в основе
устройства гидравлических ма-
шин1.
Основная часть гидравличе-
ской машины —два цилиндриче-
ских сосуда разного диаметра,
соединенные между собой труб-
кой (рис. 99). Внутри сосудов
перемещаются плотно пригнан-
ные к стенкам поршни. Сосуды
под поршнями заполняют обыч-
но маслом (чаще всего исполь-
зуют минеральное масло).
Высоты столбов жидкости (А
и В) в обоих сосудах одинаковы,
пока на поршни не действуют
силы.
Допустим, что площадь мало-
го поршня St, а большого —S2-
Пусть на малый поршень дей-
ствуют силой F,. Рассчитаем,
какую силу F2 нужно приложить
к большому поршню, чтобы урав-
новесить действие силы Fb
Найдем сначала давление д,
производимое силой F} на пло-
щадь малого поршня Для
этого, как мы знаем, надо си-
лу F} разделить на площадь
отсюда
Fi=^.	(1)
По закону Паскаля это давле-
ние р передается в каждую точ-
ку жидкости и под таким же
давлением находится большой
поршень. Поэтому, чтобы найти
силу Г2, действующую на боль-
1 Гидравлические ма-
шины (от греческого слова «гид-
равлике с»— водяной) — это ма-
шины, действие которых основано на
законах движения и равновесия
жидкостей.
Рис. 97
Рис. 98. Изготовление
бутылки: 1 — трубка,
2 — стекло, 3 — фор-
ма.
73
шой поршень, надо давление р умножить на площадь поршня iS2:
F2 ~ Р$2 •	(2)
Разделив равенство (2) на равенство (1), получим:
А
Отношение
показывает, во сколько раз сила F2 больше силы
т. е. какой выигрыш в силе дает машина.
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 S1 = 10 см2, площадь большого
52« 100 см2, на малый поршень действует сила /^ — Ю Н. Какую
силу надо приложить к большому поршню, чтобы поршни были в
равновесии? Трение не учитывать.
Дано:
S\ = 10 см2
S2 = 100 см2
= Ю Н
А-?
Решение:
Составляем пропорцию
F2 _ S1
Fl Si *
подставляем в нее данные в задаче величины:
F1 _ 100 см2
10 Н 10 см2 *
Решив полученное равенство, находим: F2 = 100 Н.
Э 1. Какой закон используют в устройстве гидравлических машин? 2. Какой
• выигрыш в силе дает гидравлическая машина (при отсутствии трения)?
Упр. Применяя гидравлическую машину, мы выигрываем в силе. Но
чем мы обязательно проигрываем? Подумайте над этим вопросом.
2. Можно ли создать машину, подобную гидравлической, но только с
воздухом вместо воды? Ответ обоснуйте.
50. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС
Гидравлическую машину, служащую для прессовки (сдавливания),
называют гидравлическим прессом (рис. 100). Устройство гидравли-
ческого пресса схематически показано на рисунке 101.
Прессуемое тело 4 кладут на платформу 5, соединенную с боль-
шим поршнем 1 (рис. 101). При поднятии этого поршня тело упи-
рается в неподвижную верхнюю платформу 5 и сжимается.
Из малого сосуда в большой жидкость перегоняется не за один
ход, как в гидравлической машине (рис. 99), а перекачивается по-
вторными движениями малого поршня. Это осуществляется так.
74
I
Рис. 100. Гидравлический пресс боль-
шой мощности.	►
При подъеме малого поршня в
пространство, находящееся под
ним, засасывается жидкость из
сосуда Z При этом клапан 2 откры-
вается, а клапан 2' закрывается
под действием давления жидкос-
ти. При опускании малого порш-
ня, наоборот, закрывается клапан
2, а открывается клапан 2' и жид-
кость переходит в большой сосуд.
Гидравлические прессы при-
меняют там, где требуется боль-
шая сила, например для выжи-
мания масла из семян на масло-
бойных заводах, для прессования
фанеры, картона, сена и т. д.
На заводах мощные гидравличе-
ские прессы используют при изго-
товлении стальных валов машин,
железнодорожных колес, пласт-
массовых изделий.
Современные гидравлические
прессы могут создавать силу дав-
ления в десятки и сотни миллио-
нов ньютонов.
Упр. 1. Площадь большого порш-
ня гидравлической машины
240 см2, малого — 12 см2. С ка-
кой силой нужно давить на малый
поршень при отсутствии трения,
чтобы на большом получить силу
9000 Н?
2. На рисунке 102 изобра-
жена упрощенная схема гидрав-
лического подъемника (гидрав-
лического домкрата). Груз какой
массы можно поднять такой ма-
шиной, если известно, что пло-
щадь малого поршня 1,2 см2,
большого — 1440 см2, а сила,
действующая на малый поршень,
может достигать 1000 Н? Трение
не учитывать.
3. В гидравлическом прессе
площадь малого поршня 5 см2,
площадь большого — 500 см2.
Рис. 101
75
75-тонный автосамосвал «БелАЗ-549».
Сила, действующая на малый поршень, 400 Н, на большой —36 кН.
Какой выигрыш в силе дает этот пресс? Почему пресс не дает макси-
мального (наибольшего) выигрыша в силе? Какой выигрыш в силе дол-
жен был бы давать этот пресс при отсутствии силы трения между порш-
нем и стенками пресса?
ЗАДАНИЕ
На рисунке 103 изображена схема автомобильного гидравлического
тормоза, где 7—тормозная педаль, 2—цилиндр с поршнем, 3—тормоз-
ные цилиндры, 4—тормозные колодки, 5—тормозные барабаны, 6— пру-
жина. Цилиндры и трубки заполнены специальной жидкостью. Расска-
жите по этой схеме, как действует тормоз.
76
Рис. 102. Схема
устройства гид-
равлического дом-
крата: 1 — подни-
маемое тело, 2 —
малый поршень,
3 — клапаны, 4 —
клапан для опус-
кания груза, 5 —
большой поршень.
Рис. 103
3
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ИНСТРУМЕНТЫ
Для дополнительного чтения
Свойство газов передавать давление используют в технике при
устройстве различных пневматических машин1 и инструментов.
Сжатый воздух, например, применяют в работе заклепочных и
отбойных молотков (рис. 104).
На рисунке 105 показана схема устройства отбойного молотка.
Сжатый воздух подают по шлангу 1. Особое устройство 2, называемое
золотником, 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
движение поршня и пики молота 4. Последняя наносит быстро следую-
щие друг за другом удары, внедряется в грунт или в уголь и от-
калывает его куски.
Существуют пескоструйные аппараты, которые дают сильную
струю воздуха, смешанного с песком. Их используют для очистки
стен.
Сейчас нередко можно видеть работу специальных аппаратов,
применяемых для окраски стен, где краску распыляет сжатый воздух.
Сжатым воздухом открывают двери вагонов поездов, метро и
троллейбусов.
На рисунке 106 изображена схема устройства пневматического
тормоза железнодорожного вагона. Когда магистраль 7, тормозной
цилиндр 4 и резервуар 3 заполнены сжатым воздухом, его давление
на поршень тормозного цилиндра справа и слева одинаково, тормоз-
ные колодки 5 при этом не касаются колес 6.
При открывании стоп-крана сжатый воздух выпускается из маги-
стральной 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
1 Пневматические машины (от латинского слова «пневма-
т и к о с» ~ воздушный) — это машины, работающие при посредстве сжатого
воздуха.
клапан 2. Под действием сжатого воздуха поршень тормозного цилинд-
ра перемещается вправо, прижимая тормозную колодку к ободу ко-
леса, отчего и происходит торможение.
При наполнении магистральной трубы сжатым воздухом тормоз-
ные колодки отжимаются пружинами от колес.
51.	СВОБОДНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ЖИДКОСТИ
Свободной поверхностью жидкости называют ту ее поверх-
ность, которая не соприкасается со стенками 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 по-
верхность ее, не расположатся на одинаковой высоте, или на одина-
ковом уровне.
Уровнем называют любую горизонтальную поверхность. Прибор,
позволяющий установить поверхность горизонтально, тоже называют
уровнем (рис. 107).
В отличие от жидкостей у газов нет свободной поверхности. И это
понятно почему. В газе молекулы расположены значительно дальше
друг от друга, чем в жидкости (§ 14). Поэтому взаимное притяжение
их очень мало и молекулы газа разлетаются во все стороны, занимая
весь предоставленный им объем.
1.	Каиую поверхность жидкости называют свободной? 2. Чем объяснить,
• что в достаточно широких сосудах свободная поверхность жидкости рас-
полагается горизонтально? 3. Как называют прибор для проверки гори-
зонтальности поверхности? 4. Чем объяснить отсутствие свободной поверх-
ности у газов?
ЗАДАНИЯ
1.	С помощью отвеса и Прямоугольного треугольника проверьте
горизонтальность свободной поверхности жидкости в сосуде. Сделайте
чертеж опыта.
2.	На рисунке 108 изображен ватерпас, сделанный из плотной
бумаги или картона. Изготовьте такой прибор и проверьте им горизон-
тальность подоконника, поверхности стола, пола.
3.	С помощью уровня и деревянных клинышков расположите горизон-
тально кусок фанеры или небольшую доску (рис. 109). Положите на фанеру
стальной шарик. Если поверхность фанеры горизонтальная, шарик не будет
скатываться.
Рис. 107
78
52.	ДАВЛЕНИЕ В ЖИДКОСТИ И ГАЗЕ
Рассмотрим, как распределено давление внутри
жидкости, если учитывать ее вес.
На рисунке 110 изображена жидкость, налитая
в сосуд. Можно представить весь столб этой жид-
кости в сосуде, состоящим из ряда слоев, разде-
ленных горизонтальными плоскостями аа, bb, сс,
dd и т. д. Горизонтальная плоскость аа есть
свободная поверхность жидкости. Нетрудно ви-
деть, что при переходе сверху вниз, от одного
уровня к другому, давление увеличивается. Дейст-
вительно, верхний слой 1 давит на плоскость bb,
и это давление по закону Паскаля передается всем
нижележащим слоям жидкости. Слой 2 давит на
плоскость сс, и это давление точно так же переда-
ется всем слоям, лежащим ниже. Следовательно,
каждый слой жидкости испытывает давление верх-
них слоев, а жидкость у дна сосуда сжата всеми
вышележащими слоями. А по закону Паскаля это
давление передается во всех направлениях, поэто-
му жидкость производит давление на дно и стенки
сосуда и на поверхность всякого погруженного в
нее тела. В этом можно убедиться и на опыте.
В стеклянную трубку, нижнее отверстие кото-
рой закрыто тонкой резиновой пленкой, наливают
воду. Дно трубки прогибается (рис. 111, а). Значит,
на дно действует сила давления воды.
Опыт показывает, что, чем выше столб воды
над резиновой пленкой, тем больше она прогиба-
ется. Но всякий раз после того, как резиновое
дно прогнулось, вода в трубке приходит в равно-
весие (останавливается), так как, кроме силы тяже-
сти, на воду действует сила упругости резиновой
пленки.
Опустим трубку с резиновым дном, в которую
налита вода, в другой, более широкий сосуд с
водой (рис. 111, б). Мы увидим, что по мере опу-
скания трубки вниз резиновая пленка постепенно
выпрямляется. Полное выпрямление пленки пока-
зывает, что давления на нее сверху и снизу одина-
ковы. Наступает полное выпрямление пленки
тогда, когда уровни воды в трубке и сосуде совпа-
дают.
Такой же опыт можно провести с трубкой,
в которой резиновая пленка закрывает боковое от-
верстие, как это показано на рисунке 112, а. Если
эту трубку с водой погрузить в другой сосуд с во-
дой, как это изображено на рисунке 112, б, то
Рис. 109
Рис. 110
79
мы снова заметим, что пленка выпрямится, как
только уровни воды в трубке и в сосуде сравня-
ются. 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. 113, а). Дно при этом плотно прижи-
мается к краю сосуда давлением воды снизу вверх.
Затем в сосуд осторожно наливают воду. Дно
отрывается от сосуда, когда уровень воды в со-
суде совпадает с уровнем воды в. банке (рис.
113, б).
В момент отрыва на дно давит сверху вниз
столб жидкости в сосуде, а снизу вверх на дно пе-
редается давление такого же столба жидкости,
но находящейся в банке. Оба эти давления оди-
наковы, 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 внутри жид-
кости существует давление и на одном и том же
уровне оно одинаково по всем направлениям.
С глубиной давление увеличивается.
Газы в этом отношении не отличаются от
жидкостей, ведь они тоже имеют вес. Но надо
помнить, что плотность газа в сотни раз меньше
плотности жидкости. Вес газа, находящегося в
сосуде, мал, и его «весовое» давление во многих
случаях можно не учитывать.
1. Нак на опыте показать, что давление внутри жид-
е кости на разных уровнях разное, а на одном и том
же уровне во всех направлениях одинаково? 2. По-
чему во многих случаях не принимают во внимание
давление в газе, созданное весом этого газа?
53.	РАСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ
НА ДНО И СТЕНКИ СОСУДА
Рассмотрим, как можно рассчитать давление
жидкости на дно и стенки сосуда. Решим сна-
чала задачу с числовыми данными.
Прямоугольный бак наполнен водой (рис. 114).
Площадь дна бака 16 м2, высота его 5 м. Опре-
делим давление воды на дно бака.
Сила, с которой вода давит на дно сосуда, равна весу столба воды
высотой 5 м и площадью основания 16 м2, иначе говоря, эта сила
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:
К—16 м2 • 5 м = 80 м 3. Для нахождения массы воды надо ее плот-
кг
ность умножить на объем. Плотность воды р=1000 Масса
этой воды т — 1000	-80 м3 = 80 000 кг. Мы знаем, что тело
массой 1 кг весит 9,8 Н. Значит, Чтобы определить вес воды,
надо массу воды умножить на 9,8—Вес воды в баке равен
Р=9,8~тр—80000 кг «800 000 Н. С такой силой вода давит на дно
lx 1
бака.
Разделив вес воды на площадь дна бака, найдем давление р:
800 000 Н с А АЛЛ Н СЛЛЛЛТТ СЛ ТУ
р = ———2— = 50 000—2 = 50 000 Па — 50 кПа.
16 м	м
Давление жидкости на дно сосуда можно рассчитать, пользуясь
формулой, что значительно проще. Чтобы вывести эту формулу, вер-
немся к задаче, но только решим ее в общем виде.
Обозначим высоту столба жидкости в сосуде буквой Л, плотность
жидкости р и площадь дна сосуда S.
Объем столба жидкости V=Sh.
Масса жидкости или m=pSh.
Вес этой жидкости P=gm, или P=gpSh.
Так как вес столба жидкости равен силе, с которой жидкость
давит на дно сосуда, то, разделив вес Р на площадь S, получим
давление р:
Р	gpSh
р=—, или ,
т. е.
Р = gph-
Мы получили формулу для расчета давления жидкости на дно
сосуда. Из этой формулы видно, что давление жидкости на дно
сосуда прямо пропорционально плотности и высоте столба жид-
кости.
По этой формуле можно вычислять и давление на стенки сосуда,
а также давление внутри жидкости, в том числе давление, направ-
Рис. 114
81
ленное снизу вверх, так как давление на одной и той же глубине
одинаково по всем направлениям.
При расчете давления по формуле
Р =gph
надо плотность о выражать в -Ц- , а высоту столба жидкости
н м	н
Л —в метрах (м), g = 9,8	, тогда давление будет выражено в —2 ,
кг	м
или Па.
Пример. Определить давление нефти на дно цистерны, если
высота столба нефти 10 м, а плотность ее 800	.
Дано:
h = 10 м
р = 800
м
Решение:
P = gfh.
Подставим числовые значения величин в формулу
давления, получим:
р = 9,8 £ • 800	10 м « 80 000 Па «= 80 кПа.
КГ	м'
1. От каких величин зависит давление жидкости на дно сосуда? 2. Как
зависит давление жидкости на дно сосуда от высоты столба жидкости? 3. Как
зависит давление жидкости на дно сосуда от плотности жидкости? 4. Ка-
кие 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
кг
впадин, глубина которой 10 900 м. Плотность морской воды 1030—у .
м
3.	На рисунке 115 изображена футбольная камера, соединенная с
вертикально расположенной стеклянной трубкой. В камере и трубке нахо-
дится вода. На камеру положена дощечка, а на нее — гиря 5 кг. Высота
столба воды в трубке 1 м. Определите площадь соприкосновения до-
щечки с камерой.
ЗАДАНИЯ
1.	Возьмите высокий сосуд. В боковой поверхности его по прямой,
на разной высоте от дна сделайте три небольших отверстия. Закройте
82
Рис. 118
Рис. 119
отверстия спичками и налейте в сосуд до верха воды. Откройте отвер-
стия и проследите за струйками вытекающей воды (рис. 116).
Ответьте на вопросы: почему вода вытекает из отверстий? Как
направлены струйки воды вблизи поверхности сосуда? На что это указы-
вает? Почему струйки жидкости изгибаются? Чем объяснить различную
дальность вылета воды из отверстий?
2.	На рисунке 117, а изображена стеклянная банка, частично напол-
ненная водой, в остальной части банки находится воздух. Банка плотно
закрыта пробкой, через которую пропущены четыре стеклянные трубки.
Три из них погружены в воду. Нижний конец четвертой находится в воз-
духе, а к верхнему концу этой трубки 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 уровня в банке, притом
на одинаковую высоту (рис. 117, б).
Изготовьте такой прибор и проделайте с ним опыты. Вместо груши
можно давить на воздух в банке иначе, например вдувать воздух в банку
через резиновую трубку ртом.
Как объяснить, что в стеклянных трубках вода поднимается на оди-
наковую высоту?
Какой закон можно проверить на этом приборе?
Расположите нижние отверстия трубок на разных уровнях и повто-
рите опыт. На одинаковую ли высоту поднимается вода в трубках в
этом случае? Объясните результаты опыта.
54.	ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ПАРАДОКС.
ОПЫТ ПАСКАЛЯ
Свойством жидкости передавать во все стороны производимое
на нее давление объясняется явление, известное в физике под на-
званием гидростатический парадокс1. Рассмотрим это явление.
1	Словом «парадокс» называют неожиданное явление, не соответ-
ствующее обычным представлениям.
83
б
Рис. 121
Рис. 122
На рисунке 118 изображено три сосуда раз-
личной формы, но с одинаковой площадью дна
и одинаковой высотой столба жидкости в них.
Масса жидкости в этих сосудах различная, но
давление на дно во всех трех сосудах одинаково,
его «можно рассчитать по формуле:
Р = gph.
А так как площадь дна у всех сосудов оди-
накова, то и сила, с которой жидкость давит
на дно этих сосудов, одна и та же. Она равна
весу вертикального столба abdc жидкости: Р=* gphS,
здесь S— площадь дна, hS— объем столба, phS—
масса жидкости.
В этом заключается парадокс: сила давления
воды на дно во всех этих сосудах одинакова,
хотя массы воды в них разные.
Проверим наш вывод на опыте. Дном трех
сосудов, изображенных на рисунке 119, служит
резиновая пленка. Сосуды поочередно ввинчива-
ют в стойку прибора и наливают в них воду,
дно при этом прогибается и его движение пере-
дается стрелке. Опыт показывает, что при одина-
ковых высотах столбов воды в сосудах стрелка
отклоняется на одно и то же число делений
шкалы. А это означает, что сила, с которой
жидкость давит на дно сосуда, не зависит от
формы сосуда, она равна весу вертикального стол-
ба, основанием которого является дно сосуда,
а высотой — высота столба жидкости.
Это утверждение, хотя оно нами обосновано
и подтверждено опытом, все же кажется неправ-
доподобным — парадоксальным. Однако ничего
парадоксального в нем нет и его можно объяс-
нить законом Паскаля.
Рассмотрим рисунок 120. На площадку тп дна
сосуда действует сила, равная весу столба жид-
кости kmnl, которая производит давление pgh.
По закону Паскаля такое давление передается
и на площадки ат и nb. Тогда сила, действующая
на все дно ab, будет равна весу вертикального
столба жидкости abdc. Эта сила больше веса
жидкости в сосуде 3 (рис. 119), меньше веса
жидкости в сосуде 2 и равна весу жидкости в
сосуде 1.
Представьте себе, что суженную часть сосуда 3
(рис. 120) мы сделаем еще тоньше и длиннее.
Тогда совсем небольшим количеством воды мы
84
сможем создать большое давление на дно. Таким опытом поразил
своих современников в 1648 г. Паскаль. В прочную, наполненную
водой и закрытую со всех сторон бочку он вставил узкую трубку
(рис. 121) и, поднявшись на балкон второго этажа дома, вылил в
эту трубку кружку воды. Давление на стенки бочки так возросло,
что клепки бочки разошлись и вода из бочки стала выливаться.
1.	Как доказать, что сила, с которой жидкость давит на дно сосуда, не
зависит от формы сосуда? 2. Чему равна эта сила? 3. Как можно на
опыте показать независимость этой силы от формы сосуда? 4. Почему
это явление называют гидростатическим парадоксом, что в нем кажется
-парадоксальным? 5. Как на основании закона Паскаля можно объяс-
нить гидростатический парадокс? 6. В чем состоял опыт Паскаля с
бочкой?
/
Упр. 1. В сосудах а и F (рис. 122) находится жидкость одинаковой массы.
В каком из них давление на дно больше? Ответ обоснуйте.
2.	Бочка, которую использовал Паскаль в своем опыте, имела внут-
реннюю поверхность 2 м2. В бочку была вставлена трубка площадью
сечения 1 см2. Определите силу, которая действовала на внутрен-
нюю поверхность бочки, когда в трубку налили столб жидкости высо-
той 5 м.
ЗАДАНИЕ
Для каждого из сосудов, изображенных на рисунке 118, сравните
силу (Г), с которой жидкость давит на дно сосуда, с силой тяжести,
действующей на жидкость (FT). Вывод свой запишите в виде равенства
или неравенства. При выполнении задания используйте чертеж.
ДАВЛЕНИЕ НА ДНЕ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ.
ИССЛЕДОВАНИЕ МОРСКИХ ГЛУБИН
Для дополнительного чтения
Глубина океанов достигает нескольких километров. Поэтому на
дне океана огромное давление. Так, например, на глубине 10 км
(а есть и ббльшие глубины) давление составляет около 100 000 000 Па
(100 000 кПа).
Несмотря на это, вследствие малой сжимаемости воды, плот-
ность ее на дне океанов лишь немного больше, чем вблизи по-
верхности.
Как показывают специальные исследования, и на таких больших
океанских глубинах живут рыбы и некоторые другие живые суще-
ства. Организм этих рыб приспособлен к существованию в условиях
большого давления. Их тела способны выдержать давление в мил-
лионы паскаль. Понятно, что такое же давление существует и
внутри самих рыб.
Человек при специальной тренировке может без особых пре-
85
Рис. 123
Рис. 1254	ТРис. 126
дохранительных средств погру-
жаться на глубины до 80 м, дав-'
ление воды на таких глубинах
около 800 кПа. На больших глу-
бинах, если не принять специаль-
ных мер защиты, грудная клетка
человека может не выдержать
давления воды.
При очистке дна рек, ремонте
подводных частей кораблей, пло-
тин, при подъеме затонувших су-
дов людям приходится работать
на разной глубине под водой.
Для этого применяют специаль-
ные водолазные костюмы (рис. 123).
Водолазный костюм изготовляют
из прорезиненной ткани и наде-
вают его поверх теплой одежды.
На верхнюю часть костюма на-
винчивают металлический шлем
с окошками из толстого стекла.
Ботинки водолаза имеют свинцо-
вые подошвы, а на его грудь и
спину надевают свинцовые грузы,
иначе водолаз в своем костюме
не погрузится в воду. В шлем
по шлангу непрерывно подают
воздух для дыхания. Однако шланг
стесняет движения водолаза под
водой и уменьшает расстояние,
на которое он может удаляться
от места погружения. На глубину
до 90 м водолазы могут опускать-
ся под воду, беря с собой запас
сжатого воздуха, накаченного в
прочные стальные баллоны. Та-
кое снаряжение называют аква-
лангом (рис. 124). Аквалангами
пользуются и спортсмены-плов-
цы.
Для исследования моря на
больших глубинах используют
батисферы и батискафы.
Батисфера — это очень проч-
ный стальной шар с окном из
толстого стекла (рис. 125). Внут-
ри шара находятся наблюдатели,
которые поддерживают связь с
людьми на поверхности моря при
помощи телефона. Батисферу
опускают в море на стальном
тросе со специального корабля.
86
Рис. 124
Батискаф (рис. 126) не связан тросом с кораблем. Он имеет
собственный двигатель и может передвигаться на большой глубине
в любом направлении.
55.	СООБЩАЮЩИЕСЯ СОСУДЫ
На рисунке 127 изображены два сосуда, соединенные между собой
резиновой трубкой. Такие сосуды называют сообщающимися. Лейка,
чайник, 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 прос-
той опыт. Две стеклянные трубки (рис. 127, а) соединяют резино-
вой трубкой. В начале опыта резиновую трубку в середине зажи-
Рис. 127
87
Рис. 129
Рис. 130	Рис. -131 Водомер-
ное стекло паро-
вого котла: 1 —
пар, 2 — кран, 3 —
водомерное стек-
Рис. 132	ло.
Рис. 133
мают и в одну из трубок нали-
вают воду. Затем зажим откры-
вают, и вода начинает перетекать
в другую трубку до тех пор, пока
поверхности воды в обеих труб-
ках не установятся на одном
уровне (рис. 127, б). Можно закре-
пить одну из трубок в штативе,
а другую поднимать, 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 по-
коящейся жидкости в сообщаю-
щихся сосудах любой формы
(рис. 129) находятся на одном
уровне.
В покоящейся жидкости дав-
ление на любом уровне аа, вв, сс
(рйс. 127, б) в обоих сообщающих-
ся сосудах одинаково. Одинаковы
и высоты столбов жидкости над
этими уровнями.
Если в одно колено сообща-
ющихся сосудов налить одну жид-
кость, а в другое — другую, то при
равновесии уровни этих жид-
костей не будут одинаковыми.
И это понятно. Мы знаем, что
. давление жидкости на дно сосуда
, прямо пропорционально высоте
столба и плотности жидкости.
При равенстве давлений высота
столба жидкости с большей плот-
ностью будет меньше высоты
столба жидкости с меньшей плот-
ностью (рис. 130).
1. Какие примеры сообщающих-
ся сосудов вы можете привести?
2. Как располагаются свобод-
ные поверхности однородной
жидкости в сообщающихся сосу-
дах? 3. Как располагаются сво-
бодные поверхности разнород-
ных жидкостей в сообщающихся
сосудах?
88
Упэ 1- На рисунке 131 показано водомерное стекло
г парового котла. Объясните действие этого прибора.
2. На рисунке 132 изображена модель нивелира
для проведения горизонтальной линии на местности.
Объясните его действие.
3. На рисунке 133 изображено устройство арте-
зианского колодца. Слой земли 2 состоит из песка или
другого скважистого материала, легко пропускающего
воду. Слои 1 и 3, наоборот, водонепроницаемые.
Объясните действие такого колодца.
ЗАДАНИЕ 1
1. На рисунке 134 изображен прибор, пред-
ставляющий собой высокую, закрытую со всех сторон
жестяную банку, в крышке которой сделано отвер-
Рис. 134
I
Шлюз канала
имени Москвы.
Рис. 135
89
Рис. 136

стие. В него на пробке можно
вставить воронку, затянутую рези-
новой пленкой. В боковой по-
верхности банки сделаны три
отверстия, в которые вставлены
узкие стеклянные трубки.
Изготовьте такой прибор,
наполните банку водой и ответьте
на вопросы:
1)	Почему высоты столбов
воды в трубках разные?
2)	Что показывают высоты
столбов воды в трубках?
Слегка надавливая на рези-
новую пленку в воронке, просле-
дите за изменением высоты стол-
бов воды в трубках.
3)	Почему высоты столбов
воды во всех трубках изменяются
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 устрой-
ства и объясните его действие.
ЗАДАНИЕ 2
Докажите, что высоты стол-
бов двух разнородных жидкостей
в сообщающихся сосудах обрат-
но пропорциональны плотностям
жидкостей.
Указание. Используйте
формулу для расчета давления
жидкости.
ЗАДАНИЕ Э
На рисунке 135 изображен
шлюз канала, а на рисунке 136 —
схема шлюзования судна. Внима-
тельно рассмотрите эту схему и
объясните действие шлюзов.
Какое известное вам явление ис-
пользуется в работе шлюза?
Рассмотрите схему распо-
ложения шлюзов Волго-Донско-
го судоходного канала им.
В. И. Ленина (рис. 137). На какую
высоту поднимается судно, иду-
щее через канал с Волги в Дон
и обратно с Дона в Волгу?
90
ЗАДАНИЕ 4	•) ч
На рисунке 138 изображена схема устройства
одного из видов водопровода. Объясните по этой
схеме действие водопровода. Какую роль в этой
схеме водопровода играет водонапорная башня?
Чем отличается эта система водопровода от систе-
мы, изображенной на рисунке 139?
56. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Воздушную оболочку, окружающую Землю,
называют атмосферой1. Атмосфера, как показали
наблюдения 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 океана, сжимают ниж-
ние слои. Воздушный слой, прилегающий непо-
средственно к Земле, сжат больше всего и со-
гласно закону Паскаля передает производимое
на него давление по всем направлениям.
В результате этого земная поверхность и тела,
находящиеся на ней, испытывают давление всей
толщи воздуха, или, как обычно говорят, испы-
тывают атмосферное давление.
Существованием атмосферного давления могут
быть объяснены многие явления.
На рисунке 140 изображена стеклянная труб-
ка, внутри которой находится поршень, плотно
прилегающий к стенкам трубки. Конец трубки
опущен в воду. Если поднимать поршень, то за
ним будет подниматься и вода. Происходит это
потому, что при подъеме поршня между ним
и водой образуется безвоздушное пространство.
В это пространство под давлением наружного
воздуха и устремляется вслед за поршнем вода.
Это явление используется в работе водяного
насоса.
На рисунке 141 изображен цилиндрический
сосуд. Сосуд закрыт пробкой, в которую вставле-
на трубка с краном. Из сосуда насосом откачи-
вают воздух. Затем конец трубки погружают в воду.
Если теперь открыть кран, то вода фонтаном
__________________________________________
1 Слово «атмосфера» происходит от двух гре-
ческих слов: «атмо с» — пар, воздух и «сфера» —
шар.
Рис. 140
	
Рис. 141
Рис. 142
91
Рис. 143
Рис. 144
брызнет внутрь сосуда. Вода поступает в сосуд
потому, что давление атмосферы больше давле-
ния разреженного воздуха в сосуде.
В дальнейшем мы рассмотрим еще ряд дру-
гих явлений, которые объясняются существовани-
ем атмосферного давления.
1. Что представляет собой атмосфера Земли? 2. В
результате чего создается атмосферное давление?
3. Опишите опыты, подтверждающие существование
атмосферного давления.
57. СУЩЕСТВОВАНИЕ ВОЗДУШНОЙ
ОБОЛОЧКИ ЗЕМЛИ
Как и все тела, молекулы газов, входящих в
состав воздушной оболочки Земли, притягиваются
к Земле.
Но почему же тогда все они не упадут на
поверхность Земли? Каким образом сохраняется
воздушная оболочка Земли, ее атмосфера? Чтобы
понять это, надо учесть, что молекулы газов,
составляющих атмосферу, находятся в непрерыв-
ном и беспорядочном движении. Но тогда возни-
кает другой вопрос: почему эти молекулы не
улетают в мировое пространство?
Для того чтобы совсем покинуть Землю, мо-
лекула, как и космический корабль или ракета,
должна иметь скорость не меньше 11,2^-. Это
так называемая вторая космическая скорость.
Средняя же скорость молекул воздушной обо-
лочки Земли значительно меньше этой космиче-
ской скорости. Поэтому большинство молекул
воздуха и «привязано» к Земле силой тяжести.
Беспорядочное движение молекул и действие
на них силы тяжести приводят в результате к
тому, что молекулы газов «парят» в пространстве
около Земли, 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
меньше 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 тысячи километ-
ров над Землей) атмосфера постепенно переходит
в безвоздушное пространство. Четкой границы
92
атмосфера не имеет. На рисунке 142 схематиче-
ски показана картина распределения молекул
газов в атмосфере Земли.
Строго говоря, вследствие действия силы тя-
жести плотность газа в любом закрытом сосуде
неодинакова по всему объему сосуда. Внизу
сосуда плотность газа больше, чем в верхних
его частях, поэтому и давление в сосуде не-
одинаково: на дне оно больше, чем вверху.
Однако это различие в плотности и давлении газа,
содержащегося в сосуде, столь мало, что его
можно во многих случаях совсем не учитывать.
Но для атмосферы, простирающейся на несколько
тысяч километров, различие это существенно.
1.	Почему молекулы газов, входящих в состав
атмосферы, не падают на Землю под действием
силы тяжести? 2. Почему молекулы газов, входящих
в состав атмосферы, двигаясь во все стороны, не
покидают Землю? 3. Как изменяется плотность
атмосферы с увеличением высоты?
Упр. 1- На рисунке 143 изображен прибор ливер,
служащий для взятия проб различных жидкостей.
Ливер опускают в жидкость, затем закрывают паль-
цем верхнее отверстие и вынимают из жидкости.
Когда верхнее отверстие ливера открывают, из него
начинает вытекать жидкость. Проделайте опыт и объ-
ясните действие этого прибора.
2.	На рисунке 144 изображена пипетка —при-
бор для получения капель жидкости. Проделайте
с пипеткой опыт и объясните ее действие.
3.	Какое физическое явление мы используем,
набирая чернила в автоматическую ручку?
4.	На рисунке 145 изображена автоматическая
поилка для птиц. Она состоит из бутылки, напол-
ненной водой и опрокинутой 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 горлышко
бутылки выйдет из воды, часть воды из бутылки
выльется. Почему? Когда прекратится вытекание
воды из бутылки?
58. ИЗМЕРЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО
ДАВЛЕНИЯ. ОПЫТ ТОРРИЧЕЛЛИ
Рассчитать величину атмосферного давления
так, как мы рассчитывали давление столба жид-
кости (§ 53), нельзя. Почему? Для такого расчета
145
146
Рис.
Рис.
93
Торричелли Эванджелиста (1608—
1647) — итальянский ученый, ученик
Галилея. Изобрел ртутный барометр
и объяснил его действие существова-
нием атмосферного давления, разра-
ботал ряд других вопросов в физике
и математике.
мы должны знать высоту атмос-
феры и плотность воздуха. Но
определенной границы у атмос-
феры нет, а плотность воздуха,
будучи наибольшей у поверхнос-
ти Земли, убывает с высотой.
Однако измерить атмосферное
давление можно с помощью опы-
та, предложенного в XVII в. итальянским ученым Торричелли.
Опыт Торричелли состоит в следующем: стеклянную трубку
длиной около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью.
Затем, плотно закрыв другой конец трубки, ее перевертывают,
опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец труб-
ки (рис. 146). Часть ртути при этом выливается в чашку, а в труб-
ке остается столб ее высотой около 760 мм. В трубке 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 равновесии. Значит, давление в трубке на уровне аа
(рис. 146) тоже равно атмосферному давлению. Но в верхней части
трубки воздуха нет, поэтому давление в трубке на уровне аа со-
здается только весом столба ртути в трубке.
Отсюда следует, что атмосферное давление равно давлению
столба ртути в трубке.
Измерив высоту столба ртути в опыте Торричелли, можно рас-
считать давление, которое производит ртуть, — оно и будет равно
атмосферному давлению.
Чем больше атмосферное давление, тем выше столб ртути в
опыте Торричелли, поэтому на практике атмосферное давление
измеряют 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.
Следовательно, за единицу атмосферного давления принимают
в этом случае 1 миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.). Можно
найти соотношение между этой единицей и известной нам едини-
цей давления — 1 Па.
Давление столба ртути высотой в 1 мм равно:
/>-9,8 — • 13600 Л 0,001 м=133 Па.
КГ	м
94
Итак, 1 мм рт. ст. = 133 Па (или приближенно
100 Па).
Наблюдая день за днем за высотой ртутного
столба в трубке, Торричелли обнаружил, что эта
высота меняется: то увеличивается, то уменьша-
ется. Отсюда он заключил, что атмосферное дав-
ление не постоянно, оно может меняться. Торри-
челли заметил также, что изменения атмосфер-
ного давления как-то связаны с изменением
погоды.
Прикрепив к трубке со ртутью в опыте
Торричелли вертикальную шкалу, получают
простейший ртутный барометр1 — прибор для из-
мерения атмосферного давления.
7)	1. Почему нельзя рассчитывать давление воздуха
• так же, как рассчитывают давление жидкости на дно
или стенки сосуда? 2. Объясните, как с помощью
трубки Торричелли можно измерить атмосферное
давление. 3. Что означает запись: «Давление ат-
мосферы равно 780 мм рт. ст.»? 4. Как называют
прибор для измерения атмосферного давления?
Как он устроен?
Упр. 1. Погрузите стакан в воду, переверните его
27	под водой вверх дном и затем медленно вытаскивай-
те из воды. Почему, пока края стакана находятся
под водой, вода остается в стакане (не выливается)?
2.	На рисунке 147 изображен водяной баро-
метр, устроенный Паскалем в 1646 г. Какой высо-
__________________________________________________ I
1 Слово «барометр» происходит от двух гре- j
ческих слов: «б а р о с» — тяжесть, «метре о» — из- !
меряю.
Рис. 147
Рис. 148
Рис. 149
95
ты был столб воды в этом барометре при атмосферном давлении, рав-
ном 760 мм рт. ст.?
3.	В 1654 г. Отто Герике в г. Магдебурге, чтобы доказать сущест-
вование атмосферного давления, произвел такой опыт: он выкачал воздух
из полости между двумя металлическими полушариями, сложенными
вместе. Давление атмосферы так сильно прижало полушария друг к другу,
что их не могли разорвать восемь пар лошадей (рис. 148). Вычислите силу,
сжимающую полушария, если считать, что она действует на площадь,
равную 2800 см2.
4.	Налейте в стакан воды, закройте листом бумаги и, поддерживая
лист рукой, переверните стакан вверх дном. Если теперь отнять руку от
бумаги (рис. 149), то вода из стакана не выльется. Бумага остается как
бы приклеенной к краям стакана. Почему? Ответ обоснуйте.
5.	Из трубки длиной 1 м, запаянной с одного конца и с краном на
другом конце, выкачали воздух. Поместив конец с краном в ртуть, открыли
кран. Заполнит ли ртуть всю трубку? Если вместо ртути взять воду, за-
полнит ли она всю трубку?
59.	БАРОМЕТР-АНЕРОИД1
В практике для измерения атмосферного давления используют
металлический барометр, называемый анероидом.
Внешний вид. анероида изображен на рисунке 150. Главная часть
его — металлическая коробочка 1 с волнистой (гофрированной) по-
верхностью (рис. 151). Из этой коробочки выкачан воздух, а чтобы
атмосферное давление не раздавило коробочку, крышку ее пружи-
ной 2 оттягивают вверх. При увеличении атмосферного давления
крышка прогибается вниз и натягивает пружину. При уменьшении
давления пружина будет выпрямлять крышку. К пружине с по-
мощью передаточного механизма 3 прикреплена стрелка-указатель 4,
1 А н е р о и д — в переводе с греческого — «б е з ж и д к о с т н ы й». Так
его называют потому, что он не содержит ртути.
96
которая передвигается вправо или влево при изменении давления.
Под стрелкой укреплена шкала, деления которой нанесены по по-
казаниям ртутного барометра. Так, число 750, против которого
стоит стрелка анероида (рис. 150), показывает, что в данный мо-
мент в ртутном барометре высота ртутного столба 750 мм.
Знание атмосферного давления весьма важно для предсказания
погоды на ближайшие дни, так как изменение атмосферного дав-
ления 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 давление?
ЗАДАНИЕ
На стене в физическом кабинете вашей школы висит ртутный баро-
метр или анероид. Соблюдая осторожность, научитесь определять по
нему давление воздуха. Проведите наблюдения за изменением атмо-
сферного давления в течение некоторого промежутка времени.
60.	АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ
НА РАЗЛИЧНЫХ ВЫСОТАХ
В жидкости давление, как мы знаем (§ 52), на разных уровнях
разное и зависит оно от плотности жидкости и высоты ее столба.
Вследствие малой сжимаемости плотность жидкости на различных
глубинах почти одинакова, поэтому, вычисляя давление, мы счи-
таем ее плотность постоянной и учитываем только изменение
уровня.
•Сложнее обстоит дело в газах. Газы сильно сжимаемы. А чем
сильнее газ сжат, тем больше его плотность и тем большее дав-
ление он производит.
Рис. 152
Слои воздуха у поверхности Земли сжаты всеми слоями возду-
ха, находящимися над ними. Но чем выше от поверхности слой
воздуха, тем слабее он сжат, тем меньше его плотность, а следо-
вательно, тем меньшее давление он производит. Если, например,
воздушный шар поднимается над поверхностью Земли, то давление
воздуха на шар становится меньше не только потому, что высота
столба воздуха над ним уменьшается, но еще и потому, что
уменьшается плотность воздуха — вверху она меньше, чем внизу.
Поэтому зависимость давления воздуха от высоты сложнее, чем
зависимость давления жидкости от высоты ее столба.
Наблюдения показывают, что атмосферное давление в местнос-
тях, 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.
Нормальное атмосферное давление равно 101 300 Па = 101,3 кПа ~
« 100 кПа.
На рисунке 152 показано изменение атмосферного давления с
высотой. При небольших подъемах в среднем на каждые 12 м подъ-
ема давление уменьшается на 1 мм рт. ст.
Зная зависимость давления от высоты, можно по изменению
показаний барометра определить высоту поднятия над уровнем моря.
Анероиды, имеющие шкалу, по которой непосредственно можно
отсчитать высоту поднятия, называют высотомерами. Их применяют
в авиации и при подъемах на горы.
1.	Чем объяснить, что давление атмосферы уменьшается по мере
увеличения высоты подъема над уровнем Земли? 2. Какое атмосферное
давление называют нормальным? 3. Как называют прибор для измере-
ния высоты по давлению атмосферы? Что он собой представляет?
Упр. 1. Объясните, почему при быстром спуске самолета пассажиры
28 испытывают боль в ушах.
2.	Чем объяснить, что при подъеме на самолете из заряженной
автоматической ручки начинают выливаться чернила?
3.	У подножия горы барометр показывает 760 мм рт. ст., а на
вершине — 722 мм ртч. ст. Какова высота горы?
4.	Выразите нормальное атмосферное давление в паскалях (Па).
Указание. Давление измеряется по формуле: p=pgh, где
г = 9,8-|г , Л = 760 мм =0,76 м, р= 13 600—з’
ЗАДАНИЕ,
С помощью барометра-анероида измерьте атмосферное давление
на первом и последнем этажах здания школы. Определите по полу-
ченным данным расстояние между этажами. Проверьте эти данные
непосредственным измерением.
98
61. МАНОМЕТРЫ
Для измерения давлений, больших или мень-
ших атмосферного, используют приборы мано-
метры1. Манометры бывают жидкостные и метал-
лические.
Рассмотрим сначала устройство и действие
открытого жидкостного манометра (рис. 153).
Он состоит из двухколенной стеклянной трубки,
в которую 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. 154). Если слегка нада-
вить пальцем на пленку, то уровень жидкости
в колене манометра, соединенном с коробкой,*
понизится, в другом же колене повысится (рис. 155).
Чем это объясняется? При надавливании на плен-
ку увеличивается давление воздуха в коробке.
По закону Паскаля это увеличение давления пе-
редается и жидкости в том колене манометра,
которое присоединено к коробке. Поэтому давле-
ние на жидкость в этом колене будет больше,
чем в другом, где на жидкость действует атмос-
ферное давление. Под действием силы этого
избыточного давления жидкость начнет переме-
щаться: в колене со сжатым воздухом жидкость
опустится, в другом — поднимется. Жидкость при-
дет в равновесие (остановится), когда избыточное
давление сжатого воздуха уравновесится давле-
нием, которое производит избыточный столб
жидкости в другом колене манометра.
Чем сильнее давить на пленку, тем выше
столб жидкости, тем больше его давление. Следо-
вательно, об изменении давления можно судить
по высоте этого столба.
На рисунке 156 показано, как таким манометром
можно измерять давление внутри жидкости. Чем
глубже погружать в жидкость коробочку, тем
больше становится разность высот столбов жид-
кости в коленах манометра, тем, следовательно,
и большее давление производит жидкость.
1 Слово «манометр» происходит от двух грече-
ских слов: «м а н о с» — редкий, неплотный, «м е т -
Р е о» — измеряю.
-21Я
Рис. 153
Рис. 154
4*
99
Установив коробочку прибора на какой-нибудь глубине внутри
жидкости, ее поворачивают пленкой вверх, вбок и вниз (рис. 157).
Показания манометра при этом не меняются. Как и следовало
ожидать, на одном и том же уровне внутри жидкости давление
по всем направлениям одинаково.
На рисунке 158 изображен металлический манометр. Основная
часть такого манометра — согнутая в дугу металлическая трубка 1
(рис. 159), один конец которой закрыт. Другой конец трубки по-
средством 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 упругости возвращается в прежнее
положение, а стрелка — к нулевому делению шкалы.
Рис. 157
100
1. Как называют приборы для измерения давлений, больших или мень-
ших атмосферного? 2. Как устроен и действует открытый жидкостный
манометр? 3. Как устроен металлический манометр?
62. ПОРШНЕВОЙ ЖИДКОСТНЫЙ НАСОС
В § 56 был описан опыт поднятия воды за поршнем в стеклян-
ной трубке под действием атмосферного давления. Это явление
используют в устройстве поршневых насосов.
Насос, схематически изображенный на рисунке 160 а, состоит из
цилиндра, внутри которого ходит вверх и вниз плотно прилегаю-
щий к стенкам поршень 1. В нижней части цилиндра и в самом
поршне установлены клапаны 2, открывающиеся только вверх. При
движении поршня вверх вода под давлением атмосферы входит
в трубу, поднимает нижний клапан и движется за поршнем.
При движении поршня вниз вода, находящаяся под поршнем,
давит на нижний клапан и он закрывается. Одновременно под дав-
лением воды открывается клапан внутри поршня, и вода переходит
в пространство над поршнем. При последующем движении поршня
вверх вместе с ним поднимается и находящаяся над ним вода,
которая и выливается в отводящую трубу. Одновременно за порш-
нем поднимается новая порция воды, которая при последующем
опускании поршня окажется над ним, и. т. д.
1. Какое явление используют в устройстве поршневого водяного насоса?
2. Как устроен и действует такой насос? 3. На какую предельную высо-
ту можно поднять воду этим насосом?
Упр.
29
1.	На какую предельную высоту можно поднять ртуть поршневым
насосом (см. рис. 160 а)? Ответ обоснуйте.
2.	на какую наибольшую высоту можно поднять спирт насосом?
101
Рис. 160 б. Порш-
невой насос с воз-
душной камерой:
1 — поршень, 2 —
всасывающий кла-
пан, 3 — нагнета-
тельный клапан,
4 — воздушная ка-
мера, 5 — рукоят-
ка.
3.	Объясните работу поршневого насоса с воз-
душной камерой (рис. 160 б). Какую роль играет в
этом насосе воздушная камера? Можно ли поднять
этим насосом воду с глубины, большей 10,3 м?
ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ
АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ
Для дополнительного чтения
Изучение атмосферного давления имеет боль-
шую и поучительную историю. Как и многие
другие научные открытия, оно тесно связано с
практическими потребностями людей.
Устройство насоса было известно еще в глу-
бокой древности. Однако и древнегреческий уче-
ный Аристотель, и его последователи объясняли
движение воды за поршнем в трубе насоса тем,
что «природа боится пустоты». Истинная же при-
чина этого явления — давление атмосферы — им
была неизвестна.
В конце первой половины XVII в. во Флорен-
ции — богатом торговом городе Италии — строили
так называемые всасывающие насосы. Устройство
такого насоса несложно: он состоит из вертикаль-
но расположенной трубы, внутри которой имеется
поршень. При подъеме поршня вверх за ним
поднимается вода, как в опыте, изображенном
на рисунке 140. При помощи этих насосов хо-
тели поднимать воду на большую высоту, но
насосы «отказывались» это делать.
Обратились за советом к Галилею. Галилей
исследовал насосы и нашел, что они исправны.
Занявшись этим вопросом, он указал, что насосы
Рис. 161а
л насосу
102
не могут поднять воду выше, чем на 18 итальянских локтей (прибли-
зительно 10 м). Но разрешить вопрос до конца он не успел.
После смерти Галилея эти научные исследования продолжил
его ученик —Торричелли. Торричелли занялся и изучением явления
поднятия воды за поршнем в трубе насоса. Он предложил заме-
нить длинную непрозрачную трубу насоса стеклянной трубкой,
а воду —ртутью. Впервые такой опыт (§ 58) был проделан его
учеником Вивиани в 1643 г.
Раздумывая над этим опытом, Торричелли пришел к заключению,
что истинной причиной поднятия в трубке ртути является давление
воздуха, а не «боязнь пустоты». Это давление производит воздух
своим весом. (А что воздух имеет вес —было уже доказано Га-
лилеем.)
Об опытах Торричелли узнал французский ученый Паскаль. Он
повторил опыт Торричелли с ртутью и водой. Однако Паскаль
считал, что для окончательного доказательства факта существова-
ния атмосферного давления необходимо проделать опыт Торричелли
один раз у подножия какой-нибудь горы, а другой раз на вершине
ее и измерить в обоих случаях высоту ртутного столба в трубке.
Если бы на вершине горы столб ртути оказался ниже, чем у под-
ножия ее, то отсюда следовало бы заключить, что ртуть в трубке
действительно поддерживается атмосферным давлением.
«Легко понять, — говорил Паскаль, —что у подножия горы воз-
дух оказывает большее давление, чем на вершине ее, меж тем
как нет никаких оснований предполагать, чтобы природа испыты-
вала большую боязнь пустоты внизу, чем вверху».
Такой опыт был проведен, он показал, что давление воздуха
на вершине той горы, где производились опыты, было почти
на 100 мм рт. ст. меньше, чем у подножия горы. Но Паскаль
этим опытом не ограничился. Чтобы еще раз доказать, что ртут-
ный столб в опыте Торричелли удерживается атмосферным давле-
нием, Паскаль поставил другой опыт, который он образно назвал
доказательством пустоты в пустоте.
Сейчас такой опыт Паскаля можно осуществить с помощью
прибора, изображенного на рисунке 161а, где Л —прочный полый
стеклянный сосуд, в который пропущены и впаяны две трубки:
одна —от барометра Б, другая (трубка с открытыми концами) —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 выка-
чивают насосом. По мере удаления воздуха уровень ртути в баро-
метре Б понижается, а в левом колене барометра В повышается.
Когда воздух будет полностью удален из сосуда А, 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 атмосферного давления поднимется на высоту h (рис.
161 б). Этим опытом Паскаль еще раз доказал существование атмос-
ферного давления. Опыты Паскаля окончательно опровергли теорию
Аристотеля о «боязни пустоты» и убедительно подтвердили суще-
ствование атмосферного давления.
103
Рис. 162
Рис. 163
а 5
63. действие жидкости и газа
НА ПОГРУЖЕННОЕ В НИХ ТЕЛО
Под водой мы можем легко поднять камень,
который с трудом поднимаем в воздухе. Если по-
грузить пробку под воду и выпустить там ее из
рук, то она всплывет. Как можно объяснить эти
явления?
Мы знаем (§ 53), 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.
Чтобы легче было рассуждать, выберем тело, ко-
торое имеет форму параллелепипеда с основания-
ми, параллельными свободной поверхности жид-
кости (рис. 162). Силы давления на боковые грани
тела попарно равны и уравновешивают друг друга.
Под действием этих сил тело только сжимается.
А вот силы, действующие на верхнюю и нижнюю
грани тела, неодинаковы. На верхнюю грань давит
сверху с силой F, столб жидкости высотой h
На уровне нижней грани тела давление производит
столб жидкости высотой h 2. Это давление, как
мы знаем (§ 52), передается внутри жидкости во все
стороны. Следовательно, на нижнюю грань тела
снизу вверх с силой F2 давит столб жидкости
высотой Л 2. Но h2 больше h ь — следовательно,
и сила F2 больше силы FПоэтому тело выталки-
вается из жидкости с силой F, равной разности сил
F2-Fy.
Рис. 164
Рис. 165
104
Архимед (287—212 гг. до нашей
эры) — древнегреческий ученый,
физик и математик. Установил за-
коны рычага, открыл закон гидро-
статики, носящий его имя.
Существование силы, вытал-
кивающей тело из жидкости, лег-
ко обнаружить на опыте.
На рисунке 163, а изображе-
но тело, подвешенное к пру-
жине со стрелкой на конце. Рас-
тяжение 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, выталкивающая это тело из жидкости.
Г азы, 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 этой
силы воздушные шары поднимаются вверх. Существование силы,
выталкивающей тело из газа, можно также наблюдать на опыте.
К укороченной чашке весов подвешивают стеклянный шар или
большую колбу, закрытую пробкой. 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 проти-
воположно силе тяжести, приложенной к этому телу, поэтому если
какое-либо тело взвесить в жидкости или газе, то его вес окажется
меньше веса в вакууме (пустоте) на числовое значение этой силы.
1. Как доказать, основываясь на законе Паскаля, существование вытал-
кивающей силы, действующей на тело, погруженное в жидкость? 2. Как
показать на опыте, что на тело, находящееся в жидкости, действует вытал-
кивающая сила? 3. Какие известные вам из жизни явления указывают на
существование выталкивающей силы? 4. Как на опыте показать, что и
на тело, находящееся в газе, действует выталкивающая сила?
64. АРХИМЕДОВА СИЛА
Величину силы, с которой тело, находящееся в жидкости, выталки-
вается ею, можно рассчитать. Но проще определить ее на опыте,
используя для этого прибор, изображенный на рисунке 165.
105
К пружине подвешивают небольшое ведерко и цилиндрической
формы тело, объем которого равен внутреннему объему ведерка. Растя-
жение пружины отмечает стрелка на штативе (рис. 165, а), показывая
вес тела в воздухе. Приподняв тело, под него подставляют отливной
сосуд с жидкостью и погружают тело целиком в жидкость (рис. 165, б).
При этом часть жидкости, равная по объему объему тела, выливается
из отливного сосуда в стаканчик. Указатель пружины поднима-
ется вверх, пружина сокращается, показывая уменьшение веса тела
в жидкости. В данном случае на тело, кроме силы тяжести, дейст-
вует еще и сила, выталкивающая его из жидкости. Если вылить
в ведерко жидкость из стаканчика, то она заполнит ведерко до-
верху. Указатель же пружины возвратится к своему начальному
положению (рис. 165, в).
На основании этого опыта можно заключить, что сила, выталки-
вающая целиком погруженное в жидкость тело, равна весу жидкос-
ти в объеме этого тела.
Если бы подобный опыт проделать с телом, погруженным в какой-
либо газ, то он показал бы, что сила, выталкивающая тело из газа, так-
же равна весу газа, взятого в объеме тела.
Силу, выталкивающую тело из жидкости или газа, называют
архимедовой силой, в честь древнегреческого ученого Архимеда,
который впервые указал на ее существование и рассчитал ее значение.
Если вес тела в вакууме P=gm, где т — масса тела, то вес этого же
тела в жидкости (или газе) Ру будет меньше на величину архимедо-
вой силы ГА, т. е.
Py=P-F^ или P}=gm-gm !,
здесь т t — масса жидкости или газа в объеме тела, находящегося в
жидкости (газе). Поэтому иногда говорят, что тело, находящееся в
жидкости (или газе), теряет в своем весе столько, сколько весит жид-
кость (или газ) в объеме, вытесненном телом.
Подсчитаем Архимедову силу, действующую на тело объемом
V в жидкости, плотность которой р.
Архимедова сила равна весу жидкости в объеме тела. Значит,
F\-P = gm =gRKK-
Итак,
F а = gftZ •
Пример. Определить выталкивающую силу, действующую на ка-
мень объемом 1,6 м3, в морской воде.
Дано:
V= 1,6 м3
1030
ж	м
Решение:
Fa = <?РжИ-
F =9,8 i-1030 —3'1,6 м3 = 16 480 Н ~ 16,5 кН.
КГ	МГ	’
106
1. Как можно на опыте определить, с какой силой тело, погруженное
целиком в жидкость, выталкивается из жидкости? 2. Чему равна эта сила?
3. Как называют силу, которая выталкивает тела, погруженные в жид-
кость и газы? 4. Как подсчитать архимедову силу?
Упр. 1. К коромыслу весов подвешены два цилиндра одинаковой массы:
30 свинцовый и алюминиевый. Весы находятся в равновесии. Нарушится ли
равновесие весов, если оба цилиндра одновременно погрузить в воду?
в спирт? Ответ обоснуйте. Проверьте его на опыте. Как зависит величи-
на выталкивающей .силы от объема тела?
2.	К коромыслу весов подвешены два одинаковых по объему алю-
миниевых цилиндра. Нарушится ли равновесие весов, если один цилиндр
погрузить в воду, другой — в спирт? Ответ обоснуйте. Проверьте егона опыте.
Зависит ли выталкивающая сила от плотности жидкости?
3.	К коромыслу весов подвешены два цилиндра одинакового объема:
железный и алюминиевый. С помощью дополнительного груза весы уравно-
вешены. Нарушится ли равновесие весов, если оба цилиндра погрузить
в воду? Ответ обоснуйте.
4.	Объем куска железа 0,1 дм3. Какая выталкивающая сила будет
на него действовать при полном погружении в воду? в керосин?
5.	Почему необходимо прикреплять к водолазному костюму свинцо-
вый груз?
ЛЕГЕНДА ОБ АРХИМЕДЕ
Для дополнительного чтения
Существует легенда о том, как Архимед пришел к открытию,
что выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме тела. Он раз-
мышлял над задачей, заданной ему сиракузским царем Гиероном
(250 лет до н. э.).
Царь Гиерон поручил ему проверить честность мастера, изготовив-
шего золотую корону. Хотя корона весила столько, сколько было
отпущено на нее золота, царь заподозрил, что она изготовлена из
сплава золота с другими, более дешевыми металлами. Архимеду
было поручено узнать, не ломая короны, есть ли в ней примесь
или нет.
Достоверно неизвестно, каким методом пользовался 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 плотности воды.
Архимеду надо было найти плотность вещества короны. Если
эта плотность оказалась бы больше плотности воды не в 19,3 раза,
а в меньшее число раз, значит, корона была изготовлена не из чистого
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. И вот однажды, когда он, находясь
в бане, погрузился в наполненную водой ванну, его внезапно осенила
мысль, давшая решение задачи. Ликующий и возбужденный своим
открытием, Архимед воскликнул: «Эврика! Эврика!», что значит:
«Нашел! Нашел!».
107
Архимед взвесил корону сначала в воздухе, затем в воде. По разнице
в весе он рассчитал выталкивающую силу, равную весу воды в объеме
короны. Определив затем объем короны, он смог уже вычислить
ее плотность. А зная плотность, ответить на вопрос царя: нет ли
примесей дешевых металлов в золотой короне?
Легенда говорит, что плотность вещества короны 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 опущены в нее, погружа-
ются все глубже, пока не достигают дна, и, пребывая в жидкости,
теряют в своем весе столько, сколько весит жидкость, взятая в объеме
тел.
Упр.
31 а
Предположив, что золотая корона царя Гиерона в воздухе весит 20 Н,
в воде 18,75 Н, вычислите плотность вещества короны.
Полагая, что к золоту было подмешено только серебро, определите,
сколько в короне было.золота и сколько серебра.
При решении задачи плотность золота считайте равной округленно
20 000 -Ц- плотность серебра — 10 000-^-.
м3	м3
65.	ПЛАВАНИЕ ТЕЛ
На тело, находящееся внутри жидкости, действуют две силы:
сила тяжести, направленная вертикально вниз, и архимедова сила,
направленная вертикально вверх. Под действием этих сил тело, если
вначале оно было неподвижно, будет двигаться в сторону большей
силы. При этом возможны три случая:
1)	если сила тяжести больше архимедовой силы, то тело будет
опускаться на дно, «тонуть»;
2)	если сила тяжести равна архимедовой силе, то тело может
находиться в равновесии в любом месте жидкости;
3)	если сила тяжести меньше архимедовой силы, то тело будет
подниматься из жидкости, «всплывать».
Рассмотрим последний случай подробнее.
Рис. 167
Пробка
108
Когда всплывающее тело достигнет поверхности жидкости, то
при дальнейшем его движении вверх архимедова сила будет умень-
шаться. Почему? Да потому, что будет уменьшаться объем погру-
женной части тела, а архимедова сила равна весу жидкости в объеме
погруженной части тела.
Когда архимедова сила станет равной силе тяжести, тело остано-
вится и будет плавать на поверхности жидкости, частично погрузив-
шись в нее. Полученный вывод легко проверить на опыте.
Полученный вывод легко проверить на опыте.
В отливной сосуд наливают воду до уровня боковой трубки.
После этого в сосуд погружают плавающее тело (рис. 166), пред-
варительно взвесив его в воздухе. Опустившись в воду, тело вы-
тесняет объем воды, равный объему погруженной части тела. Взве-
сив эту воду, находят, что ее вес (архимедова сила) равен силе
тяжести, действующей на плавающее тело, или весу этого тела
в воздухе.
Проделав такие же опыты с любыми другими телами, плаваю-
щими в разных жидкостях —в воде, спирте, в растворе соли, можно
убедиться, что вес в Ьоздухе плавающего тела равен весу жидкости,
вытесненной телом.
Легко доказать, что если плотность сплошного твердого тела больше
плотности жидкости, то тело в такой жидкости тонет. Тело с мень-
шей плотностью всплывает в этой жидкости. Тело же, плотность
которого равна плотности жидкости, остается в равновесии внутри
жидкости. Кусок железа, например, тонет в воде, но всплывает в ртути.
Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости,
тем меньшая часть тела погружена в жидкость (рис. 167).
Две несмешивающиеся жидкости, например вода и керосин, распо-
лагаются в сосуде в соответствии со своими плотностями: в нижней
части сосуда —более плотная вода (р = 1000 -Ц- ), сверху —более
кг	М
легкий керосин (р = 800	).
1.	Как показать на опыте, что вес жидкости, вытесненной плавающим
телом, равен весу тела в воздухе? 2. Чему равна выталкивающая сила, кото-
рая действует на тело, плавающее на поверхности жидкости? 3. Когда
тело, находящееся в жидкости, всплывает? плавает? тонет? 4. Как зависит
глубина погружения в жидкость плавающего тела от его плотности?
Упр. 1. На весах уравновесили отливной сосуд с водой (рис. 168, а).
32 В воду опустили деревянный брусок. Равновесие весов при этом нару-
109
Рис. 169
Рис. 171
шилось (рис. 168,6). Но когда вся вода, вытес-
ненная плавающим бруском, вытекла из сосуда,
равновесие весов восстановилось (рис. 168, в).
Объясните это явление.
2.	Почему плавает тяжелое судно, а гвоздь,
упавший в воду, тонет?
3.	На рисунке 169 изображено одно и то же
тело, плавающее в двух разных жидкостях. Плот-
ность какой жидкости больше? Почему? Что можно
сказать о силе тяжести, действующей на тело, и
архимедовой силе в том и другом случае?
4.	Деревянный поплавок сосвинцовым грузом
внизу опускают в воду, а потом в керосин. И в той
и в другой жидкости поплавок не тонет. В какую
из них он погрузится глубже?
5.	Яйцо тонет в пресной воде, но плавает
в соленой. Объясните почему. Пронаблюдайте это
сами на опыте.
6.	Изобразите графически силы, действующие
на тело, плавающее на воде, всплывающее на
поверхность воды, тонущее в воде.
7.	Пользуясь таблицей плотностей, определи-
те, какие металлы будут плавать в ртути, а какие —
тонуть.
8.	Будет ли кусок льда плавать в бензине?
в керосине? в глицерине?
9.	В каким порядке расположатся в одном
сосуде три несмешивающиеся между собой жид-
кости: вода, керосин и ртуть? Сделайте соответ-
ствующий рисунок и объясните его.
10.	Как в сосуде, содержащем воду, керосин
и ртуть, расположатся три сплошных шарика: проб-
ковый, парафиновый и стальной? Ответ обоснуйте.
Сделайте рисунок.
ЗАДАНИе
Французский ученый Декарт (1596—1650) для
демонстрации некоторых гидростатических явлений
придумал прибор.
Высокий стеклянный сосуд (банку) наполняли во-
дой, оставляя сверху сосуда небольшой объем воз-
духа. В этот сосуд опускали небольшую полую стек-
лянную фигурку. Фигурку наполняли частично водой
и частично воздухом, 1ак чтобы она только немного
выходила из воды. Сверху стеклянный сосуд плотно
закрывали куском тонкой кожи. Нажимая на эту кожу,
можно было по желанию заставить фигурку плавать
в воде и на воде, а также тонуть.
Изготовьте такой прибор и проделайте с ним
опыты. Фигурку замените небольшим поплавком, а
сосуд закройте резиновой пленкой (рис. 170).
110
В другом варианте такой прибор изображен на рисунке 171.
В бутылку воздух вдувают ртом через резиновую трубку.
Объясните действие прибора.
Продемонстрируйте на этом приборе закон Паскаля, архимедову
силу и законы плавания тел.
66. ПЛАВАНИЕ СУДОВ
Суда, плавающие по рекам, озерам и морям, построены из раз-
ных материалов с различной плотностью. Корпус судов обычно
делают из стальных 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, принимают на борт
и перевозят большие грузы?
Опыт с плавающим телом (§ 65) показал, что тело вытесняет
своей подводной частью столько воды, что вес этой воды равен
весу тела в воздухе. Это справедливо и для любого судна. Вес
воды, вытесняемой подводной частью судна, равен весу судна с гру-
зом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом.
Глубину, на которую судно погружается в воду, называют осадкой.
Наибольшая допускаемая осадка отмечена на корпусе судна красной
линией, называемой ватерлинией (от голландского слова «ватер» —
вода). Вес вытесняемой судном воды при погружении до ватерлинии,
равный силе тяжести, действующей на судно с грузом, называют
водоизмещением судна.
Сейчас для перевозки нефти строят суда водоизмещением до
5 000 000 килоньютонов (кН), т. е. имеющие вместе с грузом мас-
су 500 000 т.
Теплоход «Валериан Куйбышев»
(развивает скорость до 26 км/ч).
Атомный ледокол «Арктика».
В нашей стране много судоходных рек, больших озер и морей.
Каналы, построенные в годы Советской власти, позволили соединить
между собой пять морей: Черное, Азовское, Каспийское, Балтийское
и Белое. Наше государство ведет большую торговлю с зарубежными
странами. Водный транспорт —самый дешевый вид транспорта, осо-
бенно для перевозок различных грузов. 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 водоизмещением судна?
Упр. 1. Как изменится осадка корабля при переходе из реки в море?
33 Ответ объясните.
Айсберг.
2. Сила тяжести, действующая на судно,
100 000 кН. Какой объем воды вытесняет это судно?
ЗАДАНИЕ
На рисунке 172 изображены два прибора, пла-
вающ <е в воде, называемые ареометрами. Они
применяются для измерения плотности жидкости.
На рисунке 172,а изображен ареометр для изме-
рения плотностей жидкостей более легких, чем вода,
а на рисунке 172, б —для более тяжелых, чем вода.
Цифрой 1000 обозначена плотность воды:
JJ-1000-^-.
1) Опишите действие таких приборов.
2) Из пробирки или деревянной палочки с кусоч-
ками свинца изготовьте ареометры для измерения
плотностей жидкостей, более легких и более тяжелых,
чем вода.
67. ВОЗДУХОПЛАВАНИЕ
С давних времен люди мечтали о возможности
летать над облаками, плавать в воздушном океане,
как они плавали по морю. Для воздухоплавания
сначала использовали воздушные шары (рис. 173).
Воздушные шары раньше наполняли теплым
воздухом, сейчас наполняют газом — водоро-
дом или гелием. 1 м3 водорода весит при нор-
мальном давлении всего 0,9 Н, гелия — 1,8 Н, тогда
как 1 м 3 воздуха весит 13 Н. Отсюда следует, что
на шар объемом 1 м3, наполненный водородом,
действует в воздухе выталкивающая сила, равная
весу 1 м3 воздуха, т. е. 13 Н, и этот шар способен
поднять в воздух груз весом 13 Н —0,9 Н = 12,1 Н.
Разность между весом 1м 3 воздуха и весом такого
же объема газа называют подъемной силой 1 м3
газа. Следовательно, подъемная сила 1 м 3 водоро-
да равна 12,1 Н, подъемная же сила 1 м3 гелия равна
13 Н —1,8 Н = 11,2 Н. Подъемная сила водорода
больше подъемной силы гелия, но для наполнения
воздушных шаров более удобен гелий, так как он
не горит.
По мере 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 взятый для этой
цели балласт (высыпают песок из мешков) и этим
Рис. 173
113
Рис. 174
облегчают шар. В конце концов воздушный шар
достигает своей предельной высоты подъема. Для
спуска шара из его оболочки при помощи специ-
ального клапана выпускают часть газа.
Для исследования верхних слоев атмосферы
в различных пунктах страны ежедневно запускают
небольшие, диаметром 1—2 м, воздушные шары-
зонды. Они поднимаются на высоту 35—40 км.
Эти шары снабжены очень легкими приборами,
посылающими по радио сигналы о высоте полета,
о давлении^ температуре и влажности воздуха.
По направлению 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 по-
годы (см. цветную вклейку IV).
Для исследований верхнего слоя атмосферы —
стратосферы — еще не так давно применялись
огромные воздушные шары объемом 20 000 —
30 000 м3, называемые стратостатами.
Рекордный по высоте подъем стратостата был
осуществлен в СССР в 1934 г. Отважные совет-
ские стратонавты Федосеенко, Басенко и Усыскин
на стратостате «Осоавиахим-I» достигли высоты
22 км. Однако при спуске стратостат потерпел
аварию, в результате которой герои-воздухопла-
ватели погибли.
Воздушные шары — это летательные аппараты,
которые легче воздуха.
В настоящее время основной вид воздушного
транспорта — самолеты. Самолет тяжелее воздуха,
его подъем и полет основаны на законах при-
роды, которые будут рассмотрены при изучении
физики в старших классах школы.
Рис. 175
Упр
34
1. На весах уравновешена бутылка, внутри
которой находится сжатый воздух. Через пробку
бутылки пропущена стеклянная трубка с краном,
на наружном конце которой привязана оболочка
резинового шара (рис. 174,а). Если часть воздуха
из бутылки перейдет в оболочку и раздует ее
(рис. 174,6), то равновесие весов нарушится.
Проделайте в классе такой опыт. Объясните на-
блюдаемое явление.
2. На весах уравновешен легкий стеклянный
шар. Если поместить весы под колокол воздушного
насоса и откачать воздух, то равновесие весов
нарушится (рис. 175). Почему?
РАБОТА И МОЩНОСТЬ. ЭНЕРГИЯ
68. МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА. ЕДИНИЦЫ РАБОТЫ
В обыденной жизни слрвом «работа» мы называем всякий полез-
ный труд рабочего, инженера, ученого, учащегося.
Понятие работы в физике несколько иное — это определенная физи-
ческая величина, для измерения которой служат специальные единицы.
В физике изучают прежде всего механическую работу.
Рассмотрим примеры механической работы.
При подъеме камня руками совершается механическая работа
мускульной силой рук.
Поезд движется под действием силы тяги электровоза, при этом
совершается механическая работа.
При выстреле из ружья сила давления пороховых газов совершает
работу — перемещает пулю вдоль ствола, скорость пули при этом
увеличивается.
Механическая работа совершается и в том случае, когда сила,
действуя на тело (например, сила трения), уменьшает скорость его
движения.
Из этих примеров видно, что механическая работа совершается,
когда тело движется под действием силы.
Если есть сила, а нет перемещения, то нет и работы. На неподвиж-
ный груз, висящий на веревке, действует сила тяжести, но груз
не перемещается, поэтому механическая работа в этом случае не
совершается. Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него надав-
ливаем, но если он при этом в движение не приходит, то меха-
нической работы мы не совершаем.
Можно мысленно представить себе случай, когда тело движется
без участия сил (по инерции), в этом случае механическая работа
также не совершается. Без действия на тело силы не может быть
и работы. Итак, механическая работа совершается тогда, когда
на движущееся тело действует сила.
В дальнейшем, говоря о механической работе, мы будем кратко
называть ее одним словом — работа.
Очень важно уметь рассчитывать работу. Нетрудно понять, что
совершенная работа зависит от силы и от длины пути.
Допустим, что мы подняли груз массой 1 кг на высоту 1 м.
Для этого нам пришлось приложить силу 9,8 Н. Мы совершили
при этом определенную работу. Чтобы поднять на ту же высоту
груз массой 5 кг, мы должны приложить силу, в 5 раз большую.
Совершенная работа в этом случае также будет в 5 раз больше.
Ведь работу при поднятии груза массой 5 кг на высоту 1 м можно
рассматривать как работу при поднятии груза массой 1 кг на высоту
1 м, повторенную 5 раз.
115
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 одинакова. Поэтому работа, совершенная при поднятии груза
на 3 м, будет в 3 раза больше работы, совершаемой при поднятии
его на 1 м.
Рассмотренные примеры показывают, что механическая работа
прямо пропорциональна силе и прямо пропорциональна длине пути.
Поэтому условились измерять механическую работу произведением
силы на путь, пройденный по направлению силы:
работа = сила X путь,
или
A = Fs,
где А — работа, F— сила и s— пройденный путь.
Итак, механическая работа есть физическая величина. Как и всякая
величина, работа может быть измерена в особых единицах.
За единицу работы принимают работу, совершаемую силой,
равной единице силы, на пути, равном единице пути.
Если за единицу силы принять 1 Н, а за единицу пути —1м,
то работа будет равна единице работы. Единицу работы назы-
вают джоулем (сокращенно Дж), в честь английского ученого
Джоуля, который провел важные для науки опыты по измерению
работы.
1 джоуль = 1 ньютон X1 метр, или 1 Дж = 1 Н - м.
1000 Дж = 1 кДж.
Пример 1 Трактор при пахоте тянет плуг с силой 10000 Н.
Какая работа совершается при этом на пути 200 м?
Дано:
F = 10 000 Н
5 = 200 м
А — ?
Решение:
Применив формулу для подсчета работы
А = Fs,
получим:
Л = 10 000 Н  200 м = 2 000 000 Дж = 2,0 • 106 Дж.
Пример 2. Подсчитать работу, совершаемую при подъеме гра-
нитной плиты объемом 0,5 м3 на высоту 20 м. Плотность гранита
2500 Дг.
м
Дано:
Г = 0,5 м3
р = 2500-^-
h = 20 м
А — ?
Решение:
Работу по подъему плиты вычисляем по фор-
муле А = Fs, где F — сила тяжести, действующая
на плиту, которую можно определить по массе
плиты, зная объем плиты и плотность гранита:
т = рИ; s = h, т. е. высоте подъема.
116
Итак, т = 2500 -^-0,5 м3 = 1250 кг.
F = 9,8 £-1250 кг = 12 250 Н.
А = 12 250 Н • 20 м = 245 000 Дж.= 245 кДж.
1.	Какие два условия необходимы для совершения механической работы?
2. От каких двух величин зависит совершенная работа? 3. Что принимают
за единицу работы? 4. Дайте определение единицы работы джоуль.
Упр. 1. в каких из нижеперечисленных случаях совершается механическая
35 работа: мальчик влезает на дерево; девочка играет на пианино; человек
стоит с мешком зерна на спине; рабочий подпирает плечом дверь; вода
давит на стенку сосуда?
2.	Можно ли назвать возню мартышки с чурбаном из басни Крылова
«Обезьяна» механической работой? трудом? Ответ обоснуйте.
3.	По гладкому горизонтальному льду катится стальной шарик.
Допустим, что сопротивление движению шарика (трение о лед, сопро-
тивление воздуха) отсутствует. Совершается ли при этом работа?
4.	При помощи подъемного крана подняли груз массой 2500 кг на
высоту 12 м. Какая работа при этом совершена?
5.	Какая работа совершается при подъеме гидравлического молота
массой 20 т на высоту 120 см?
6.	Электровоз равномерно движет состав массой 3000 т по гори-
зонтальному пути длиной 5 км. Определите работу электровоза, совер-
шенную им на этом участке пути, если сила трения составляет 0,003 от
веса состава.
ЗАДАНИЯ
1. Подсчитайте работу, которую вы совершаете, равномерно подни-
маясь с первого на второй этаж здания школы. Все необходимые дан-
ные получите сами, результат запишите в тетрадь.
2. Рассчитайте, какую работу вы совершаете, равномерно проходя
1 км пути по горизонтальной дороге. Результаты запишите в тетрадь.
Указание. Человек, равномерно идя по ровному горизонтальному
пути, совершает примерно 0,05 той работы, которая требовалась бы для
поднятия этого человека на высоту, равную длине пути.
69. МОЩНОСТЬ. ЕДИНИЦЫ МОЩНОСТИ
На совершение одной и той же 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 перетаскивал рабочий, то ему для
этого потребовался бы целый рабочий день. Другой пример. Гектар
земли 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 — быстрее, чем лошадь. Быстроту выполнения
работы в технике характеризуют особой величиной, называемой мощ-
ностью.
117
Мощностью называется величина, численно равная работе, со-
вершенной в единицу времени.
Мощность показывает, какая работа совершается в единицу време-
ни. Мощность можно рассматривать как скорость совершения работы.
Чтобы вычислить мощность, надо работу разделить на время, в тече-
ние которого совершена эта работа:
работа	А
мощность =------, или /V = — ,
время	t
где N— мощность, А — работа, г—время выполнения работы.
За единицу мощности принимают такую мощность, при которой
в единицу времени совершается работа, равная единице работы.
Если за единицу работы принять 1 Дж, а за единицу времени 1 с, то
единицей мощности будет 1	. Такую единицу называют ват-
W
том (Вт).
,	1 джоуль . о 1 Дж
1 ватт = —----— , или 1 Вт =—.
1 секунда	1 с
В технике широко используют более крупные единицы мощности —
киловатт (кВт), мегаватт (МВт), «лошадиную с и л у» (л. с.),
1 кВт = 1000 Вт; 1 МВт = 1 000 000 Вт; 1 л. с. = 736 Вт.
Пример. Найти мощность потока воды, протекающей через пло-
тину, если высота падения воды 25 м и расход ее 120 м3 в минуту.
Решение.
Масса падающей воды: т = рИ,
т -1000 -Ц- • 120 м3 = 120 000 кг.
м
Сила тяжести, действующая на воду: F=gm,
F=9,8 — • 120000 кг -1 200000 Н .
КГ
Работа, совершаемая потоком в минуту: A =Fh,
А = 1 200 000 Н • 25 м = 30 000 000 Дж.
А
Мощность потока: N=-y~ ; t = 1 мин = 60 с.
N= 30 °0? 000 Дж =500000 Вт = 0,5 МВт.
60 с
Различные двигатели имеют мощности от сотых и десятых долей
киловатта (двигатель электрической бритвы, швейной машины) до
сотен тысяч киловатт (водяные 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 прыжки, взбегая по лестнице, человек
может развивать мощность до 730 Вт, а в отдельных случаях и большую.
118
Примеры мощностей двигателей, кВт
Автомобиль «Волга» Тепловоз Электровоз	72 3000 4000	Атомный ледокол «Ленин» Атомный ледокол «Арктика» Двигатель космических ракет	32 500 55 200 20 000 000
Зная мощность двигателя, можно рассчитать работу, совершаемую
этим двигателем в течение какого-нибудь промежутка времени. Из фор-
л
мулы ]\[ = — следует, что
A = Nt.
Пример. Двигатель комнатного вентилятора имеет мощность
35 Вт. Какую работу он совершает за 10 мин?
Решение.
A- Nt,
А = 35 Вт-600 с = 21000 Вт• с = 21 ООО Дж = 21 кДж.
1.	Что показывает мощность? 2. Как вычислить мощность, зная работу
и время? 3. Какая мощность принята за единицу мощности? 4. Какие
единицы мощности используют в технике? 5. Как, зная мощность двига-
теля и время его работы, рассчитать совершенную двигателем работу?
Упр. 1. С плотины высотой 22 м за 10 мин падает 500 т воды. Какая
36 мощность развивается при этом?
2.	Какова мощность человека при ходьбе, если за 2 ч он делает
10 000 шагов и за каждый шаг совершает 40 Дж работы?
3.	Какую работу совершает двигатель мощностью 100 кВт за 20 мин?
4.	Транспортер за 1 ч поднимает 30 м3 песка на высоту 6 м.
Определите необходимую для этой работы мощность двигателя. Плот-
ность песка 1500-^т.
м
ЗАДАНИЯ
1.	Подсчитайте мощность, которую вы развиваете, равномерно под-
нимаясь медленно и быстро с первого на второй или третий этаж
школы. Все необходимые данные получите сами.
2.	Установите по паспорту мощность электродвигателей у токарных
и сверлильных станков в мастерских школы.
3.	Установите, на какую мощность рассчитаны двигатели автомо-
билей и тракторов, которые вы знаете или встречаете.
70.	ПРОСТЫЕ МЕХАНИЗМЫ
С незапамятных времен человек использует для совершения
механической работы различные приспособления.
Каждому известно, что тяжелый предмет (камень, шкаф, станок),
который невозможно передвинуть непосредственно, сдвигают с места
119
при помощи достаточно длинной и прочной пал-
ки-рычага (рис. 176. а, б).
С помощью рычагов три тысячи лет назад
при строительстве пирамид (рис. 177) в Древнем
Египте передвигали и поднимали на большую вы-
соту тяжелые каменные плиты.
Во многих случаях, вместо того чтобы под-
нимать тяжелый груз на некоторую высоту, его вка-
тывают или втаскивают на ту же высоту по
наклонной плоскости (рис. 178) или поднимают
с помощью блока (рис. 179).
Приспособления, служащие для преобразования
силы, называют механизмами. К простым механиз-
мам относятся: рычаг и его разновидности — б л о к,
ворот; наклонная плоскость и ее разновиднос-
ти — к л и н, винт.
Простые механизмы имеются и в бытовых, и
во всех сложных заводских и фабричных машинах,
которые режут, скручивают и штампуют большие
листы стали или вытягивают тончайшие нити,
из которых делают ткани. Эти же механизмы
можно обнаружить и в современных сложных авто-
матах, печатных и счетных машинах.
Ознакомившись с работой простых механизмов,
можно легче разобраться в устройстве и сложных
машин.
1. Что называют простыми механизмами? 2. Для
какой цели применяют простые механизмы?
3. Какой простой механизм применяли при строи-
тельстве пирамид в Египте?
Рис. 177
120
71.	РЫЧАГ. РАВНОВЕСИЕ СИЛ
НА РЫЧАГЕ
Рычаг представляет собой твердое тело, кото-
рое может вращаться вокруг неподвижной опоры.
На рисунке 176 показано, как рабочий для под-
нятия груза использует в качестве рычага лом.
В первом случае (а) рабочий с силой F нажимает
на конец лома В вниз, во втором (6) — припод-
нимает конец В.
Рабочему нужно преодолеть вес груза Р, силу,
направленную вертикально вниз. Он поворачивает
для этого лом вокруг оси, проходящей через
единственную неподвижную точку лома —точку
его опоры О. Сила F, с которой рабочий дейст-
вует на рычаг и в том и в другом случае, меньше
силы Р, т. е. рабочий, как говорят, получает
выигрыш в силе. Таким образом, при помощи
рычага можно поднять такой тяжелый груз, ка-
кой без рычага поднять нельзя.
Отчего получается выигрыш в силе? Чтобы
ответить на этот вопрос, рассмотрим подробнее
устройство и действие рычага.
На рисунке 180 изображен рычаг, ось враще-
ния которого О (точка опоры) расположена между
точками приложения сил А и В. На рисунке
181 — схема этого рычага. Обе силы Fy и F2, дейст-
вующие на рычаг, направлены в одну сторону.
Кратчайшее расстояние между точкой опоры
и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила,
называется плечом силы.
121
Подборщик-копнитель (поднимает копну массой 300 кг).
Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпенди-
куляр на линию действия силы. Длина этого перпендикуляра и будет
плечом данной силы. На рисунке 181 видно, что ОЛ — плечо силы Fy\
ОВ — плечо силы Г2.
Силы, действующие на рычаг, могут повернуть его вокруг оси в
двух направлениях: по ходу или против хода часовой стрелки. Так,
сила (рис. 181) вращает рычаг по ходу часовой стрелки, а сила
F2 вращает его против хода часовой стрелки.
Условие, при котором рычаг находится в равновесии под действием
приложенных к нему сил, можно установить на опыте. При этом
надо помнить, что результат действия силы зависит не только от
ее числового значения (модуля), но и от того, в какой точке она
приложена к телу и как направлена.
К рычагу (рис. 181) по обе стороны от точки опоры подвешивают
различные грузы так, чтобы рычаг каждый раз оставался в равновесии.
Действующие на рычаг силы равны весам этих грузов. Для каждого слу-
чая измеряют модули сил и их плечи. На рисунке 181 показано, что
сила 2 Н уравновешивает силу 4 Н. При этом, как видно из рисунка,
плечо меньшей силы в 2 раза больше плеча большей силы.
На основании таких опытов было установлено правило равновесия
рычага: рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действую-
щие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.
Это правило можно записать в виде формулы
_f±=_k.
Ft /, ’
где F} и /^ — силы, действующие на рычаг, /, и /2 —плечи этих сил
(рис. 181).
122
Правило равновесия рычага было установлено Архимедом.
Из этого правила видно, что меньшей силой можно удержать
или переместить при помощи рычага большую силу, нужно только
подобрать для этого плечи определенной длины. Например, на нашем
рисунке (рис. 176, а) одно плечо рычага примерно в 2 раза больше
другого. Значит, прикладывая в точке В силу, например, в 400 Н,
рабочий может поднять камень в 800 Н, т. е. массой в 80 кг.
Чтобы поднять еще более тяжелый груз, нужно увеличить длину
плеча рычага, на которое действует рабочий.
Пример. Какая сила требуется (без учета трения) для поднятия
с помощью рычага камня массой 240 кг? Плечо силы 2,4 м, плечо
силы тяжести, действующей на камень, 0,6 м.
Решение.
По правилу равновесия рычага
_L=_k
Р /i ’
откуда
F-P-j2-"
* 1
Вес камня P=gm, Р=9,8 — • 240 кг— 2400 Н.
Тогда	F- 2400 Н • 4’!“ “ 600 Н.
2,4 м
1. Что представляет собой рычаг? 2. Что называют плечом силы?
3. Как найти плечо силы? 4. Какое действие оказывают на рычаг силы?
5. В чем состоит правило равновесия рычага? 6. Кто установил правило
равновесия рычага?
123
ЗАДАНИЕ
Рис. 182
Рис. 183
Рис. 184
Положите под середину линейки маленькую
опору так, чтобы линейка находилась в равновесии.
Уравновесьте на полученном рычаге монеты в
5 и 1 к. Измерьте плечи сил и проверьте условия
равновесия рычага. Повторите работу, используя
монеты в 2 и 3 к.
Определите, пользуясь этим рычагом, вес спи-
чечной коробки.
Примечание. Монеты в 1, 2, 3 и 5 к.
имеют массы соответственно 1, 2, 3 и 5 г.
72.	ПРИМЕНЕНИЕ РЫЧАГОВ
В ТЕХНИКЕ И БЫТУ
Правило рычага лежит в основе действия раз-
личного рода инструментов и устройств, применяе-
мых в технике и быту там, где требуется выигрыш
в силе.
Выигрыш в силе мы имеем при работе с ножни-
цами. Ножницы —это рычаг (рис. 182),
ось вращения которого проходит через винт, соеди-
няющий обе половины ножниц. Действующей си-
лой F) является мускульная сила руки человека,
сжимающего ножницы; противодействующей си-
лой F2 — сопротивление того материала, который
режут ножницами. В зависимости от назначения
ножниц их устройство бывает различным. Контор-
ские ножницы, предназначенные для резки бумаги,
имеют длинные лезвия и почти такой же длины
ручки, так как для резки бумаги не требуется
124
большой силы, а длинным лезвием удобнее резать по прямой линии.
Ножницы для резки листового металла (рис. 183) имеют ручки гораздо
длиннее лезвий, так как сила сопротивления металла велика и для ее
уравновешивания плечо действующей силы приходится значительно
увеличивать. Еще больше разница между длиной ручек и расстоянием
режущей части от оси вращения в кусачках (рис. 184), предназна-
ченных для перекусывания проволоки.
Рычаги различного вида имеются у многих машин. Ручка швейной
машины, педали или ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля
и трактора, клавиши пишущей машинки и пианино — все это примеры
рычагов, используемых в данных машинах и инструментах.
Примеры применения рычагов вы можете найти в своей школьной
мастерской. Это рукоятки тисков и верстаков, рычаг сверлильного
станка и т. д.
1.	Приведите примеры применения рычагов в быту, в технике, в школь-
ной мастерской. 2. Объясните, почему ножницы и кусачки дают выигрыш
в силе.
изображенных на
положении груза
меньше давит на
Упр. 1. Укажите точку опоры и плечи сил у рычагов,
37 рисунке 185, а, б, в, г, д, е, ж, з, и. При каком
(д, е) палка, которую используют при переносе груза,
плечо? Ответ обоснуйте.
2.	Объясните действие весла как рычага (рис. 186).
3.	На рисунке 187 изображен разрез предохранительного кла-
пана1. Рассчитайте, какой груз Р надо повесить на рычаг, чтобы пар
через клапан не выходил. Давление в котле в 12 раз больше нормального
атмосферного давления воздуха. Площадь клапана 5=3 см2, вес
клапана и вес рычага не учитывать. Плечи сил измерьте по рисунку.
1 Предохранительный клапан — особое приспособление, от-
крывающее, например, отверстие в паровом котле, когда давление пара
в нем становится больше нормы.
◄ Передвижной подъемный кран.
4.	На рисунке 188 изобра-
жена схема подъемного кра-
на. Рассчитайте, какой груз мож-
но поднимать при помощи этого
крана, если масса противовеса
1000 кг.
ЗАДАНИЯ
1. Рассмотрите устройство
плоскогубцев (или кусачек, щип-
цов для сахара, ножниц для жес-
ти). Найдите у них ось вращения,
плечо силы сопротивления и
плечо действующей силы. Под-
считайте, какой выигрыш в силе
может дать данный инструмент.
2. Осмотрите у себя дома
бытовые машины и инструменты:
мясорубку, швейную машину, нож
для открывания консервов, щип-
цы и др. Какие вы обнаружите
в них дростые механизмы? Ука-
жите в этих механизмах точку
опоры, точки приложения сил,
плечи.
73.	ПРИМЕНЕНИЕ РЫЧАГА
В УСТРОЙСТВЕ ВЕСОВ
Лабораторные весы, изобра-
женные на рисунке (с. 36 ), дей-
ствуют как равноплечий рычаг.
На принципе рычага устроены
и десятичные весы (с. 38 ). В де-
сятичных весах масса гирь, по-
ставленных на чашку, составляет
0,1 часть массы взвешиваемого
груза. У этих весов плечо, к ко-
торому подвешена чашка с гиря-
ми, в 10 раз длиннее плеча, не-
сущего груз. Это значительно
упрощает взвешивание больших
грузов. Взвешивая груз на деся-
тичных весах, следует умножить
массу гирь на 10. В десятичных
весах имеется простое, остроум-
126
ное устройство, благодаря кото-
рому платформа, поднимаясь и
опускаясь, всегда остается гори-
зонтальной. В сотенных весах
масса гирь составляет только
0,01 часть массы груза.
Устройство весов для взвеши-
вания грузовых вагонов, автомо-
билей и повозок также основано
на законах рычага.
74.	ПРИМЕНЕНИЕ
ЗАКОНА РАВНОВЕСИЯ
РЫЧАГА К БЛОКУ
Блок представляет собой коле-
со с желобом, укрепленное в
обойме (рис. 189). По желобу
блока пропускают веревку, трос
или цепь.
Неподвижным блоком называ-
ют такой блок, ось которого
при поднятии грузов не подни-
мается и не опускается.
Неподвижный блок можно
рассматривать как равноплечий
рычаг, у которого плечи сил рав-
ны радиусу колеса (рис. 190):
ОА==ОВ = г. Такой блок не дает
выигрыша в силе (Р=Т), но поз-
воляет менять направление дейст-
вия силы.
На рисунке 191 изображен
подвижной блок (ось блока под-
нимается и опускается вместе
с грузом), а на рисунке 192 —
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 О А, то сила F в 2 раза
, Р
меньше силы Р. F= -у-.
Таким образом, подвижной блок
дает выигрыш в силе в 2 раза.
Обычно на практике приме-
няют комбинацию неподвижного
блока с подвижным (рис. 193).
127
На рисунке 194 показано применение подвижного (/) и неподвиж-
ного (2, 3) блоков в автокране.
1.	Какой блок называют неподвижным и какой подвижным? 2. Для какой
цели применяют неподвижный блок? 3. Какой выигрыш в силе дает под-
вижной блок? 4. Можно ли рассматривать неподвижный и подвижной
блоки как рычаги? Начертите схемы таких рычагов. 5. Назовите знако-
мые вам примеры применения на практике блока.
75.	РАВЕНСТВО РАБОТЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
ПРОСТЫХ МЕХАНИЗМОВ. «ЗОЛОТОЕ ПРАВИЛО»
МЕХАНИКИ
Рассмотренные нами простые механизмы применяют при совер-
шении работы в тех случаях, когда надо меньшей силой уравно-
весить большую силу.
128
Естественно возникает вопрос: давая выигрыш в силе, не дают ли
простые механизмы выигрыша и в работе? Ответ на поставленный
вопрос можно получить из опыта.
Уравновесив на рычаге две какие-нибудь разные по модулю
силы F и F2 (рис. 195), приводят рычаг в движение. При этом
оказывается, что за одно и то же время точка приложения меньшей
силы F2 проходит больший путь s2, а точка приложения большей
силы F, — меньший путь Измерив эти пути и модули сил, нахо-
дят, что длины путей, пройденных точками приложения сил на ры-
чаге, обратно пропорциональны силам:
_ f2
s2 F} '
Таким образом, действуя на длинное плечо рычага, мы выигрываем
в силе, но при этом во столько же раз проигрываем в длине пути.
Произведение силы на путь есть работа. Наши опыты показы-
вают, что работы, совершаемые на обоих концах рычага, равны
друг другу:
F\S у - F2s 2,
т. е.
^4 1 - Л 2 •
Итак, при использовании рычага выигрыша в работе не получа-
ют. Пользуясь рычагом, мы можем выиграть или в силе, или в
в расстоянии. Если мы силу приложим к длинному плечу, то
выиграем в силе, но во столько же раз проиграем в расстоянии.
Действуя же силой на короткое плечо рычага, мы выиграем в рас-
стоянии, но во столько же раз проиграем в силе.
Существует легенда, что Архимед, восхищенный открытием за-
кона о рычаге, воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я подниму
Землю!»
Конечно, Архимед не мог бы справиться с такой задачей, ес-
ли бы даже ему и дали точку опоры и рычаг нужной длины.
5 Физика, 6—7 кл.
129
Для подъема Земли всего на 1 см длинное плечо рычага должно
было бы описать дугу огромной длины. Для перемещения длинного
конца рычага по этому пути, например со скоростью 1 м/с, по-
требовались бы миллионы лет.
Не дает выигрыша в работе и разновидность рычага — неподвиж-
ный блок, в чем легко убедиться на опыте (см. рис. 190). Пути,
проходимые точками приложения сил Р и F, одинаковы, одинаковы
и силы, а значит, одинаковы и работы.
Можно измерить и сравнить между собой работы, совершаемые
с помощью подвижного блока. Чтобы при помощи подвижного
блока поднять груз на высоту h, необходимо конец веревки, к ко-
торому прикреплен динамометр, как показывает опыт (рис. 196),
поднять на высоту 2Л. Таким образом, получая выигрыш в силе в
2 раза, проигрывают в 2 раза в пути, — следовательно, и подвижной
блок не дает выигрыша в работе.
Многовековая практика показала, что ни один из механизмов
не дает выигрыша в работе. Применяют 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» механики.
1.	Какое соотношение существует между силами, действующими на
рычаг, и плечами этих сил (см. рис. 181)? 2. Какое соотношение
существует между путями, пройденными точками приложения сил на рычаге,
и этими силами? 3. Можно ли при помощи рычага получить выигрыш
в силе? В чем тогда проигрывают? 4. Во сколько раз проигрывают в
пути, используя для поднятия грузов подвижной блок? 5. В чем состоит
«золотое правило» механики?
Упр. 1. С помощью подвижного блока груз подняли на высоту 1,5 м.
38 На какую длину при этом был вытянут свободный конец веревки?
2.	С помощью подвижного блока подняли груз на высоту 7 м. Какую
работу совершил рабочий при подъеме груза, если он прилагал к концу
веревки силу 160 Н? Какую работу совершит рабочий, если поднимет
этот груз на высоту 5 м?
3.	Как применить подвижной блок для выигрыша в расстоянии?
ЗАДАНИЕ
Докажите, что закон равенства работ («золотое правило» механики)
применим и к гидравлической машине.
Указание. Используйте для доказательства рисунок 99.
Когда малый поршень под действием силы F । опускается вниз на
расстояние h ь он вытесняет некоторый объем жидкости. На такую же
величину увеличивается объем жидкости под большим поршнем, который
при этом поднимается на высоту h2.
Трение между поршнями и стенками сосудов не учитывайте.
130
76.	КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО
ДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЗМА
Рассматривая устройство и действие рычага, мы не учитывали
трение, а также вес рычага. В этих идеальных условиях работа,
совершенная приложенной силой (эту работу мы будем называть
полной), равна полезной работе по поднятию грузов или преодоле-
нию какого-либо сопротивления.
На практике совершенная с помощью механизма полная работа
всегда несколько больше полезной работы. Часть работы совершается
против силы трения в механизме и по перемещению его отдель-
ных частей.
Так, применяя подвижной блок, приходится дополнительно со-
вершать работу по поднятию самого блока, веревки и по преодо-
лению силы трения в оси блока.
Какой бы механизм мы ни взяли, полезная работа, совершенная
с его помощью, всегда составляет лишь часть полной работы.
Следовательно, обозначив полезную работу буквой АП, а пол-
ную — буквой Л, можно записать:
ЛП<Л, или-^f- < 1.
А
Отношение полезной работы к полной работе называют коэф-
фициентом полезного действия механизма и сокращенно запи-
сывают КПД:
кпд=
А
КПД обычно выражают в процентах:
КПД -	• 100%.
А
Пример. На коротком плече рычага подвешен груз массой
100 кг. Для поднятия его к длинному плечу приложили силу
250 Н. Груз подняли на высоту А, =0,08 м, при этом точка при-
ложения движущей силы опустилась на высоту А2=0,4 м. Найти
КПД рычага.
Решение.
Вес груза P=gm,
Р=9,8 — • 100 кг ~ 1000 Н.
КГ
Полезная работа Ап =Phl9
Лп = 1000 Н-0,08 м = 80 Дж.
5*
131
Полная работа А — Fh2,
Л-250 Н-0,4 м-100 Дж.
КПД -	• 100% ; КПД = -4°^ • 100% “ 80%.
А	100 Дж
л	1. Какую работу называют полезной, накую —
• полной? 2. Почему при применении механизмов
для поднятия грузов и преодоления других сопро-
тивлений полезная работа не равна полной?
3. Что такое коэффициент полезного действия
механизма? 4. Может ли КПД быть больше еди-
ницы? Ответ обоснуйте.
77.	ЭНЕРГИЯ
Чтобы на заводах и фабриках могли работать
станки и машины, их приводят в движение
электродвигатели, которые расходуют при этом
электрическую энергию.
Автомобили и самолеты, тепловозы и тепло-
ходы работают, расходуя энергию сгорающего
топлива, гидротурбины — энергию падающей с
высоты воды. Да и сами мы, чтобы жить и
работать, должны периодически возобновлять
запас своей энергии.
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
совершает работы, но если этот груз упадет,
то он совершит работу.
На рисунке 197 изображена тележка, на кото-
рой укреплен стержень с блоком на конце. Через
блок перекинута нить, один конец которой на-
мотан на ось тележки, а на другом висит не-
большой груз. При падении груз приведет в
движение тележку, при этом совершится работа.
Сжатая пружина (рис. 198, а), распрямляясь,
может совершить работу, например поднять на
высоту груз (рис. 198, б) или заставить двигать-
ся тележку.
Способностью совершить работу обладает и
всякое движущееся тело. Так, скатившийся с
наклонной плоскости стальной шарик А (рис. 199),
132
Чумышская плотина на реке Чу в Киргизской ССР.
ударившись о деревянный цилиндр В, передвигает этот цилиндр
на некоторое расстояние. При этом совершается работа.
Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел
(система тел) могут совершить работу, то говорят, что они обладают
энергией.
В рассмотренных нами примерах груз, поднятый над землей,
сжатая пружина, движущийся стальной шарик обладают энергией.
Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу
может совершить тело (или несколько тел). Энергию измеряют
теми же единицами, что и работу, т. е. джоулями (Дж).
Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией
оно обладает.
При совершении работы энергия тел изменяется. Совершенная
работа равна изменению энергии.
1.	На каких примерах можно показать, что работа и энергия — физиче-
ские величины, связанные друг с другом? 2. В каком случае можно ска-
зать, что тело обладает энергией? 3. Какими единицами измеряют энер-
гию? 4. Какое определение можно дать работе, используя понятие
«энергия»?
78.	ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ1 ЭНЕРГИЯ
Потенциальной энергией называют энергию, которая определяется
взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного
и того же тела.
Потенциальной энергией, например, обладает тело, поднятое
’ От латинского слова «потенция» — возможность.
133
◄ Рис. 200. Копер для забивки свай.
относительно поверхности Земли, потому что
энергия тела зависит от взаимного положения
его и Земли и их взаимного притяжения. Будем
считать потенциальную энергию тела, лежащего
на Земле, равной нулю. Тогда потенциальная
энергия тела, поднятого на некоторую высоту,
определится работой, которую может совершить
тело при падении на Землю.
Огромной потенциальной энергией обладает
вода в реках, поднятая плотинами. Опускаясь
вниз, вода совершает работу, приводя в движе-
ние мощные турбины электростанций.
Потенциальную энергию копра (рис. 200)
используют в строительстве для совершения ра-
боты по забиванию свай.
Открывая дверь с пружиной, совершают работу
по растяжению (или сжатию) пружины. За счет
приобретенной энергии пружина, сокращаясь (или
распрямляясь), совершает работу, закрывая дверь.
Энергию сжатых и закрученных пружин ис-
пользуют в винтовках для приведения в движение
ударника с бойком, в ручных часах и разнооб-
разных заводных игрушках.
Потенциальной энергией обладает всякое упру-
гое деформированное тело. Потенциальную энер-
гию сжатого газа используют в работе тепловых
двигателей, в отбойных молотках, которые широко
применяют в горной промышленности, при строи-
тельстве дорог, выемке твердого грунта и т. д.
Чем сильнее газ сжат, тем большей потенциаль-
ной энергией он обладает, — следовательно, и
большую работу совершит при расширении.
1. Какую энергию называют потенциальной? 2. При-
ведите примеры тел, обладающих потенциальной
энергией. 3. В каком случае потенциальную энергию
тела считают равной нулю? 4. Что является мерой
потенциальной энергии тела, поднятого на некото-
рую высоту относительно поверхности Земли? 5. Как
показать, что деформированная пружина обладает
потенциальной энергией? Что является мерой этой
энергии? В каком состоянии пружины ее потен-
циальную энергию удобно принять за нуль?
Упр. 1. Какой потенциальной энергией относительно
39 Земли обладает тело массой 100 кг на высоте
10 м?
2. Молот копра для забивания свай (рис. 200) массой 500 кг па-
дает с высоты 10 м. Чему будет равна потенциальная энергия молота
на высоте 4 м? Чему равна совершенная им работа?
79. КИНЕТИЧЕСКАЯ1 ЭНЕРГИЯ
Энергию, которой обладает тело вследствие своего движения,
называют кинетической энергией.
Движущаяся вода, приводя во вращение турбины гидроэлектро-
станций, расходует свою кинетическую энергию и совершает рабо-
ту. Кинетической энергией обладает и движущийся воздух — ветер.
От чего зависит кинетическая энергия? Обратимся к опыту. На
рисунке 199 изображены наклонный желоб, к которому примыкает
горизонтальный желоб. На горизонтальном желобе лежит неболь-
шой деревянный цилиндр В. Если скатывать шарик А с разных
высот, то можно заметить, что, чем с большей высоты скатывается
шарик, тем больше его скорость и тем дальше он передвигает
цилиндр, т. е. совершает большую работу.
Если провести опыт с шариками разных масс, то можно убе-
диться, что кинетическая энергия шарика зависит от его массы.
Чем больше масса тела и скорость, с которой оно движется,
тем больше его кинетическая энергия.
Все тела в природе относительно условного нулевого значения
обладают либо потенциальной, либо кинетической энергией, но
чаще той и другой вместе. Например, летящий самолет обладает
относительно Земли и кинетической, и потенциальной энергией.
Мы ознакомились с двумя видами механической энергии. Иные
виды энергии (электрическая, химическая и др.) будут рассмотрены
в других разделах курса физики.
1. Какую энергию называют кинетической? 2. В каком случае кинетиче-
• скую энергию тела считают равной нулю? 3. Назовите случаи, когда тела
обладают кинетической энергией. 4. Как зависит кинетическая энергия от
массы тела и его скорости? 5. Какой энергией обладает летящий са-
молет?
80. ПРЕВРАЩЕНИЕ ОДНОГО ВИДА
МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ДРУГОЙ
В природе, технике и быту можно часто наблюдать превращения
одного вида механической энергии в другой: потенциальной в кине-
тическую и кинетической в потенциальную, — например, при паде-
нии воды с плотины ее потенциальная энергия превращается в
кинетическую.
Очень удобно эти явления наблюдать на приборе, изображенном
на рисунке 201. Накручивая на ось нить, поднимают диск прибора.
1 От греческого слова «кинема»- движение.
135
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 кинетическая энергия. В конце падения диск
обладает таким запасом кинетической энергии, что может опять
подняться почти до прежней высоты1. Поднявшись вверх, диск
снова падает, а затем снова поднимается. В этом опыте при дви-
жении диска вниз его потенциальная энергия превращается в кине-
тическую, а при движении вверх кинетическая энергия превраща-
ется в потенциальную.
Превращение энергии из одного вида в другой происходит 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. 202)
и выпустить затем его из рук, то он будет падать. По мере паде-
ния шарика его потенциальная энергия убывает, а кинетическая
растет, так как увеличивается скорость движения шарика. При
ударе шарика о плиту произойдет сжатие как шарика, так и плиты,
и кинетическая энергия, которой шарик обладал, превратится в
потенциальную энергию сжатой плиты и сжатого шарика. Затем
благодаря действию упругих сил плита и шарик примут свою перво-
начальную форму, шарик отскочит от плиты, а их потенциальная
энергия вновь превратится в кинетическую энергию шарика: шарик
отскочит вверх со скоростью, равной скорости, которой обладал
в момент удара о плиту. При подъеме вверх скорость шарика,
а следовательно, и его кинетическая энергия уменьшается, потен-
циальная энергия растет. Отскочив от плиты, шарик поднимается
почти до той же высоты, с которой начал падать. В верхней точке
подъема вся его кинетическая энергия вновь превратится в потен-
циальную.
Явления природы обычно сопровождаются превращением одного
вйда энергии в другой.
I 1. Как на опыте можно показать превращение одного вида механи-
ческой энергии в другой? 2. Какие превращения энергии происходят при
ударе стального шарика о стальную плиту?
1 Часть энергии расходуется на работу против силы трения, поэтому
диск не достигает первоначальной высоты.
136
Упр
40
1.	Укажите превращение одного вида энергии в другую в следующих
случаях:
а)	при падении воды водопада;
6)	при бросании мяча вертикально вверх;
в) при закручивании пружины наручных часов;
г) на примере дверной пружины.
2.	Массы падающих тел одинаковы. Одинаковы ли значения потен-
циальной энергии тел на одной и той же высоте и одинаковы ли значе-
ния кинетической энергии на этой высоте?
3.	Приведите примеры тел, обладающих одновременно кинетической
и потенциальной энергией.
ЗАДАНИЕ
Изготовьте нитяной и пружинный маятники. Пронаблюдайте за их коле-
баниями. Кратко опишите превращения энергии, происходящие при коле-
бании этих маятников.
ЭНЕРГИЯ ДВИЖУЩЕЙСЯ ВОДЫ И ВЕТРА.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ВЕТРЯНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Для дополнительного чтения
Всякое тело, поднятое над Землей, обладает потенциальной
энергией. Это в равной степени относится и к воде. Например,
1м3 воды на высоте 50 м обладает потенциальной энергией:
£„=9,8 — • 1000 кг -50	500000 Дж«=500 кДж.
КГ
При падении воды вниз с этой высоты совершится работа
А =500 кДж.
Но в природе сравнительно редко встречаются большие водо-
пады. Чаще всего русла рек имеют небольшой уклон. В этих слу-
чаях для создания давления (напора), необходимого для работы
гидравлических двигателей, приходится поднимать уровень воды
в реке искусственно, при помощи плотин.
За счет энергии поднятой воды гидравлические двигатели могут
совершать механическую работу.
Один из простейших и древнейших двигателей — водяное колесо
(на рисунке 203 изображен разрез наливного колеса).
Наиболее совершенные гидравлические двигатели — водяные тур-
бины. В таких турбинах вода отдает энергию колесу, приводя в
движение лопасти турбины.
137
Рис. 205
Рис. 206
На рисунке 204 изображено отдельно колесо
большой турбины. Рабочее колесо турбины соеди-
нено с валом электрического генератора, дающего
электрический ток. На цветной вклейке VIII по-
казана схема гидроэлектростанции.
В последнее время водная энергия приобрела
огромное значение в народном хозяйстве, получив
название «белого угля». В Советском Союзе
энергию «белого угля» используют с помощью
мощных гидроэлектростанций. Строительство
гидроэлектростанций — очень важная задача на-
родного хозяйства страны. И эта задача благо-
даря социалистическому строю нашей страны
успешно разрешается. В настоящее время у нас
действует ряд крупнейших гидроэлектростанций:
Днепровская ГЭС им. В. И. Ленина мощностью
648 тыс. кВт; Волжская ГЭС им. В. И. Ленина
мощностью 2,3 млн. кВт; Волжская ГЭС им. XXII
съезда КПСС мощностью 2,53 млн. кВт; Брат-
ская ГЭС им. 50-летия Великого Октября на Ан-
гаре мощностью 4,1 млн. кВт. Построена и рабо-
тает самая мощная в мире Красноярская ГЭС
им. 50-летия СССР на Енисее мощностью 6 млн. кВт.
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, — в этом его неудоб-
ство.
Ветряные двигатели известны с древнейших
времен. На рисунке 205 изображена ветряная
мельница. Современный довольно мощный вет-
ряной двигатель изображен на рисунке 206.
Движущиеся массы воздуха оказывают давле-
ние на наклонные плоскости крыльев ветряных
двигателей и приводят их в движение. Враща-
тельное 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 железно-
дорожных станциях —для получения электриче-
ской энергии и т. д.
Упр
41
1. В каких местах реки — у истоков или в устье —
каждый кубический метр воды обладает большей
потенциальной энергией? Ответ обоснуйте.
2. В какой реке —горной или равнинной — каж-
дый кубический метр текущей воды обладает боль-
шей кинетической энергией?
7 КЛАСС
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И РАБОТА
81.	ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ
Мы знаем, что тела состоят из молекул. Молекулы находятся
в непрерывном движении. Движение каждой отдельной молекулы —
движение механическое. Можно определить пройденный путь и
среднюю скорость движения отдельной молекулы. Можно пред-
ставить, как она сталкивается с другими молекулами тела. На ри-
сунке 207 изображены отрезки траектории отдельных молекул газа,
увеличенные в миллионы раз.
Но движение всех вместе взятых молекул —это очень сложное
двйжение. Вспомним, что в 1 см3 газа содержится примерно
25 000 000 000 000 000 000 (2,5 • 1019) молекул. И каждая молекула дви-
жется по очень сложной траектории. Трудно даже представить
себе картину этого общего движения молекул тела. Миллиарды
миллиардов маленьких частиц движутся с большими скоростями
в разных направлениях, сталкиваются друг с другом и со стенками
сосуда, отчего меняются их скорости, и снова движутся до следу-
ющего столкновения.
Мы уже знаем, что со скоростью движения молекул тела связана
его температура (§ 11). Поэтому беспорядочное движение молекул
называют тепловым движением.
Знание о внутреннем строении вещества, о тепловом движении
позволяют объяснить причины тепловых явлений. Эти явления
имеют большое значение в жизни человека. Примеры тепловых
Рис. 207
явлений — изменения температуры воздуха в течение суток и года,
таяние льда и замерзание воды, плавление и отвердевание металлов,
испарение воды и выпадение росы (см. цветную вклейку V).
1.	Что мы знаем о движении одной молекулы тела? 2. Почему общее
движение молекул тела является очень сложным? 3. Почему беспоря-
дочное движение молекул называют тепловым движением? 4. Приведите
примеры тепловых явлений.
82.	ПРЕВРАЩЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ЭНЕРГИИ ВО ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ
Мы знаем, что существует два вида механической энергии:
потенциальная и кинетическая.
Потенциальной энергией обладают тела, которые взаимодейст-
вуют друг с другом — притягиваются или отталкиваются. Например,
потенциальной энергией обладает камень, поднятый над Землей,
сжатая или растянутая пружина, сжатый газ.
Кинетической энергией обладают движущиеся тела: текущая
вода, ветер, катящийся мяч, летящая пуля. Значение кинетической
энергии зависит от массы движущегося тела и от его скорости.
Потенциальная и кинетическая энергия могут превращаться друг
в друга. Примеры такого превращения энергии были описаны в § 80.
Рассмотрим еще один пример превращения энергии.
На свинцовой плите лежит свинцовый шар. Поднимем его вверх
и отпустим (рис. 208). Когда мы подняли шар, то сообщили ему
потенциальную энергию. При падении шара она уменьшается, ведь
шар опускается все ниже и ниже. Зато постепенно увеличивается
кинетическая энергия шара, так как увеличивается его скорость.
Происходит превращение потенциальной энергии тела в кинетиче-
скую. Но вот шар ударился о свинцовую плиту и остановился
(рис. 209). И кинетическая, и потенциальная энергия его относи-
тельно плиты в этот момент будут равны нулю.
Рис. 208	Рис. 209
140
Означает ли это, что энергия, которой обладал до этого шар,
бесследно исчезла? Нет, не означает. Рассматривая шар и плиту
после удара, мы заметим, что шар немного сплющился и на плите
образовалась небольшая вмятина, т. е. шар и плита при ударе де-
формировались
Измерив сразу же после удара температуру шара и плиты (а это
можно сделать), мы обнаружим, что они нагрелись.
Таким образом, в результате удара шара о плиту изменилось
состояние этих тел — они деформировались и нагрелись. Но если
изменилось состояние тел, то изменилась и энергия частиц, из
которых состоят тела.
Действительно, мы уже знаем, что при нагревании тела увели-
чивается средняя скорость движения молекул (§ 11), а следователь-
но, увеличивается их средняя кинетическая энергия. Молекулы об-
ладают также и потенциальной энергией: ведь они взаимодействуют
друг с другом (§ 12) — притягиваются, а при очень тесном сближе-
нии отталкиваются. При деформации же тела изменяется взаимное
расположение его молекул, поэтому изменяется и их потенциальная
энергия. Итак, при соударении меняется и кинетическая, и потен-
циальная энергия молекул. Значит, при ударе шара его механическая
энергия превратилась в другую форму энергии.
Энергию движения и взаимодействия частиц, из которых со-
стоит тело, называют внутренней энергией тела.
Теперь мы узнали, что, кроме механической энергии (потенциаль-
ной и кинетической), существует еще один вид энергии — внутренняя.
1.	Какие превращения энергии происходят при подъеме шара и при его
падении? 2. Как изменяется состояние свинцового шара и свинцовой
плиты в результате их соударения? 3. В какую энергию превращается
механическая энергия шара при ударе его о плиту? 4. Какую энергию
называют внутренней энергией тела?
83.	ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ
Кинетическая энергия теплового движения и потенциальная
энергия взаимодействия всех молекул данного тела, как было ска-
зано в предыдущем параграфе, составляет внутреннюю энергию
этого тела.
Внутренняя энергия тела не зависит ни от движения тела, ни
от положения этого тела относительно других тел. Имея всегда
какой-то запас внутренней энергии, тело одновременно может об-
ладать механической энергией. Например, летящий на некоторой
высоте над землей самолет, кроме внутренней энергии, обладает
еще механической энергией — потенциальной и кинетической.
Кинетическая и потенциальная энергия одной молекулы очень
мала, так как мала масса молекулы. Но молекул в теле очень
много, поэтому внутренняя энергия тела, равная сумме энергий
всех молекул, достаточно велика.
141
Так, кинетическая энергия одной молекулы водорода при ком-
натной температуре равна 0,000 000 000 000 000 000 005 Дж ( —Дж).
Расчеты показывают, что сумма кинетических энергий всех моле-
кул водорода, содержащихся в 1 м3 его при тех же условиях,
равна 140 000 Дж, — это уже значительное число.
Приведем такое сравнение. Если поднять на высоту 3 м громад-
ный ковочный молот массой 5 т, то его потенциальная энергия
будет составлять тоже около 140 000 Дж. Но потенциальную энер-
гию молота легче использовать, чем внутреннюю энергию 1 м3 во-
дорода. Достаточно отпустить молот, и, падая на деталь, он совер-
шит работу: его потенциальная энергия будет использована.
Но не так просто и не всегда возможно использовать внутрен-
нюю энергию тела. Способам ее использования уделяют большое
внимание в науке. Успехи техники во многом связаны с тем, на-
сколько человечество научилось «извлекать» внутреннюю энергию
тел. Отсюда видно, что ее значение очень велико.
Внутренняя энергия тела не является какой-то постоянной вели-
чиной: у одного и того же тела она может изменяться. При по-
вышении температуры тела внутренняя энергия тела увеличивается,
так как увеличивается средняя скорость, а значит, и кинетическая
энергия молекул этого тела. С понижением же температуры, на-
оборот, внутренняя энергия тела уменьшается.
К внутренней энергии относят также и ту энергию, которую
называют атомной энергией. При изучении тепловых явлений учи-
тывают только энергию молекул, потому что она главным образом
изменяется в этих явлениях. Поэтому в дальнейшем, говоря о
внутренней энергии тела, мы будем понимать под ней кинетиче-
скую энергию теплового движения и потенциальную энергию взаимо-
действия молекул тела.
1	1. Зависит ли внутренняя энергия тела от того, обладает само тело кине-
•	тической и потенциальной энергией или нет? 2. Какую энергию легче
использовать — механическую или внутреннюю?
84.	СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ
ЭНЕРГИИ ТЕЛА
1.	Внутренняя энергия тела изменяется при изменении скорости
движения его молекул. Какими же способами можно увеличить
или уменьшить эту скорость? Обратимся к опыту.
На подставке (рис. 210) укреплена тонкостенная латунная трубка,
в которую налито немного эфира, трубка плотно закрыта пробкой.
Трубку обвивают веревкой и быстро двигают веревку то в одну,
то в другую сторону. Через некоторое время эфир закипит и его пар
вытолкнет пробку. Этот опыт показывает, что внутренняя энергия
эфира увеличилась: ведь он нагрелся и даже закипел. Увеличение
внутренней энергии произошло в результате работы, совершенной
при натирании веревкой трубки.
142
Тела нагреваются также при ударах, разгибании и сгибании,
вообще при деформации. Во всех этих случаях за счет совершен-
ной работы увеличивается внутренняя энергия тел.
Итак, внутреннюю энергию тела можно увеличить путем совер-
шения работы над телом.
Если работу совершает само тело, то внутренняя энергия его
при этом уменьшается. Это можно наблюдать на следующем опыте.
Берут толстостенный стеклянный сосуд, закрытый пробкой. Через
специальное отверстие в сосуд накачивают воздух, в котором содер-
жится водяной пар. Через некоторое время пробка выскакивает
из сосуда (рис. 211). В тот момент, когда пробка выскочит, в со-
суде появится туман. Его появление означает, что воздух в сосуде
стал холоднее (вспомните, что и на улице туман появляется во время
похолодания).
Находящийся в сосуде сжатый воздух, выталкивая пробку, совер-
шает работу. Эту работу он совершает за счет своей внутренней
энергии, которая при этом уменьшается. Об уменьшении энергии
мы судим по охлаждению воздуха в сосуде.
2.	Внутреннюю энергию тела можно изменить и другим спосо-
бом. Известно, что чайник с водой, стоящий на плите, металличе-
ская ложка, опущенная в стакан с горячим чаем, печь, в которой
разведен огонь, крыша дома, освещаемая солнцем, нагреваются.
Во всех случаях повышается температура тел, а значит, увеличи-
вается и их внутренняя энергия. Как объяснить ее увеличение?
Как, например, нагревается холодная металлическая ложка, опу-
щенная в горячий чай?
Сначала скорость и кинетическая энергия молекул горячей воды
больше скорости и кинетической энергии частиц холодного металла.
В тех местах, где ложка соприкасается с водой, молекулы горячей
воды передают часть своей кинетической энергии частицам холод-
ного металла. Поэтому скорость и энергия молекул воды в сред-
143
нем уменьшается, а скорость и энергия частиц металла увеличива-
ется: температура воды уменьшается, а температура ложки увели-
чивается — температуры их постепенно выравниваются. С уменьшени-
ем кинетической энергии молекул воды уменьшается и внутренняя
энергия всей воды, находящейся в стакане, а внутренняя энергия
ложки увеличивается.
Процесс изменения внутренней энергии, при котором над
телом не совершается работа, а энергия передается от одних
частиц к другим, называют передачей теплоты или теплопереда-
чей. Мерой изменения внутренней энергии при теплопередаче слу-
жит величина, называемая количеством теплоты. Для нее применяют
также названия: теплота или тепло.
Итак, внутреннюю энергию тела можно изменить двумя спосо-
бами: совершением механической работы или теплопередачей.
Когда тело уже нагрето, мы не можем указать, каким из двух
способов это было сделано. Так, держа в руках нагретую стальную
спицу, мы не можем сказать, каким способом ее нагрели — натирая
ее или помещая в пламя.
1.	Приведите примеры, показывающие, что внутренняя энергия тела уве-
личивается при совершении над телом работы. 2. Опишите опыт, показы-
вающий, что за счет внутренней энергии тело может совершить работу.
3. Приведите примеры увеличения внутренней энергии тела способом
теплопередачи. 4. Объясните с точки зрения молекулярного строения
вещества теплопередачу. 5. Какими двумя способами можно изменить
внутреннюю энергию тела?
ЗАДАНИЕ
Положите пятикопеечную монету на лист фанеры или деревянную
доску. Прижмите монету к доске и двигайте ее быстро то в одну, то в
другую сторону. Заметьте, сколько раз надо передвинуть монету, чтобы
она стала теплой, горячей. Сделайте вывод о связи между проделанной
работой и увеличением внутренней энергии тела.
85.	ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
Внутренняя энергия, как и всякий другой вид энергии, может
передаваться от одного тела к другому. Мы уже рассмотрели один
из примеров такой передачи — передачу энергии от горячей воды
к холодной ложке.
Можно привести и другие примеры передачи теплоты от одного
тела к другому или от одной части тела к другой. Теплота пере-
дается от печи или от труб водяного отопления воздуху комнаты.
Внутренняя энергия Солнца, находящегося от Земли на расстоянии
150 000 000 км, передается Земле. Когда мы помещаем конец желез-
ного прута в пламя костра, то внутренняя энергия пламени пере-
дается по пруту к руке.
Рассмотрим вид теплопередачи, который называют теплопровод-
ностью.
144
Теплопроводность можно наблюдать на следующем опыте. За-
крепляют один конец толстой медной проволоки в штативе, а к
проволоке прикрепляют воском несколько гвоздиков (рис. 212).
При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки
воск плавится и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Сна-
чала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по
очереди все остальные.
Как происходит передача тепла по проволоке?
Сначала горячее пламя вызывает усиление колебательного дви-
жения частиц металла в одном конце проволоки и температура
его повышается. Потом это усиление движения передается сосед-
ним частицам и скорость их колебаний также увеличивается, т. е.
повышается температура следующей части проволоки. Затем увели-
чивается скорость колебания следующих частиц и т. д. При этом
очень важно заметить, что при теплопроводности само вещество не
перемещается от одного конца тела к другому.
Различные вещества имеют разную теплопроводность. В этом можно
убедиться на опыте, в котором тепло передается по стержням из
разных металлов (рис. 213). И из нашего жизненного опыта мы
знаем, что одни вещества имеют большую теплопроводность, чем
другие. Железный гвоздь, например, нельзя долго нагревать, держа
в руке, а горящую спичку можно держать до тех пор, пока пламя
не коснется руки.
Большую теплопроводность имеют металлы, особенно серебро
и медь.
У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, напри-
мер ртути, теплопроводность невелика. У газов теплопроводность
еще меньше. Ведь молекулы их находятся далеко друг от друга
и передача движения от одной молекулы к другой затруднена.
Шерсть, вата, пух, мех и другие пористые тела —плохие провод-
ники тепла, потому что они между своими волокнами содержат
воздух. Самую малую теплопроводность имеет вакуум (пустота) —
145
Рис. 214
Рис. 215
сильно разреженный газ. Объясняется это тем, что теплопровод-
ность, т. е. перенос энергии от одной части тела к другой, осуще-
ствляют молекулы или другие частицы, — следовательно, там, где нет
частиц, теплопроводность осуществляться не может.
Вещества с малой теплопроводностью применяют для сохране-
ния тепла. Например, кирпичные стены —плохие проводники теп-
ла—помогают сохранять тепло в помещении. Можно предохранить
тела и от нагревания, — например, лед в погребе сохраняют, обкла-
дывая погреб соломой, опилками и землей — плохими проводниками
тепла.
1.	На каком опыте можно наблюдать передачу тепла твердым телом?
2.	Как происходит передача тепла по металлической проволоке? 3. Поче-
му металл кажется на ощупь холоднее дерева при одной и той же
температуре? 4. Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую тепло-
проводность? Где их применяют?
Упр. 1- Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вы-
мерзания?
2.	Объясните, почему солома, сено, сухие листья плохо проводят тепло.
3.	Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза боль-
ше, чем сосновых опилок, теплопроводность льда в 21,5 раза больше,
чем свежевыпавшего снега (снег состоит из мелких кристалликов льда).
Чем объяснить такую разницу?
4.	Почему выражение «шуба греет» неверно?
5.	Ножницы и карандаш, лежащие на столе, имеют одинаковую тем-
пературу. Почему же на ощупь ножницы кажутся холоднее?
86.	КОНВЕКЦИЯ
Жидкости и газы обычно нагревают снизу. Чайник с водой
ставят на огонь, батареи отопления, от которых нагревается воздух
в комнате, помещают под окнами около пола. Случайно ли это?
146
Поместив руку над горячей плитой или над горящей лампой,
мы заметим, что от плиты или лампы вверх поднимаются теплые
струи воздуха. Эти струи заставляют вращаться небольшую бумаж-
ную вертушку, помещенную над лампой (рис. 214). Здесь мы на-
блюдаем иной вид теплопередачи, который называют конвекцией1.
При конвекции тепло переносится самими струями газа или
жидкости. Воздух, который соприкасается с плитой или лампой,
нагревается от ее поверхности и расширяется. Плотность расширив-
шегося воздуха меньше, чем плотность холодного, и поэтому слой
теплого воздуха всплывает в холодном воздухе. Ведь архимедова
сила, действующая на теплый воздух со стороны холодного снизу
вверх, больше, чем сила тяжести, действующая на теплый воздух,
направленная вниз. Затем прогревается и начинает двигаться вверх
следующий слой холодного воздуха и т. д.
Точно так же переносится тепло и при нагревании жидкости.
Чтобы заметить, будут ли перемещаться слои жидкости при нагре-
вании, ставят на огонь стеклянную колбу с водой и опускают
на дно колбы кристаллик красящего вещества, например марганцово-
кислого калия. Замечают, что вода начинает перемещаться по
замкнутым линиям —циркупировать: нагретые нижние слои
воды выталкиваются холодной водой и поднимаются вверх (рис. 215).
Благодаря циркуляции вся вода равномерно прогревается. Здесь,
как и в газе, тепло переносится с одного места на другое с по-
токами вещества — воды.
Конвекция происходит в наших жилых комнатах (рис. 216), бла-
годаря чему нагревается воздух в них.
Мы рассмотрели конвекцию, которая является естественной, или
свободной. Если же неравномерно нагретую жидкость (или газ) пере-
мешивать насосом или мешалкой, то произойдет вынужденная конвек-
ция.
147
Теперь можно ответить на вопрос, поставленный в начале этого
параграфа: почему жидкости и газы нагревают, как правило, снизу?
Попробуем прогреть воду, налитую в пробирку, так, как показано на
рисунке 217. Верхний слой воды закипит, а нижние слои останутся
холодными. (Если на дно пробирки поместить кусочки льда, они даже
не растают.) Почему? При таком способе нагревания не может про-
исходить конвекция, ведь нагретые слои воды не могут опуститься ниже
холодных, более тяжелых слоев. Может быть, вода прогреется благо-
даря теплопроводности? Но, как видно из этого опыта, теплопровод-
ность воды мала, и пришлось бы очень долго ждать, пока вода про-
греется. Точно так же можно объяснить, почему не прогревается
воздух в пробирке, если его нагревать сверху (рис. 218).
В твердых телах, где свобода движения молекул ограничена, кон-
векция происходить не может. Вспомним, что каждая частица кри-
сталлического твердого тела лишь колеблется около одной точки,
удерживаемая сильным взаимным притяжением с другими частицами.
Поэтому при нагревании твердого тела в нем не могут образовываться
потоки вещества. Повседневный опыт подтверждает это. В твердых
телах, как мы теперь знаем, теплота передается теплопроводностью.
*	1. Опишите опыт, показывающий, что воздух над нагретой лампой пере-
• мещается. 2. Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха
над нагретой лампой. 3. Объясните, как происходит нагревание воды в
колбе, поставленной на огонь. 4. В чем состоит явление конвекции?
5. Чем отличается естественная конвекция от вынужденной? 6. Почему
жидкости и газы обычно нагревают снизу? 7. Почему конвекция невоз-
можна в твердых телах?
87.	ПРИМЕРЫ КОНВЕКЦИИ В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ
1.	Ветры. Все ветры в атмосфере представляют собой конвекци-
онные потоки огромного масштаба.
Конвекцией объясняются, например, ветры бризы, возникающие
Рис. 217
Рис. 218
148
на берегах морей. В летние дни суша нагревается солнцем быстрее,
чем вода, поэтому воздух над сушей нагревается больше, его плот-
ность, а значит и давление, будет меньше давления более холодного
воздуха над морем. В результате, как в сообщающихся сосудах, холод-
ный воздух по низу, с моря перемещается к берегу — дует ветер. Это и
есть бриз. Ночью вода охлаждается медленнее, чем суша, и над
сушей воздух становится более холодным, чем над водой. Образуется
ночной бриз — движение холодного воздуха от суши к морю.
2.	Тяга. Мы знаем, что без притока свежего воздуха горение топлива
невозможно. Если в топку паровоза, в печь, в трубу самовара не
будет поступать воздух, то горение топлива прекратится. Обычно
используют естественный приток воздуха — тягу. Для создания тяги
над топкой, например в котельных установках фабрик, заводов, электро-
станций, помещают трубу (рис. 219). При горении топлива воздух
в ней нагревается. Как мы уже знаем, от этого плотность воздуха
уменьшается. Значит, давление воздуха, находящегося в топке и трубе,
становится меньше давления наружного воздуха. Вследствие разницы
давлений холодный воздух поступает в топку, а теплый поднимается
вверх — образуется тяга. На рисунке 220 изображена установка опыта,
поясняющего образование тяги.
Чем выше труба, сооруженная над топкой, тем больше разница
давлений наружного воздуха и воздуха в трубе. Поэтому тяга усили-
вается при увеличении высоты трубы.
3.	Центральное водяное отопление. Во многих современных боль-
ших зданиях устраивают водяное отопление.
В подвальном этаже здания устанавливают котел 1 (рис. 221),
в нем нагревается вода. От верхней части котла главная труба 2 идет
на чердак, где она соединяется с расширительным баком 3. Расшири-
тельным он называется потому, что в него поступает избыточный объем
воды, образующийся при расширении ее от нагревания. От расшири-
тельного бака по чердаку проводят систему распределительных труб
4, от которых отходят вниз вертикальные трубы 5, проходящие через
Рис. 219
Рис. 220
149
комнаты здания. Из этих труб вода поступает в отопительные батареи
6, составленные из чугунных труб и устанавливаемые обычно под
окнами.
Горячая вода нагревает трубы батарей, отдавая им часть своего
тепла. От труб тепло передается воздуху комнаты. Сама вода стано-
вится холоднее и по системе нижних отводных труб 7, расположенных
в подвале, поступает в котел, где снова нагревается, поднимается на
чердак, опять попадает в батареи, отдает им тепло и т. д. Такое движе-
ние воды в системе центрального отопления и, следовательно, перенос
тепла от котла к батареям происходит все время, пока нагревается
котел, и осуществляется оно благодаря конвекции.
В больших зданиях создают искусственную (принудительную) цир-
куляцию воды при помощи насоса, который непрерывно гонит воду в
нужном направлении.
В системах отопления, применяемых в городах и некоторых рабо-
чих поселках, горячую воду получают не от собственного котла,
а от тепловых электростанций (ТЭЦ), доставляющих горячую воду
нескольким жилым кварталам и даже целым районам города.
Из наших жилых помещений даже при хорошей теплоизоляции
теплота передается наружу. Поэтому зимой приходится непрерывно
обогревать помещение, чтобы поддерживать в нем постоянную тем-
пературу.
Упр. 1. Почему подвал — самое холодное место в доме?
2. Почему форточки для проветривания комнат помещают в верхней
части окна?
3. Для чего делают высокими заводские трубы?
88. ИЗЛУЧЕНИЕ
Познакомимся с еще одним видом теплопередачи на опыте.
Возьмем небольшую, закопченную с одного бока колбу (рис. 222),
через пробку в нее вставим изогнутую под прямым углом стеклянную
Рис. 221
150
J
трубку с узким каналом. Введем в эту трубку немного подкрашенной
жидкости. Укрепив на трубке шкалу, получим прибор термоскоп, ко-
торый позволяет обнаружить даже незначительное нагревание воздуха
в закопченной колбе.
Поднесем к термоскопу сбоку на расстоянии 1 м нагретый до высо-
кой температуры кусок металла. Мы заметим, что столбик жидкости
в термоскопе переместится вправо. Очевидно, воздух в колбе нагрелся
и расширился. Нагревание воздуха в термоскопе можно объяснить
лишь передачей энергии от нагретого металла термоскопу и превраще-
нием ее во внутреннюю энергию. Энергия в этом случае передавалась
не теплопроводностью. Ведь между нагретым куском металла и термо-
скопом находится воздух — плохой проводник тепла. Не было здесь
и конвекции, так как термоскоп находился не над нагретым телом, а
рядом с ним. Следовательно, энергия передавалась от нагретого тела
к термоскопу новым, еще неизвестным нам видом теплопередачи, ко-
торый называют излучением.
В описанном опыте полученная колбой энергия была передана
путем излучения, исходящего от нагретого тела.
Все нагретые тела передают энергию другим телам путем излучения.
Передача энергии излучением отличается от других видов теплопередачи
тем, что она может осуществляться в полном вакууме. Излучением
передается и солнечная энергия.
Излучают энергию все тела, и сильно и слабо нагретые: тело
человека, печь, электрическая лампочка. Но чем выше температура
тела, тем больше энергии передает оно путем излучения.
Энергия излучения, падающего на тела, частично поглощается
этими телами, превращаясь в их внутреннюю энергию, вследствие
чего они нагреваются. При этом тела нагреваются по-разному, в зависи-
мости от состояния поверхности.
Если в опыте с термоскопом повернуть колбу к нагретому телу
сначала закопченной, а затем незакопченной стороной, то столбик
жидкости в трубке будет перемещаться в первом случае на большее
расстояние, чем во втором. Это показывает, что тела с темной поверх-
ностью лучше поглощают энергию и сильнее нагреваются. В то же
время тела с темной поверхностью быстрее охлаждаются путем излу-
чения, чем тела со светлой поверхностью. Например, в светлом чай-
нике горячая вода дольше не остывает, чем в темном.
Способность тел по-разному поглощать энергию излучения исполь-
зуется человеком. Например, воздушные шары и крылья самолетов
151
красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем.
Если же нужно, наоборот, использовать солнечную энергию, напри-
мер, для нагревания частей некоторых приборов, установленных
на искусственных спутниках Земли, то эти части окрашивают в
темный цвет.
1. Почему можно утверждать, что от Солнца к Земле энергия не может
передаваться конвекцией и теплопроводностью? 2. Как устроен термоскоп?
3. Как на опыте показать передачу энергии излучением? 4. Какие тела
лучше и какие хуже поглощают энергию излучения? 5. Учитывает ли чело-
век на практике различную способность тел поглощать энергию излучения?
Упр. 1. Летом воздух в здании нагревается, получая тепло различными
способами: через стены, через открытое окно, в которое входит теплый
воздух, через стекло, которое пропускает солнечную энергию. С каким
видом теплопередачи мы имеем дело в каждом случае?
2. Находясь около костра или открытой печи, мы чувствуем, как
нагревается наше тело. Каким способом передается к нам энергия от
костра? Ответ обоснуйте.
3. Приведите примеры, показывающие, что тела с темной поверх-
ностью больше нагреваются излучением, чем со светлой.
89.	ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ НА ПРАКТИКЕ
1.	Передача теплоты и растительный мир. Температура нижнего
слоя воздуха и поверхностного слоя почвы имеет большое значение
для развития растений.
В прилегающем к Земле слое воздуха и верхнем слое почвы
происходит непрерывное изменение температуры. Днем почва погло-
щает теплоту и нагревается, ночью, наоборот, она охлаждается.
На нагревание и охлаждение ее влияет присутствие растительности.
Так, темная вспаханная почва сильнее нагревается излучением, но
быстрее и охлаждается, чем почва, покрытая растительностью.
На теплообмен между почвой и воздухом влияет также погода.
В ясные, безоблачные ночи почва сильно охлаждается — излучение
от почвы беспрепятственно уходит в пространство. В такие ночи ран-
ней весной возможны заморозки на почве. Если же погода облачная,
то облака закрывают Землю и играют роль своеобразных экранов,
защищающих почву от потери энергии путем излучения.
Одним из средств повышения температуры участка почвы и при-
почвенного воздуха служат парники, которые позволяют полнее ис-
пользовать излучение Солнца. Участок почвы, обычно несколько
углубленный, покрывают стеклянными рамами. Стекло хорошо пропу-
скает видимое солнечное излучение, которое, попадая на темную по-
чву, нагревает ее. Но стекло препятствует остыванию приземного
воздуха, потому что плохо пропускает невидимое излучение, испускае-
мое нагретой поверхностью Земли. Таким образом, стекла парников
действуют как «ловушка» тепла. Внутри парников температура выше,
чем на незащищенном грунте, примерно на 10 °C.
152
2.	Термос. Передача тепла от более нагретого
тела к более холодному приводит к выравнива-
нию их температуры. Поэтому если в комнату
внести, например, горячий чайник, то он остынет.
Часть его внутренней энергии перейдет к окружаю-
щим телам. Чтобы помешать телу остывать или
нагреваться, нужно уменьшить теплопередачу.
При этом стремятся сделать так, чтобы энергия
не передавалась ни одним из трех видов тепло-
передачи: конвекцией, теплопроводностью и из-
лучением.
Чтобы сохранить горячей воду, пищу или,
наоборот, предохранить лед или мороженое от
таяния, пользуются термосом (рис. 223).
На рисунке 224 показано устройство термо-
с а для жидкостей 3. Он состоит из стеклянного
сосуда 5 с двойными стенками. Внутренняя по-
верхность стенок покрыта блестящим металли-
ческим слоем, а из пространства между стенками
сосуда выкачан воздух. Лишенное воздуха про-
странство между стенками почти не проводит
тепло, а блестящий слой, вследствие отражения,
препятствует передаче энергии излучением. Что-
бы защитить стекло от повреждений, термос
помещают в картонный или металлический фут-
ляр 4. Сосуд закупоривают пробкой 2, а сверху
футляра навинчивают колпачок / (рис. 223).
Упр. 1. При полете космического корабля его об-
5 шивка нагревается от трения о воздух, а также
солнечным излучением. Какая из причин нагре-
вания приобретает большее значение при увели-
чении высоты полета? при уменьшении высоты?
Ответ обоснуйте.
2. Один из способов поддержания определен-
ной температуры в космическом корабле или
спутнике заключается в том, что оболочку спутника
делают двойной и ее внутреннюю полость запол-
няют газом (например, азотом). Этот газ при помо-
щи вентилятора заставляют двигаться около тепло-
выделяющих приборов и переносить тепло к обо-
лочке. Почему приходится пользоваться вынужден-
ной, а не свободной конвекцией?
90.	КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ
В предыдущих параграфах мы рассмотрели
виды теплопередачи.
Вернемся теперь к вопросу об использовании
внутренней энергии. Выясним, как подсчитать,
Рис. 223	/
Рис. 224
Рис. 225
▼
153
на сколько изменилась в том или другом случае внутренняя энер-
гия тела.
Начнем со случая теплопередачи. При теплопередаче происходит
переход внутренней энергии от одних тел к другим путем теплопро-
водности, излучения и конвекции.
Количество внутренней энергии, которое тело получает или теря-
ет при теплопередаче, называют количеством теплоты.
Название «количество теплоты» принято относить к изменению
внутренней энергии только путем теплопередачи. Это название не
применяют к изменению внутренней энергии, полученному при совер-
шении над телом работы.
Чтобы научиться вычислять количество теплоты, выясним, от каких
величин оно зависит.
1.	Если мы хотим подогреть воду в чайнике так, чтобы она стала
лишь теплой, то мы недолго должны нагревать ее, а для того чтобы
вода стала горячей, нужно нагревать ее дольше, передать ей большее
количество теплоты. Следовательно, чем на большее число градусов
мы нагреваем воду, тем большее количество теплоты надо передать ей.
Конечно, и при остывании вода отдаст окружающим ее телам тем
большее количество теплоты, чем на большее число градусов она
охладится.
Но знать, на сколько градусов повысилась или понизилась темпера-
тура, недостаточно, чтобы судить о количестве теплоты, полученном
телом при нагревании или отданном при охлаждении. В самом деле,
раскаленный утюг, до которого нельзя дотронуться, холодную комнату
не согреет, тогда как теплая печь или батареи водяного отопления,
температура которых около 60° С, могут очень хорошо нагреть ком-
нату.
2.	Всем нам приходилось нагревать воду, и мы знаем, что пол-
ный чайник воды потребует для своего нагревания больше тепла,
чем чайник, налитый наполовину.
Поставим на одну плиту две кружки. В одной кружке 200 г,
а в другой 400 г воды. В первой кружке, где находится 200 г воды,
вода нагреется до кипения раньше, чем во второй. Снимем ее с
плиты и будем наблюдать за второй кружкой. Понадобится пере-
дать ей еще некоторое количество теплоты, прежде чем в ней
вода нагреется до кипения. Следовательно, количество теплоты,
переданное при нагревании телу, зависит от массы этого тела: чем
больше масса воды, тем больше тепла нужно затратить на ее на-
гревание.
При остывании тела окружающим телам передается также тем
больше тепла, чем больше масса остывающего тела. Так, чем боль-
ше масса кирпичной печи, тем больше тепла отдает она комнате.
Чем больше секций содержит батарея отопления, тем лучше она
обогревает комнату.
3.	Будем нагревать на двух одинаковых горелках два сосуда,
содержащие: первый —400 г воды, второй —400 г растительного
масла. Таким образом, и в том и в другом сосуде находится по
154
400 г вещества, т. е. массы нагреваемых тел одинаковы (рис. 225).
Одинаковы и условия их нагревания, так как сосуды получают
тепло от одинаковых горелок. Разница состоит лишь в том, что
во втором сосуде вместо 400 г воды находится 400 г масла.
Термометры покажут, что во втором сосуде, где находится мас-
ло, нагревание происходит быстрее. Чтобы температура воды срав-
нялась с температурой масла, ей нужно передать добавочное коли-
чество теплоты. Очевидно, для нагревания одинаковых масс воды
и масла на одно и то же число градусов требуется различное ко-
личество теплоты: для воды оно больше, для масла меньше. Сле-
довательно, количество теплоты, переданное телу при нагревании,
зависит и от того, из какого вещества состоит тело.
Итак, количество теплоты, переданное телу при нагревании, зави-
сит от рода вещества, из которого оно состоит, от массы этого тела
и от изменения его температуры.
1.	Что такое количество теплоты? К какому способу изменения внутренней
• энергии относят это название? 2. Как зависит количество теплоты от изме-
нения температуры тела? 3. Почему нельзя только по изменению темпера-
туры тела судить о количестве полученной им теплоты? 4. Как зависит
количество теплоты от массы тела? 5. Опишите опыт, показывающий, что
количество теплоты зависит от рода вещества, из которого состоит тело.
От чего зависит количество теплоты, переданное телу при нагревании?
91.	ЕДИНИЦЫ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ
Количеством теплоты, как было установлено, называют ту часть
внутренней энергии, которую получает или теряет тело при теплопере-
даче. Как и всякий другой вид энергии, внутреннюю энергию измеряют
джоулями. Кроме того, для измерения количества теплоты приме-
няют с давних времен особую единицу — калорию1.
Калория — это количество теплоты, которое необходимо передать
1 г воды для нагревания ее на 1 °C. Ее краткое обозначение: кал.
Можно сказать также, что калория — это количество теплоты, кото-
рое теряет 1 г воды при остывании на 1 °C.
Пользуются также более крупной единицей количества тепло-
ты—килокалорией: 1 ккал= 1000 кал.
Итак, количество теплоты измеряют единицами:
1 Дж, 1 кДж, 1 кал, 1 ккал.
Между этими единицами существуют соотношения:
1 ккал = 1000 кал,	1 кал = 4,19 Дж « 4,2 Дж,
1 кДж = 1000 Дж,	1 ккал = 4190 Дж ~ 4200 Дж.
1 От латинского слова «к а л о р» — тепло, жар.
155
1.	Какими единицами измеряют внутреннюю энергию и количество теплоты?
2.	Что такое калория и килокалория? 3. Скольким джоулям равна 1 ккал?
92.	УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ
Для нагревания 1 кг воды на 1 °C требуется количество теплоты,
равное 4200 Дж, или 1 ккал. Но если на 1 °C нагревается 1 кг другого
вещества, то понадобится и другое количество теплоты (см. § 90).
Количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы
(1 г или 1 кг) вещества на 1 °C, называют удельной теплоемкостью
вещества. Удельную теплоемкость вещества обозначают буквой с
и измеряют в .
Д«	ккал   кал
о х"4	о /^ ИЛ И """""от1
кг • С кг • С	г • С
Удельные теплоемкости некоторых веществ указаны в таблице.
Удельные теплоемкости некоторых веществ
Вещество	с Дж	кал	Вещество	с Дж	л кал с» г. °C
	‘ кг • ° С	г-°с		’ кг • ° С	
Свинец	140	0,033	Алюминий	920	0,22
Медь	380	0,09	Масло раст.	2000	0,48
Цинк	380	0,09	Лед	2100	0,50
Латунь	380	0,09	Керосин	2100	0,51
Железо	460	0,11	Дерево (дуб)	2400	0,57
Сталь	500	0,12	Спирт	2500	0,60
Чугун Кирпич Стекло лабо- раторное	540 750 840	0,13 0,18 0,20	Вода	4200	1,00
Дж
Удельная теплоемкость свинца 140—. Это значит, что для
кг • ° С
нагревания 1 кг свинца на 1 °C потребуется количество теплоты,
равное 140 Дж (или при охлаждении 1 кг свинца на 1 °C выделяется
140 Дж).
Удельная теплоемкость показывает, на сколько джоулей (или кало-
рий) увеличивается внутренняя энергия 1 кг вещества при нагре-
вании на 1 °C
Удельная теплоемкость вещества меняется при переходе его из
одного состояния в другое. Например, удельная теплоемкость воды
4 200 —Д" —	(1 —кк^Ях ), а удельная теплоемкость льда
кг • ° С кг • ° С
2100ТГ?с
Заметим, что вода имеет очень большую удельную теплоемкость.
Поэтому вода в морях и океанах, нагреваясь летом, поглощает боль-
156
шое количество теплоты, и в тех местах, которые расположены
близко от больших водоемов, летом не бывает так жарко, как в местах,
удаленных от воды. Зимой вода остывает и отдает большое коли-
чество теплоты, поэтому зима в этих местах менее суровая.
Благодаря большой удельной теплоемкости вода — самая удобная
жидкость и для наполнения радиаторов в комнатном отоплении, и
для грелок.
1.	Что называют удельной теплоемкостью вещества? 2. Чему равна удель-
/ Дж кал л
ная теплоемкость воды (Вкро^и в г е>^)? 3. Удельная теплоемкость свин-
Дж
ца равна 140----— Что это означает? 4. Какая связь существует между
КГ *
удельной теплоемкостью вещества и изменением его внутренней энергии?
5.	Почему близость водоемов влияет на температуру воздуха?
93.	РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ,
СООБЩЕННОГО ТЕЛУ ПРИ ЕГО
НАГРЕВАНИИ ИЛИ ВЫДЕЛЯЕМОГО
ПРИ ЕГО ОХЛАЖДЕНИИ
Мы узнали, от каких величин зависит количество теплоты и какими
единицами его измеряют.
Для подсчета количества теплоты нужно знать удельную тепло-
емкость вещества, из которого изготовлено тело, массу этого тела
и разность между его начальной и конечной температурой.
Например, нужно подсчитать, какое количество теплоты получила
железная деталь массой 5 кг при нагревании на 600 °C.
Удельная теплоемкость железа равна 460 —	,
это означает,
что
для нагревания 1 кг железа на 1 °C требуется 460 Дж;
для нагревания 5 кг железа на 1 °C требуется' в 5 раз больше
количества теплоты, т. е. 460 Дж X 5 в 2300 Дж;
для нагревания 5 кг железа на 600 °C потребуется еще в 600
раз большее количество теплоты, т. е. 2300 ДжХбОО = 1 380 000 Дж.
Итак, чтобы подсчитать количество теплоты, необходимое для
нагревания тела, нужно удельную теплоемкость умножить на массу
тела и на разность между конечной и начальной температурой его.
Указанное правило можно записать в виде формулы, введя следую-
щие обозначения: Q — количество теплоты, с—удельная теплоем-
кость вещества, ди —масса тела, t у — начальная и г 2~ конечная темпе-
ратура тела.
Q = cm(t2-t}).
Пример 1. В железный котел массой 10 кг налито 20 кг воды.
Какое количество теплоты нужно передать котлу, чтобы нагреть
его вместе с налитой в него водой от 10 до 100 °C?
157
Оба тела —и котел, и вода —будут нагреваться вместе. Между
ними происходит теплообмен, и их температуры можно считать оди-
наковыми. Поэтому и котел, и вода нагреваются на одно и то же
число градусов: 100 °C — 10 °C =90 °C. Но количества теплоты, полу-
ченные котлом и водой, не будут одинаковыми, ведь их массы и
удельные теплоемкости различны.
Количество теплоты, полученное котлом, равно:
Qy-c}m}(t2-ty)t
Q 1=460 Д* -10 кг-90°С = 414000 Дж «400 кДж.
КГ * V-X
Количество теплоты, полученное водой, равно:
Q2 = c2/n 2(t2-t}),
Q 2=4 200	- • 20 кг • 90° С = 7 560 000 Дж « 7 600 кДж;
На нагревание и котла, и воды израсходовано количество теплоты:
o = ei + e2,
Q =400 кДж+ 7600 кДж =*8 000 кДж.
Пример 2. Смешали 0,8 кг воды, имеющей температуру 25 °C,
и 0,2 кг кипятка. Температуру полученной смеси измерили, и она ока-
залась равной 40 °C. Вычислить, какое количество теплоты отдал
при остывании кипяток и какое количество теплоты получила при
нагревании более холодная вода. Сравнить эти количества теплоты.
Кипяток остыл от 100 до 40 °C, при этом он отдал количество
теплоты:
Q, =ctm1(t2- t),
Q,=4 200	- -0,2 кг-(100°С-40°С) = 50 400 Дж.
КГ • k-z
Вода, в которую был влит кипяток, нагрелась от 25 до 40 °C и полу-
чила количество теплоты:
Q2 = c2m2( t -tj,
Q2=4200-^- -0,8 кг-(40°С-25°C) = 50 400 Дж.
Мы видим, что количество теплоты, отданное горячей водой, и
количество теплоты, полученное холодной водой, равны между со-
бой. Это не случайный результат. Опыт показывает, что если
158
между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия всех
нагревающихся тел увеличивается настолько, насколько уменьшается
внутренняя энергия остывающих тел.
Однако если провести более точные измерения в опытах по
смешиванию горячей и холодной воды, то точного равенства от-
данной и полученной энергии не получится. Объясняется это тем,
что часть энергии во время опыта передается воздуху и сосуду.
Разница в отданном и полученном количестве теплоты будет тем
меньше, чем меньше потерь теплоты допускается в опыте.
1.	Что нужно знать, чтобы подсчитать количество теплоты, полученное телом
• при нагревании? 2. Объясните на примере, как подсчитывают количе-
ство теплоты, сообщенное телу при его нагревании или выделяющееся
при его охлаждении. 3. Как записывают формулу для подсчета количества
теплоты? 4. Какой вывод можно сделать из опыта по смешиванию холодной
и горячей всЬы?
Упр. 1. Удельная теплоемкость алюминия равна 920	или
46 n пп ККал и	о	кг • С
w 0,22 ------— . Что это означает?
кг • °C
2.	Какая из указанных в таблице (см. с. 156) жидкостей быстрее
нагревается при одинаковых условиях нагревания? Почему?
3.	Почему в качестве охладителя (например, при охлаждении дви-
гателя внутреннего сгорания) из всех жидкостей выгоднее всего при-
менять воду?
4.	Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания:
а) чугунного утюга массой 1,5 кг на 200 °C, б) алюминиевой ложки
массой 50 г от 20 до 90 °C, в) кирпичной печи массой 2 т от 10 до
60°С.
94. ЭНЕРГИЯ ТОПЛИВА.
ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Известно, что молекулы состоят из атомов. Например, молекула
воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.
Молекулу можно разделить на атомы. Такое деление молекулы
называют химической реакцией разложения. Для разделения мо-
лекулы на атомы нужно преодолеть силы притяжения атомов, со-
вершить работу, а значит, и затратить энергию. Опыты показывают,
что при соединении атомов в молекулу энергия, наоборот, выде-
ляется.
Можно привести такое сравнение: между Землей и всеми телами
существуют силы притяжения, поэтому, когда мы поднимаем тело,
удаляем его от Земли, мы совершаем работу, затрачиваем энергию.
Но если тело, например ковочный молот, наоборот, падает к Земле,
то оно само совершает работу и его энергия используется.
На явлении выделения энергии при соединении атомов в моле-
кулу и основано использование топлива. Обычное топливо (уголь,
нефть, бензин и др.) содержит углерод. При горении атомы угле-
159
рода соединяются с атомами кислорода, который содержится в
воздухе. Каждый атом углерода соединяется с двумя атомами кис-
рода (рис. 226). Образовавшаяся при этом молекула —это молекула
углекислого газа. При ее образовании выделяется энергия.
Существуют различные виды топлива: уголь, торф, дрова, нефть,
сланцы и природный газ. При расчете различных двигателей инже-
неру необходимо точно знать, какое количество теплоты может
выделить сжигаемое топливо. А для этого надо опытным -путем
найти, какое количество теплоты выделится при сгорании одина-
кового количества разных видов топлива.
Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг
топлива, называют теплотой сгорания топлива.
Теплоту сгорания топлива обозначают буквой q и измеряют в
Дж	ккал	кал
	 ,	 или	.
кг----------------кг-г
Теплоту сгорания топлива определяют на опыте с помощью
довольно сложных приборов.
Результаты опытных данных приведены ниже в таблице.
Теплота сгорания топлива
Топливо	КГ	ккал	кал q	или	 * кг	г	Топливо	Дж 9, КГ	ккал кал д^^_или	 % кг	г
Дрова сухие Торф Бурый уголь подмосков- ный Каменный уголь Спирт	1,0 • ю7 1,4-10’. 1,3 • ю7 2,7 • 107- 3,0 • 107 2,7 • 107	2 500 3 400 3 000 6 500— 7 500 6 500	Антрацит Древесный уголь Природный газ Нефть Бензин Керосин Водород	3,0 • ю7 3,4 • 107 4,4 • 107 4,4 • 107 4,6 • 107 4,6 • 107 12 • 107	7 500 8 000 10 500 10 500 11000 11000 30 000
Из таблицы видно, что, например, теплота сгорания торфа равна
, . Дж	ккал ~
1,4-10 ——, или 3400-------. Это значит, что при полном сгорании
кг	кг
1 кг торфа выделяется 1,4 • 107 Дж, или 3400 ккал.
Рис. 226
160
Чтобы подсчитать количество теплоты Q, выделившееся при пол-
ном сгорании любой массы т топлива, нужно лен логу его сгорания
умножить на массу сгоревшего топлива:
Q = qm,
где q — теплота сгорания топлива.
1.	Что такое теплота сгорания топлива? 2. В каких единицах измеряют
• теплоту сгорания топлива? 3. Что означает выражение «теплота сгорания
топлива равна 1,4 • 107или 3400 ^^» ? 4. Как вычисляют количе-
ство теплоты, выделяемое при сгорании топлива?
Упр. 1. В таблице (см. с. 160) против слова «нефть» стоит число 10 500.
47 Что оно означает? Какое наименование надо поставить при этом числе?
2.	Какое топливо — сухие дрова или бурый уголь —в одинаковых усло-
виях может выделить при сгорании большее количество теплоты? Ответ
обоснуйте.
3.	Какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 15 кг
древесного угля? 200 г спирта?
4.	Сколько теплоты выделится при полном сгорании 2 л керосина?
95.	ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ
ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ
ПРОЦЕССАХ
В § 82 мы рассматривали превращения одного вида энергии
в другой. При падении тела его потенциальная энергия превраща-
ется в кинетическую. При падении свинцового шара на свинцовую
пластину механическая энергия превращается во внутреннюю энер-
гию шара и пластины. В двигателе автомобиля и трактора внутрен-
няя энергия топлива превращается в механическую энергию дви-
жения.
Механическая и внутренняя энергии могут переходить от одного
тела к другому. Кинетическая энергия текущей воды передается,
например, колесам турбины, а энергия движущегося ветра — крыльям
ветряного двигателя. Переход внутренней энергии от одного тела
к другому мы наблюдали при теплопередаче, когда внутренняя
энергия от одного тела (например, нагретой печи) передавалась
другому телу (воздуху комнаты).
А изменяется ли энергия при переходе ее от одного тела к
другому или при превращении из одного вида в другой или она
сохраняется при этом?
Рассмотрев пример (с. 158) и проделав лабораторную работу по
смешению горячей и холодной воды (с. 287), мы убедились, что
количество теплоты, отданное горячей водой, равнялось количеству
теплоты, полученному холодной водой. Значит, сколько внутренней
6 Физика, 6-7 кл.
161
энергии отдало одно тело, столько же получило и второе, т. е. зна-
чение ее сохранилось при переходе от одного тела к другому.
Сделанный вывод относится не только к внутренней энергии.
Все другие, более сложные опыты, которые мы будем изучать
в дальнейшем, показывают, что при любых превращениях энергии
ее значение сохраняется.
Наблюдения и опыты привели к открытию одного из основных
законов физики — закона сохранения и превращения энергии.
Этот закон устанавливает, что энергия не исчезает и не созда-
ется. Она только превращается из одного вида в другой или
переходит от одного тела к другому.
Энергия не может появиться у тела, если оно не получило ее
от другого тела. Энергия текущей воды и ветра получается, как
мы знаем, за счет энергии Солнца, потенциальная энергия взлетев-
шей вверх ракеты —за счет энергии израсходованного при ее запуске
топлива; воздух в комнате нагревается, т. е. его внутренняя энергия
увеличивается за счет энергии, полученной от печи или батареи
отопления.
Закон сохранения энергии —один из величайших законов природы.
Этот закон широко используют в науке и технике.
Изучая различные механизмы, мы познакомились с «золотым
правилом» механики, согласно которому ни один механизм не мо-
жет дать выигрыша в работе. Это правило является одним из
проявлений закона сохранения энергии. Действительно, если бы,
пользуясь, например, наклонной плоскостью, мы получили работу
больше той, которую совершили, то и потенциальная энергия под-
нятого по наклонной плоскости тела оказалась бы больше затра-
ченной энергии. А энергия не может возникнуть из ничего.
Закон сохранения энергии опровергает религиозные легенды о
создании мира богом. Из него следует, что материальный мир
никем не создан, он существует вечно, непрерывно развиваясь.
1.	Приведите примеры превращения механической энергии во внутреннюю
и внутренней в механическую. 2. Приведите примеры перехода механи-
ческой энергии от одного тела к другому. 3. Какой опыт показывает,
что при переходе внутренней энергии от одного тела к другому ее зна-
чение сохраняется? 4. В чем состоит закон сохранения энергии? 5. Какое
значение имеет закон сохранения энергии в науке и технике?
.	1. Молот копра при падении ударяет о сваю и забивает ее в землю.
Какие превращения и переходы энергии при этом происходят? (Сле-
дует учесть, что свая и почва нагреваются при ударе.)
2.	Какие превращения кинетической энергии автомобиля происходят
при его торможении?
3.	Два одинаковых стальных шарика падают с одинаковой высоты.
Один падает на стальную плиту и отскакивает вверх, другой попадает в
песок и застревает в нем. У какого из шариков изменение внутренней
энергии больше и почему?
4.	Опишите все превращения и переходы энергии, которые происходят
при натирании трубки с эфиром, закрытой пробкой (рис. 210).
162
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
СОЛНЦА НА ЗЕМЛЕ
Для дополнительного чтения
Источником большей части энергии, которой
пользуется человек, является Солнце. За счет
солнечной энергии поддерживается средняя годо-
вая температура на Земле около 15 °C.
Опытным путем нашли, что каждый квадрат-
ный сантиметр поверхности Земли при перпен-
дикулярном падении лучей получает в минуту в
среднем около 2 кал (если не учитывать потерь
энергии при прохождении ее через атмосферу).
Если бы мы могли использовать хотя бы 1%
солнечной энергии, которая падает на наши горо-
да, то с избытком покрыли бы всю потребность
городов в энергии всех видов.
А мощность солнечного излучения, падающего
на всю земную поверхность, так велика, что для
ее замены понадобилось бы около 30 миллионов
мощных электростанций.
Стоит только представить себе, что произош-
ло бы на Земле, если бы Солнце каждый день
не освещало Землю! Мы знаем такие места на
Земле, которые слабо нагреваются солнцем. Это
Арктика и Антарктика. Там вечный лед и снег.
Помимо нагревания, всюду на Земле мы на-
ходим другие следы влияния солнечного излу-
чения. Вода морей, озер и рек испаряется, под-
нявшись вверх, она сгущается в облака, перено-
сится ветром в разные места Земли и выпадает
в виде осадков. Эти осадки питают реки, которые
снова текут в моря и океаны. Великий непре-
рывный круговорот воды на Земле совершается
за счет энергии Солнца.
Вследствие неравномерного нагрева поверхнос-
ти Земли Солнцем возникают ветры. Под дейст-
вием ветров и приносимой ими влаги постепенно
разрушаются огромные горные массивы.
Вся жизнь на Земле — жизнь растений и живот-
ных — зависит от Солнца. В растениях происходит
превращение солнечной энергии в химическую
энергию. Чтобы понять это, обратимся к опыту.
Перевернутая воронка помещена в стакан с
водой. В воронке находится лист растения, окру-
женный воздухом. Если растение освещать солн-
цем, то можно обнаружить, что из воронки будет
выходить кислород (рис. 227). Как объяснить
наблюдаемое явление?
В зеленый лист растения проникают молекулы
углекислого газа, которые всегда находятся в
6*
163
воздухе. В результате химической реакции, в которой участвует
углекислый газ и вода, содержащаяся в листве, образуются моле-
кулы кислорода и органическое вещество (рис. 228). Кислород
выделяется в окружающий воздух, а органическое вещество, содер-
жащее углерод, остается в листе растения, поэтому растение может
гореть.
Но мы знаем, что для разложения молекулы на атомы нужно
затратить энергию (§ 94). Откуда берется эта энергия? Если описан-
ный выше опыт производить, не освещая лист растения солнцем,
то химической реакции не произойдет. Значит, разложение углекис-
лого газа в зеленом листе растения происходит благодаря солнеч-
ной энергии.
Каменный уголь, являющийся пока еще одним из основных
наших источников энергии, представляет собой окаменевшие в
земле остатки лесов, когда-то буйно росших на больших простран-
ствах Земли. Значит, и в нем запасена энергия Солнца.
В болотах из отмирающих растений образуются пласты торфа,
широко используемого как топливо.
Энергия животных, питающихся растениями, и энергия челове-
ка — все это преобразованная солнечная энергия.
Лишь недавно человечество научилось использовать дополни-
тельный источник энергии на Земле — атомную энергию, непосредст-
венно не связанную с Солнцем.
ИЗМЕНЕНИЕ АГРЕГАТНЫХ
СОСТОЯНИЙ ВЕЩЕСТВА
96.	АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
В зависимости от условий одно и то же вещество может на-
ходиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Наглядным
примером этому могут служить лед, вода и водяной пар. Эти со-
стояния называют агрегатными состояниями.
Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое
широко используют на практике. В металлургии, например, плавят
металлы, чтобы получить из них сплавы: чугун, сталь, бронзу,
латунь и др. Пар, полученный из воды при ее нагревании, исполь-
зуют на электростанциях в турбинах и для многих других техни-
ческих целей. Сжиженными газами пользуются в холодильных уста-
новках.
В широких масштабах изменение агрегатных состояний проис-
ходит в природе. С поверхности океанов, морей, озер и рек испа-
ряется вода, а при охлаждении водяного пара образуется роса,
туман или снег. Во многих местах Земли зимой замерзают реки
и озера, а весной снег и лед тает.
Для понимания всех указанных выше процессов и для того,
чтобы уметь управлять многими из них, мы должны знать, когда,
164
при каких условиях вещество находится» в том или ином агрегат-
ном состоянии, каковы свойства каждого из этих состояний и что
нужно для превращения вещества из одного состояния в другое.
Мы уже знаем, что молекулы одного и того же вещества в
твердом, жидком и газообразном состоянии одни и те же, они
ничем не отличаются друг от друга (§ 14).
В газах при атмосферном давлении расстояния между молеку-
лами много больше размера самих молекул, поэтому притяжение
молекул газа мало. Средняя кинетическая энергия молекул газа вполне
достаточна, чтобы совершить работу по преодолению сил молеку-
лярного притяжения. Поэтому, если газу не мешают стенки сосуда,
его молекулы разлетаются.
В жидкостях и твердых телах, плотность которых во много раз
больше плотности газа, молекулы расположены ближе друг к другу.
Средняя кинетическая энергия их уже недостаточна для того, чтобы
совершить работу по преодолению сил молекулярного притяжения.
Поэтому молекулы в жидкостях и особенно в твердых телах не
могут далеко удаляться друг от друга.
Твердыми телами в физике называют тела, которые имеют
кристаллическое строение. В них в отличие от жидкостей и газов
частицы расположены упорядоченно. Чтобы перевести их из упорядо-
ченного расположения в беспорядочное, нужно совершить работу
по преодолению сил молекулярного притяжения. При этом изме-
няется внутренняя энергия вещества. При переходе вещества из
твердого состояния в жидкое, а затем в газообразное внутренняя
энергия тела увеличивается, даже если температура тела не изме-
няется. При обратном же переходе вещества из газообразного со-
стояния в жидкое, а из жидкого в твердое выделяется определен-
ное количество энергии, вследствие чего внутренняя энергия тела
уменьшается.
• к 1. В каких трех агрегатных состояниях может находиться одно и то же
вещество? 2. Какое практическое значение имеют явления перехода
вещества из одного агрегатного состояния в другое? 3. Чем определяется
то или иное агрегатное состояние вещества? 4. Как изменяется внут-
ренняя энергия тела при переходе вещества из твердого состояния в
жидкое и из жидкого в газообразное?
97.	ПЛАВЛЕНИЕ И ОТВЕРДЕВАНИЕ
КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ
Передавая телу энергию, можно перевести его из твердого со-
стояния в жидкое (например, расплавить лед), а из жидкого —в га-
зообразное (превратить воду в пар). Отнимая же энергию у газа,
можно получить жидкость, а из жидкости — твердое тело.
Переход вещества из твердого состояния в жидкое называют
плавлением.
Чтобы расплавить тело, нужно сначала нагреть его до опреде-
ленной температуры.
165
Температуру, при которой вещество плавится, называют тем-
пературой плавления вещества.
Одни кристаллические тела плавятся при низкой темпера-
туре, другие — при высокой. Лед, например, плавится при О °C, наф-
талин—при 80 °C Поместив пробирку с твердым нафталином в
кипящую воду, можно получить жидкий нафталин. Кусок олова
или свинца можно расплавить в стальной ложке, нагревая ее на
спиртовке. Чугун же и сталь плавятся при очень высокой темпера-
туре около полутора тысяч градусов.
Переход вещества из жидкого состояния в твердое называют
отвердеванием или кристаллизацией.
Чтобы началась кристаллизация расплавленного тела, оно должно
остыть до определенной температуры.
Температуру, при которой вещество отвердевает (кристаллизу-
ется), называют температурой отвердевания или кристаллизации.
Опыт показывает, что вещества отвердевают при той же темпе-
ратуре, при которой плавятся. Например, вода кристаллизуется
(а лед плавится) при 0°С, чистое железо плавится и кристаллизу-
ется при температуре 1539 °C.
Если нагревать какое-либо кристаллическое тело, то можно за-
метить, что его температура будет повышаться только до момента
начала плавления тела, во все время процесса плавления темпера-
тура тела не изменяется. При этой температуре часть тела находится
в жидком, а часть — в твердом состоянии.
Ниже приведена таблица, из которой видно, в каких широких
пределах лежат температуры плавления различных веществ.
Температура плавления некоторых веществ, ° С
Водород	-259	Натрий	98	Медь	1085
Кислород	-219	Олово	232	Чугун	1100-1300
Азот	-210	Свинец	327	Сталь	1300-1500
Спирт	-114	Янтарь	350-380	Железо	1539
Ртуть	-39	Цинк	420	Платина	1772
Лед	0	Алюминий	660	Осмий	3045
Цезий	29	Золото	1061	Вольфрам	3387
Калий	63				
1. Какой процесс называют плавлением? 2. Какой процесс называют
отвердеванием? 3. Как называют температуру, при которой вещество
плавится и отвердевает?
98.	ГРАФИК ПЛАВЛЕНИЯ И ОТВЕРДЕВАНИЯ
КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ
На рисунке 229 изображен график плавления и кристаллизации
нафталина. Наблюдение за температурой нафталина началось с
момента, когда температура твердого нафталина была 55 °C При
дальнейшем нагревании температура нафталина росла, пока не до-
166
стигла 80 °C (на графике участок — АВ). При 80 °C нафталин начал
плавиться. В течение всего времени плавления температура нафталина
не менялась, хотя горелка продолжала гореть. Этому соответствует
горизонтальный участок графика ВС.
После того как весь нафталин расплавился, т. с. превратился
в жидкость, температура его стала подниматься и достигла 90 °C
(на графике — точка D). Затем горелка была погашена и жидкий
нафталин стал охлаждаться. Когда температура его упала до 80 °C,
начался процесс кристаллизации, и пока весь нафталин не отвердел,
температура его не менялась. На графике это соответствует горизон-
тальному участку EF. Лишь после этого температура уже твердого
нафталина стала уменьшаться (на графике участок — FK).
?1. Как по графику можно судить об изменении температуры вещества при
нагревании и охлаждении? 2. Какие участии графика относятся к плавле-
нию и отвердеванию нафталина?
Упр. 1. Сравните температуру плавления твердой ртути и твердого спирта.
49 У какого из этих веществ температура плавления выше?
2.	Какой из металлов, приведенных в таблице (см. с. 166), самый лег-
коплавкий? самый тугоплавкий?
3.	Будет ли плавиться свинец, если его бросить в расплавленное олово?
Ответ обоснуйте.
4.	Можно ли в алюминиевом сосуде расплавить цинк? Ответ обоснуйте.
5.	Почему для измерения температуры наружного воздуха в холодных
районах применяют термометры со спиртом, а не с ртутью?
99.	ПЛАВЛЕНИЕ И ОТВЕРДЕВАНИЕ
НА ОСНОВЕ УЧЕНИЯ О МОЛЕКУЛЯРНОМ
СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА
Плавление и отвердевание кристаллических тел можно объяснить
на основании атомно-молекулярной теории строения вещества.
Мы знаем, что в кристаллах молекулы (или атомы) расположены
в строгом порядке. Этим объясняется, что все кристаллы одного
и того же вещества имеют определенную форму. Однако и в крис-
таллах молекулы или атомы находятся в движении. Но в отличие,
например, от газов, где частицы движутся независимо друг от друга,
в твердом теле каждая из частиц влияет на движение других.
От скорости движения молекул, как мы знаем, зависит темпе-
ратура тела. При нагревании тела средняя скорость движения мо-
Рис. 229
Время, мин.
лекул возрастает,— следовательно, возрастает и средняя кинетическая
энергия их. Вследствие этого размах колебаний молекул (или ато-1
мов) увеличивается, при этом силы, связывающие их, уменьшаются.
Когда тело нагреется до температуры плавления, размах колебаний
настолько увеличится, что нарушится порядок в расположении частиц
в кристаллах. Кристаллы теряют свою форму: вещество плавится,
переходя из твердого состояния в жидкое.
При отвердевании вещества все происходит в обратном порядке:
средняя кинетическая энергия и скорость молекул в охлажденном
расплавленном веществе уменьшается. Силы притяжения могут снова
удержать такие медленно движущиеся молекулы друг около друга.
Вследствие этого расположение частиц делается снова упорядоченным.
Кристаллизация облегчается, если в жидкости с самого начала
присутствуют какие-нибудь посторонние частицы, например пылинки.
Они становятся центрами кристаллизации. В обычных условиях
в жидкости имеется множество центров кристаллизации, около кото-
рых и происходит образование кристалликов.
р 1. Как объяснить процесс плавления и отвердевания вещества на основе
• учения о молекулярном строении вещества? 2. При каком условии начи-
нается кристаллизация вещества?
100.	УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ
На графике (рис. 229) очень наглядно показано, что, пока нафталин
плавится, температура его не меняется. И лишь после того, как
он весь расплавится, температура образовавшейся жидкости начинает
повышаться. Но ведь и во время процесса плавления нафталин
получает энергию от сгорающего в нагревателе топлива. На что же
расходуется эта энергия? Ведь из закона сохранения энергии сле-
дует, что она не может исчезнуть.
На этот вопрос можно ответить, если вспомнить, что при плав-
лении происходит разрушение кристалла. На это и расходуется
энергия.
Следовательно, энергия, которую получает кристаллическое тело,
после того как оно уже нагрето до температуры плавления, рас-
ходуется на изменение его внутренней энергии при переходе в
жидкое состояние.
Количество теплоты, необходимое для превращения при темпе*
ратуре плавления 1 кг твердого кристаллического вещества в
жидкость, называется удельной теплотой плавления.
Удельную теплоту плавления измеряют в
Дж ккал	кал
----,	 или 	.
кг кг------------г
Удельную теплоту плавления обозначают буквой X1.
1 X - греческая буква «лямбда».
168
Определяют удельную теплоту плавления на опыте. Так, опытным
путем было установлено, что удельная теплота плавления льда
равна 3,4 • 105 или 80	Это означает, что для пре-
кг	кг
вращения куска льда массой 1 кг, взятого при 0 ° С, в воду такой же
температуры требуется затратить 3,4 • 105 Дж или 80 ккал энергии.
Следовательно, при температуре плавления внутренняя энергия
1 кг вещества в жидком состоянии больше внутренней энергии такой
же массы вещества в твердом состоянии на удельную теплоту
плавления.
Например, внутренняя энергия 1 кг воды при 0 °C, на 3,4- 105 Дж
больше внутренней энергии 1 кг льда при той же температуре.
Удельная теплота плавления некоторых веществ
Вещество	1 Дж л’ кг	или-^	Вещество	* кг	Ю1И
Алюминий Лед Железо Медь	3,9 • 10s 3,4 • 105 2,7 • 10s 2,1 • 105	92 80 65 51	Сталь Олово Свинец	0,84 • 106 0,59 • 105 0,25 • 105	20 14 6
1. Чем объяснить, что в течение всего времени процесса плавления
кристаллического тела температура его не меняется? 2. На что расхо-
дуется энергия сгорающего в нагревателе топлива при плавлении кристал-
лического тела? 3. Что такое удельная теплота плавления? 4. В каких
единицах выражают удельную теплоту плавления?
101.	ВЫДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ
ПРИ ОТВЕРДЕВАНИИ ВЕЩЕСТВА
Вернемся к графику плавления и кристаллизации нафталина
(рис. 229) и рассмотрим ту его часть, которая относится к охлаждению
нафталина.
При охлаждении расплавленного нафталина температура его
понижается. Но как только нафталин начинает отвердевать, пони-
жение температуры прекращается, хотя нафталин продолжает отда-
вать свою внутреннюю энергию окружающим его телам. Ведь его
температура выше температуры этих тел. И пока весь нафталин
не отвердеет, температура его не меняется. Но как только он весь
затвердеет, температура снова начнет понижаться.
Такое явление наблюдается у всякого кристаллического тела.
Почему же не понижается температура кристаллического тела во
время его отвердевания?
Мы уже знаем, что при температуре отвердевания внутренняя
энергия тела в жидком состоянии больше его внутренней энергии
в твердом состоянии. Во все время процесса отвердевания избыточ-
169
ная внутренняя энергия выделяется и восполняет потерю энергии
вследствие охлаждения. Поэтому средняя энергия молекул, а следо-
вательно, и температура тела остаются неизменными до тех пор,
пока не закончится процесс отвердевания. С этого момента начнется
понижение температуры твердого тела, так как убыль внутренней
энергии у него уже не будет восполняться.
Тщательно проведенные опыты показывают, что при отвердева-
нии кристаллического вещества выделяется точно такое же количе-
ство теплоты, которое поглощается при его расплавлении. Так, при
отвердевании 1 кг воды при О °C выделяется 3,4 • 105 Дж теплоты.
Но точно такое же количество теплоты потребляется и при плав-
лении 1 кг льда при О °C.
1.	Как объяснить, что в процессе отвердевания вещества температура
его остается постоянной? 2. Какое количество энергии выделяется при
отвердевании 1 кг воды?
102.	ПРИМЕРЫ НА РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА
ТЕПЛОТЫ
1.	Какую энергию надо затратить, чтобы расплавить стальной
слиток массой 300 кг, взятый при температуре плавления?
5 Дж
Удельная теплота плавления стали: X =0,84-10 —(см. табл.
с. 169). Это значит, что для плавления 1 кг стали при темпера-
туре плавления требуется 0,84 • 105 Дж. Для плавления всего слитка
стали потребуется энергии в 300 раз больше. Итак,
Q
(2 = 0,84 • 105 — • 300 кг « 2,5 • 107 Дж.
кг
2.	Для приготовления чая турист положил в котелок 2 кг льда,
имеющего температуру 0°С Какое количество теплоты необходимо
для превращения этого льда в кипяток при температуре 100 °C?
Сколько теплоты понадобилось бы, если вместо льда турист взял
из проруби 2 кг воды при температуре 0 °C?
Лед прежде всего должен расплавиться, а для этого потребуется
количество теплоты: Q}
Для нагревания полученной изо льда воды от 0 до 100 °C потре-
буется количество теплоты: Q2 = cm(t2 — ty).
Общее количество теплоты: Q=Qi 4- Q2. Подставив в полученную
формулу числовые значения величин с наименованием единиц их,
мы получим:
(2 = 80-^ • 2 кг + 1 - кк1л- • 2 кг (100°C-0°C) =
кг	кг-°C v
= 160 ккал 4-200 ккал = 360 ккал.
170
Если бы вместо льда было взято 2 кг воды при О °C, то пона-
добилось бы количество теплоты, необходимое только для ее на-
гревания от 0 до 100 °C, т. е.
Q2 = cm(t2-t}); Q=2W ккал.
Упп. 1. Тающий лед принесли в помещение, температура в котором О °C.
5Q Будет ли лед в этом помещении продолжать таять?
2.	В ведре с водой плавают куски льда. Общая температура воды и
льда 0 °C. Будет ли лед таять или вода замерзать? От чего это зависит?
3.	Сколько энергии нужно затратить, чтобы расплавить 4 кг льда
при О °C?
4.	Сколько энергии требуется затратить, чтобы расплавить 20 кг
свинца при температуре плавления? Сколько энергии понадобится для
этого, если начальная температура свинца 27 °C?
ЗАДАНИЕ
Поставьте на плиту две одинаковые жестяные банки. В одну налейте
0,5 кг воды, в другую положите 0,5 кг снега. Заметьте, сколько времени
потребуется, чтобы вода в обеих банках закипела. Напишите краткий отчет о
вашем опыте и объясните его результаты.
ЛИТЬЕ МЕТАЛЛОВ
Для дополнительного чтения
На свойстве металлов плавиться при нагревании и отвердевать
при охлаждении основано литейное производство. С помощью литья
изготовляют самые разнообразные изделия.
Для отливки из металла какой-нибудь детали сначала из дерева
изготовляют модель этой детали (рис. 230). Затем модель ставят
в металлический ящик — опоку— и плотно набивают опоку влажной
формовочной землей (рис. 231). Потом модель осторожно вынимают
из опоки, формовочная земля сохраняет форму модели. Опоки для
сложной модели делают из двух половинок. Опоки с оттиснутой
формой модели просушивают в печах. Через отверстие, имеющееся
в опоке, ее заливают расплавленным металлом, который заполняет
всю приготовленную для него форму. Когда металл затвердевает,
его вынимают из опоки. Учитывая, что при отвердевании большинст-
во металлов сжимается, объем формы делают несколько больше,
чем объем детали.
Рис. 232
171
На некоторых заводах металл заливают не в опоки, а в заранее
заготовленные из более тугоплавких материалов формы.
В настоящее время очень многие изделия изготовляют путем
отливки из пластмасс и камня. Из плавленого камня делают,
например, трубы, станины (основания) машин и станков, строитель-
ные дезали.	/
103.	ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ
Мы знаем, что температура жидкости, как и твердого или газо-
образного тела, связана со скоростью движения молекул. Чем боль-
ше средняя скорость движения молекул, тем выше температура
жидкости. По отдельные молекулы жидкости движутся со скорос-
тями как большими, так и меньшими, чем средняя скорость. Если
какая-нибудь достаточно «быстрая» молекула окажется у поверхности
жидкости, то она может преодолеть притяжение соседних молекул
и вылететь • из жидкости. Вылетевшие с поверхности жидкости
молекулы образуют над жидкостью пар. Это явление перехода
молекул из жидкости в пар называют испарением.
Скорость испарения зависит от нескольких причин.
1.	Если4 листок бумаги смочить в одном месте эфиром, а в дру-
гом водой, то мы заметим, что эфир испарится значительно быст-
рее, чем вода. Значит, скорость испарения зависит от рода жидкости.
Быстрее испаряется та жидкость, молекулы которой притягиваются
друг к другу с меньшей силой. Ведь в этом случае преодолеть
притяжение и вылететь из жидкости может большее число молекул.
2.	Так как некоторое число быстро движущихся молекул всегда
имеется в жидкости, то испарение должно происходить при всякой
температуре. Наблюдения подтверждают это. Например, водяные
лужи, образовавшиеся после дождя, высыхают и летом в жару,
и осенью, когда уже холодно. Но летом они высыхают быстрее.
Дело в том, что, чем выше температура жидкости, тем больше доля
быстро движущихся молекул, способных преодолеть силы притя-
жения окружающих молекул и вылететь с поверхности жидкости.
Поэтому испарение происходит тем быстрее, чем выше температура
жидкости.
3.	Одновременно с переходом молекул из жидкости в пар про-
исходит и обратный процесс. Беспорядочно двигаясь над поверх-
ностью жидкости, часть молекул, покинувших ее, снова в нее воз-
вращается. Такой переход молекул из пара в жидкость называют
конденсацией1.
Если испарение жидкости происходит в закрытом сосуде, то
довольно скоро число молекул, вылетающих из жидкости, стано-
вится равным числу молекул пара, возвращающихся обратно в
жидкость. Поэтому количество жидкости в закрытом сосуде не
изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться (рис. 232).
1 От латинского слова «к о н д е н с а р е» — сгущать.
172
В открытом сосуде количество жидкости вследствие испарения
Постепенно уменьшается, так как большинство молекул пара рас-
сеивается в воздухе, не возвращаясь в жидкость. Только небольшая
часть их возвращается обратно в жидкость, замедляя этим испаре-
ние жидкости. Поэтому при ветре, который уносит молекулы пара,
испарение жидкости происходит быстрее.
4.	Если в узкий и широкий сосуды налить по одинаковому коли-
честву воды, то можно заметить, что в широком сосуде вода ис-
парится значительно быстрее. Например, вода быстрее испаряется,
когда она налита в блюдце, чем когда налита в стакан. Развешан-
ное белье быстрее высыхает, чем скомканное. Это объясняется тем,
что жидкость испаряется с поверхности, и, чем больше свободная
поверхность жидкости, тем большее число молекул одновременно
вылетает с нее в воздух. Значит, скорость испарения жидкости за-
висит от площади ее поверхности.
Наблюдения и опыты показывают, что испаряются и твердые
тела. Испаряется, например, лед, поэтому белье высыхает и на
морозе. Испарением твердых тел можно объяснить и их запахи.
} 1. Как связана температура жидкости со скоростью движения молекул?
• 2. Какое явление называют испарением? 3. Как объяснить, что испарение
жидкости происходит при любой температуре? 4. Как называют процесс
перехода пара в жидкость? 5. Назовите и объясните все причины, от
которых зависит скорость испарения жидкости.
104.	ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ
ПРИ ИСПАРЕНИИ ЖИДКОСТИ
При вылете из жидкости молекулы преодолевают силы притяже-
ния со стороны оставшихся молекул, т. е. совершают работу про-
тив этих сил. Не все молекулы жидкости могут совершить необ-
ходимую работу, а только те из них, которые обладают достаточной
для этого кинетической энергией. Это такие молекулы, скорость
движения которых больше средней скорости. А мы знаем, что
такие «быстрые» молекулы имеются в жидкости при любой темпе-
ратуре.
Но если из жидкости выходят в пар наиболее быстрые молекулы,
то средняя скорость остальных молекул жидкости становится мень-
ше, — следовательно, и средняя кинетическая энергия остающихся
в жидкости молекул уменьшается. Это означает, что внутренняя
энергия испаряющейся жидкости уменьшается. Поэтому, если нет
притока энергии к жидкости извне, испаряющаяся жидкость охлаж-
дается.
Охлаждение жидкости при испарении можно наблюдать на опы-
те. Для этого нужно обмотать шарик термометра ватой (или кусоч-
ком материи) и полить ее эфиром. Быстро испаряющийся эфир
отнимает часть внутренней энергии от шарика термометра, вследствие
чего температура последнего понижается. Если эфиром смочить руку,
то мы будем ощущать охлаждение руки.
173
Выходя из воды даже в жаркий день, мы чувствуем холод. Вода,
испаряясь с поверхности нашего тела, отнимает от него некоторое
количество теплоты.
Однако при испарении воды, налитой в стакан, мы не замечаем
понижения ее температуры. Чем это можно объяснить? Дело в тфи,
что температура воды в данном случае поддерживается постоянной
за счет количества теплоты, заимствованного из окружающего воз-
духа. Значит, чтобы испарение жидкости происходило без изменения
ее температуры, жидкости необходимо сообщать энергию.
Так, чтобы испарить 1 кг воды при 35 °C, требуется 576 ккал,
а для испарения 1 кг эфира при этой же температуре — 85 ккал.
Почему при одних и тех же условиях на испарение воды рас-
ходуется больше энергии, чем на испарение эфира? Это объясняется
тем, что силы сцепления между молекулами воды больше, чем между
молекулами эфира.
1.	Каную работу совершают молекулы, выходящие из жидкости при испа-
рении? 2. Как объяснить понижение температуры жидкости при ее испа-
рении? 3. Как можно на опыте показать охлаждение жидкости при
испарении? 4. Нак можно объяснить, что при одних и тех же условиях одни
жидкости испаряются быстрее, другие — медленнее?
105.	КОНДЕНСАЦИЯ ПАРА
Мы говорили, что процесс перехода молекул из пара в жидкость
называют коиденсациеи.
Конденсация пара сопровождается выделением энергии.
При одной и той же температуре сколько энергии поглощается
при испарении жидкости, столько же ее выделяется при конденсации
пара. Иначе говоря, теплота конденсации равна теплоте испарения.
Примеры конденсации воды встречаются в природе.
Летним вечером, когда воздух становится холоднее, выпадает
роса. Это водяной пар, находившийся в воздухе, при охлаждении
воздуха оседает на траве и листьях в виде маленьких капелек воды.
Конденсацией пара объясняется образование облаков. Пары воды,
поднимающиеся над землей, образуют в верхних, более холодных
слоях воздуха облака, состоящие из мельчайших капелек воды.
1.	При каких условиях происходит конденсация пара? 2. Какие явления
природы объясняются конденсацией пара?
Упр. 1. В какую погоду скорее просыхают лужи от дождя: в тихую или
51 ветреную? в теплую или холодную? Как это можно объяснить?
2.	Почему горячий чай остывает скорее, если на него дуют?
3.	Выступающий в жару на теле пот охлаждает тело. Почему?
4.	Почему в сухом воздухе переносить жару легче, чем в сыром?
5.	Чтобы получить прохладную воду в летнюю жару, ее наливают в
сосуды, изготовленные из слабообожженной глины, сквозь которую вода
медленно просачивается. Вода в таких сосудах холоднее окружающего
воздуха. Почему?
174
6.	Небольшое количество воды находится в стакане и такое же коли-
чество воды находится в блюдце. Где быстрее вода испаоится? Почему?
\7. На стекло или доску кисточкой наносят мазки различных жидкостей:
эфира, спирта, воды и масла. Наблюдая за мазками, замечают, что жид-
кости испаряются с разной скоростью. Проделайте такой опыт и объяс-
ните его.
холодильник
Для дополнительного чтения
Явление охлаждения при быстром испарении жидкости исполь-
зуют на практике, например в холодильных установках, имеющихся
в вагонах для перевозки скоропортящихся продуктов.
Охлаждают вагоны, испаряя в специальных устройствах жидкий
аммиак или жидкую углекислоту. Испарение происходит в змеевиках,
которые проходят через раствор соли и охлаждают его ниже О °C.
В раствор соли помещают формы, наполненные водой. В этих
формах, омываемых охлажденным раствором, образуется лед.
В настоящее время широкое применение в быту получили элект-
рические холодильники. Рассмотрим принцип действия компресси-
онного холодильника. Этот холодильник состоит из трех основных
частей: компрессора А, конденсатора В и испарителя С (рис. 233).
В змеевике-конденсаторе с помощью компрессора сжимают ка-
кое-нибудь вещество, которое легко переходит из газообразного
состояния в жидкое и из жидкого в газообразное. В качестве
таких веществ применяют фреон, аммиак, сернистый ангидрид и др.
При сжатии вещество превращается из газообразного состояния
в жидкое. Одновременно с этим компрессор создает в змеевике-
испарителе разрежение. Туда через регулирующий вентиль К устрем-
ляется жидкое вещество, которое быстро там испаряется. Испарение
сопровождается поглощением энергии, которая отнимается от стенок
змеевика, воздуха, соприкасающегося с ним, и далее от продуктов,
находящихся в холодильной камере. Вследствие этого в холодиль-
ной камере понижается температура и продукты охлаждаются.
Компрессор приводится в действие электродвигателем.
106.	КИПЕНИЕ
Явления, происходящие в нагреваемой жидкости, интересно
пронаблюдать1 на опыте. Для этого будем нагревать воду в откры-
том стеклянном сосуде (рис. 234, а). Прежде всего обратим внимание
на то, что с поверхности воды происходит испарение. Иногда даже
можно заметить туман, образующийся над сосудом: водяной пар
смешивается с холодным воздухом и конденсируется в виде малень-
ких капель. Сам пар, конечно, невидим глазом.
При дальнейшем повышении температуры мы заметим появление
в воде многочисленных мелких пузырьков. Их размеры постепенно
растут. Это пузырьки воздуха, который всегда бывает растворен
в воде. Чем холоднее вода, тем большее количество воздуха в ней
может быть растворено. Поэтому при нагревании излишек воздуха
выделяется из воды в виде пузырьков. Эти пузырьки содержат
не только воздух, но и водяной пар, так как вода испаряется
внутрь этих пузырьков воздуха.
По мере дальнейшего нагревания воды пузырьки становятся
крупнее и многочисленнее. Размер пузырьков растет, возрастает
и архимедова сила, выталкивающая их из воды, и они интенсивно
всплывают. В этот момент бывает слышен «шум», предшествующий
обычно кипению. При определенной температуре с приближением
к поверхности объем пузырьков резко возрастает. На поверхности
они лопаются, и находившийся в них водяной пар выходит в
атмосферу — вода кипит (рис. 234, б).
Кипение есть процесс испарения жидкости, сопровождающийся
быстрым образованием и ростом пузырьков пара, прорывающихся
через поверхность жидкости наружу.
Температуру, при которой жидкость кипит, называют темпера-
турой кипения.
Во время кипения температура жидкости не меняется.
В таблице указаны температуры кипения различных жидкостей.
Температура кипения различных веществ
при нормальном атмосферном давлении, ° С
Водород	-253	Аммиак	-33	Спирт	78	Ртуть	357	Медь	2567
Кислород	-183	Эфир	35	Вода	100	Свинец	1740	Железо	2750
Из таблицы видно, что вещества, которые в обычных условиях
являются газами, при достаточном охлаждении обращаются в жид-
кости, кипящие при очень низкой температуре. Жидкий кислород,
например, кипит под атмосферным давлением при —183 °C. Наоборот,
такие вещества, которые в обычных условиях мы наблюдаем в
твердом состоянии, обращаются при плавлении в жидкости, кипящие
при очень высокой температуре. Например, медь кипит при 2567 °C,
а железо — при 2750 °C.
1.	Какой процесс называют кипением? 2. Какие явления наблюдаются в
нагреваемой жидкости перед тем, как жидкость начинает кипеть? 3. Какие
силы действуют на пузырек воздуха, наполненный паром, когда он находится
внутри жидкости? 4. Что называют температурой кипения жидкости?
176
ЗАДАНИЕ
Пронаблюдайте за процессом нагревания и кипения воды. Для этого
налейте воду в небольшую открытую кастрюлю или в жестяную банку и
поставьте ее на плиту. (Лучше взять для этого опыта химический стакан
или небольшую колбу.)
Проследите внимательно за тем, что происходит в воде во время
нагревания. Обратите также внимание на помутнение воды перед самым
началом кипения и объясните его.
Во время кипения воды подержите наклонно над паром чистую
\ тарелку.Что вы наблюдаете? Объясните явление. Напишите краткий отчет об
опыте.
107.	УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА
ПАРООБРАЗОВАНИЯ И КОНДЕНСАЦИИ
Мы знаем (§ 104), что для поддержания постоянной температуры
испаряющейся жидкости необходимо к жидкости подводить опреде-
ленное количество теплоты.
Кипение, как мы видели, есть тоже испарение, только сопро-
вождается оно быстрым образованием и ростом пузырьков пара.
Очевидно, что во время кипения необходимо подводить к жидкости
определенное количество теплоты. Это количество теплоты идет
на образование пара.
Количество теплоты, необходимое для обращения в пар 1 кг
жидкости без изменения температуры, называется удельной теп-
лотой парообразования.
Удельную теплоту пдрообразования обозначают буквой L и из-
меряют в
Дж ккал	кал
——,------- или ----.
кг кг	г
Опытами установлено, что удельная теплота парообразования
воды при 100 °C равна 2,3 • 10е	(539 —), иными сло-
вами, для превращения 1 кг воды в пар при 100 °C требуется
2,3 • 106 Дж (539 ккал).
Удельная теплота парообразования некоторых веществ указана
ниже в таблице.
Удельная теплота парообразования жидкостей
при температуре кипения и нормальном атмосферном давлении
Вещество	, Дж ’ кг	ккал кал L,	или кг	г	Вещество	г Дж 9 кг	ккал кал L,	или кг	г
Вода Аммиак	2,3 • 10е	539	Эфир	0,4 • 106	85
(жидкий) Спирт	1,4 • 106 0,9 • 106	327 216	Ртуть	0,3 • 106	70
177
Удельная теплота парообразования показывает, на сколько увели-
чивается энергия 1 кг вещества при переходе его из жидкого со-
стояния в пар без изменения температуры.
Так, энергия 1 кг водяного пара при 100 °C на 2,3 • 106 Дж
(539 ккал) больше энергии 1 кг воды при 100 °C; энергия 1 кг nada
спирта при 78 °C на 0,9 • 106 Дж (216 ккал) больше энергии 1 кг
жидкого спирта при 78 °C и т. д.
Соприкасаясь с холодным предметом (рис. 235), водяной i)ap
конденсируется, при этом выделяется энергия, поглощенная при
образовании пара. Точные опыты показывают, что, конденсируясь,
пар отдает то количество энергии, которое пошло на его образование.
Следовательно, при превращении 1 кг водяного пара при темпе-
ратуре 100 °C в воду той же температуры выделяется 2,3 • 106 Дж
(539 ккал). Как видно из сравнения с другими веществами (см. табл,
с. 177) эта энергия довольно велика.
Освобождающаяся при конденсации пара энергия может быть
использована. На крупных тепловых электростанциях отработавшим
в турбинах паром нагревают воду. Нагретую таким образом воду
используют для отопления зданий, в банях, прачечных и для дру-
гих бытовых нужд.
1.	На что расходуется энергия, подводимая к жидкости при кипении?
2. Что называют удельной теплотой парообразования? 3. В каких единицах
может быть выражена удельная теплота парообразования? 4. Как пони-
мать, что удельная теплота парообразования воды равна 539 -KKajl ?
кг
5.	На сколько внутренняя энергия 1 кг водяного пара при 100 °C больше
внутренней энергии 1 кг воды при той же температуре? 6. Как можно
показать на опыте, что при конденсации пара выделяется энергия?
7. Чему равна энергия, выделяемая при конденсации 1 кг водяного пара?
8.	Где в технике используют выделение энергии при конденсации водя-
ного пара?
178
108.	ПРИМЕРЫ НА РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА
ТЕПЛОТЫ
1.	Какое количество энергии надо затратить, чтобы 5 кг жидкого
аммиака обратить в газ при температуре кипения аммиака?
По таблице (с. 177) находим, что удельная теплота парообразо-
вания аммиака при нормальном давлении £ = 1,4 • 10 —— . Отсюда
следует, что для превращения 5 кг жидкого аммиака в газ при тем-
пературе кипения требуется затратить энергию:
Q = Lm,
0=1,4. Ю6^ -5 кг = 7,0-10еДж.
кг
2.	Какое количество энергии требуется для превращения 2 кг воды,
взятой при ц = 20 °C, в пар при г2 100 °C?
Для большей наглядности изобразим процесс нагревания воды
графически (рис. 236), откладывая в определенном масштабе по
горизонтальной оси время процесса нагревания, а по вертикаль-
ной — температуру.
Участок АВ графика показывает, что вода нагревалась от 20 °C
до кипения, на что расходовалась энергия:
Q\ = cm(t2-t}).
Участок графика ВС показывает, что вода превращается в пар
без изменения температуры, поглощая при этом энергию:
Q2 =Lm.
Общее количество израсходованной энергии:
Q = Qi+Q2.
Подставляя числовые значения величин, получим:
0=4 200—-2 кг-(100 °C-20 °C) +
+ 2,3 • 10е — • 2 кг« 5,3 • 106 Дж.
кг
Упр. 1. Как надо понимать, что удельная теплота конденсации аммиака
52 равна 1,4- 10е(327^)?
кг 4 кг '
2.	У какого из приведенных в таблице (см. с. 177) веществ при обра-
щении из жидкого состояния в пар энергия увеличивается на большую
величину? Ответ обоснуйте.
179
3.	Какое количество энергии требуется для обращения 150 г воды
при 100 °C в пар?
4.	Какое количество энергии нужно затратить, чтобы 5 кг воды при
0 °C довести до кипения и испарить ее?
5.	Какое количество энергии выделит 2 кг воды при охлаждении ее
от 100 до О °C? Какое количество энергии выделится, если вместо воды
взять столько же пара при 100 °C?
'	”т’	' г
‘	'Л? •	/
ТЕЦЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
109.	РАБОТА ГАЗА И ПАРА
ПРИ РАСШИРЕНИИ
Мы уже говорили о том, что развитие техники зависит от
умения как можно более полно использовать, громадные запасы
внутренней энергии, содержащиеся в топливе.
Использовать внутреннюю энергию — значит совершить за счет
нее полезную работу, например поднять груз, перевезти вагоны
и т. п. А это, в свою очередь, означает, что внутреннюю энергию
необходимо превратить в механическую.
Как это сделать?
В пробирку нальем немного воды, затем плотно закроем ее
пробкой и нагреем воду до кипения. Под давлением пара пробка
выскочит и поднимется вверх. Здесь энергия топлива перешла во
внутреннюю энергию пара, а пар, расширяясь, совершил работу —
поднял пробку.
Заменим пробирку прочным металлическим цилиндром, а проб-
ку—плотно пригнанным поршнем, который может двигаться вдоль
цилиндра. Мы получим простейший тепловой двигатель, в котором
внутренняя энергия топлива может превращаться в механическую
энергию. Такой двигатель был изобретен в конце XVII в. и усовер-
шенствован в дальнейшем.
Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутрен-
няя энергия топлива превращается в механическую энергию.
Существует несколько видов тепловых двигателей: паровая маши-
на, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реак-
тивный двигатель.
Во всех этих двигателях энергия топлива сначала переходит в
энергию газа (или пара): без них не может работать тепловой дви-
гатель. Расширяясь, газ совершает работу й при этом охлаждается,
его внутренняя энергия переходит в механическую энергию.
. Из всех существующих тепловых двигателей мы рассмотрим
двигатель внутреннего сгорания и паровую турбину.
1.	Какие двигатели называют тепловыми? 2. Как в тепловых двигателях
осуществляется процесс превращения энергии топлива в механическую
энергию? 3. Какие виды тепловых двигателей вам известны?
180
110.	ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО
СГОРАНИЯ
Двигатель внутреннего сгорания — очень распро-
страненный вид теплового Двигателя, в нем топ-
ливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого
двигателя. Отсюда и происходит название этого
двигателя.
Двигатели внутреннего сгорания работают на
жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или
на горючем газе.
На большинстве автомобилей устанавливают
поршневые двигатели внутреннего сгорания.
На рисунке 237 показан разрез простейшего
двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель состоит из цилиндра, в котором
перемещается поршень 5, соединенный при по-
мощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. На валу
укреплен тяжелый маховик 6. В верхней части
цилиндра имеются два клапана / и 2, которые
при работе двигателя автоматически открываются
и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1
в цилиндр поступает горючая смесь, а через кла-
пан 2 выпускаются отработавшие газы. Маховик 6,
имеющий большую массу, предназначен для
уменьшения неравномерности вращения вала,
7— свеча для воспламенения горючей смеси.
В цилиндре такого двигателя периодически
происходит сгорание горючей смеси, состоящей
из паров бензина и воздуха. Температура газо-
образных продуктов сгорания достигает
1600—1800 °C. Давление на поршень при этом резко
возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень,
совершая механическую работу. При этом они
охлаждаются, так как часть их внутренней энергии
превращается в механическую энергию.
Рассмотрим более подробно схему работы
такого двигателя. Крайние положения поршня в
цилиндре называют мертвыми точками. Расстоя-
ние, проходимое поршнем от одной мертвой точ-
ки до другой, называют ходом поршня.
Один рабочий цикл в двигателе происходит
за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре
такта. Поэтому такие двигатели называют четы-
рехтактными.
Один ход поршня, или один такт двигателя,
совершается за пол-оборота коленчатого вала.
Рис. 237
181
При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень
движется вниз (рис. 238, а). Объем над поршнем увеличивается.
Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время
открывается клапан У и в цилиндр входит горючая смесь. К концу
первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1
закрывается.
При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй
такт) и сжимает горючую смесь (рис. 238, б). В конце второго такта,
когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая
горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро
сгорает.
Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают
его вниз (рис. 238,в). Под действием расширяющихся горячих га-
зов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт
называют рабочим. Движение поршня передается шатуну, а че-
рез него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок,
маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает
скрепленный с ним поршень при последующих тактах.
В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него про-
дукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу. Выпуск продук-
тов сгорания продолжается и в течение четвертого такта, когда
поршень движется вверх (рис. 238, г). В конце четвертого такта
клапан 2 закрывается.
Затем циклы работы двигателя повторяются.
Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырех процессов:
впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска.
В автомобильных двигателях пуск двигателя обычно осуществ-
ляется вспомогательным электрическим двигателем — стартером.
В автомобилях используют чаще всего четырехцилиндровые
двигатели внутреннего сгорания. На рисунке 239 изображен разрез
такого двигателя. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом
из них поочередно происходит рабочий ход и коленчатый вал
Рис. 239. Разрез четырех-
цилиндрового двигателя
внутреннего сгорания:
/ — поршень, 2 — ша-
тун, 3 — маховик, 4 —
коленчатый вал, 5 — ко-
леса зубчатой передачи,
6 — впускной и выпуск-
ной клапаны.
182
все время получает энергию от
одного из поршней.
Имеются и восьмицилиндро-
вые автомобильные двигатели.
Многоцилиндровые двигате-
ли в лучшей степени обеспечи-
вают равномерность вращения
вала и имеют большую мощность.
Необходимой частью всякого
двигателя внутреннего сгорания
является система охлаждения,
которая поддерживает наиболее
выгодный тепловой режим работы
двигателя. При сильном пере-
греве наступает выгорание масла,
в результате чего поршни в ци-
линдрах могут заклиниться, воз-
можны и преждевременные
вспышки горючей смеси и даже
ее взрыв. Охлаждение цилиндров
производится проточной водой
или воздухом. Поэтому двигатели
внутреннего сгорания бывают с
жидкостным или воздушным
охлаждением.
Применение двигателей внут-
реннего сгорания чрезвычайно раз-
нообразно. Они приводят в движе-
ние самолеты, теплоходы, автомо-
били, тракторы, тепловозы. Мощ-
ные двигатели внутреннего сгора-
ния устанавливают на речных и
морских судах.
1.	Какой двигатель называют
• двигателем внутреннего сгора-
ния? 2. Из каких основных частей
состоит простейший двигатель
внутреннего сгорания? 3. Какие
физические явления происходят
при сгорании горючей смеси
в двигателе внутреннего сгора-
ния? 4. За сколько ходов, или
тактов, происходит один рабочий
цикл двигателя? Сколько оборо-
тов делает при этом вал двига-
теля? 5. Какие процессы проис-
ходят в двигателе в течение каж-
Дизель-электроход «Обь».
Уборка урожая
комбайном «Сибиряк».
Крутосклонный трактор ДТ75К.
183
дого из четырех тактов? 6. Какую роль играет маховик в двигателе внут-
реннего сгорания? 7. Какие двигатели внутреннего сгорания чаще всего
применяют в автомобилях? 8. Где еще, кроме автомобилей, применяют
двигатели внутреннего сгорания?
111.	ПАРОВАЯ ТУРБИНА
В современной технике широко применяют особый тип теплового
двигателя, в котором пар или нагретый до высокой температуры
газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленча-
того вала. Такие двигатели называют турбинами (рис. 240).
Схема действия простейшей паровой турбины приведена на
рисунке 241. На вал 5 насажен диск 4, по ободу которого закреп-
лены лопатки 2 Около лопаток расположены расширяющиеся тру-
бы-сопла /, в которые поступает пар 3 из котла. В соплах пар
расширяется и выходит из них с огромной скоростью. Струи пара,
вырывающиеся из сопел, оказывают значительное давление на ло-
патки и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение.
В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков,
насаженных на общий вал. Пар последовательно проходит через
лопатки всех дисков, отдавая каждому из них часть своей энергии.
На рисунке 242 изображен ротор1 паровой турбины большой
мощности. Видны диски с венцами лопаток на них. На электро-
станциях с турбиной соединен генератор электрического тока.
Скорость вращения вала турбин достигает 3000 оборотов в минуту,
что является очень удобным для приведения в движение генера-
торов электрического тока.
1 Ротор — вращающаяся часть турбины с насаженными на нее дисками
(от латинского слова «ротаре» — вращать).
Рис. 240. Паровая турбина.
На советских заводах в настоящее время изготовляют турбины
мощностью до 1 200 000 кВт.
Применяют турбины на тепловых электростанциях и на кораблях.
Постепенно находят все более широкое применение газовые
турбины, в которых вместо пара используются продукты сгорания
газа.
1.	Какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами? 2. В чем
• отличие в устройстве турбин и поршневых машин?
112.	КПД ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Всякий тепловой двигатель превращает в механическую энергию
только часть той энергии, которая выделяется топливом, так как
газ или пар, совершив работу, выходит из двигателя, имея еще
энергию.
Отношение той части энергии, которая пошла на совершение
полезной работы двигателя, ко всей энергии, выделившейся при
полном сгорании топлива, называют коэффициентом полезного
действия (КПД) теплового двигателя.
КПД выражают обычно в процентах. КПД двигателей внутреннего
сгорания 20-40%, паровых турбин — около 30%.
Что называют КПД теплового двигателя?
ЗАДАНИЯ
Приготовьте доклады на темы:
1. История изобретения паровых машин.
2. История изобретения паровых турбин.
3. Достижения советской науки и техники в строительстве паровых
турбин.
Рис. 241	Рис. 242. Ротор паровой турбины.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
СТРОЕНИЕ АТОМА
113.	ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ТЕЛ
ПРИ СОПРИКОСНОВЕНИИ.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД
Перейдем к изучению тех физических явлений, которые называют
электрическими явлениями. Слова «электричество», «электрический
ток» знакомы сейчас каждому человеку. В наших домах, на транс-
порте, на заводах и фабриках, в сельском хозяйстве используют
электрический ток (см. цветную вклейку VI, VII). Начнем изучение
электричества с явлений, в которых впервые был обнаружен электри-
ческий заряд.
Если потереть стеклянную палочку о лист бумаги и поднести ее
к руке, то можно услышать легкий треск, а в темноте и увидеть
небольшие искорки. Кроме того, палочка приобретает способность
притягивать к себе листочки бумаги, пушинки, тонкие струйки воды
(рис. 243). Подобные явления наблюдаются, например, и при расче-
сывании сухих волос.
Эти явления были обнаружены еще в глубокой древности. Древ-
негреческие ученые в подобных опытах часто пользовались янтарем1.
Они и заметили, что янтарь при натирании его шерстью начинает
притягивать к себе различные тела. По-гречески янтарь — электрон,
отсюда произошло название «электричество».
Про тело, которое после натирания притягивает к себе другие
тела, говорят, что оно наэлектризовано или что ему сообщен электри-
ческий заряд.
Электризоваться могут тела, сделанные из разных веществ.
Легко наэлектризовать натиранием о шерсть палочки из резины, серы,
эбонита1 2, пластмассы, капрона.
Электризация тел происходит не только при их трении, но и при
соприкосновении. Потирают тела друг о друга лишь для того, чтобы
увеличить площадь их соприкосновения.
В электризации всегда участвуют два тела: в рассмотренных
выше опытах стеклянная палочка соприкасалась с листом бумаги,
кусочек янтаря —с мехом или шерстью, палочка из плексигласа —
с шелком. При этом электризуются оба тела. Например, при сопри-
косновении стеклянной палочки и куска резины электрический заряд
1 Янтарь — окаменевшая смола хвойных деревьев, которые росли на
Земле много сотен тысяч лет назад.
2 Эбонит — каучук с большой примесью серы.
186
возникает и на стекле, и на резине. Резина, как
и стекло, начинает притягивать к себе легкие
тела (рис. 244).
Электрический заряд можно передать от одного
тела к другому. Для этого нужно коснуться на-
электризованным телом другого тела, и тогда
часть электрического заряда перейдет на него.
Как убедиться, что и второе тело наэлектризо-
вано? Для этого, как мы уже знаем, нужно под-
нести к нему мелкие листочки бумаги и посмот-
реть, будут ли они притягиваться.
у 1. Как обнаружить на опыте возникновение
электрического заряда на телах, потертых друг о
друга? 2. Каково происхождение слова «электриче-
ство»? 3. Как показать, что при соприкосновении
электризуются оба тела?
114.	ДВА РОДА ЗАРЯДОВ.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ,
ИМЕЮЩИХ ЗАРЯДЫ
Все наэлектризованные тела приобретают
свойство притягивать к себе другие тела, напри-
мер листочки бумаги. По притяжению тел нельзя
отличить электрический заряд стеклянной палоч-
ки, потертой о шелк, от заряда, полученного на
эбонитовой палочке, потертой о мех. Ведь обе
наэлектризованные палочки притягивают листоч-
ки бумаги.
Означает ли это, что заряды, полученные на
телах, сделанных из различных веществ, ничем не
отличаются друг от друга?
Обратимся к опытам. Наэлектризуем эбонито-
вую палочку, подвешенную на нити. Приблизим
к ней другую такую же палочку, наэлектризован-
ную трением о тот же кусочек меха. Палочки
оттолкнутся (рис. 245). Поскольку палочки оди-
наковые и наэлектризовали их трением об одно и
то же тело, можно сказать, что на них были заряды
одного рода. Значит, тела, которым сообщены заря-
ды одного рода, взаимно отталкиваются.
Теперь поднесем к подвешенной эбонитовой
палочке стеклянную палочку, потертую о шелк.
Зная уже, что одинаково наэлектризованные тела
отталкиваются, можно сказать: если и здесь обна-
ружится отталкивание, то заряд, полученный на
стекле, будет того же рода, что и заряд, получен-
ный на эбоните. Но оказывается, стеклянная и
Рис.
Рис. 244
эбонитовая палочки взаимно притягиваются (рис. 246). Следовательно,
заряд, полученный йа стекле, потертом о шелк, другого рода, чем
на эбоните, потертом о мех. Значит, существует два рода электри-
ческих зарядов.
Приблизим к подвешенной наэлектризованной эбонитовой палочке
другие наэлектризованные тела из различных веществ: резины, плек-
сигласа, пластмассы, капрона. Мы увидим, что в одних случаях эбо-
нитовая палочка оттолкнется от поднесенных к ней тел, а в других —
притянется. Если эбонитовая палочка оттолкнулась, значит, на под-
несенном к ней теле заряд такого же рода, как и на ней. А’ заряд
тех тел, к которым эбонитовая палочка притянулась, сходен с заря-
дом, полученным на стекле, потертом о шелк. Поэтому можно счи-
тать, что существует только два рода электрических зарядов.
Заряд, полученный на стекле, потертом о шелк (и на всех телах,
где получается заряд такого же рода), назвали положительным, а
заряд, полученный на янтаре (а также эбоните, сере, резине), потер-
том о шерсть, назвали отрицательным.
Итак, опыты показали, что существует два рода электрических
зарядов — положительные и отрицательные заряды и что наэлектри-
зованные тела по-разному взаимодействуют друг с другом.
Тела, имеющие электрические заряды одинакового знака,
взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противополож-
ного знака, взаимно притягиваются.
Ч»	1. Как взаимодействуют друг с другом две эбонитовые палочки, наэлектри-
зованные трением о мех? 2. Как показать, что заряд, полученный на
стекле, потертом о шелк, является зарядом другого рода, чем заряд
эбонитовой палочки, потертой о шерсть? 3. Какие два рода электрических
зарядов существуют в природе? Как их называют? 4. Как взаимодей-
ствуют тела, имеющие заряды одного .знака? разного знака?
ЗАДАНИЕ ,
Оберните круглый карандаш металлической бумагой (фольгой) и
осторожно снимите с карандаша образовавшуюся гильзу. Подвесьте ее
на шелковой или капроновой нити, как показано на рисунке 247. Косни-
тесь гильзы наэлектризованным телом, заряд которого вам известен.
Затем наэлектризуйте другие, имеющиеся в вашем распоряжении тела и,
поднося их к гильзе, определите знак их заряда.
115.	ЭЛЕКТРОСКОП. ПРОВОДНИКИ
И НЕПРОВОДНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Если тела наэлектризованы, то они притягиваются друг к другу
или взаимно отталкиваются. По притяжению или отталкиванию
можно судить, сообщен ли телу электрический заряд. Поэтому и
устройство электроскопа1 — прибора, при помощи которого выясняют,
1 От греческих слов: «электрон» и «с к о п е о» — наблюдать, обна-
руживать.
188
наэлектризовано ли тело,—основано на взаимодей-
ствии заряженных тел.
На рисунке 248 изображен школьный электро-
скоп. В нем через пластмассовую пробку, вставлен-
ную в металлическую оправу, пропущен метал-
лический стержень с листочками. Оправа с обеих
сторон закрыта стеклами.
Чем больше величина заряда электроскопа, тем
больше сила отталкивания листочков и тем на
больший угол они разойдутся. Значит, по измене-
нию угла расхождения листочков электроскопа
можно судить, увеличился или уменьшился его заряд.
В школьном физическом кабинете имеется и
другой вид этого прибора, изображенный на
рисунке 249. В нем легкая стрелочка В, заряжаясь
от стержня D, отталкивается от него на некото-
рый угол.
Если прикоснуться к заряженному телу (напри-
мер, к электроскопу) рукой, то оно разрядится.
Электрические заряды через наше тело уйдут в
землю. То же получится, если заряженное тело
соединить с землей металлическим предметом,
например медной проволокой. Но если заряженное
тело соединить с землей стеклянной или эбонито-
вой палочкой, то электрические заряды по ним не
уйдут в землю. В этом случае заряженное тело не
разрядится.
По способности проводить электрические заря-
ды вещества условно делятся на проводники и не-
проводники электричества. Все металлы, почва,
растворы солей и кислот в воде — хорошие про-
водники электричества. Тело человека, как было
показано, также хорошо проводит электричество.
К непроводникам электричества, или диэлект-
рикам, относятся эбонит, стекло, янтарь, резина,
шелк, капрон, керосин, пластмассы.
Тела, изготовленные из диэлектриков, назы-
ваются изоляторами1.
1.	Как при помощи листочков бумаги обнаружить,
наэлектризовано ли тело? 2. Опишите устройство
школьного электроскопа. 3. Как по углу расхождения
листочков электроскопа судят о величине его заряда?
4. Как при помощи электроскопа определить знак
неизвестного заряда? 5. Как на опыте показать,
что одни вещества являются проводниками элект-
ричества, а другие — нет?
1 От греческого слова «и з о л я р о» — уединять.
Рис. 249
189
116.	ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
Наэлектризованные тела, как показывают опыты, взаимодействуют
друг с другом — притягиваются и отталкиваются. Рассмотрим теперь,
как передается действие одного наэлектризованного тела на другое.
Может быть, действие одного наэлектризованного тела на другое
передается через воздух? Выясним это на опыте. Для этого поместим
заряженный электроскоп под колокол воздушного насоса и из-под
колокола выкачаем воздух (рис. 250). Опыт показывает, что и в без-
воздушном пространстве листочки электроскопа по-прежнему оттал-
киваются друг от друга. Значит, электрическое взаимодействие пере-
дается не через воздух. Но из этого опыта еще нельзя установить:
действуют ли электрические заряды друг на друга на расстоянии
или между ними существует что-то материальное, не ощущаемое
нами, через что передается это действие. Вопрос этот не простой,
им занимались ученые многих стран и в течение многих лет. Ответ
на него, с которым ныне согласны все ученые, дали в своих работах
английские физики Фарадей и Максвелл.
Согласно учению Фарадея и Максвелла пространство, окру-
жающее наэлектризованное тело, отличается от пространства, нахо-
дящегося вокруг ненаэлектризованных тел. В пространстве, где нахо-
дится электрический заряд, существует электрическое поле. Электри-
ческое поле представляет собой вид материи, отличающийся от
вещества. Мы с помощью наших органов чувств не можем непосред-
ственно воспринимать электрическое поле. О существовании электри-
ческого поля можно судить лишь по его действиям. Электрическое
поле заряда действует с некоторой силой на всякий другой заряд,
оказавшийся в поле данного заряда.
Сила, с которой электрическое поле действует на внесенный в
него электрический заряд, называется электрической силой.
В опытах, описанных в § 114, не только заряженная палочка своим
электрическим полем действует на заряженную гильзу, но и гильза,
Рис. 251
Рис. 250
190
в свою очередь, своим электрическим полем действует на палочку.
Следовательно, как и всегда, имеет место взаимодействие тел.
Подвесим на нити заряженную гильзу. Поднесем к ней заряжен-
ную разноименным зарядом палочку, как показано на рисунке 251.
Затем будем приближать подставку с гильзой к заряженной палочке.
По углу отклонения нити заметим, что чем ближе гильза к палочке,
тем с большей силой действует на нее электрическое поле заря-
женной палочки. Следовательно, вблизи заряженных тел действие
поля сильнее, а при удалении от них поле ослабевает.
1.	Опишите опыт, который показывает, что электрическое взаимодейст-
• вие передается не через воздух. 2. Чем отличается пространство, окру-
жающее наэлектризованное тело, от пространства, окружающего нена-
электризованное тело? 3. Как можно обнаружить электрическое поле?
4. Как изменяется сила, действующая на заряженную гильзу при удалении
ее от заряженного тела?
117.	ДЕЛИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА
При объяснении тепловых явлений мы пользовались знаниями о
молекулярном строении вещества. А как объяснить явление электри-
зации? Почему тела электризуются? Почему на двух соприкасающих-
ся телах возникают заряды обязательно противоположного знака?
Чтобы ответить на эти и многие другие вопросы, недостаточно зна-
ний о молекулярном строении вещества. Ведь молекулы и атомы в
обычном состоянии не имеют электрического заряда, поэтому их
перемещением нельзя объяснить электризацию тел. Может быть,
в природе имеются заряженные частицы? Если это так, то заряд
тела можно делить на части, пока не будет обнаружен предел
деления — заряженная частица. Обратимся к опыту. Зарядим метал-
лический шар, прикрепив его к стержню электроскопа, чтобы было
видно, что шар заряжен (рис. 252, а). Соединим этот шар с другим
точно таким же, но незаряженным шаром металлическим проводни-
f 1 1	я 1 -iJLj	sit а	Рис. 252 Ж \ и	л ▼ "д	Т 1	|	1	ж 1	1 Гт4'! 5 191
ком А, держа его за ручку В, сделанную из непроводника. Половина
заряда перейдет с первого шара на второй (рис. 252, б). Значит,
первоначальный заряд разделился на две равные части.
Теперь разъединим шары и коснемся второго шара рукой. От
этого он потеряет заряд — разрядится. Присоединим его снова к пер-
вому шару, на котором осталась половина первоначального заряда.
Оставшийся заряд снова разделится на две равные части, и на пер-
вом шаре останется четвертая часть первоначального заряда.
Таким же образом можно получить одну восьмую, одну шестнад-
цатую часть первоначального заряда и т. д. Но скоро оставшийся
на шаре заряд станет таким малым, что обнаружить его обычным
электроскопом не удается.
Для деления заряда на очень маленькие порции нужно переда-
вать его не шарам, а маленьким крупинкам металла или капелькам
жидкости. Измеряя заряд, полученный на таких маленьких телах,
установили, что можно получить порции заряда, в миллиарды мил-
лиардов раз меньшие, чем в предыдущем опыте. Но дальше опреде-
ленного значения заряд разделить не удавалось. Это позволило
предположить, что существует заряженная частица, которая имеет
самый малый заряд.
7;	1. Как на опыте показать, что электрический заряд делится на части?
•	2. Можно ли электрический заряд делить бесконечно?
118.	ОПЫТЫ ИОФФЕ И МИЛЛИКЕНА.
ЭЛЕКТРОН
Существование частиц, имеющих наименьший электрический
заряд, было доказано многими опытами. Особенно убедительными
были опыты, проведенные советским ученым А. Ф. И о ф ф е и, неза-
висимо от него, американским ученым Р. Милликеном.
Ознакомимся сначала с физическим явлением, которое было
использовано в этих опытах. Это явление состоит в том, что под
действием света (особенно ультрафиолетового света) отрицательный
заряд тела уменьшается. Например, цинковая пластинка, заряженная
отрицательно (рис. 253), разряжается под действием ультрафиолето-
вого света (ультрафиолетовое излучение — это то самое излучение,
которое вызывает загар кожи человека; оно имеется не только в
солнечном свете, но и в свете специальных электрических ламп).
Рис. 254
Рис. 253
фиолетовое
ломпо
Иоффе Абрам Федорович (1880—
I960) — советский физик, академик.
Ему принадлежит ряд открытий в об-
ласти учения о твердом теле, диэлект-
риках и полупроводниках. Является
одним из крупных организаторов фи-
зических исследований в СССР.
На рисунке 254 изображена
установка, использованная в
опыте А. Ф. Иоффе. В закрытом
сосуде находились две металли-
ческие пластины П, расположен-
ные горизонтально. Из камеры А
через отверстие О в пространст-
во между пластинами попадали
мелкие заряженные пылинки цинка. Эти пылинки наблюдали в
микроскоп.
Положим, что пылинка к заряжена отрицательно. Под действием
силы тяжести FT она начнет падать вниз. Но ее падение можно
задержать, если нижнюю пластину зарядить отрицательным зарядом,
а верхнюю — положительным. В электрическом поле между пласти-
нами на пылинку станет действовать электрическая сила Т’эд. Эта
сила пропорциональна заряду пылинки: чем больше заряд у пылинки,
тем больше будет и сила Гэл, действующая на нее. Можно так заря-
дить пластины, что эта сила уравновесит силу тяжести:	При
этих условиях пылинка будет находиться в равновесии сколь угодно
долго. Затем отрицательный заряд пылинки уменьшали, действуя на
нее ультрафиолетовым светом. Пылинка начинала падать, так как
сила Гэл, действовавшая на нее, уменьшалась вследствие уменьшения
заряда пылинки. Сообщая пластинам дополнительный заряд и этим
усиливая электрическое поле между пластинами, пылинку снова оста-
навливали. Так поступали несколько раз.
Опыты показали, что при этом все изменения заряда пластин были
в целое число раз (т. е. в 2, 3, 4, 5 и т. д.) больше начального
заряда пластин. Но если заряд пластин изменялся определенными
порциями, значит, и заряд пылинки изменялся порциями. Из этого
опыта А. Ф. Иоффе сделал следующий вывод: «При освещении ультра-
фиолетовым светом пылинка теряет отрицательный заряд не непре-
рывно, а отдельными порциями. Заряд пылинки всегда выражается
целыми кратными значениями элементарного заряда е0. Но заряд с
пылинки уходит вместе с частицей вещества. Следовательно, в при-
роде существует такая частица вещества, которая имеет самый ма-
ленький заряд, далее уже не делимый. Эту частицу назвали элект-
роном».
Значение величины заряда электрона впервые определил Р. Мил-
ликен. В своих опытах он пользовался мелкими капельками масла,
наблюдая за их движением в электрическом поле.
7 Физика, 6—7 кл.
193
Значение заряда электрона будет приведено дальше, когда мы
ознакомимся с единицей заряда.
Масса электрона оказалась равной 9,1 • 10~28 г она, в 3700 раз
меньше массы молекулы водорода, наименьшей из всех молекул.
Электрический заряд — одно из основных свойств электрона. Нельзя
представить, что этот заряд можно «снять» с электрона, он является
неотделимым свойством электрона.
Электрон — частица с наименьшим отрицательным зарядом.
Упр. В описанном (§ 118) опыте нижнюю пластину заряжали отрицательно.
53 Находящаяся ранее в равновесии капля стала двигаться вверх. Как
изменился ее заряд? Увеличилось или уменьшилось число электронов
на ней?
119.	ОПЫТ РЕЗЕРФОРДА. ЯДЕРНАЯ МОДЕЛЬ АТОМА
Опыты Иоффе и Милликена и ряд других опытов доказали суще-
ствование частицы, имеющей наименьший электрический заряд,—
электрона. Откуда берутся электроны?
Можно предположить, что электроны есть во всех телах, так
как все тела можно наэлектризовать. Мы знаем, что все тела состоят
из молекул, а молекулы —из атомов, значит, электроны следует
«искать» в атомах.
В начале нашего столетия опыт по исследованию состава и
строения атома был поставлен английским физиком Резерфордом.
Идея опыта состоит в следующем. Через пластину металла пропус-
кают очень маленькие, сравнимые по размерам с атомом частицы,
обладающие электрическим зарядом и летящие с большой скоростью.
По тому, как пролетают эти частицы-«снаряды» через атомы метал-
ла, можно узнать, есть ли в атоме другие заряженные частицы
или нет.
К тому времени, когда были поставлены эти опыты, нужные
«снаряды» уже имелись в распоряжении ученых. Оказалось, что в
природе есть такие вещества (уран, радий и др.), из атомов которых
непрерывно вылетают маленькие заряженные положительным заря-
дом частицы. Называют их альфа-частицами и обозначают буквой а
(а—первая буква греческого алфавита, читается она так: «альфа»).
Они имеют громадную скорость — около 15 000 Эти маленькие
снаряды, предоставленные самой природой, и были использованы
194
Резерфорд Эрнест (1871—1937) —
английский физик, член Лондонского
королевского общества (академик).
Почетный член Академии наук СССР
и многих других академий. Изучал
строение атома и радиоактивные про-
цессы, впервые расщепил ядро атома.
Резерфордом для опыта. Рассмот-
рим этот опыт (рис. 255).
В свинцовую коробочку I по-
мещали вещество, испускающее
а-частицы. Через небольшое от-
верстие частицы вылетали из ко-
робочки тонким пучком 2. На их
пути ставили тончайшую золотую
пластинку (фольгу) 3. Хотя эта пластинка была очень тонка (тол-
щина ее 0,001 мм), но в ней по толщине укладывалось около 3 300 сло-
ев атома золота.
Для обнаружения а-частиц, прошедших сквозь золотую пластину,
пользовались экраном 4, покрытым особым составом, в котором при
ударе каждой а-частицы возникала вспышка. Иначе а-частицу трудно
обнаружить, ведь ее нельзя увидеть даже в микроскоп.
Как пролетят сквозь золотую фольгу а-частицы?
Результаты опыта показали, что большинство а-частиц пролетали
сквозь золотую фольгу так, как будто на их пути ничего не было.
Часть а-частиц немного отклонялась от первоначального направле-
ния при прохождении сквозь пластинку. Совсем незначительная часть
а-частиц отклонялась на большой угол, а некоторые частицы были
даже отброшены почти назад.
Результаты опыта были объяснены Резерфордом. Он предположил,
что в атоме есть пустоты, не заполненные частицами вещества,
иначе большинство а-частиц не пролетело бы прямо сквозь
пластинку.
Небольшое отклонение а-частиц было объяснено так: а-частицы
прошли, очевидно, около каких-то заряженных частиц, причем срав-
нительно далеко от них, так как притяжение или отталкивание было
не очень сильным.
Третий, очень важный вывод был сделан на основании того, что
некоторые а-частицы отбрасывались атомами золота назад. Причиной
этого могло быть прямое взаимодействие а-частицы с другой части-
цей, имеющей тоже положительный заряд, но большую массу.
Итак, опыт Резерфорда показал, что внутри атома есть частицы
с положительным электрическим зарядом, масса которых больше массы
а-частицы.
А где же находятся электроны?
Резерфорд предположил, что атом имеет сложное строение.
В центре атома находится заряженная положительным зарядом ча-
7*
195
стица —ядро атома. Именно от ядра и отталкивались те немногие
а-частицы, которые оказывались близко от него.
На большом расстоянии от ядра (по сравнению с его размерами)
в атоме находятся мельчайшие отрицательно заряженные частицы —
электроны. Они притягиваются, но не приближаются вплотную к ядру,
потому что быстро движутся вокруг него. Масса всех электронов
составляет незначительную часть массы атома, сотые доли процента.
По своему строению атом напоминает нашу солнечную систему.
Подобно тому как планеты, притягиваясь к Солнцу, движутся вокруг
него, так и электроны в атоме движутся вокруг ядра, удерживаемые
силами притяжения к нему.
Расстояния между ядром и электронами очень велики по срав-
нению с размерами этих частиц. Если бы весь атом увеличился
так, что ядро приняло размеры десятикопеечной монеты, то рас-
стояние между ядром и электронами стало бы равно целому кило-
метру! Подсчитали, что если бы все электроны примкнули вплотную
к ядрам, т. е. не было бы внутриатомных промежутков, то объем
тела взрослого человека стал бы равным одной миллионной доле
кубического миллиметра!
Ядро, как уже было сказано, имеет положительный заряд. Этот
заряд равен абсолютному значению заряда всех электронов, имею-
щихся в атоме. Но заряд электронов отрицателен, поэтому весь
атом в целом не имеет заряда, т. е. нейтрален. Такое представление
о строении атома, предложенное Резерфордом, назвали ядерной мо-
делью атома.
ъ 1. С какой целью был поставлен опыт Резерфорда? 2. Откуда берутся
а-частицы? Что вы о них знаете? 3. Опишите опыт Резерфорда. 4. Како-
вы результаты опыта? 5. Как эти результаты были объяснены Резерфордом? •
6. Какова ядерная модель атома?
120.	СТРОЕНИЕ АТОМОВ
Атомы разных элементов в обычном состоянии отличаются друг
от друга числом электронов, движущихся вокруг ядра. Так, в атоме
водорода вокруг ядра движется один электрон, в атоме гелия —два
электрона. Есть атомы с тремя, четырьмя электронами и т. д. Вокруг
ядра атома кислорода движется 8 электронов, железа —26, урана —
92 электрона.
Но все же главной характеристикой данного химического элемента
является не число электронов, а заряд ядра.
Дело в том, что электроны могут иногда отрываться от атома и
тогда общий заряд электронов в атоме изменится. Заряд же ядра
изменить очень трудно. А если он изменится, то это уже будет
соответствовать образованию другого химического элемента.
Так как заряд ядра равен общему заряду электронов атома, можно
предположить, что в составе ядра находятся положительно заряжен-
ные частицы. Действительно, если «бомбардировать» вещество еще
более быстрыми частицами, чем в опыте Резерфорда, то из ядра
могут быть выбиты положительно заряженные частицы, их назвали
196
протонами. Каждый протон имеет массу в 1840 раз большую, чем
масса электрона, заряд протона положителен, равен по абсолютно-
му значению заряду электрона.
После того как был осуществлен опыт Резерфорда и доказано
существование протонов, ученые продолжали исследование состава
ядра. Они обнаружили, что, кроме протонов, в ядрах атомов содер-
жатся еше нейтральные (не имеющие заряда) частицы, получившие
название нейтронов. Масса нейтрона не на много больше массы
протона. Итак, строение атома таково: в центре атома находится
ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг ядра движутся
электроны.
На рисунке 256 представлены модели атомов водорода, гелия и
лития. Протоны обозначены на рисунке кружками со знаком «плюс»,
нейтроны — розовыми кружками.
Напомним, что атом в целом не имеет заряда, он нейтрален,
потому что положительный заряд его ядра равен отрицательному
заряду всех его электронов.
Но атом, потерявший один или несколько электронов, уже не
является нейтральным, а будет иметь положительный заряд. Его
называют тогда положительным ионом.
Бывают случаи обратные: лишний электрон присоединяется к
нейтральному атому, тогда атом приобретает отрицательный заряд,
становится отрицательным ионом.
1.	Чем отличаются друг от друга атомы различных химических элементов?
2.	Что является главной характеристикой данного химического элемента?
3.	Какие частицы входят в состав ядра? 4. Каково строение атомов
водорода, гелия и лития? 5. Как образуются положительные и отрица-
тельные ионы?
Упр. 1- Альфа-частицы пролетают через пластинку из лития. Где проходят
гд ге а-частицы, которые почти не отклонились? которые отклонились немного?
которые были отброшены назад?
2.	В ядре атома углерода содержится 12 частиц. Вокруг ядра дви-
жутся 6 электронов. Сколько в ядре этого атома протонов и сколько
нейтронов?
3.	От атома гелия отделился один электрон. Как называется остав-
шаяся частица? Каков ее заряд?
121.	ОБЪЯСНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ ТЕЛ
\
Знания о строении атомов помогают объяснить электризацию тел
при соприкосновении.
В обычных условиях число электронов в любом теле равно
числу протонов в нем. Все электроны одинаковы, и каждый из них
имеет наименьший отрицательный заряд. Все протоны также оди-
наковы, и каждый из них имеет положительный заряд, равный
заряду электрона. Значит, сумма всех отрицательных зарядов в теле
равна по абсолютному значению сумме всех положительных зарядов
197
в нем и тело в целом не имеет заряда: оно электри-
чески нейтрально.
Если же нейтральное тело приобретет электро-
ны от какого-нибудь другого тела, то оно получит
отрицательный заряд. Таким образом, тело заря-
жено отрицательно в том случае, если оно обла-
дает избыточным, по сравнению с нормальным,
числом электронов.
А если нейтральное тело теряет электроны,
то оно получает положительный заряд. Таким об-
разом, тело обладает положительным зарядом,
если у него недостаточно электронов.
Следовательно, тело электризуется, т.е. полу-
чает электрический заряд, когда оно приобретает
или теряет электроны.
Когда эбонитовую палочку трут о шерсть, то
она, как мы уже знаем, заряжается отрицательно,
а шерсть при этом заряжается положительно.
Это объясняется тем, что при трении электроны
переходят с шерсти на эбонит, т. е. с того веще-
ства, в котором силы их притяжения к ядру атома
меньше, на то вещество, в котором эти силы
больше. Теперь в эбонитовой палочке будет
избыток электронов, а в куске шерсти — недоста-
ток их.
Как показывает опыт, заряд шерсти и эбони-
товой палочки равны по абсолютному значению.
Это и понятно. Ведь сколько электронов ушло
с шерсти, столько же их прибавилось на эбо-
ните.
Значит, при электризации тел заряды не со-
здаются, а только разделяются: часть отрицатель-
ных зарядов переходит с одного тела на другое.
Существование проводников и изоляторов мож-
но объяснить, зная строение атома. Те электроны,
которые движутся в атоме, располагаясь дальше
от ядра, притягиваются к нему слабее, чем ближ-
ние электроны. Особенно слабо удерживаются эти
удаленные электроны атомами металлов. Поэтому
в металлах электроны, наиболее удаленные от
ядра, покидают свое место и свободно движутся
между атомами. Эти электроны называют свобод-
ными электронами. Те вещества, в которых есть
свободные электроны, являются проводниками.
Соединим незаряженный электроскоп с отрица-
тельно заряженным при помощи металлического
стержня (см. рис. 252). Свободные , электроны
стержня окажутся в электрическом поле и придут
в движение по направлению к незаряженному электроскопу, и он
зарядится отрицательно.
В эбоните, резине, пластмассах и многих других неметаллах
электроны прочно удерживаются в своих атомах и не могут двигаться
свободно. Поэтому такие вещества являются непроводниками, или
диэлектриками.
Знания об электроне и о строении атома позволяют объяснить
явление, с которого мы начали изучение электричества: притяжение
предварительно ненаэлектризованных тел к наэлектризованным.
Почему, например, притягивается к заряженной палочке гильза, кото-
рую мы предварительно не наэлектризовали? Ведь мы знаем, что
электрическое поле действует только на заряженные тела.
Дело в том, что в гильзе есть свободные электроны. Как только
гильза будет внесена в электрическое поле, электроны придут в
движение под действием сил поля. Если палочка заряжена положи-
тельно, то электроны перейдут на тот конец гильзы, который распо-
ложен ближе к палочке. Этот конец гильзы зарядится отрицательно.
На противоположном конце гильзы будет недостаток электронов, и
этот конец окажется заряженным положительно (рис. 257, а). Отри-
цательно заряженный край гильзы ближе к палочке, поэтому гильза
притянется к ней (рис. 257,6) и зарядится от палочки положительным
зарядом (рис. 257, в).
Если заряд передают от заряженного шара к незаряженному
и размеры шаров одинаковы, то заряд разделится пополам (см.
рис. 252, б). Но если второй, незаряженный шар больше, чем пер-
вый, то на него перейдет больше половины заряда. Чем больше
тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда на него
перейдет. На этом основано так называемое заземление — передача
заряда Земле. Земной шар велик по сравнению с телами, находящи-
мися на нем. Поэтому при соприкосновении с Землей заряженное
тело отдает ей почти весь свой заряд и практически становится
электрически нейтральным.
1.	Объясните электризацию тел при соприкосновении. 2. Почему при
электризации трением на телах появляются равные по абсолютному
значению, но противоположные по знаку заряды? 3. Как передается
бумажной гильзе заряд с тела, наэлектризованного отрицательно?
положительно? 4. От чего зависит заряд, переходящий на ненаэлек-
тризованное тело при соприкосновении его с наэлектризованным
телом? 5. Почему при заземлении в землю уходит с тела почти весь
заряд?
Упр.
1.	Почему можно, держа в руке, наэлектризовать трением эбонитовую
палочку и нельзя металлический стержень?
2.	При наливании бензина корпус бензовоза обязательно соединя-
ют с Землей при помощи металлического проводника. Зачем это де-
лают?
3.	При соединении поврежденных проводов монтер надевает рези-
новые перчатки. Зачем он это делает?
199
СИЛА ТОКА, НАПРЯЖЕНИЕ,
СОПРОТИВЛЕНИЕ
122.	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Обычно, когда говорят об использовании электрической энергии
в быту, в производстве или на транспорте, то имеют в виду работу
электрического тока. Электрический ток подводят к потребителю
от электростанции по проводам. Поэтому, когда в домах неожиданно
гаснут электрические лампы или прекращается движение электро-
поездов, троллейбусов, говорят, что в проводах исчез ток.
Что же такое электрический ток и что необходимо для его
возникновения и существования в течение нужного нам времени?
Слово «ток» означает движение или течение чего-то. В реках
и водопроводных трубах, например, течет вода, в трубопроводах —
нефть или газ, и в этих случаях говорят о токе или потоке воды,
нефти или газа.
А что может перемещаться — течь в проводах, соединяющих по-
требителей электрической энергии с электростанцией?
Мы уже знаем, что в телах имеются электроны, движением
которых объясняются различные явления электризации тел (§ 121).
Электроны являются частицами, обладающими отрицательным
электрическим зарядом. Электрическими зарядами могут обладать
и более крупные частицы вещества — атомы и молекулы, если у них
имеется недостаток или избыток электронов. Следовательно, в об-
щем случае в проводниках могут перемещаться различные заряжен-
ные частицы.
Электрическим током называется явление упорядоченного дви-
жения заряженных частиц.
Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать
в нем электрическое поле. Под действием этого поля заряженные
частицы, могущие свободно перемещаться в этом проводнике, при-
дут в движение в направлении действия на них электрических
сил, возникнет электрический ток.
В простейшем случае электрический ток возникает в проводнике,
если им соединить с землей какое-нибудь наэлектризованное тело.
Этот ток существует очень недолго, так как заряд наэлектризован-
ного тела быстро уйдет в землю. С потерей же телом заряда
исчезает электрическое поле в проводнике и одновременно прекра-
щается электрический ток.
Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное
время, необходимо t все это время поддерживать в нем электрическое
поле. В нашем случае для этого нужно было бы непрерывно по-
полнять заряд тела, например заряжать его наэлектризованной эбо-
нитовой или стеклянной палочкой. Однако нетрудно видеть, что
такой способ поддержания поля в проводнике практически непри-
годен.
200
На практике электрическое поле в проводниках создается и может
длительное время поддерживаться источниками электрического тока.
1.	Что имеют в виду, когда говорят о практическом использовании
электрической энергии? 2. Что такое электрический ток? 3. Что нужно
создать в проводнике, чтобы в нем возник и существовал ток?
123, ИСТОЧНИКИ ТОКА
Мы видели, что для получения в проводнике электрического тока
нужно создать и непрерывно поддерживать внутри проводника
электрическое поле. Эту задачу выполняет источник тока.
Источники тока бывают различные, но во всяком из них совер-
шается работа по разделению положительно и отрицательно заря-
женных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах
источника тока,— так называют места, к которым с помощью клемм
или зажимов подключают проводники. Один полюс источника тока
заряжается положительно, другой — отрицательно.
Между полюсами источника образуется электрическое поле. Если
соединить полюсы проводником, то электрическое поле возникнет и
в проводнике. Под действием этого поля свободные заряженные
частицы в проводнике будут двигаться, возникнет электрический ток.
В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных
частиц происходит превращение механической, химической, внутренней
или какой-нибудь другой энергии в электрическую.
В электрической машине, например (рис. 258), в электрическую
энергию превращается механическая энергия.
На рисунке 259 изображен термоэлемент, состоящий из спая двух
проволок из различных металлов. При нагревании места спая в про-
водниках, соединенных с термоэлементом, возникает электрический
ток. В термоэлементе внутренняя энергия нагревателя превращается
в электрическую энергию.
201
Цинк Медь
Рис. 261
Рис. 262
Рис. 263
При освещении некоторых веществ, например
селена, оксида меди (I), кремния, светловал энергия
непосредственно превращается в электрическую
энергию, — это явление фотоэффекта (§ 118). На
нем основано устройство и действие фотоэлектри-
ческих генераторов — фотоэлементов (рис. 260).
Фотоэлементы находят широкое применение в
практике, например: в звуковом .кино, в телеви-
дении, в фототелеграфии.
Термоэлементы и фотоэлементы более под-
робно изучают в курсе физики старших классов.
1. Какова роль источника тока? 2. Что такое полюсы
<J источника тока? 3. Какие превращения энергии
происходят внутри источника тока? 4. Какие превра-
щения энергии происходят при работе электриче-
ской машины? термоэлемента? фотоэлемента?
124. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
И АККУМУЛЯТОРЫ
1. Гальванические элементы. Рассмотрим уст-
ройство и работу гальванических элементов и
аккумуляторов, которые мы чаше всего будем
использовать в опытах по электричеству.
В гальваническом элементе происходит превра-
щение химической энергии в электрическую.
Простейший гальванический элемент Вольта
состоит из цинковой и медной пластин, опущен-
ных в водный раствор серной кислоты.
При взаимодействии цинка с кислотой внутри
элемента происходит разделение частиц, имею-
щих электрический заряд. При этом цинковая
пластина становится отрицательно заряженной,
а медная — положительно заряженной. Между
заряженными пластинами, которые называют
электродами, возникает электрическое поле.
Если соединить медную и цинковую пластины
элемента проводником, то по всей длине провод-
ника начнут перемещаться электроны, в цепи
возникнет электрический ток. На рисунке 261
полюсы элемента соединены через электрическую
лампочку.
Широкое практическое применение имеет су-
хой гальванический элемент. На рисунке 262
показан его внешний вид, а на рисунке 263 —
устройство. Этот элемент состоит из цинкового
сосуда Ц, в который вставлен угольный стер-
жень У. Стержень помещен в полотняный мешо-
202
чек Z7, наполненный смесью оксида марганца (IV)
с углем. Вместо жидкости в элементе исполь-
зуют густой клейстер К, приготовленный из муки
на растворе нашатыря. Цинковый сосуд с содер-
жимым помещен в картонную коробку и залит
сверху слоем смолы С, в котором сделано не-
большое отверстие для выхода образующихся
при работе газов. Зажим на угольном стержне
является положительным полюсом элемента,
а цинковый сосуд — отрицательным полюсом.
Из нескольких таких элементов можно соста-
вить батарею. На рисунке 264 изображена батарея
для карманного фонаря. В этой батарее уголь-
ный стержень первого элемента соединен с цин-
ковым стаканчиком второго, а угольный стержень
второго —со стаканчиком третьего элемента. От
цинкового стаканчика первого элемента и уголь-
ного стержня третьего выведены две жестяные
пластинки, которые являются полюсами батареи:
первая — отрицательным, вторая — положительным.
2. Аккумуляторы1. Во всех гальванических эле-
ментах при работе изменяется состав электродов
и раствора, они постепенно расходуются. По ис-
течении некоторого времени их приходится заме-
нять новыми.
Существуют источники тока —аккумуляторы, в
которых электроды не расходуются.
Простейший аккумулятор состоит из двух свин-
цовых пластин, помещенных в раствор серной
кислоты.
Чтобы аккумулятор стал источником тока, его
надо «зарядить». Для зарядки через аккумулятор
пропускают ток от какого-нибудь источника. Когда
аккумулятор зарядится, его можно использовать
как самостоятельный источник тока. Полюсы
1 От латинского слова «а к к у м у л я р е» — накап-
ливать.
Рис. 267. Условные обозначения, применяемые на схе-
мах: 1 — элемент или аккумулятор, 2 — батарея эле-
ментов или аккумуляторов, 3 — генератор или электро-
двигатель, 4 — соединение проводов, 5 — пересечение
проводов (без соединения), 6 — зажимы для подключе-
ния какого-нибудь прибора, 7— ключ, 8 — электри-
ческая лампа. 9 — электрический звонок.
Рис. 264
Рис. 265
Рис. 266
203
аккумуляторов обозначены знаками «+» и «-». При зарядке положи-
тельный полюс аккумулятора соединяют с положительным полюсом
источника тока, отрицательный — с отрицательным полюсом.
В аккумуляторе во время зарядки электрический ток совершает
работу, в результате которой увеличивается химическая энергия акку-
мулятора. При разрядке же аккумулятора химическая энергия превра-
щается в другие виды энергии в процессе работы, которую совершает
ток.
Кроме свинцовых, или кислотных, аккумуляторов широко приме-
няют железо-никелевые, или щелочные, аккумуляторы.
На рисунке 265 изображена батарея кислотных, а на рисунке
266 — батарея щелочных аккумуляторов.
Аккумуляторы имеют широкое и разнообразное применение. Они
служат для освещения железнодорожных вагонов, автомобилей, для
запуска автомобильного двигателя (стартера). Батареи аккумуляторов
питают электроэнергией подводную лодку под водой. Радиопередат-
чики и научная аппаратура на искусственных спутниках Земли также
получают электропитание от аккумуляторов, установленных на спут-
нике.
1.	Как устроен элемент Вольта? 2. Какие превращения энергии происходят
в элементе Вольта? 3. Какой полюс в элементе Вольта является поло-
жительным, какой — отрицательным? 4- Какие энергетические процессы
происходят при зарядке и разрядке аккумулятора? 5. С какими полюсами
источника тока соединяют полюсы аккумулятора при его зарядке? 6. Где
на практике применяют аккумуляторы?
125.	ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ
И ЕЕ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ
Во всяком источнике тока электрическая энергия получается за
счет какого-нибудь другого вида энергии. В гальванических элемен-
тах, например, в электрическую энергию превращается химическая
энергия. На электростанциях же электрический ток получают с
помощью генераторов1 при работе паровых и гидравлических тур-
бин.
Электродвигатели, лампы, плитки, всевозможные приборы, рабо-
тающие от электрического тока, называют приемниками или потре-
бителями электрической энергии.
Электрическую энергию нужно доставить к приемнику. Для этого
приемник соединяют с источником электрической энергии проводами.
Чтобы включать и выключать в нужное время приемники элект-
рической энергии, применяют ключи.
Источник тока, приемники и ключи, соединенные между собой
проводами, составляют электрическую цепь.
1 Генератор (лат.) — создатель, производитель.
204
Чтобы в цепи был ток, она должна быть
замкнутой, т. е. состоять только из проводников
электричества. Если в каком-нибудь месте провод
оборвется или на его место будет поставлен изо-
лятор, ток в цепи прекратится. На этом основано
действие ключей.
Чертежи, на которых изображены способы
соединения электрических приборов в цепь, назы-
вают схемами. Приборы на схемах обозначают
условными знаками. Некоторые из них даны на
рисунке 267. На рисунке 268 изображена схема
простейшей электрической цепи.
1.	Канова роль источника тока в электрической цепи?
•	2. Какие приемники, или потребители, электрической
энергии вы знаете? 3. Из каких частей состоит
электрическая цепь? 4. Что такое замкнутая цепь?
разомкнутая цепь? 5. Что такое схема электриче-
ской цепи?
/пр. 1, Рассмотрите устройство штепсельной вилки
56 настольной лампы. Из какого материала изготовлены
отдельные части ее?
2.	Начертите схему цепи электрического звонка
с кнопкой.
3.	Начертите схему цепи, содержащей один галь-
ванический элемент и два звонка, каждый из кото-
рых можно включать отдельной кнопкой.
4.	Придумайте схему соединения элемента,
звонка и двух кнопок, расположенных так, чтобы
можно было позвонить из двух разных мест.
5.	На рисунке 269 дана схема соединения лампы
и двух переключателей. Рассмотрите схему и поду-
майте, где можно применить такую проводку.
6.	Нарисуйте схему цепи карманного фонаря
(рис. 270) и назовите части этой цепи.
126.	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
В МЕТАЛЛАХ
В проводниках, как мы знаем, имеются сво-
бодные заряженные частицы. В металлах, напри-
мер, такими частицами являются электроны.
Металлы в твердом состоянии, как известно
(§ 96), имеют кристаллическое строение. Части-
цы в кристаллах расположены в строго опреде-
ленном порядке, образуя пространственную (крис-
таллическую) решетку. От формы кристаллической
решетки зависит вид и форма кристалла. На
рисунке 271 изображена кристаллическая решетка
Рис. 268
Рис. 269
Рис. 270
Рис. 271
205
в форме куба. В узлах кристаллической решетки металла располо-
жены атомы, обладающие положительным зарядом, — и о н ы1. На ри-
сунке такие атомы изображены выщербленными кружками. В про-
странстве же между атомами движутся свободные, т. е. не свя-
занные с ядрами своих атомов, электроны (на рисунке 271
электроны изображены маленькими кружочками).
Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному
значению равен положительному заряду всех ионов решетки. Поэтому
в обычных условиях металл электрически нейтрален. Свободные
электроны в нем движутся беспорядочно. Скорости электронов, как
и скорости молекул, зависят от температуры металла, только они
значительно больше скоростей молекул. Беспорядочное движение
электронов не создает тока в металле. Но если в металле создать
электрическое поле, то все свободные электроны начнут двигаться
в направлении действия электрических сил, возникнет электрический
ток. Беспорядочное движение электронов при этом, конечно, сохра-
няется, подобно тому как сохраняется беспорядочное движение в
стайке мошкары, когда под действием ветра вся стайка перемещается
в одном направлении.
Итак, электрический ток в металлах представляет собой упоря-
доченное движение электронов.
Скорость движения самих электронов в проводнике под действием
электрического поля невелика —несколько миллиметров в секунду,
а иногда и еще меньше. Но как только в проводнике возникает
электрическое поле, оно с огромной скоростью, близкой к скорости
света в вакууме (300 000	), распространяется по всей длине
проводника.
Одновременно с распространением электрического поля начинают
двигаться по всей длине проводника электроны.
Понять это поможет сравнение электрического тока с течением
воды в водопроводе и распространения электрического поля — с
распространением давления воды. При подъеме воды в водонапор-
ную башню очень быстро по всей водопроводной системе распро-
страняется давление (напор) воды. Когда мы открываем кран (это
можно сравнить с включением тока), то вода в нем уже находится
под давлением и сразу начинает течь, но движение воды проис-
ходит с меньшей скоростью, чем распространение давления. Из
крана начинает течь та вода, которая уже была в кране, а вода
из башни дойдет до крана много позднее.
Скорость распространения по проводнику электрического поля
и имеют в виду, когда говорят о скорости распространения элект-
рического тока в проводнике.
Электрический сигнал, посланный, например, по проводам из
Москвы во Владивосток (5 = 8000 км), пришел бы туда примерно
через 0,03 с.
’Ион (греч.) — идущий.
206
1.	Как объяснить, что в обычных условиях металл электрически нейтрален?
2. Почему беспорядочное движение электронов в металле не вызывает
переноса электрического заряда? 3. Что представляет собой электриче-
ский ток в металле? 4. Что нужно создать в металле, чтобы вызвать в
нем упорядоченное движение электронов? 5. Какую скорость имеют в
виду, когда говорят о скорости распространения электрического тока в
проводнике?
127.	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ
Иной характер, чем в металлах, имеет электрический ток в жид-
ких растворах солей, кислот и щелочей, которые называют электро-
литами. Рассмотрим опыт.
В сосуд с дистиллированной водой опускают два чистых уголь-
ных стержня —два электрода и, соединив их с электрической лам-
почкой, включают в цепь источника тока (рис. 272). Лампочка не
горит, значит, тока в цепи нет. Это объясняется тем, что дистил-
лированная вода не содержит свободных зарядов — электронов и ионов.
Затем в воду наливают некоторое количество раствора медного
купороса. Лампочка при этом загорается (рис. 273), в цепи лампочки
возникает ток. А если в цепи возник ток, следовательно, в растворе
медного купороса появились заряженные частицы. Что представляют
собой эти частицы и как они появляются в растворе? Кристаллы
медного купороса, как и дистиллированная вода, не являются про-
водниками тока. Но при растворении медного купороса в воде его
молекулы, взаимодействуя с молекулами растворителя, распадаются
на части. При этом одна частица, полученная от распада молекулы,
оказывается заряженной положительно — возникает положительный
ион, другая — отрицательно — возникает отрицательный ион.
Положительные ионы, как известно (§ 120), представляют собой
частицы, потерявшие один или несколько электронов; отрицатель-
ные же ионы —это частицы, обладающие одним или несколькими
лишними электронами.
Ионы в растворе, как и молекулы, движутся беспорядочно, но,
если сосуд с раствором поместить в электрическое поле, ионы
начнут, кроме того, двигаться и в направлении действия' электри-
ческих сил. Положительные ионы станут двигаться к электроду,
соединенному с отрицательным полюсом источника тока,— такой
электрод называют катодом. К электроду же, соединенному с по-
ложительным полюсом источника тока, называемому анодом, будут
перемещаться отрицательные ионы. В электролите, таким образом,
возникает электрический ток, который представляет собой упорядо-
ченное движение положительных и отрицательных ионов. Схема
движения ионов в электролите изображена на рисунке 274. На этом
рисунке стрелкой Е показано направление сил электрического поля,
стрелкой к—направление движения положительных ионов и стрел-
кой а отрицательных ионов.
207
Рис. 272
Рис. 273
Обратим внимание на то, что в опыте с
раствором медного купороса положительные
ионы меди, дойдя до катода, отдают ему свой
заряд и в виде нейтральных атомов осаждают-
ся на этом электроде.
При прохождении тока через другие электро-
литы на электродах также осаждается какое-ни-
будь вещество.
-I 1. Как показать, что дистиллированная вода не
проводник электричества? 2. Как показать, что раст-
вор медного купороса в воде является проводником
электричества? 3. Каким образом объясняют элект-
ропроводность раствора медного купороса? 4. Как
возникают ионы в растворе? 5. Каково движение
ионов в растворе в отсутствие электрического
поля? 6. Что представляет собой электрический ток
в электролитах? 7. Какие явления наблюдают на
электродах, когда в электролите существует ток?
128.	ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
ТОКА
Мы не можем видеть движущиеся в метал-
лическом проводнике электроны или в электро-
лите ионы. О наличии электрического тока в
цепи мы можем судить лишь по различным
явлениям, которые вызывает электрический ток.
Такие явления обычно называют действиями тока.
Некоторые из этих действий легко наблюдать
на опыте.
Тепловые действия тока можно наблюдать,
например, присоединив к полюсам источника то-
ка железную или никелиновую проволоку (рис. 275).
Проволока нагревается и, удлинившись поэтому,
слегка провисает. Ее даже можно раскалить до-
красна. В электрических лампочках, например,
тонкая вольфрамовая проволочка накаливается
током до яркого свечения.
Если в цепи источника тока вместо проволоки
будет раствор соли или кислоты, т. е. проводя-
щая ток жидкость (электролит), то жидкость тоже
нагреется.
Химическое действие тока наблюдают в элект-
ролитах. Это явление было нами уже рассмотрено
(§ 127). Химическое действие тока используют
в промышленности для добычи алюминия, меди,
магния и ряда других металлов.
На этом же явлении основано никелирование
и хромирование металлических предметов для
защиты их от коррозии (ржавления).
На рисунке 276 изображен опыт для наблю--
дения магнитных действий тока. В этом опыте
медный провод, покрытый изоляционным мате-
риалом, намотан на железный гвоздь. Когда
цепь замкнута, гвоздь становится магнитом (намаг-
ничивается) и притягивает небольшие железные
предметы: гвоздики, железные стружки, опилки.
С исчезновением тока в обмотке (при размыкании
цепи) гвоздь размагничивается
Рарсмотрим еще явление взаимодействия меж-
ду проводником с током и магнитом.
На рисунке 277 а изображена висящая на ни-
тях небольшая рамочка, на которую навито не-
сколько витков тонкой медной проволоки. Концы
обмотки присоединены к полюсам источника
тока. Следовательно, в обмотке существует элект-
рический ток.
Если эту рамку поместить теперь между по-
люсами магнита, то она станет поворачиваться
(рис. 277 б). В этом опыте мы наблюдаем меха-
ническое действие тока.
Явление взаимодействия катушки с током и
магнита используют в устройстве прибора, назы-
ваемого гальванометром.
С помощью гальванометра можно судить не
только о наличии тока в цепи, но и, как мы
узнаем дальше, о силе тока.
На рисунке 278 изображен внешний вид школь-
ного гальванометра. Стрелка гальванометра свя-
зана с подвижной катушкой. Когда в катушке
существует ток, стрелка отклоняется.
Следует заметить, что из всех рассмотренных
нами действий электрического тока магнитное
действие тока наблюдается всегда, какой бы про-
водник тока ни был: твердый, жидкий или газо-
образный.
Рис. 276
Рис. 277а
Рис. 2776
в 1. Какие явления сопровождают ток в цепи? 2. Как можно наблюдать
на опыте тепловые действия тока? 3. Как можно наблюдать на опыте
химические действия тока? 4. Где на практике используют тепловые и
химические действия тока? 5. На каком опыте можно показать магнит-
ное действие тока? 6. Какое действие тока используют в устройстве
гальванометра?
129.	НАПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Наблюдая за действиями тока в растворе медного купороса,
мы установили (§ 127), что медь осаждается лишь на одном из
электродов, соединенном с отрицательным полюсом источника
электрического тока.
Если в таком опыте поменять местами провода, присоединенные
к полюсам источника тока (см. рис. 273), то медь станет выделять-
ся на другом электроде, который будет теперь соединен с отри-
цательным полюсом источника тока. Стрелка гальванометра, если
включить его в эту цепь, при этом отклонится от нулевого деле-
ния в противоположную сторону.
Этот опыт показывает, что электрический ток в проводах имеет
определенное направление, от которого зависят и некоторые его
действия.
Мы знаем, что электрический ток есть упорядоченное движение
заряженных частиц в проводнике. В металлических- проводниках
электрический ток представляет собой упорядоченное движение
электронов — частичек, обладающих отрицательным зарядом. В элект-
ролитах электрический ток обусловлен движением ионов обоих
знаков.
Движение каких же заряженных частиц в электрическом поле
следовало бы принять за направление тока?
Так как в большинстве случаев мы имеем дело с электриче-
скими токами в металлах, то за направление тока в цепи разумно
было бы принять направление движения электронов в электриче-
ском поле, т. е. считать, что ток направлен от отрицательного
полюса источника к положительному.
Однако вопрос о направлении тока возник в науке тогда, когда
об электронах и ионах еще ничего не было известно. В то время
предполагали, что во всех проводниках могут перемещаться как
положительные, так и отрицательные электрические заряды. И за
направление тона условно приняли то направление, по которому
движутся (или могли бы двигаться) в проводнике положительные
заряды, т. е. направление от положительного полюса источника
тока к отрицательному. Так принято считать и сейчас.
'	1. На основании каких явлений можно заключить, что электрический ток
в цепи имеет определенное направление? 2. Движение каких заряженных
частиц принято за направление тока в проводнике? 3. От какого полюса
источника тока и к какому движутся в цепи электроны?
210
130.	КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
И СИЛА ТОКА
Действия электрического тока, которые были описаны в § 128,
могут проявляться в разной степени — сильнее или слабее. Опыты
показывают, что интенсивность (степень действия) электрического
тока зависит от заряда, который проходит по цепи в единицу
времени — секунду.
Когда свободная заряженная частица — электрон в металле или
ион в электролите— движется по электрической цепи, то происхо-
дит перемещение заряда. Чем больше частиц переместилось от
одного полюса источника тока к другому или просто от одного
конца участка цепи к другому, тем больше общий заряд, перене-
сенный частицами.
Этот общий электрический заряд называют также количеством
электричества, проходящего сквозь проводник. От количества элект-
ричества зависит, например, химическое действие тока: чем больше
количество электричества, тем больше вещества осядет на катоде
и аноде при прохождении тока через электролит, так как каждый
ион есть частица вещества. Поэтому количество электричества
можно подсчитать, определив взвешиванием массу отложившегося
на электроде вещества и зная массу и заряд одного иона этого
вещества.
Чем большее количество электричества проходит через попереч-
ное сечение проводника в 1 с, тем более сильный электрический
ток в цепи.
Величина, численно равная количеству электричества, прохо-
дящему через поперечное сечение проводника в одну секунду,
называется силой тока.
Чтобы определить силу тока в цепи, надо количество протекшего
электричества разделить на время, за которое оно протекло.
количество электричества
сила тока в--------------—------.
время
Введем буквенные обозначения: /—сила тока, (/ — количество
электричества, t— время — и выразим силу тока формулой:
Пользуясь выражениями «сила тока», «сильный ток», «слабый
ток», мы должны правильно представлять себе, что они означают.
Выражение «сильный ток» означает только то, что по цепи в еди-
ницу времени протекает большой электрический заряд. Выражение
«слабый ток» означает, что протекающий по цепи в единицу вре-
мени заряд —малый. Можно сказать теперь, что от силы тока зави-
сит интенсивность различных действий тока.
В простой цепи, состоящей из источника тока и ряда провод-
ников, соединенных так, что конец одного проводника соединяется
211
с началом другого (см. рис. 268), сила тока во всех участках оди-
наковая. Это следует из того, что при установившемся токе заряд,
проходящий через любое поперечное сечение проводников цепи
в единицу времени, одинаков. Заряды при установившемся токе в
цепи нигде в проводниках не накапливаются. Установившийся
электрический ток в цепи можно уподобить движению воды в
водопроводных трубах.
Соединение проводников, изображенное на рисунке 268, называ-
ется последовательным соединением, оно подробно будет рассмот-
рено в § 142.
1.	От чего зависит интенсивность действия тока? 2. Как еще называют
величину электрического заряда? 3. Что называют силой тока в цепи?
4.	Как надо понимать выражения: «сильный ток», «слабый ток»? 5. Чем
объясняется, что во всех частях простой цепи сила тока одинакова?
131.	ЕДИНИЦЫ СИЛЫ ТОКА
И КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Сила тока —это физическая величина. Чтобы измерить ее, нужно
прежде всего установить единицу измерения — единицу силы тока.
Для установления единицы силы тока можно использовать лю-
бое действие электрического тока.
На Международной конференции по мерам и весам в 1948 г.
было решено в основу определения единицы силы тока положить
явление взаимодействия двух проводников с током. Ознакомимся
сначала с этим явлением на опыте.
На рисунке 279 изображены два гибких прямых проводника,
расположенные параллельно друг другу. Оба проводника подключены
к источнику тока. При замыкании цепи по проводникам протекает
ток, вследствие чего они взаимодействуют между собой — притяги-
ваются или отталкиваются, — в зависимости от направления токов
в них.
Силу взаимодействия (притяжение или отталкивание) можно изме-
рить. Эта сила, как показывают расчеты и опыты, зависит от дли-
ны проводников, расстояния между ними, среды, в которой нахо-
дятся проводники, и, что самое важное для нас, от силы тока в
проводниках. Если одинаковы все условия, кроме силы токов, то,
чем больше сила тока в каждом проводнике, тем с большей силой
они взаимодействуют между собой.
212
Ампер Андре Мари (1775—1836) —
французский физик и математик. Он
создал первую теорию, которая вы-
ражала связь электрических и магнит-
ных явлений. Амперу принадлежит
гипотеза о природе магнетизма, он
ввел в физику понятие «электрический
ток».
Представим теперь себе, что
параллельные проводники очень
тонкие и бесконечно длинные.
Расстояние между ними 1 м, и на-
ходятся они в вакууме. Сила
уока в них одинакова.
За единицу силы тона при-
нимают силу тона, при которой отрезки таких параллельных про-
водников длиной 1 м взаимодействуют с силой 2  10 “7 Н (0,0000002 Н).
Эту единицу силы тока называют ампером (А), по имени фран-
цузского ученого Ампера.
На практике применяют также единицы силы тока, производные
от ампера: 1 миллиампер (мА)в 0,001 А; 1 микроампер (мкА) =
= 0,000001 А. В технике используют единицу 1 килоампер (кА)
“1000 А. По единице силы тока (ампер) устанавливают единицу
электрического заряда, или единицу количества электричества. Из
формулы I = — следует, что
9 = Л.
Полагая /=1 А, Г=1 с, получим единицу количества электричества.
За единицу количества электричества принимают такое его
количество, которое проходит по цепи в 1 с при силе тона 1 А.
Эту единицу называют кулоном (Кл), в честь французского
ученого Кулона.
1 кулон = 1 ампер X1 секунда.
Сокращенно это можно записать: 1 Кл = 1 А • с.
Заряд электрона, о котором было сказано выше, очень мал:
е0 = -1,6 • 10-,9Кл.
1.	Какое явление положено в основу установления единицы силы тока —
• ампера? 2. Как определяют единицу силы тока —ампер и единицу коли-
чества электричества — кулон? 3. Чему равен заряд электрона?
Упр. 1. Сила тока в электрической лампе 0,3 А. Сколько кулонов прохо-
ду дит через спираль лампы за 5 мин?
2.	Какой электрический заряд пройдет через спираль электрической
плитки за 1 мин, если сила тока в цепи 5 А?
213
Рис. 280
3.	Аккумулятор до полного разряда может давать ток 2 А в течение
20 ч. Какой электрический заряд может запасать такой аккумулятор?
4.	Сколько электронов проходит через поперечное сечение провод-
ника в 1 с, когда сила тока равна 1 А?
132.	АМПЕРМЕТР. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА
Силу тока в цепи измеряют приборами, называемыми ампермет-
рами. Амперметр, в устройстве которого используют механическое
действие тока,— это тот же рассмотренный уже нами (§ 128) галь-
ванометр, только приспособленный для измерения силы тока. Он
устроен так, что включение его в цепь практически не изменяет
силы тока в цепи.
Амперметр, используемый в школьных опытах, изображен на
рисунке 280, а Технический амперметр показан на рисунке 280, б.
На шкале амперметра обычно ставят букву А, на схемах же
амперметр изображают в виде кружка с буквой А внутри.
Шкалу амперметра градуируют в амперах и долях ампера обычно
по показаниям точных образцовых амперметров.
Каждый амперметр рассчитан на некоторую наибольшую силу тока,
превышать которую нельзя, так как прибор может испортиться.
При измерении силы тока амперметр включают в цепь последо-
вательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить.
Рис. 281
214
Рис. 282
Включают амперметр в цепь с помощью двух клемм, или за-
жимов, имеющихся на приборе. У одной из клемм амперметра
стоит знак «плюс» («+»), у другой — «минус» («—») (иногда знака
«минус» нет). Клемму со знаком «+» нужно обязательно соединять
с проводом, идущим от положительного полюса источника тока.
При измерении силы тока амперметр можно включать в любое
место цепи, состоящей из ряда последовательно соединенных про-
водников, так как сила тока во всех точках такой цепи одинакова
(§ 130).
Если включить один амперметр в цепь до лампы, другой после,
то оба они покажут одинаковую силу тока (рис. 281).
1.	Как называют прибор для измерения силы тока? 2. В каких единицах
градуируют шкалу амперметра? 3. Как включают в цепь амперметр?
Упр. 1. При включении в цепь амперметра так, как показано на рисун-
gg ке 282, а, сила тока была 0,5 А. Каковы будут показания амперметра
при включении его в ту же цепь так, как изображено на рисунке 282,6?
2.	Как можно проверить правильность показаний амперметра с по-
мощью другого амперметра, точность показаний которого проверена?
3.	Рассмотрите амперметры, данные на рисунках 280, 6 и 283.
Определите цену деления шкалы каждого амперметра. Какую наибольшую
силу тока могут они измерять? Перерисуйте шкалу амперметра (рис. 280, 6)
в тетрадь и покажите, каково будет положение стрелки при силе тока
в 3 А и в 4,5 А.
133.	ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Во всякой замкнутой цепи электрический ток совершает работу.
В процессе такой работы проводники, например, нагреваются, уве-
личивается их внутренняя энергия, при зарядке же аккумулятора,
кроме того, происходит увеличение химической энергии аккумулятора.
От чего зависит работа электрического тока?
Можно с уверенностью сказать, что она зависит от силы тока,
т. е. от электрического заряда, протекающего по цепи в 1 с. В этом
мы убедились, знакомясь с химическими действиями тока (§ 128).
Мы видели, что, чем больше сила тока в цепи, тем значительнее
его действия.
215
Но не только от одной силы тока зависит работа тока: она
зависит еще и от другой величины, которую называют электриче-
ским напряжением или просто напряжением. Что же это за величина?
Напряжение — это физическая величина, характеризующая элект-
рическое поле, которое является причиной тока.Чтобы ознакомить-
ся с этой очень важной физической величиной, обратимся к опыту.
На рисунке 283 изображена электрическая цепь, в которую вклю-
чена лампочка от карманного фонаря, источником тока здесь слу-
жит аккумулятор. На рисунке 284 показана другая цепь. Источни-
ком тока в ней является городская осветительная сеть. В эту сеть
включена лампа, используемая для освещения помещений. Судя
по показаниям амперметров, сила тока в обеих цепях одинакова.
Однако лампа, включенная в городскую сеть, дает гораздо больше
тепла и света, чем лампочка от карманного фонаря. Объясняется
это тем, что при равных токах электрические напряжения на лам-
почках разные. Лампочка от карманного фонаря горит от аккуму-
лятора при низком напряжении. При прохождении каждого кулона
электричества по спирали этой лампы совершается небольшая рабо-
та, поэтому лампочка дает мало тепла и света. Вторая лампа горит
при значительно большем напряжении. При прохождении каждого
кулона электричества по спирали этой лампы совершается ббльшая
работа.
Электрическое напряжение на концах участка (части) цепи
численно равно работе, совершающейся при прохождении по
этому участку одного кулона электричества. Чем больше эта рабо-
та, тем выше напряжение на концах участка цепи. Напряжение
обозначают буквой U.
При разомкнутой цепи напряжение существует на полюсах источ-
ника тока, оно создается этим источником. Когда же источник
тока включен в цепь, то напряжение появляется на отдельных
участках цепи, это и создает ток в цепи. Если нет напряжения
(значит, нет и электрического поля), то нет и тока в цепи.
Вольта Алессандро (1745—1827)— |
итальянский физик, один из основате-
лей учения об электрическом токе.
Вольта создал первый гальванический
элемент, чем положил начало учению •
об электрическом токе.
Электрический ток в цепи
можно уподобить течению воды
с более высокого уровня на бо-
лее низкий уровень. Электриче-
скому напряжению здесь будет
соответствовать величина, чис-
ленно равная работе, которая со-
вершится при падении 1 кг воды
с верхнего уровня на нижний.
В озере же или в пруду, где уровень воды всюду одинаковый,
вода не течет и работа не совершается.
1.	Какими двумя величинами определяется работа электрического тока
на участке цепи? 2. Как показать на опыте, что работа тока на участке
цепи зависит не только от силы тока, но и от напряжения? 3. Что пони-
мают под напряжением на данном участке цепи? 4. Какую механическую
величину можно сравнить с напряжением?
134.	ЕДИНИЦЫ НАПРЯЖЕНИЯ
Единица напряжения названа вольтом (В) в честь итальян-
ского ученого Вольта, создавшего первый гальванический эле-
мент.
1	вольт— это такое напряжение, при котором на участке цепи
совершается работа, равная 1 джоулю, когда по этому участку
проходит 1 кулон электричества:
1 ВОЛЬТ *=
1 джоуль
1 кулон
, ИЛИ 1 В
1Кл
Если на каком-либо участке цепи напряжение равно одному
вольту, то это означает, что при прохождении каждого кулона
электричества по этому участку совершается работа, равная одному
джоулю.
Следовательно, если на участке цепи напряжение равно двум
вольтам, то это означает, что при прохождении одного кулона
электричества по этому участку совершается работа, равная двум
джоулям.
В практике, кроме вольта, применяют производные единицы
напряжения:
1 милливольт (мВ) = 0,001 В; 1 киловольт (кВ) —1000 В.
217
Ниже в таблице приведены напряжения в вольтах, встречаю-
щиеся на практике.
Напряжение на полюсах элемента Вольта »	сухого элемента »	щелочного аккумулятора	(одного	элемента) »	кислотного аккумулятора	(одного	элемента) Напряжение в осветительной сети Напряжение в линии электропередачи Волжская ГЭС им. XXII съезда КПСС — Москва Напряжение между облаками во время грозы	1,1 1,5 1,25 2 127 и 220 500 000 до 100 000 000
В отличие от тока напряжение не называют сильным или сла-
бым, его называют высоким или низким. Высокое напряжение опасно
для жизни.
Рассмотрим пример. Допустим, что напряжение между
одним проводом высоковольтной линии передачи и землей 100 000 В.
Если этот провод соединить каким-нибудь проводником с землей,
то при прохождении по нему каждого кулона электричества будет
совершена работа 100 000 Дж. Такая работа, например, совершается
при падении груза массой 1000 кг с высоты 10 м. Такой груз
может произвести большие разрушения. Этот пример показывает,
почему так опасен ток высокого напряжения.
Но осторожность надо соблюдать и в работе с более низкими
напряжениями, даже напряжение в несколько десятков вольт может
оказаться опасным.
1.	Что принимают за единицу напряжения? Нан эту единицу называют?
2. Как надо понимать, что напряжение на участке цепи равно 1, 2, 127 В?
3.	Какое напряжение используют в осветительной сети? 4. Чему равно
напряжение на полюсах сухого элемента и кислотного аккумулятора?
5. Какие единицы напряжения, кроме вольта, применяют на практике?
135.	ВОЛЬТМЕТР. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Для измерения напряжения на полюсах источника тока или
на каком-нибудь участке цепи применяют приборы, называемые
вольтметрами.
Вольтметр, используемый в школьных опытах, изображен на
рисунке 285. Его шкала проградуирована в вольтах.
Многие вольтметры по внешнему виду очень схожи с ампермет-
рами. Для отличия вольтметра от других электроизмерительных
приборов на шкале вольтметра обычно ставят букву И. На схемах
вольтметр изображают кружком с буквой V внутри.
Устройство вольтметра, как и амперметра, основано на механи-
ческом действии тока.
/'
218
Как и у амперметра, у одного зажима вольт-
метра ставят знак «плюс» («+»). Этот зажим необ-
ходимо обязательно соединять с проводом, идущим
от положительного полюса источника тока. Иначе
стрелка прибора будет отклоняться в обратную
сторону, здесь ведь также имеет значение направ-
ление тока.
Вспомним, что амперметр включают всегда
последовательно с тем прибором, в котором изме-
ряют силу тока.
Вольтметр включают иначе. На рисунке 286, а
изображена электрическая цепь, в которую вклю-
чены электрическая лампочка, амперметр и вольт-
метр. На рисунке 286, б показана схема такой цепи.
Амперметром в этой цепи измеряют силу тока в
лампочке, для этого он включен в цепь последо-
вательно с ней. Вольтметр же должен показывать
напряжение, существующее на зажимах лампочки.
Поэтому его включают в цепь не последовательно
с лампочкой, а так, как показано на рисунке 286, а и
на схеме (рис. 286, б). Зажимы вольтметра присо-
единяют к тем точкам цепи, между которыми надо
измерить напряжение. Такое включение прибора
называют параллельным. Параллельное соедине-
ние проводников будет рассмотрено в § 143. От-
метим только, что в отличие от амперметра вольт-
метр устроен так, что через него проходит ток,
который мал по сравнению с током в цепи, по-
этому вольтметр практически не изменяет напря-
жение между теми точками, к которым его под-
ключают.
Рис. 287
219
Для измерения напряжения на полюсах источника тока вольт-
метр подключают непосредственно к зажимам источника тока, так,
как показано на рисунке 287.
1.	Как называют прибор для измерения напряжения? 2. Как включают
• вольтметр для измерения напряжения на участке цепи? 3. Как с помощью
вольтметра измерить напряжение на полюсах сухой батарейки или акку-
мулятора? 4. Чему равна цена деления вольтметра, изображенного на
рисунке 285? Перерисуйте шкалу в тетрадь и на ней покажите положе-
ние стрелки при напряжении 2 В и 3,5 В.
136.	ЗАВИСИМОСТЬ СИЛЫ ТОКА
ОТ НАПРЯЖЕНИЯ
Различные действия тока, такие, как нагревание проводника,
магнитные и химические действия, зависят от силы тока. Изменяя
силу тока в цепи, можно регулировать эти действия. Но чтобы
управлять током в цепи, надо знать, от чего зависит сила тока в ней.
Мы знаем, что электрический ток в цепи —это упорядоченное
движение заряженных частиц в электрическом поле. Чем сильнее
действие поля на эти частицы, тем, очевидно, и больше сила
тока в цепи.
Но действие поля характеризуется физической величиной — на-
пряжением. Поэтому можно предположить, что сила тока и напря-
жение связаны между собой. Эту связь можно установить на опыте.
На рисунке 288, а изображена электрическая цепь, состоящая
из источника тока — аккумулятора, амперметра, спирали из никели-
новой проволоки, параллельно присоединенного к ней вольтметра
и ключа. На рисунке 288, б показана схема этой цепи.
Замыкают цепь и отмечают показания приборов. Затем при-
соединяют к первому аккумулятору второй такой же аккумулятор
и снова замыкают цепь. Напряжение йа спирали при этом увели-
чится вдвое, и амперметр покажет вдвое большую силу тока. При
Рис. 288
трех аккумуляторах напряжение на спирали увеличивается втрое,
во столько же раз увеличивается сила тока.
Ниже в таблице показана зависимость силы тока от напряжения
на концах проводника:
No опыта	Напряже- ние, В	Сила тока, А	№ опыта	Напряже- ние, В	Сила тока, А
1	2	0,5	4	8	2
2	4	1	5	10	2,5
3	6	1,5			
Опыт показывает, что, во сколько раз увеличивается напряжение,
приложенное к одному и тому же проводнику, во столько же раз
увеличивается сила тока в нем. Другими словами, сила тока в
проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах про-
водника.
На рисунке 289 показан график зависимости силы тока в провод-
нике от напряжения между его концами. На этом графике по го-
ризонтальной оси в условно выбранном масштабе отложены напря-
жения, а по вертикальной — соответствующие им силы тока.
1.	Как зависит сила тока в проводнике от напряжения на концах про-
водника? 2. Как на опыте показать зависимость силы тока от напряжения?
Упр. 1- При напряжении на концах участка цепи, равном 2 В, сила тока
гл в проводнике 0,4 А. Каким должно быть напряжение, чтобы в том же
проводнике сила тока была 0,8 А?
2.	При напряжении на концах проводника 2 В сила тока в провод-
нике 0,5 А. Какой силы ток будет в проводнике, если напряжение на его
концах увеличится до 4 В? Какой силы ток будет в этом проводнике,
если напряжение на его концах уменьшится до 1 В?
137.	СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ.
ЕДИНИЦЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ
В предыдущем параграфе было показано, что сила тока в про-
воднике зависит от напряжения на его концах. Чем выше напря-
жение на концах проводника, тем больше в нем сила тока.
Но сила тока в проводнике зависит не только от напряжения,
но и от свойств самого проводника. В этом можно убедиться на
опыте.
В цепь одного и того же источника тока включают по очере-
ди различные проводники и измеряют амперметром силу тока. На
рисунке 290 АВ и CD —два различных проводника. Вольтметру по-
очередно подключаемый к концам этих проводников, показывает
одинаковое напряжение. Сила же тока в проводниках неодинакова:
в проводнике АВ она больше, чем в проводнике CD.
221
Ниже в таблице приведены числовые результаты трех опытов
с двумя проводниками при разных напряжениях на их концах.
Напряжение на концах проводников менялось путем подключения
в цепь дополнительных источников тока.
	Проводники					
	АВ			CD		
Напряжение (U) на концах про- водника, В	2	4	6	2	4	6
Сила тока (I) в проводнике, А	0,5	1	1,5	0,25	0,5	0,75
Отношение на- пряжения к силе тока iu\ в	_2__4 0,5	f 4 —4	_6_=4 1,5	2	о	4 _8	6	8 0,75
\ I) А		1 4		0,25	0,5	
Результаты опытов показывают, что отношение напряжения к
силе тока для каждого проводника есть величина постоянная.
В
В рассматриваемых опытах для проводника А В она равна 4 — , для
CD—8^.
А
Эта величина характеризует свойство проводника, которое на-
зывают сопротивлением.
В чем причина сопротивления? Если бы электроны в провод-
нике не испытывали никаких помех в своем движении, то они,
будучи приведены в упорядоченное движение, двигались бы по
Рис. 290
222
инерции неограниченно долго без действия электрического поля.
В действительности же электроны взаимодействуют с ионами крис-
таллической решетки металла. При этом замедляется упорядочен-
ное движение электронов и усиливается беспорядочное движение
ионов. Сила тока уменьшается, а температура проводника увеличи-
вается, — значит, энергия тока превращается во внутреннюю энер-
гию проводника.
Сопротивление проводника есть физическая величина.
Чтобы найти сопротивление проводника, надо напряжение на его
концах разделить на силу тока:
напряжение
сопротивление я.
сила тока
Введем буквенные обозначения величин: U— напряжение, I—
сила тока, R — сопротивление — и выразим сопротивление проводника
в виде формулы:
R-4
За единицу сопротивления принимают сопротивление такого
проводника, в котором при напряжении на концах 1 вольт сила
тока равна 1 амперу. Эту единицу называют омом (Ом).
Полагая в формуле сопротивления проводника Я =-у , £7=1 В,
/ = 1 А, получим единицу сопротивления 1 Ом:
-	1 вольт - ~	1В
1 ом =—------- , или 1 Ом =\—
1 ампер	1 А
Чтобы найти сопротивление проводника в омах, надо напряжение
на концах его в вольтах разделить на силу тока в амперах.
В опыте (рис. 290) сопротивление проводника АВ было равно
4 Ом, сопротивление проводника СР—8 Ом.
В практике применяют единицы сопротивления, производные от
ома:
1 килоом (кОм) = 1 000 Ом;
1 мегом (МОм) — 1 000 000 Ом.
1. Как на опыте показать, что отношение напряжения на концах провод-
• ника к силе тока для данного проводника есть величина постоянная?
2. Как называют свойство проводника, характеризуемое отношением напря-
жения на его концах к силе тока? 3. Какой формулой можно выразить
сопротивление проводника? 4. Что принимают за единицу сопротивления
проводника? Как ее называют? 5. Как рассчитать сопротивление провод-
ника? Какие величины для этого нужно знать? 6. Какие единицы сопро-
• тивления, производные от ома, используют на практике?
223
У ПО Напряжение на полюсах аккумулятора 2 В, сила тока в цепи
,	1 0,4 А. Чему равно сопротивление цепи?
2.	Сила тока в спирали электрической лампы 0,75 А. Определите
сопротивление спирали, если напряжение на ее концах 220 В.
3.	Напряжение на зажимах плитки 127 В, сила тока в спирали
плитки 5 А. Определите сопротивление спирали.
4.	По рисунку 290 определите сопротивление проводника Ав.
138.	ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ
В предыдущих параграфах были рассмотрены три величины,
с которыми мы имеем дело во всякой электрической цепи, — это
сила тока, напряжение и сопротивление. Эти величины связаны
между собой. Связь силы тока с напряжением была уже нами
рассмотрена в § 136. В этом параграфе, основываясь на опытах,
было показано, что сила тока в цепи прямо пропорциональна на-
пряжению на концах проводника, или, что то же, на концах участка
цепи, так как проводник является частью (участком) электрической
цепи.
В описанных опытах сопротивление проводника (участка цепи)
не менялось, менялось только напряжение на его концах. Поэтому
можно сказать,. что сила тока в цепи прямо пропорциональна на-
пряжению на концах проводника, если при этом сопротивление про-
водника не меняется.
А чтобы ответить на вопрос, как зависит сила тока в цепи от
сопротивления, обратимся к опыту.
На рисунке 291 изображена электрическая цепь, источником тока
в которой является аккумулятор. В эту цепь по очереди включают
проводники, обладающие различными сопротивлениями. Вольтметр,
подключаемый к концам проводников, показывает во всех случаях
одно и то же напряжение. Силу тока в цепи измеряют ампермет-
ром.
Рис. 291
224
Ниже в таблице приведены результаты опытов с тремя различ-
ными проводниками:
№ опыта	Напряжение на концах провод- ника, В	Сопротивление проводника, Ом	Сила тока в цепи, А
1	2	1	2
2	2	2	1
3	2	4	0,5
В первом опыте сопротивление проводника 1 Ом и сила тока
в цепи 2 А. Сопротивление второго проводника 2 Ом, т. е. в два
раза больше, а ток в цепи в два раза меньше. И наконец, в треть-
ем случае, сопротивление цепи увеличилось в четыре раза и во
столько же раз уменьшилась сила тока. Заметим, что напряжение
на концах проводников во всех трех опытах было одинаковое,
равное 2 В. На рисунке 292 изображен график зависимости силы
тока от сопротивления проводника при одном и том же напряже-
нии на его концах. На этом графике по горизонтальной оси в
условно выбранном масштабе отложены сопротивления проводни-
ков, по вертикальной —силы токов.
Обобщая результаты наших опытов на все проводники, приходим
к выводу: при одинаковом напряжении на концах проводника сила
тока обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи
и сопротивления этого участка называется законом Ома, по имени
немецкого ученого Ома, открывшего этот закон в 1827 г.
Закон Ома читается так: сила тона в участие цепи прямо про-
порциональна напряжению на концах этого участка и обратно
пропорциональна его сопротивлению:
напряжение
сила тока == —-----------
сопротивление
Пользуясь принятыми обозначениями силы тока, напряжения
и сопротивления, закон Ома можно записать в виде математической
формулы:
'Ч-
Закон Ома —один из основных законов электрического тока.
Пример 1. Рассчитать силу тока в электрической лампе, если
напряжение в сети 220 В, а сопротивление спирали лампы 440 Ом.
Дано:	Решение:
и = 220 В Л = 440 Ом	По закону Ома / = — / = 220 в = 0 50 А R ’ 7	440 Ом U’ U
/— ?
225
сопротивление спирали 44 Ом.
рым находится спираль.
Ом Георг (1787—1854) — немецкий
физик. Он открыл теоретически и под-
твердил на опыте закон, выражающий
связь между силой тока в цепи, напря-
жением и сопротивлением.
Если требуется вычислить на-
пряжение на участке цепи, зная
ток и сопротивление участка, фор-
муле закона Ома придают другой
вид:
U-IR.
Пример 2. Сила тока в спи-
рали электрической плитки 5,0 А,
Определить напряжение, под кото-
Д а н о:
I = 5,0 А
R = 44 Ом
17 — ?
Решение:
По закону Ома
U = 1R.
U = 5,0 А-44 Ом = 220 А*Ом = 220 В.
Для расчета сопротивления участка следует использовать знако
мую уже нам формулу:
Отношение напряжения на участке цепи к силе тока в цепи
равно сопротивлению этого участка.
Пример 3. Рассчитать сопротивление участка цепи, напряже-
ние на концах которого 4,5 В, а сила тока в цепи 0,30 А.
Дано:
17 = 4,5 В
/ = 0,30 А
R — ?
Решение:
По закону Ома
R-T-
к--оМт-150м-
1. О связи каких трех электрических величин говорится в законе Ома?
2. Как формулируется закон Ома? 3. Как математически можно выразить
закон Ома? 4. Как выразить напряжение на концах участка цепи через
силу тока и сопротивление участка?
226
Упр. 1- Напряжение на участие цепи 220 В, сопротивление участка 110 Ом.
Определите силу тока в цепи.
2.	Какое напряжение надо приложить, чтобы получить ток 0,3 А, если
сопротивление проводника 420 Ом?
3.	Каким сопротивлением обладает вольтметр, рассчитанный на
150 В, если сила тока в нем не должна превышать 0,01 А?
4.	Используя приведенные ниже табличные данные, изобразите гра-
фически зависимость силы тока от сопротивления при постоянном напря-
жении, равном 10 В. По горизонтальной оси в выбранном масштабе
откладывайте сопротивление, а по вертикальной оси — силу тока.
R, Ом	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Да	10	5	3,3	2,5 		• 2 		1,7	1,4	1,2	1,1	1
139.	РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА.
УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Зная о причине электрического сопротивления, можно заклю-
чить, что сопротивление зависит от размеров проводника (длины
и толщины) и от материала, из которого он изготовлен. Опыт под-
тверждает это заключение.
На рисунке 293 изображена установка для проведения такого
опыта.
В цепь источника тока (аккумулятора) по очереди включают
различные проводники, например:
никелиновые проволоки одинаковой толщины, но разной длины;
никелиновые проволоки одинаковой длины, но разной толщины
(разной площади поперечного сечения);
никелиновую и нихромовую проволоки одинаковой длины и
толщины.
Силу тока в цепи измеряют амперметром, напряжение — вольт-
метром.
Зная напряжение на концах проводника и силу тока в нем,
по закону Ома можно определить сопротивление каждого из про-
водников.
Ниже в трех таблицах приведены данные, полученные из опытов.
227
Таблица 1
Сопротивление никелиновой проволоки площадью
поперечного сечения 1 мм2 разной длины
Длина проволоки, м	1	2	3
Сопротивление, Ом	0,4	0,8	1,2
Вывод: чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление.
Таблица 2
Сопротивление никелиновых проволок длиной 1 м,
но разной площади поперечного сечения
Площадь сечения, мм2	0,4	0,8	1,2
Сопротивление, Ом	1	0,5	0,33
Вывод: чем больше площадь поперечного сечения проводника,
тем меньше его сопротивление.
Таблица 3
Сопротивление никелиновой и нихромовой проволок
длиной 1 м и площадью сечения 1 мм2
Название материала проволоки	Никелиновая	Нихромовая
Сопротивление, Ом	0,4	1,1
Вывод: сопротивление проводника зависит от материала.
На основании результатов измерений и вычислений, приведенных в
таблицах, можно сделать следующее заключение:
Сопротивление прямо пропорционально длине проводника, об-
ратно пропорционально площади его поперечного сечения и
зависит от материала проводника.
Сопротивление проводника длиной 1 м, площадью поперечного се-
чения 1 мм 2 называется удельным сопротивлением.
228
Рассчитаем сопротивление проводника длиной / м и площадью
поперечного сечения S мм 2. Удельное сопротивление его обозначим
буквой р (р — греческая буква «ро»).
Так как сопротивление проводника длиной 1 м и площадью попереч-
ного сечения 1 мм 2 по определению численно равно удельному сопро-
тивлению р, то проводник длиной /ми сечением 1 мм2 будет иметь
сопротивление, в / раз большее, т. е. р/.
Проводник же длиной / м, но сечением X мм2 будет иметь сопротив-
ление, в S раз меньшее, т. е. р—~ .
Следовательно, сопротивление проводника можно вычислять по
формуле:
Из этой формулы можно определить наименование единицы удель-
ного сопротивления:
-4-
откуда
ед. р =
ед.7? - ед.£
ед./
Так как ед. R = 1 Ом, ед. S= 1 мм2, ед. / = 1 м, то единицей удельного
сопротивления будет
Ом»мм2
м
Ниже, в таблице, приведены значения удельных сопротивлений
некоторых веществ при 20 °C. (Температура указана потому, что сопро-
тивление проводника с изменением температуры меняется.)
ЕД • ММ'
Таблица удельных сопротивлении некоторых веществ, —------
Серебро	0,016	Железо	0,10	Константан (сплав)	0,50
Медь	0,017	Ртуть	0,96	Нихром (сплав)	1,1
Алюминий	0,028	Никелин (сплав)	0,40	Фехраль (сплав)	и
Вольфрам	0,055	Манганин (сплав)	0,43	Хромель (сплав)	и
229
Из всех металлов наименьшим удельным сопротивлением обла-
дают серебро и медь. Следовательно, серебро и медь —лучшие про-
водники электричества.
На практике, при проводке электрических цепей используют
алюминиевые провода, медные и железные.
1. Как зависит сопротивление проводника от его длины и от площади
поперечного сечения? 2. Как показать на опыте зависимость сопротив-
ления проводника от его длины, площади поперечного сечения и материала?
3. Что называется удельным сопротивлением проводника? 4. По какой
формуле можно рассчитывать сопротивление проводников? 5. Какое на-
именование имеет удельное сопротивление проводника? 6. Какие из ме-
таллов, приведенных в таблице, обладают наименьшим удельным сопро-
тивлением? 7. Из какого материала изготавливают проводники, применяе-
мые на практике?
140. ПРИМЕРЫ НА РАСЧЕТ
СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА,
СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Пример 1. Рассчитать сопротивление медной проволоки длиной
100 м и площадью поперечного сечения 2,0 мм* 2.
Дано:
/= 100 м
5 — 2,0 мм2
R — ?
Решение:
Сопротивление R = р удельное сопротив-
ление меди находим по таблице:
р = 0,017^^—2
г ’ м
Ом -мм2
0,017-------- • 100 м
R =---------------------0,85 Ом.
2,0 мм
Пример 2. Определить силу тока в цепи, если напряжение на
концах никелиновой проволоки длиной 120 м и площадью поперечного
сечения 0,50 мм2 равно 127 В.
Дано:
/ = 120 м
S = 0,50 мм2
U = 127 В
Решение:
Сила тока может быть определена по закону
Ома:
(1)
/— ?
Неизвестное сопротивление определяем по формуле:
(2)
230
Удельное сопротивление никелина находим в таблице:
р =0,40
Ом • мм2
м
Подставляем значения величин в формулы (2) и (1):
_ . Ом • мм2 ,
0,4--------- • 120 м
________м___________
0,50 мм2
= 96 Ом;
127 В
96 Ом
Пример 3. Найти напряжение на полюсах аккумулятора, в цепь
которого включена манганиновая проволока длиной 8,0 м и площадью
поперечного сечения 0,80 мм2, если сила тока в цепи 0,30 А.
Дано:
/ = 8,0 м
S = 0,80 мм2
I = 0,30 А
Решение:
Напряжение на полюсах аккумулятора равно
напряжению на концах проволоки, которое мож-
но определить по закону Ома: U = IR. Неизвест-
ное сопротивление определим по формуле:
и — 1
о
из таблицы находим удельное сопротивление манганина:
р = 0,43
Ом • мм2
м
Подставляем значения величин в формулы:
Л .. Ом • мм2
0,43 ------------• 8,0 м
___________м____________
0,80 мм2
= 4,3 Ом.
£/=0,30 А-4,3 Ом «1,3 В.
Упр. 1. Длина одного провода 20 см, другого —1,6 м. Площадь сечения
62 и материал проводов одинаковы. У какого провода сопротивление
больше и во сколько раз?
2.	Определите длину ртутного столбика, площадь сечения которого
1,0 мм2, если сопротивление его 1,0 Ом.
231
3.	Во сколько раз сопротивление алюминиевого провода больше,
чем медного такой же длины и сечения?
4.	Какое напряжение нужно приложить к концам медного провод-
ника сопротивлением 20 Ом, чтобы получить ток 3,0 А? Определите
длину проводника, если поперечное сечение его 0,1 мм2.
141.	РЕОСТАТЫ
На практике часто приходится менять силу тока в цепи, делая
ее то больше, то меньше. Так, изменяя силу тока в динамике радио-
приемника или трансляционной точки, мы регулируем громкость
звука. Изменением силы тока в электродвигателе швейной машины
можно регулировать скорость его вращения.
Во многих случаях для регулирования силы тока в цепи применяют
специальные приборы —реостаты.
Простейшим реостатом может служить проволока из материала
с большим удельным сопротивлением, например никелиновая или
нихромовая. Включив такую проволоку в цепь источника электриче-
ского тока через контакты А и С последовательно с амперметром
(рис. 294) и передвигая подвижный контакт С, можно уменьшать
или увеличивать длину включенного в цепь участка АС. При этом
будет меняться сопротивление цепи, а следовательно, и сила тока в ней.
Реостатам, применяемым на практике, придают более удобную и
компактную форму. Для этой цели используют проволоку с большим
удельным сопротивлением. Один из реостатов изображен на рисунке
295, а, а на рисунке 295, б показана его схема. В этом реостате
никелиновая проволока намотана на керамический цилиндр. Концы ее
присоединены к клеммам 1 и 2. Проволока покрыта изоляцией в виде
тонкого слоя окалины, поэтому витки проволоки изолированы друг от
друга.
Над обмоткой расположен металлический стержень, по которому
может перемещаться ползун 4. Ползун своими контактами прижат к
виткам обмотки. От трения ползуна о витки слой окалины под контак-
тами ползуна стирается и электрический ток в цепи проходит от витков
проволоки к ползуну, а через него в стержень, имеющий на конце
зажим 3.
Реостат включают в цепь с помощью зажима 1 или 2 и зажима на
стержне 3.
232
Перемещением ползуна по стержню можно увеличивать или умень-
шать сопротивление включенного в цепь реостата.
Каждый реостат рассчитан на определенное сопротивление и на
наибольший допустимый ток, превышать который не следует, так
как обмотка реостата накаляется и может перегореть. Сопротивление
реостата и наибольшее допустимое значение силы тока указаны на
реостате.
ъ	1. Объясните по рисунку, как устроен ползунковый реостат. Как можно
?	включать его в цепь? 2. Для каких величин указывают на реостате их
допустимые значения? 3. Как на схемах электрических цепей изображают
реостат? 4. Почему в реостатах используют проволоку с большим удель-
ным сопротивлением?
Упр. 1. На рисунке 296 изображен реостат, с помощью которого можно
,j менять сопротивление в цепи не плавно, а ступенями — скачками. Рас-
смотрите рисунок и по нему опишите, как действует такой реостат.
2.	Если каждая спираль реостата (рис. 296) имеет сопротивление
3 Ом, то какое сопротивление будет введено в цепь при положении
переключателя, изображенном на рисунке? Куда надо поставить переклю-
чатель, чтобы с помощью этого реостата увеличить сопротивление цепи
еще на 18 Ом?
3.	В цепь включены электрическая лампа и ползунковый реостат.
Нарисуйте в тетради схему этой цепи. Куда надо передвинуть ползун
реостата, чтобы лампа светилась ярче?
4.	Требуется изготовить реостат на 20 Ом из никелиновой проволоки
площадью сечения 3,0 мм2. Какой длины Проволока потребуется для
этого?
142.	ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
ПРОВОДНИКОВ
Электрические цепи, с которыми приходится иметь дело на практи-
ке, обычно состоят не из-одного проводника (или приемника электри-
ческого тока), а из нескольких различных проводников, которые могут
быть соединены между собой по-разному. Зная сопротивление каждого
из проводников и способ их соединения, можно рассчитать общее
сопротивление цепи.
На рисунке 297 изображена цепь последовательного соединения
двух электрических ламп. Если выключить одну лампу, то цепь ра-
зомкнется и другая лампа погаснет.
233
Рис. 296
С последовательным соеди-
нением мы уже встречались в пре-
дыдущих параграфах. Так, после-
довательно соединены аккумуля-
тор, лампочка, два амперметра и
ключ в схеме, изображенной на
рисунке 281.
Мы уже знаем, что при после-
довательном соединении провод-
ников сила тока в любых частях
цепи одна и та же (§ 132):
Выясним, как распределяется
между отдельными участками
цепи напряжение. Воспользуемся
для этого законом Ома.
Рассмотрим цепь, состоящую
из источника тока (аккумулятора
или батарейки), двух проводни-
ков АВ и CD. соединенных по-
следовательно, реостата и ампер-
метра (рис. 298).
Пусть /—сила тока в цепи;
Ry и R2 — сопротивления провод-
ников А В и CD; Uy и U2 — напря-
жения на концах этих проводни-
ков; //—полное напряжение в
цепи, т. е. напряжение между
точками А и D.
По закону Ома для участка цепи
можно написать:
Uy-IRyf	(1)
U2 = IR2.	(2)
Напряжение между точками
А и D равно сумме напряжений
на отдельных проводниках АВ и
CZ):
U=Uy + U2.
Это равенство вытекает из оп-
ределения напряжения (§ 133).
Действительно, напряжение на
участке цепи равно работе, совер-
234
шаемой на этом участке при прохождении по нему одного кулона
электричества. Работа же, совершаемая в цепи, согласно закону
сохранения энергии, равна сумме работ, совершаемых на отдельных
участках при прохождении по ним одного кулона электричества.
Подставив значения U} и U2 из равенств (1) и (2) в последнее
равенство, получим:
U=IR f + IR2 = I(R, Ч-ЯгЛ
Обозначим через R сопротивление всей цепи AD.
По закону Ома можно написать:
U=IR.
(4)
Приравнивая правые части равенств (3) и (4), получим:
IR-KR^RJ,
откуда, сократив обе части равенства на /, получим:
При последовательном соединении проводников сопротивление цепи
равно сумме сопротивлений всех включенных в цепь проводников.
Пример. Определить сопротивление цепи, состоящей из трех
последовательно соединенных проводников, сопротивлением
/?г = 2 Ом, Т?2 = 3 Ом, /?3 = 4 Ом, а также напряжение на каждом
проводнике и полное напряжение в цепи, если сила тока в цепи 1 А.
Дано:
R, = 2 Ом
R2 = 3 Ом
R3 = 4 Ом
1 = 1 А
R —2
и.-?
1/2- ?
<73 — ?
и — ?
Решение:
Сила тока во всех последовательно соединен-
ных проводниках одна и та же и равна силе тока
в цепи, т. е.:
Ц = Л = Л =
Общее сопротивление цепи:
R = K.+/L+/C,
1 X о
R = 2 Ом + 3 Ом+ 4 Ом = 9 Ом.
Напряжение на каждом из проводников:
Ut =IRt; Ux =1 A-2 Ом = 2 В;
U2 = /К2; ^2=1 А З Ом = 3 В;
U3 = 1R3; из = 1 А-4 Ом = 4 В.
235
Полное напряжение в цепи:
U=Uy + U2+U3, или U-1R.
U=1 В + 3 В + 4 В = 9 В, или U=1 А-9 Ом=9 В.
1.	Какое соединение проводников называют последовательным? Изобразите
его на схеме? 2. Какая из электрических величин одинакова для всех
проводников, соединенных последовательно? 3. Как найти общее сопро-
тивление цепи, зная сопротивление отдельных проводников при последо-
вательном их соединении? 4. Как найти напряжение участка цепи, состоя-
щего из двух последовательно соединенных проводников, зная напряжение
на каждом из них?
Упр. 1. Цепь состоит из двух последовательно соединенных проводников,
64 сопротивление которых 4 и 6 Ом. Сила тока в цепи 0,2 А. Найдите
напряжение на каждом из проводников и общее напряжение.
2.	Для электропоездов применяют напряжение 1200 В.
использовать для освещения вагонов лампы, рассчитанные на
220 В каждая? Начертите схему включения ламп.
3.	Две одинаковые лампы, рассчитанные на 127 В каждая, соедине-
ны последовательно и включены в сеть с напряжением 127 В. Под каким
напряжением будет находиться каждая лампа?
Как можно
напряжение
143. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
ПРОВОДНИКОВ
На практике применяют и другой способ соединения проводников,
называемый параллельным. О нем также уже было упомянуто в § 135.
На рисунке 299, а показано параллельное соединение двух электри-
ческих ламп, а на рисунке 299, б изображена схема параллельного
соединения двух проводников.
В точке В электрический ток разветвляется на два проводника,
а в точке А соединяется, подобно тому как изображенный на рисунке
Рис. 300
Рис. 299
300 поток воды в реке распределяется по двум каналам, сходящимся
затем вновь.
При установившемся течении количество воды, протекающее еже-
секундно в реке через неразветвленное русло, равно сумме количеств
воды, протекающих за то же время через каждый из каналов.
Подобное явление наблюдается и с прохождением электрических
зарядов через параллельно соединенные проводники. Наше заключе-
ние можно проверить на опыте. Для этого надо амперметром измерить
силу тока до разветвления и в каждом проводнике разветвления.
Опыт показывает, что действительно сила тока I в неразветвленной
части цепи равна сумме сил токов	в отдельных параллельно
соединенных проводниках:
/=Л+/2.	(1)
Обозначим сопротивления отдельных проводников через R ! и R 2,
а общее сопротивление всего участка цепи через R.
Напряжение между точками А и В разветвления обозначим буквой
U. Такое же напряжение U и на каждом из проводников разветвления:
£7=£/1=£/2.
(2)
По закону Ома можно написать:
для отдельных проводников:
дпя всего участка цепи:
£/2
2 ’
и
R *
(3)
(4)
(5)
Но сила тока в общей цепи равна сумме сил токов в ветвях разветвле-
ния (равенство 1). Подставив в равенство (1) значения сил токов из
равенств (3), (4) и (5), получим:
R R} R2'
Учитывая равенство (2), после сокращения на U получим:
J_=_L +_L
R Я, R2 ’
237
Из этой формулы видно, что при параллельном соединении проводни-
ков складываются не сопротивления проводников, а величины, обратные
сопротивлениям. По ним можно рассчитать и сопротивление такой
цепи, например при двух проводниках оно равно:
R 1^2
Ri+R2
Пример 1. Найти сопротивление участка цепи, состоящего из
двух параллельно соединенных проводников сопротивлением
Я i=3 Ом, Я2 = 6Ом.
Дано:
/?, = 3 Ом
R2 = 6 Ом
Решение:
R — 1
Подставим данные в формулу:
± = ± . ±
R R, R2'
JL ’= 1	,	1	3
откуда	Ом	6 Ом	Ом’
R = R = 2 Ом.
ТХ D R]R2	п 3 0м-6 Ом ~ ~
Иля R = р ' р , откуда: R	= 2 Ом.
R1 4- к 2	3 Ом 4- 6 Ом
Пример 2. В осветительную цепь включены параллельно четыре
лампы сопротивлением 120 Ом каждая. Найти общее сопротивление
участка цепи.
Дано:
R} = 120 Ом
п = 4
R — ?
Решение:
_L = J_ + J_ + ±+_L = А
R	R}	Rj Ri	RC
откуда
n	R-t	и	I
R = или R = —1,
А	П
R = 120 Vм = 30 Ом. _
4
Участок цепи, состоящий из п параллельно соединенных провод-
ников с одинаковым сопротивлением, можно рассматривать как один
проводник, площадь сечения которого в п раз больше площади сече-
ния одного проводника той же длины. Во сколько же раз будет
меньше и сопротивление этого участка:
/? = А±
п
Из рассмотренных примеров видно, что при параллельном соедине-
нии общее сопротивление участка цепи меньше сопротивления любого
из включенных проводников.
238
Параллельное включение — это основной способ включения в
электрическую сеть различных потребителей электрического тока.
В одну и ту же электрическую цепь параллельно могут быть
включены самые различные потребители. На рисунке 301 показано
параллельное включение электрических ламп, нагревательных при-
боров и электродвигателя.
Параллельно включаемые в данную сеть потребители должны быть
рассчитаны на одно и то же напряжение, равное напряжению в сети.
Напряжение в сети, используемое у нас для освещения и в бытовых
приборах, бывает 127 и 220 В. Поэтому электрические лампы и различ-
ные бытовые электрические приборы изготовляют на 127 и 220 В.
I. Какое соединение проводников называют параллельным? Изобразите
• его на схеме? 2. Какая из электрических величин одинакова для всех
проводников, соединенных параллельно? 3. Как выражается сила тока в
цепи до ее разветвления через силы токов в отдельных ветвях разветв-
ления? 4. Как рассчитагь сопротивление участка цепи, состоящего из двух
проводников, соединенных параллельно? 5. Какие напряжения используют
для освещения и бытовых нужд? 6. Как включают электрические лампы и
бытовые электрические приборы в сеть?
1. Три проводника, составляющие участок цепи сопротивлением 10,
65	15 и 30 Ом, соединены параллельно. Найти полное сопротивление этого
участка.
2. Два проводника сопротивлением 4 и 8 Ом соединены параллель-
но. Напряжение на проводниках 4 В. Найдите силу тока в каждом про-
воднике и в общей цепи.
РАБОТА И МОЩНОСТЬ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
144. РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Как вычислить работу электрического тока? Мы уже знаем, что на-
пряжение на концах какого-нибудь участка цепи численно равно работе,
которая совершается при прохождении по этому участку одного кулона
электричества. При прохождении же по данному участку цепи не одно-
го, а нескольких кулонов электричества совершенная работа будет
Рис. 301
239
в несколько раз больше. Таким образом, чтобы определить работу
электрического тока на каком-либо участке цепи, надо напряжение
на концах этого участка цепи умножить на количество электричества,
прошедшее по нему:
работа “ напряжение X количество электричества.
В виде формулы это можно записать так:
А = Uq,
где Л —работа, U— напряжение, ^ — количество электричества.
Количество электричества, прошедшее по участку цепи, можно
определить, измерив силу тока и время его прохождения:
q-Jt.
Используя это соотношение, получим формулу работы электриче-
ского тока, которой удобно пользоваться при расчетах:
A-UH.
Работа электрического тока на участке цепи равна произведению
напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в
течение которого совершалась работа.
Работу измеряют джоулями, напряжение —вольтами, силу тока —
амперами и время — секундами, поэтому можно написать:
1 джоуль = 1 вольт X 1 ампер X1 секунда, или 1 Дж = 1 В • А • с.
Выходит, что для измерения работы электрического тока нужны
три прибора: вольтметр, амперметр и часы. На практике работу электри-
ческого тока измеряют специальными приборами — счетчиками.
В устройстве счетчика как бы сочетаются три названных выше при-
бора. Счетчики электроэнергии сейчас можно видеть почти в каждой
квартире.
Пример. Какую работу совершает электродвигатель за 1 ч, если
сила тока в цепи электродвигателя 5 А, напряжение на его клеммах
220 В? КПД двигателя 80%.
Дано:
t = 1 ч = 3600 с
I = 5 А
U = 220 В
КПД = 80%
л,-?
Решение:
Полная работа тока А = Ult;
Л =220 В-5 А -3600 с = 3960 000 В • А • с«
«*4 000 000 Дж.
Работа двигателя Л15 равная полезной ра-
боте тока, составляет 80% от всей работы
тока: Л t = Л • КПД,
А1 = —4000 000 Дж '80%— = 3 200 000 Дж =
100%
= 3,2 ЧО6 Дж = 3,2 • 103 кДж.
240
1.Как зависит работа тона на участке цепи от напряжения и количества
W электричества, прошедшего через этот участок? 2. Как выразить работу
тока через напряжение, силу тока и время? 3. Как можно выразить 1 Дж
через другие единицы? 4. Какими приборами можно измерить работу тока?
\ \
Упр. 1. Какую работу совершает электрический ток в электродвигателе за
30 мин, если сила тока в цепи 0,50 А, а напряжение на клеммах двигателя
66	12 В?
2. Подсчитайте работу, совершаемую электрическим током в лампочке
карманного фонаря за 5 мин, если напряжение на лампочке 3,5 В, а сила
тока 0,25 А.
3. Подумайте, какие превращения энергии происходят в замкнутой
электрической цепи.
145. МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Выведем формулу для расчета мощности электрического тока.
Вспомним, что мощность численно равна работе, совершенной в
одну секунду. Следовательно, чтобы найти мощность, надо работу
разделить на время:
буквой Р здесь обозначена мощность электрического тока. Меха-
ническую мощность мы ранее обозначали буквой N
Работа электрического тока, как мы знаем, равна произведению
напряжения на силу тока и на время: А = Ult.
Разделив обе части этой формулы на время Z, получим формулу
мощности электрического тока:
D №
г=-----, или
t ’
P=UI.
Мощность электрического тока равна произведению напряже-
ния на силу тока.
За единицу мощности принимают 1 ватт, равный 1 джоулю в
секунду (§ 69):
1 Вт = 1 —~ .
С
и
Из формулы мощности тока следует, что
1 ватт = 1 вольт X 1 ампер, или 1 Вт = 1 В • А.
На практике используют единицы мощности, производные от ватта:
1 гектоватт (гВт) = 100 Вт;
1 киловатт (кВт) = 1000 Вт;
1 мегаватт (Мвт) = 1 000 000 Вт.
241
Ниже приведены мощности некоторых источников и потребителей
электрического тока в киловаттах:
Лампа карманного фонаря Лампы осветительные (бытовые) Электрический утюг Электрическая плитка Лампы в звездах башен Кремля Двигатель токарного станка Двигатель электровоза Гидрогенератор Братской ГЭС им. 50-летия Великого Октября Турбогенератор	0,001 0,015-0,2 0,3 0,6 5 0,5—15 4000 250 000 50 000-1 200 000
Измерить мощность электрического тока можно с помощью
вольтметра и амперметра. На рисунке 286 показано, как надо включать
амперметр и вольтметр для измерения мощности тока в лампе. Чтобы
вычислить искомую мощность, перемножают напряжение и силу тока,
найденные по показаниям приборов.
Существуют специальные приборы — ваттметры, которые непосред-
ственно измеряют мощность электрического тока в цепи.
1. Что называют мощностью? 2. Как рассчитать мощность? 3. Как выража-
• ется мощность электрического тока через напряжение и силу тока?
4. Что принимают за единицу мощности? 5. Как выражается единица мощ-
ности через единицы напряжения и силы тока? 6. Какие единицы мощности
используют на практике?
Упр. 1.В цепь с напряжением 127 В включена электрическая лампа, сила
(fl тока в которой 0,60 А. Найдите мощность тока в лампе.
2. Электроплитка рассчитана на напряжение 220 В и силу тока 3,0 А.
Определите мощность тока в плитке.
146. ВЫРАЖЕНИЕ РАБОТЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЧЕРЕЗ МОЩНОСТЬ
В паспортах приемников тока — лампах, плитках, электродвига-
телях—обычно указывают мощность тока в них. По мощности можно
определить работу тока за промежуток времени /, пользуясь форму-
21
лой Р= -у 9 из которой следует, что
A-Pt.
Выражая мощность в ваттах, а время в секундах, получим работу
в джоулях:
1 Вт = 1	, откуда 1 Дж = 1 Вт • с.
242
В практике для удобства расчетов работу тока часто выражают не
в джоулях, а в других единицах:
1 ватт-час (Вт • ч) =3600 Дж;
1 гектоватт-час (гВт • ч) = 100 Вт • 1 ч = 360 000 Дж;
1 киловатт-час (кВт • ч) = 1000 Вт • 1 ч в 3 600 000 Дж.
Зная, на какую мощность рассчитана лампа и сколько часов она го-
рит, можно рассчитать работу тока.
Например, имеется электрическая лампа, рассчитанная на ток мощ-
ностью 100 Вт. Ежедневно лампа горит в течение 6 ч. Найти работу тока
за один месяц (30 дней).
Воспользуемся формулой
A-Pt\
А = 100 Вт • 180 ч = 18 000 Вт • ч = 18 кВт • ч.
f	1. Какую величину, обычно указывают в паспортах приемников тока?
•	2. Как можно выразить работу тока через мощность и время? 3. Какие
единицы работы используют на практике?
Упр. 1. Мощность электрического утюга равна 0,6 кВт. Вычислите энергию,
68 расходуемую в нем за 1,5 ч.
2. В квартире имеются две электролампы по 60 Вт и две по 40 Вт.
Каждую из них включают примерно на 3 ч в сутки. Определите стоимость
энергии, израсходованной лампами за один месяц (30 дней), при тарифе
4 к за 1 кВт • ч.
ЗАДАНИЕ
Узнайте мощности имеющихся у вас в квартире электрических приборов
и примерное время их работы в течение недели. Вычислите стоимость
электроэнергии, израсходованной этими приборами за неделю, и сравните
полученную вами сумму с той, которая определяется по счетчику.
147. НАГРЕВАНИЕ ПРОВОДНИКОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ.
ЗАКОН ДЖОУЛЯ—ЛЕНЦА
Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо
известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах
или ионы в электролитах, перемещаясь под действием электрического
поля, взаимодействуют с молекулами или атомами вещества про-
водника и передают им свою энергию.
Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводни-
ках вся работа тока идет на нагревание проводников, т. е. на увеличение
их внутренней энергии. Мерой же изменения внутренней энергии
тела является количество выделяющейся теплоты. Значит, количество
теплоты, выделяющееся в проводнике, равно работе тока.
Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле:
A=UIt.
243
Джоуль Джеймс Прескотт (1818—
1889) — английский физик. Обосновал
на опытах закон сохранения энергии.
Установил независимо от Ленца закон,
определяющий тепловые действия
электрического тока.
Ленц Эмилий Христианович
(1804—1865) — русский физик. Явля-
ется одним из основоположников элек-
тротехники. С его именем связано от-
крытие закона, определяющего теп-
ловые действия тока, и закона, опре-
деляющего направление индукцион-
ного тока.
Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному
выше 2 = А или Q=UIt. Количество теплоты по этой формуле выра-
жается, как и работа, в джоулях.
Пользуясь законом Ома, можно выразить количество теплоты,
выделяющееся в участке цепи при работе тока, через силу тока;
сопротивление участка цепи и время. Для этого заменим в формуле
Q= Ult напряжение U через силу тока I и сопротивление участка
цепи R: U=IR.
Получим:
Q = IRIt,
т. е.
Q = l2Rt.
Количество теплоты, выделяемое при нагревании проводника
электрическим током, пропорционально квадрату силы тока, сопро-
тивлению проводника и времени.
К этому же выводу, но на основании опытов, впервые пришли
независимо друг от друга английский ученый Джоуль и русский
ученый Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется
законом Джоуля — Ленца.
На основании закона Джоуля —Ленца можно на опыте показать,
что
1 кал=4,2 Дж;	1 Дж = 0,24 кал.
244
Для этого надо количество теплоты, полученное водой при нагре-
вании ее электрическим током, измерить в калориях, а энергию электри-
ческого тока — в джоулях и найденные результаты сравнить.
'•I	1. Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током?
2. По какой формуле можно рассчитать количество теплоты, выделяемое в
проводнике током? 3. Как, пользуясь законом Ома, можно выразить коли-
чество теплоты, выделяемое током в проводнике, через силу тока, сопро-
тивление проводника и время? 4. Как формулируется закон Джоуля —
Ленца?
Упр. 1. Сколько теплоты выделится за 30 мин в проволочной спирали
59 сопротивлением 20 Ом при силе тока 5 А?
2.	С какой целью провода в местах соединения не просто скручива-
ют, а еще и спаивают? Ответ обоснуйте.
3.	Если нагревательный прибор (кипятильник) вынуть из воды, не
выключив предварительно его из сети, то он быстро перегорает. Почему?
4.	В цепь источника тока включены последовательно три проволоки
одинакового сечения и длины: медная, стальная и никелиновая. Какая
из них больше нагреется? Ответ обоснуйте и по возможности проверьте в
классе на опыте.
148.	ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ
ПРИБОРЫ
Основная часть современной лампы накаливания — спираль из тон-
кой вольфрамовой проволоки. Спираль помещают в стеклянную колбу,
из которой затем выкачивают насосом воздух. Вольфрам — тугоплавкий
металл, его температура плавления 3387 °C. В лампе накаливания
вольфрамовая спираль нагревается до 3000 °C. При такой температуре
вольфрам испаряется, спираль становится тоньше и сравнительно
быстро перегорает. Чтобы предотвратить быстрое испарение вольфра-
ма, современные лампы наполняют инертными газами — азотом, иногда
криптоном или аргоном. Молекулы газа препятствуют выходу частиц
вольфрама из нити, т. е. препятствуют разрушению накаленной нити.
На рисунке 302 изображена газонаполненная лампа накаливания.
Концы спирали 1 приварены к двум проволокам, которые проходят
сквозь стекло баллона 2 и припаяны к металлическим частям цоко-
ля 3 лампы. Одна проволока припаяна к винтовой нарезке, а другая —
к изолированному от нарезки основанию цоколя.
Для включения лампы в сеть ее ввинчивают в патрон. Внутренняя
часть патрона содержит пружинящий контакт 5, касающийся основания
цоколя лампы, и винтовую нарезку 4, удерживающую лампу. Пружиня-
щий контакт и винтовая нарезка патрона имеют зажимы, к которым
прикрепляют провода от сети.
Промышленность выпускает лампы накаливания на напряжение
220 и 127 В (для осветительной сети), 50 В (для железнодорожных
вагонов), 12 и 6 В (для автомобилей), 3,5 и 2,5 В (для карманных
фонарей).
245
В квартире пользуются несколькими лампами, и все они вклю-
чаются в электрическую сеть параллельно.
Пионерами электрического освещения с помощью ламп накалива-
ния являются русский инженер А. Н. Лодыгин и американский
изобретатель Т. Э д и с о н.
Тепловое действие тока используют в различных электронагре-
вательных приборах и установках. В домашних условиях широко
применяют электрические плитки, утюги, чайники, кипятильники.
В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки
специальных сортов стали и многих других металлов, для электро-
сварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогре-
вают теплицы, кормозапарники, инкубаторы, сушат зерно, приготов-
ляют силос.
Основная часть всякого нагревательного электрического при-
бора — нагревательный элемент. Нагревательный элемент Представляет
собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный,
кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой
температуры (до 1000—1200 °C). Чаще всего для этого применяют
сплав никеля, железа, хрома и марганца, известный под названием
. Ом • мм2
«нихром». Удельное сопротивление нихрома j)= 1,1----------, что
примерно в 70 раз больше удельного сопротивления меди. Боль-
шое удельное сопротивление нихрома дает возможность изготов-
лять из него весьма удобные — малые по размерам — нагревательные
элементы.
В нагревательном элементе проводник в виде проволоки или
ленты намотан на пластинку из жароустойчивого материала: слюды,
Рис. 302
Лампа накаливания кремлевской
звезды мощностью 5 кВт и обычная
лампа накаливания.
керамики. Нагревательный элемент электрического утюга изображен
на рисунке 303. В этом элементе ток нагревает нихромовую ленту,
а от ленты нагревается нижняя часть утюга.
У электрической плитки (рис. 304) нагревательным элементом
является спираль из нихромовой проволоки, уложенная в канавку
керамической пластинки.
1.Как устроена современная лампа накаливания? 2. Из какого металла
• изготовляют проволоки для спиралей ламп? 3. Зачем баллоны современных
ламп накаливания наполняют инертным газом — азотом, аргоном или крип-
тоном? 4. Как устроен патрон для включения лампы накаливания в сеть?
5. На какие напряжения рассчитаны лампы накаливания, выпускаемые на-
шей промышленностью? 6. Как соединены электрические лампы накаливания
в квартире? 7. Назовите перзых изобретателей электрического освещения с
помощью ламп накаливания. 8. Приведите примеры использования тепловых
действий тока. 9. Что представляет собой нагревательный элемент электро-
нагревательного прибора? 10. Какими свойствами должен обладать мате-
риал, из которого изготовляют спирали или ленты нагревательного элемен-
та? 11. Какие известные вам материалы обладают необходимыми для нагре-
вательного элемента свойствами?
149.	КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ.
П РЕ ДО ХРА Н ИТЕЛ И
Электрические цепи всегда рассчитаны на определенную наи-
большую силу тока. Если по той или иной причине сила тока в
цепи становится больше допустимой, то провода могут значитель-
но нагреться, а покрывающая их изоляция — воспламениться.
_ Различные виды ламп накаливания. Спираль лампы накаливания (увели-
чено в 75 раз).
Рис. 303
Рис. 306
Причиной значительного увеличения силы то-
ка в сети может быть или одновременное вклю-
чение мощных потребителей тока, например
электрических плиток, или так называемое ко-
роткое замыкание. Коротким замыканием назы-
вают соединение концов участка цепи проводни-
ком, сопротивление которого очень мало по
сравнению с сопротивлением участка цепи. Корот-
кое замыкание может возникнуть, например, при
ремонте проводки под током, что делать нельзя
(рис. 305), или при случайном соприкосновении
оголенных проводов.
Сопротивление цепи при коротком замыкании
незначительно, поэтому в цепи возникает большой
силы ток, который может сильно накалить про-
вода и стать причиной пожара. Чтобы избежать
связанные с перегрузкой проводов опасности,
в сеть включают предохранители.
Назначение предохранителей — сразу отклю-
чить линию, если сила тока в ней вдруг окажет-
ся больше допустимой нормы. Рассмотрим уст-
ройство предохранителей, применяемых в квар-
тирной проводке.
Главная часть всякого предохранителя — свин-
цовая проволока С (рис. 306), проходящая внутри
фарфоровой пробки И Пробка имеет винтовую
нарезку Р и центральный контакт К Нарезка
соединена с центральным контактом свинцовой
проволокой. Пробку ввинчивают в патрон, нахо-
дящийся внутри фарфоровой коробки.
Свинцовая проволока представляет, таким об-
разом, часть общей цепи. Толщина свинцовых
проволок рассчитана так, что они выдерживают
определенную силу тока, например 5, 10 А и т. д.
Если сила то.ка превысит допустимое значение,
то свинцовая проволока расплавится и цепь ока-
жется разомкнутой.
Предохранители с плавящимся проводником
называют плавкими предохранителями.
Предохранители располагают на специальном
щитке, устанавливаемом у самого ввода прово-
дов в квартиру. В каждый из проводов последо-
вательно включают отдельный предохранитель
(рис. 307).
На рисунке 308 показан плавкий предохрани-
тель, применяемый в радиоприемниках. Тонкий
проводник натянут по оси стеклянной трубки,
имеющей на концах металлические наконечники.
Трубка вставляется в специаль-
ный держатель.
'7	1. Что может случиться с прово-
• дом. если сила тока в нем превы-
сит допустимую норму? 2. Что
может служить причиной значи-
тельного увеличения силы тока в
сети? 3. В чем состоит явление
короткого замыкания? 4. Чем
объяснить, что при коротком
замыкании сила тока в цепи мо-
жет достигнуть огромной величи-
ны? 5. Для какой цели служат
предохранители, включаемые в
сеть? 6. Как устроен распростра-
ненный квартирный предохрани-
тель?
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
ЯВЛЕНИЯ
150.	МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
При изучении явления взаимо-
действия наэлектризованных тел
было установлено, что в прост-
ранстве, окружающем электриче-
ский заряд, существует электри-
ческое поле. Под действием элект-
рического поля происходит дви-
жение заряженных частиц (элект-
рический ток): электронов —в ме-
таллах и ионов —в жидкостях
(§ 126, 127).
В § 128 были описаны раз-
личные явления, наблюдаемые
в цепи, в которой существует
электрический ток: тепловые, хи-
мические и магнитные. Магнит-
ные явления, как уже указыва-
лось, существуют всегда, когда
существует электрический ток.
Основное магнитное явление, на
Рис. 308
которое было указано в § 131, приводит к тому,
что между двумя проводниками с током возни-
кает сила взаимодействия. Такие силы называ-
ются магнитными силами.
В дальнейшем при изучении магнитных явле-
ний мы будем пользоваться магнитной стрелкой.
Магнитная стрелка, как известно, является глав-
ной частью компаса. Напомним, что у магнит-
ной стрелки имеются два полюса: северный и
южный. Линию, соединяющую концы (полюсы)
магнитной стрелки, называют осью магнитной
стрелки.
Рассмотрим теперь опыт, показывающий взаи-
модействие электрического тока и магнитной
стрелки. Такое взаимодействие впервые обнару-
жил в 1820 г. датский ученый Эрстед. Его
опыт имел большое значение для развития уче-
ния об электрических явлениях.
Расположим проводник, включенный в цепь
источника тока, над осью магнитной стрелки
(рис. 309). При замыкании цепи магнитная стрелка
отклоняется от своего первоначального положе-
ния (на рисунке показано пунктиром). При размы-
кании цепи магнитная стрелка возвращается в
свое начальное положение. Это означает, что
ток и магнитная стрелка взаимодействуют друг
с другом.
Как можно объяснить опыт Эрстеда?
Мы знаем (§ 116), что вокруг наэлектризован-
ного тела существует электрическое поле. Дейст-
вием электрического поля одного наэлектризо-
ванного тела на другое объясняется явление
взаимодействия двух наэлектризованных тел.
Опыт Эрстеда навел ученых на мысль о суще-
ствовании вокруг проводника с электрическим то-
ком магнитного поля. Оно-то и действует на маг-
нитную стрелку, отклоняя ее.
Магнитное поле существует вокруг всякого
электрического тока, г. е. вокруг движущихся
электрических зарядов. Электрический ток и маг-
нитное поле неотделимы друг от друга.
Таким образом, вокруг неподвижных электри-
ческих зарядов существует только одно электри-
ческое поле, вокруг же движущихся зарядов, т. е.
электрического тока, существует и электрическое,
и магнитное поле.
Магнитное поле появляется вокруг проводника,
когда в последнем возникает ток, поэтому ток
следует рассматривать как источник магнитного поля. В этом смысле
надо понимать выражения «магнитное поле тока» или «магнитное
поле, созданное током».
1.	Какие явления наблюдаются в цепи, в которой существует электрический
• ток? 2. Какие магнитные явления вам известны? 3. В чем состоит опыт
Эрстеда? 4. Какая связь существует между электрическим током и магнит-
ным полем?
151.	МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРЯМОГО ТОКА.
МАГНИТНЫЕ ЛИНИИ
Существование магнитного поля вокруг проводника с электри-
ческим током можно обнаружить различными способами. Один из
таких способов заключается в использовании мелких железных
опилок.
В магнитном поле опилки — маленькие кусочки железа — намагни-
чиваются и становятся магнитными стрелочками. Ось каждой из
этих стрелочек в магнитном поле устанавливается вдоль направле-
ния действия сил магнитного поля.
На рисунке 310 изображена картина магнитного поля прямого
проводника с током. Для получения такой картины прямой провод-
ник пропускают сквозь лист картона. На картон насыпают тонкий
слой железных опилок, включают ток и опилки слегка встряхивают.
Под действием магнитного поля тока железные опилки располага-
ются вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим
окружностям.
Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси малень-
ких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного
поля.
Магнитную линию проводят так, что касательная к ней в любой
ее точке указывает направление силы, действующей в этой точке на
северный полюс магнитной стрелки.
Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки,
показывают форму магнитных линий магнитного поля.
Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замк-
нутые кривые, охватывающие проводник.
С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные
поля графически. Так как магнитное поле существует во всех точ-
ках пространства, окружающего проводник с током, то через любую
точку можно провести магнитную линию, но так, чтобы она охва-
тывала проводник с током.
1.	Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные
► опилки? 2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого
тока? 3. Что называют магнитной линией магнитного поля? 4. Для чего
вводят понятие магнитной линии поля? Как проводят магнитную линию маг-
нитного поля тока?
251
152.	НАПРАВЛЕНИЕ ТОКА И НАПРАВЛЕНИЕ
МАГНИТНЫХ ЛИНИЙ ЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
На рисунке 311, а показано расположение магнитных стрелок вокруг
проводника с током. Оси этих стрелок располагаются вдоль магнит-
ных линий поля. При изменении направления тока в этом провод-
нике все магнитные стрелки поворачиваются на 180° (рис. 311, б).
Из этого опыта можно заключить, что направление магнитных
линий магнитного поля тока связано с направлением тока в про-
воднике.
Эта связь может быть выражена простым правилом, которое
называют правилом буравчика.
Правило буравчика заключается в следующем: если направление
поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока
в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает
с направлением магнитных линий магнитного поля тока.
На рисунке 312 показано применение этого правила. Здесь стрел-
ками с оперением указано направление тока и направление посту-
пательного движения буравчика, а стрелкой на окружности — направ-
ление магнитных линий.
Условимся изображать сечение проводника с током в виде круж-
ка. Если в центре этого кружка поставить точку, то это будет
означать, что ток направлен к нам (как будто мы видим острие
летящей стрелы, рис. 313, а). Если ток в проводнике направлен от
нас, в кружке ставят крестик (как будто мы видим хвостовое опе-
рение летящей стрелы, рис. 313, б). По правилу буравчика можно
определить направление магнитных линий магнитного поля этих
токов.
?1. Как на опыте можно показать связь между направлением тока в про-
воднике и направлением магнитных линий его магнитного поля? 2. В чем
состоит правило буравчика для определения направлений магнитных линий
магнитного поля? 3. Какой способ изображения на чертеже проводника с
током практически очень удобен?
Упр. 1- На рисунке 314 изображен проволочный прямоугольник, направление
ул тока в нем показано стрелками. Перечертите рисунок в тетрадь и, пользуясь
правилом буравчика, начертите вокруг каждой из его четырех сторон по
одной магнитной линии, указав стрелкой ее направление.
2.	На рисунке 315 показаны магнитные линии магнитного поля вокруг
проводников с током. Проводники изображены кружочками. Перечертите ри-
Рис. 311
а
5
Рис. 312
252
сунок в тетрадь и условными знаками обозначьте
направления токов в проводниках, используя для
этого правило буравчика.
3.	В сосуде на поверхности воды плавает попла-
вок, на котором находится магнитная стрелка. Как
установится эта стрелка, если сосуд поместить
внутрь кольцевого провода с током? Направление
тока показано стрелкой (рис. 316).
4.	Как изменится положение магнитной стрелки,
если направление тока в проводе изменить на про-
тивоположное (см. рис. 316)?
Рис. 313
153. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
КАТУШКИ С ТОКОМ
Наибольший практический интерес представ-
ляет собой магнитное поле катушки с током.
Сделав в куске картона (или стекла) два ряда
отверстий и протянув сквозь них провод, как пока-
зано на рисунке 317, получают катушку.
Создав в катушке ток, насыпают сверху на
картон железные опилки, которые располагаются
вдоль магнитных линий магнитного поля катушки
с током.
Когда длина катушки значительно превосходит
диаметр витков, то внутри такой катушки суще-
ствует магнитное поле, магнитные линии которого
параллельны друг другу (рис. 317). На концах
катушки магнитные линии расходятся и замыка-
ются вне катушки.
Если подвесить катушку с током на тонких и
гибких длинных проводниках, то она установится
так, как устанавливается магнитная стрелка компа-
са: один конец катушки будет обращен к северу,
другой — к югу. К северу обращен тот конец катуш-
ки, из которого, как принято считать, магнитные
линии выходят. Этот конец катушки подобен се-
верному полюсу магнитной стрелки (рис. 318).
Другой конец катушки, в который магнитные линии
входят, подобен южному магнитному полюсу.
Таким образом, катушка с током, как магнитная
стрелка, имеет два магнитных полюса — северный
и южный.
Зная направление тока в витках катушки, можно
определить магнитные полюсы катушки по пра-
вилу буравчика.
Для перемены магнитных полюсов катушки
достаточно изменить направление тока в ней.
Рис. 315
253
Направление тока
Направление силовых линий
Рис. 317
На рисунке 319 изображена катушка, состоящая
из большого числа витков провода, намотанных на
деревянный каркас. Когда в катушке есть ток,
железные опилки притягиваются к ее магнитным
полюсам. При исчезновении тока притянутые
опилки отпадают.
Рис. 318
1. Как на опыте можно получить картину магнитного
поля катушки с током? 2. Наново расположение маг-
нитных линий магнитного поля катушки с током?
3. В каком направлении устанавливается катушка
с током, подвешенная на длинных тонких провод-
никах? Какое сходство имеется здесь с магнитной
стрелкой? 4. Какой конец катушки обладает свойст-
вами северного магнитного полюса? южного маг-
нитного полюса? 5. Как с помощью правила буравчи-
ка определить магнитные полюсы катушки? в. Что
надо сделать, чтобы изменить магнитные полюсы ка-
тушки на противоположные?
Рис. 319
У ПО	рисунне изображен плавающий эле-
~ г мент Вольта, к электродам которого присоединены
1 э концы катушки. Определите, пользуясь правилом бу-
равчика, какой конец катушки будет северным магнит-
ным полюсом, какой — южным. Как проверить полю-
сы катушки с помощью магнитной стрелки? Может
ли эта установка служить компасом? Если есть воз-
можность, изготовьте такой прибор и проделайте с
ним опыты.
2. Отрезками ДВ и CD на рисунне 321 изобра-
жены оси магнитных стрелок. Перерисуйте рисунок
в тетрадь и обозначьте буквами магнитные полюсы
у стрелок.
3. На рисунке 322 изображена катушка с током.
Вблизи катушки расположены четыре магнитные
стрелки. Перечертите в тетрадь рисунок и укажите на
нем полюсы стрелок.
154. ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ
Магнитное поле катушки с током можно зна-
чительно усилить, если поместить внутрь катушки
сердечник из железа.
Рассмотрим это явление подробнее. Обратимся
к опыту.
На рисунке 323 изображена цепь, состоящая из
источника тока, катушки, реостата и ключа.
Вблизи катушки расположена магнитная стрелка.
При замыкании цепи в катушке возникает ток и
стрелка поворачивается на некоторый угол. Если
254
стрелку отодвинуть на большее расстояние, то
при той же силе тока в катушке она поворачи-
вается на меньший угол. Следовательно, действие
.магнитного поля на стрелку с увеличением расстоя-
ния уменьшается.
При изменении силы тока магнитное поле
катушки изменяется: при увеличении силы тока
магнитное поле усиливается, при уменьшении —
ослабляется.
Если ввести внутрь катушки железный сердеч-
ник, то стрелка в нашем опыте резко отклонится.
Железо, введенное внутрь катушки, усиливает маг-
нитное поле, подобно тому, как усиливает магнит-
ное поле увеличение силы тока.
Катушку с железным сердечником внутри назы-
вают электромагнитом.
Электромагниты бывают различной формы.
На рисунке 324 изображен подковообразный
электромагнит, удерживающий якорь с подвешен-
ным к нему грузом.
Свойства электромагнитов: очень быстро раз-
магничиваться при выключении тока, возможность
регулировать силу тока и тем самым усиливать
или ослаблять магнитное поле, иметь различные
размеры — обеспечивают им широкое применение^
Электромагниты, обладающие большой подъ-
емной силой, используют на заводах для пере-
носки изделий из стали или чугуна, а также
стальных и чугунных стружек, слитков (рис. 325).
На рисунке 326 показан в разрезе магнитный
сепаратор для зерна. В зерно подмешивают очень
мелкие железные опилки. Эти опилки не прили-
пают к гладким зернам полезных злаков, но при-
липают к зернам сорняков. Зерно 1 высыпается
из бункера на вращающийся барабан 2. Внутри
барабана находится сильный электромагнит.
Притягивая железные частицы 4, он извлекает
зерна сорняков из потока зерна 3 и таким путем
очищает зерно от сорняков и случайно попавших
железных предметов.
Магнитные сепараторы применяются также
для обогащения железных руд.
7	1. Какими способами можно усилить магнитное поле
катушки? 2. Что называют электромагнитом? 3. Для
каких целей используют на заводах электромагни-
ты? 4. Как устроен магнитный сепаратор для
зерна?
серной кислоты
Рис. 320
Рис. 321
Рис. 322
255
Рис. 324
72
Рис. 325
1. Через катушку, внутри которой находится
стальной стержень (рис. 327), пропускают ток указан-
ного направления. Определите полюсы у полученного
электромагнита. Как можно изменить положение по-
люсов у этого электромагнита?
2. Определите направление тока в катушке и по-
люсы у источника тока по данным рисунка 328.
З.На рисунке 329 схематически изображено
устройство электрического звонка. На этой схеме
такие обозначения: Эм — подковообразный электро-
магнит, Я—железная пластинка — якорь, Л4—моло-
точек, 3 —звонковая чаша, К—контактная пружина,
касающаяся винта С. Рассмотрите схему звонка
и объясните, как он действует.
4.	Нужно построить электромагнит, подъемную
силу которого можно регулировать. Как это сделать?
5.	Какими способами можно увеличить подъем-
ную силу электромагнита?
6.	Как построить сильный электромагнит, если
конструктору дано условие, чтобы ток в электромаг-
ните был сравнительно малым?
7.	Используемые в подъемном кране электро-
магниты обладают громадной мощностью. Электро-
магниты, при помощи которых удаляют из глаз слу-
чайно попавшие железные опилки, очень слабы. Каки-
ми способами достигают такого различия?
Рис. 326
Рис. 327
шшшвша
155.	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТЕЛЕГРАФ
Телеграф представляет собой установку, при
помощи которой можно не только передавать
сигналы на далекие расстояния, но и записывать
их. Само слово «телеграф» состоит из двух
слов: «теле» — далеко и «графо» — пишу.
Первый электрический телеграфный аппарат
был изобретен в России П. Л. Шиллингом
в 1832 г. Но широкое распространение получил
электромагнитный телеграф американца Морзе,
изобретенный им в 1837 г.
Схема работы телеграфного аппарата Морзе
изображена на рисунке 330.
На станции Л, пер.едающей сигналы, нахо-
дятся источник тока и телеграфный ключ 7; на
приемной станции В — записывающее устройство;
главная часть этого устройства — электромагнит 2.
Над полюсами электромагнита расположен рычаг,
он может поворачиваться вокруг оси О. К одному
плечу рычага прикреплена железная пластинка 3
(якорь), на другом плече, оттягиваемом пружи-
256
Рис. 330
ной 4, находится колесико 5, наполовину погруженное в стаканчик
с краской. Приемная и передающая станции соединены проводами.
Телеграфный ключ снабжен пружиной, которая, отводя метал-
лический рычаг от контакта, размыкает цепь. Чтобы замкнуть цепь,
надо нажать на рукоятку рычага 1 и привести его в соединение с
контактом. При замыкании цепи на станции А электромагнит 2 при-
тягивает к себе железный якорь, при этом колесиком 5 касается
бумажной ленты, которая охватывает валики 6. Валики вращаются
часовым механизмом.
Коснувшись бумажной ленты, колесико оставляет на ней след —
черточку, длина которой зависит от того, сколько времени якорь с
колесиком находился в контакте с электромагнитом. А это, в свою
очередь, зависит от того, сколько времени цепь была замкнута.
Цепь замыкают на передающей станции телеграфным ключом.
Короткие нажимы на ключ оставляют на бумаге точки, длительные —
тире. Комбинируя тире и точки, можно при их помощи составить
таблицу условных знаков, соответствующих буквам азбуки, цифрам
и знакам препинания (азбука Морзе).
На рисунке 331 изображена простейшая схема телеграфной уста-
новки, позволяющей производить обмен телеграммами между стан-
циями А и В. На обеих станциях находятся записывающие устрой-
ства Т} и Т2 и телеграфные ключи и К2. На рисунке изображено
Рис. 331
9 Физика, 6—7 кл.
257
положение, когда станция А передает телеграмму, а станция В записы-
вает. Электрическая цепь в этой схеме замыкается через землю.
Необходимо отметить, что описанные телеграфные схемы явля-
ются простейшими, они поясняют только принцип телеграфирования.
Устройство и работа современных телеграфных аппаратов сложнее.
Русский ученый Б. С. Якоби усовершенствовал телеграфный аппа-
рат, он изобрел буквопечатающие аппараты.
1.	Что означает слово «телеграф*? 2. Из каких основных частей состоит
телеграфная установка? 3. Как устроены и работают ключ и записывающее
устройство телеграфа? 4. Что такое азбука Морзе?
156.	ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ1
В современной технике используют токи очень большой силы.
Например, в мощных электрических двигателях, применяемых в
прокатных станах, шахтных подъемниках, насосах, сила тока дости-
гает нескольких тысяч ампер. Так как в последовательно соединен-
ных проводниках сила тока одинакова, то такой же ток будет течь
во всех соединительных проводах этой цепи. Это очень неудобно,
особенно если потребитель тока находится на большом расстоянии
от пульта управления, где включается ток.
Цепи с сильными токами можно включать при помощи элект-
ромагнита, он притянет якорь, который и замкнет контакты цепи.
Сам же электромагнит приводится в действие очень слабыми тока-
ми, и разместить его можно на большом расстоянии от пульта
управления, подобно тому как это делается в телеграфе.
Устройство, работающее на слабых токах, при помощи которого
включают и выключают цепи с сильными токами, называется элект-
ромагнитным реле. Схема действия реле изображена на рисунке 332,
где / — электромагнит, 2 —якорь, 3— контакты рабочей цепи, 4 —пру-
жина, 5 —электродвигатель.
Реле является составной частью автоматических устройств, пред-
назначенных для включения и выключения цепей. Слабый ток может
возникнуть в цепи реле при освещении входящего в нее фотоэле-
1 Слово «реле» французского происхождения. Буквально оно означает
«перепряжка». Такое название во Франции носили почтовые станции, на
которых меняли и перепрягали лошадей в те времена, когда еще не было
железных дорог, автомобилей и самолетов.
258
мента, и тогда реле автоматически сработает,
например, при восходе Солнца и выключит го-
родское освещение. Слабые токи возникают в
проводниках и под действием радиоволн, — это
позволяет управлять полетом космических кораб-
лей. При помощи радиоволн управляли дейст-
виями советских «Луноходов» из Центра управ-
ления, находящегося на Земле.
1.	Почему возникла необходимость включать цепи
при помощи реле? 2. Как устроено электромагнит-
ное реле? 3. Приведите примеры использования
электромагнитного реле. 4. Расскажите о действии
реле по рисунку 332.
157.	ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННЫХ
МАГНИТОВ
Мы видели (§ 154), что железный сердечник
внутри катушки с током намагничивается, при
размыкании же цепи катушки стержень размагни-
чивается.
Если вставить в катушку стержень из закален-
ной стали, то в отличие от железного стержня он
не размагничивается после выключения тока.
Тела, длительное время сохраняющие намагни-
ченность, называют постоянными магнитами или
просто магнитами.
Французский ученый Ампер объяснял намаг-
ниченность железа и стали электрическими тока-
ми, которые циркулируют внутри каждой молеку-
лы этих веществ. Во времена Ампера о строении
атома еще ничего не знали, поэтому природа моле-
кулярных токов оставалась неизвестной. Теперь
же мы знаем, что в каждом атоме имеются дви-
жущиеся отрицательно заряженные частицы —
электроны, которые при своем движении созда-
ют магнитные поля, они и вызывают намагни-
ченность железа и стали.
Магниты могут иметь самую разнообразную
форму. На рисунке 333 изображены полосовой и
подковообразный магниты.
Те места магнита, где обнаруживаются наиболее
сильные магнитные действия, называют полюсами
магнита (рис. 334). У всякого магнита, как и у
известной нам магнитной стрелки, обязательно
есть два полюса: северный (N) и южный (S).
Рис. 333
Рис. 335
Рис. 336
9*
259
Рис. 337
а
б
Рис. 338
Поднося магнит к предметам, изготовленным
из различных материалов, можно установить, что
магнитом притягиваются очень немногие из них.
Хорошо притягиваются магнитом чугун, сталь,
железо и некоторые сплавы, значительно слабее —
никель и кобальт.
В природе встречаются естественные магниты
(рис. 335) — железная руда (так называемый маг-
нитный железняк). Богатые залежи магнитного^
железняка есть у нас на Урале, на Украине, в
Карельской АССР, Курской области и во многих
других местах.
Магнитный железняк позволил людям впервые
ознакомиться с магнитными свойствами тел. '
Если магнитную стрелку приблизить к другой
такой же стрелке, то они повернутся и устано-
вятся друг против друга противоположными по-
люсами (рис. 336).
Так же взаимодействует стрелка и с любым
магнитом.
Поднося к полюсам магнитной стрелки магнит,
можно заметить, что северный полюс стрелки от-
талкивается от северного полюса магнита и при-
тягивается к южному полюсу. Южный же полюс
стрелки отталкивается от южного полюса магнита
и притягивается северным полюсом.
На основании описанных опытов можно сде-
лать следующее заключение: разноименные маг-
нитные полюсы притягиваются, одноименные —
отталкиваются.
Взаимодействие магнитов можно объяснить
тем, что вокруг всякого магнита имеется магнит-
ное поле. Магнитное поле одного магнита дейст-
вует на другой магнит, и, наоборот, магнитное
поле второго магнита действует на первый магнит.
С помощью железных опилок можно получить
представление о магнитном поле постоянных
магнитов.
На рисунке 337 изображено магнитное поле
полосового магнита. Как магнитные линии магнит-
ного поля тока, так и магнитные линии магнит-
ного поля магнита — замкнутые линии. Вне маг-
нита магнитные линии выходят из северного
полюса магнита и входят в южный, замыкаясь
внутри магнита.
На рисунке 338, а изображено магнитное поле
двух магнитов, обращенных друг к другу одно-
именными полюсами, а на рисунке 338, б— магнит-
260
ное поле двух магнитов, обращенных друг к другу разноименными
полюсами. На рисунке 339 изображено магнитное поле подковооб-
разного магнита.
Все эти поля легко получить на опыте.
1.	В чем различие в намагничивании с помощью тока куска железа и
I куска стали? 2. Какие тела называют постоянными магнитами? 3. Как
Ампер объяснял намагничивание железа? 4. Как можно теперь объяснить
молекулярные токи Ампера? 5. Что называют магнитными полюсами магни-
та? 6. Какие из известных вам веществ притягиваются магнитом? 7. Как
взаимодействуют между собой полюса магнитов? 8. Как с помощью маг-
нитной стрелки можно определить полюсы у намагниченного стального
стержня? 9. Как можно получить представление о магнитном поле магнита?
10. Что представляют собой магнитные линии магнитного поля магнита?
158.	МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Со времен глубокой древности известно, что магнитная стрелка,
свободно вращающаяся вокруг вертикальной оси, всегда устанавли-
вается в данном месте Земли в определенном направлении (если
вблизи нее нет магнитов, железа, электрических токов). Этот факт
объясняется тем, что вокруг Земли существует магнитное поле и
магнитная стрелка устанавливается вдоль его магнитных линий. На
этом и основано применение компаса (рис. 340), который представ-
ляет собой свободно вращающуюся на оси магнитную стрелку.
Наблюдения показывают, что при приближении к северному
географическому полюсу Земли магнитные линии магнитного поля
Земли все больше и больше наклоняются к горизонту и около
75° северной широты и 99° западной долготы становятся верти-
кальными, входя в Землю. Здесь в настоящее время находится
южный магнитный полюс Земли (рис. 341), он удален от северного
географического полюса приблизительно на 2100 км.
Северный магнитный полюс Земли находится вблизи южного геог-
рафического полюса, а именно на 66,5° южной широты и 140°
восточной долготы. Здесь силовые линии магнитного поля Земли
выходят из Земли.
Таким образом, магнитные полюсы Земли не совпадают с ее
географическими полюсами. В связи с этим направление магнитной
стрелки не совпадает с направлением географического меридиана.
Рис. 340
Рис. 341
261
Поэтому магнитная стрелка компаса лишь приблизительно показы-
вает направление на север.
Иногда внезапно возникают так называемые «магнитные бури»,
кратковременные изменения магнитного поля Земли, которые сильно
влияют на стрелку компаса. Наблюдения показывают, что йоявление
магнитных бурь связано с солнечной деятельностью.
В период усиления солнечной деятельности с поверхности Солнца
в мировое пространство выбрасываются потоки заряженных частиц,
электронов и протонов. Магнитное поле, образуемое этими движу-
щимися частицами, изменяет магнитное поле Земли и вызывает
магнитную бурю.
Магнитные бури —явление кратковременное. На земном шаре
встречаются области, в которых направление магнитной стрелки
постоянно меняется. Такие области называют областями магнитной
аномалии1.
Одна из самых больших магнитных аномалий — Курская магнит-
ная аномалия. Причиной таких аномалий являются огромные залежи
железной руды на сравнительно небольшой глубине.
Природа земного магнетизма окончательно еще не выяснена.
Установлено только, что большую роль в изменении магнитного
поля Земли играют разнообразные электрические токи, текущие как
в атмосфере (особенно в верхних слоях ее), так и в земной коре.
Большое внимание изучению строения и свойств магнитного
поля Земли уделяют при полетах искусственных спутников и кос-
мических лабораторий.
Установлено, что земное магнитное поле надежно защищает
поверхность Земли от космического излучения, действие которого
на живые организмы разрушительно.
В состав космического излучения входят электроны, протоны и
другие частицы, движущиеся в пространстве с огромными скоростями.
Магнитное поле Земли является для них своего рода «ловушкой».
Оно, как броня, препятствует проникновению большинства из них на
Землю.
Полеты межпланетных космических станций и космических кораб-
лей на Луну и вокруг Луны позволили установить отсутствие у нее
магнитного поля. Исследования, проведенные космическими корабля-
ми, пока не обнаружили магнитных полей и у планет Венера и
Марс.
1.	Чем объяснить, что магнитная стрелка устанавливается в данном месте
Земли в определенном направлении? 2. Где находятся магнитные полюсы
Земли? 3. Как показать, что южный магнитный полюс Земли находится на
севере, а северный магнитный полюс — на юге? 4. Чем объясняют появле-
ние «магнитных бурь»? 5. Что такое области магнитной аномалии? 6. Где
находится область, в которой наблюдается наибольшая магнитная аномалия?
1 Аномалия — латинское слово, означающее «отклонение, ненормаль-
ность».
262
159.	ТЕЛЕФОН
Всем хорошо известна телефонная трубка. На одном конце этой
трубки укреплен собственно телефон1, прижимаемый к уху при
разговоре, а на другом — микрофон2. Микрофон и телефон соединены
в общую цепь с подобными же приборами, находящимися на другом
конце телефонной линии.
На рисунке 342 изображена схема устройства микрофона. Основ-
ные детали микрофона — мембрана 6 (тонкая пластинка из стали или
прессованного угля) и угольный порошок 5, заключенный в углуб-
лении угольной колодки 2. Угольная колодка закреплена в корпусе
1 и изолирована от него прокладкой 4. На дне корпуса (тоже изоли-
рованно от него) укреплен неподвижный электрод 3.
Электрический ток в цепи проходит через мембрану, угольную
колодку, угольный порошок и электрод 3.
Как работает микрофон?
Когда мы говорим или поем, наши голосовые связки колеблются
и приводят в колебание воздух. Колебания воздуха воспринимаются
нами как звуки.
Когда на мембрану не действуют звуковые колебания воздуха,
сопротивление угольного порошка в микрофоне неизменно и сила
тока в цепи постоянна. (На графике, показывающем изменения тока
в цепи микрофона (рис. 343), это изображается отрезком АВ.)
Звуковые колебания воздуха, достигая мембраны, приводят ее
в колебания. Мембрана, колеблясь, изменяет контакты между отдель-
ными зернышками угольного порошка. Вследствие этого сопротив-
ление порошка в микрофоне изменяется, что вызывает изменение
1 Телефон — прибор, позволяющий передавать звук на далекие рас-
стояния (от греческих слов: «теле» — далеко, «ф о н е» — звук).
2 Микрофон — прибор, чувствительный к слабым звукам (от грече-
ских слов: «микро с» — малый, «ф о н е» — звук).
тока в цепи. Эти изменения тока происходят в соответствии с коле-
баниями мембраны. Ток в цепи микрофона становится пульсирующим.
(На графике изменения тока (рис. 343) это изображается отрез-
ком ВС.)
Таким образом, звуковые колебания в микрофоне вызывают из-
менения электрического тока в цепи телефона.
Схема устройства телефона изображена на рисунке 344.
В корпусе 2 телефона находится постоянный магнит 3 со сталь-
ными наконечниками, на которые надеты катушки 4 из очень тонкого
провода. На корпусе 2 лежит мембрана 7, представляющая собой
тонкую стальную пластинку круглой формы. Между мембраной и
полюсными наконечниками имеется небольшой воздушный зазор.
Крышка 5 прижимает мембрану 1 к корпусу 2.
Когда в катушках телефона ток не меняется или его совсем
нет, мембрана притянута к полюсам магнита и находится в слегка
прогнутом состоянии. Если же сила тока, проходящего в катушках,
меняется, то это вызывает соответствующие изменения магнитного
поля катушек. Изменения тока происходят в соответствии со звуко-
выми колебаниями, поэтому и дополнительное магнитное поле,
созданное им, будет изменяться в соответствии с этими колеба-
ниями.
Под действием изменяющегося магнитного поля мембрана теле-
фона колеблется и приводит в колебание прилегающие к ней слои
воздуха. В результате в трубке слышны те слова и фразы, кото-
рые в это время произносит в микрофон собеседник.
1.	Что означают слова «телефон» и «микрофон»? 2. Как устроен и рабо-
тает микрофон? 3. Как устроен и работает телефон? 4. Как происходит
разговор по телефону?
160.	СИЛА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ НА ПРОВОДНИК
С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ.
ВРАЩЕНИЕ РАМКИ
Мы знаем, что два проводника с токами взаимодействуют друг
с другом с некоторой силой (§ 131). Это явление объясняется тем,
что на каждый проводник с током действует магнитное поле тока
другого проводника.
Вообще магнитное поле действует с некоторой силой на всякий
проводник с током, находящийся в этом поле. Наличие такой силы
легко обнаружить на опыте, схема установки для которого изобра-
жена на рисунке 345, а
В этой установке проводник АВ подвешен на гибких проводах,
которые присоединены к источнику тока. Проводник АВ помещен
между полюсами подковообразного магнита, т. е. находится в маг-
нитном поле.
При замыкании электрической цепи проводник приходит в дви-
жение (рис. 345, б).
264
Если убрать магнит, то про-
водник с током двигаться не
будет. Значит, со стороны маг-
нитного поля на проводник с
током действует некоторая сила,
отклоняющая проводник от пер-
воначального положения.
Опыт показывает, что при из-
менении направления тока изме-
няется и направление движения
проводника, а значит, и направ-
ление действующей на него силы.
Если в опыте (рис. 345), не
меняя направления тока, поме-
нять местами полюсы магнита,
т. е. изменить направление магнит-
ного поля, то изменится на про-
тивоположное и направление си-
лы, действующей на проводник.
Практически важное значение
имеет вращение проводника с
током в магнитном поле.
На рисунке 346 изображен
прибор, на котором можно осу-
ществить такое движение. В этом
приборе ABCD — легкая прямо-
угольная рамка насажена на вер-
тикальную ось. На рамке уложе-
на обмотка, состоящая из не-
скольких десятков витков прово-
локи, покрытой изоляцией. Кон-
цы обмотки присоединены к ме-
таллическим кольцам к Один
конец обмотки присоединен к
одному кольцу, другой— к дру-
гому. Кольца насажены на ту же
ось, что и рамка с обмоткой.
Обмотку рамки включают в цепь
источника тока с помощью колец
и металлических пластинок — ще-
ток щ. Рамка устанавливается в
магнитном поле, между магнит-
ными полюсами магнитов N и S.
На рисунке 346 плоскость рам-
ки ABCD расположена параллель-
но магнитным линиям магнит-
ного поля магнитов. При замы-
кании цепи рамка устанавливает-
265
Рис. 346
ся так, что плоскость ее обмотки оказывается перпендикулярной маг-
нитным линиям. Такое положение рамки называется равновесием
(на рисунке 346 оно показано пунктиром).
При перемене направления тока в обмотке рамка поворачивается
еще на 180° и по инерции проходит даже несколько дальше по-
ложения равновесия. Чтобы рамка еще раз повернулась на 180°,
надо изменить направление тока в обмотке в тот момент, когда
она уже по инерции прошла положение равновесия. Значит, если бы
в нужные моменты (после каждого поворота рамки на 180°) менять
направление тока в обмотке, то рамка стала бы вращаться в маг-
нитном поле все время, пока в обмотке существует ток.
Для автоматического изменения направления тока в обмотке
рамки существует особое устройство, называемое коллектором.
Простейший коллектор состоит из двух изолированных друг от
друга полуколец, насаженных на ту же ось, что и рамка, и, сле-
довательно, вращающихся вместе с этой рамкой. Концы обмотки
рамки присоединены к полукольцам. Обмотку включают в электри-
ческую цепь через полукольца при помощи щеток. Рамка с таким
коллектором изображена на рисунке 347.
Когда полукольцо F касается щетки 2, ток в обмотке рамки
направлен от D к С, как показано на рисунке 347, а. Рамка при этом
266
поворачивается на 180°. После
этого поворота рамки к щетке 2
подходит полукольцо £ Теперь
ток в обмотке направлен от А
к В (рис. 347, б), т. е. направле-
ние тока в обмотке изменяется
на противоположное. Вследствие
этого рамка делает новый пово-
рот на 180° и т. д. Получается
непрерывное вращение рамки.
Если в приборе, изображен-
ном на рисунке 346, кольца за-
менить полукольцами, то можно
осуществить непрерывное враще-
ние рамки (рис. 348).
1.	Как на опыте обнаружить нали-
чие силы, действующей на про-
водник с током? 2. От чего зави-
сит направление силы, действую-
щей на проводник с током?
3. Как движется прямоугольная
рамка, укрепленная на вертикаль-
ной оси и находящаяся в маг-
нитном поле, когда в обмотке
рамки существует электрический
ток? 4. Как можно осуществить
непрерывное вращение рамки, о
которой говорилось в предыду-
щем вопросе? 5. При помощи
какого устройства можно авто-
матически менять направление
тока в обмотке рамки? 6. Как
устроен и работает простейший
коллектор тока?
161.	ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ.
ПРИМЕНЕНИЕ
ЭЛ ЕКТРО Д В И ГАТЕЛ Е Й
Явление вращения проводни-
ка с током в магнитном поле
используют в устройстве электри-
ческого двигателя. На рисунке
349 изображен внешний вид од-
ного из современных двигателей
постоянного тока.
Рис. 349
Рис. 350
267
Якоби Борис Семенович (1801 —
1874) — русский физик, академик. Про-
славился открытием гальванопласти-
ки. Построил первый электродвига-
тель, телеграфный аппарат, печатаю-
щий буквы.
В этом двигателе используется
обмотка из многих витков. Вит-
ки обмотки расположены в пазах
стального цилиндра, собранного
из листовой стали так, как это
изображено на рисунке 350. Кон-
цы проводов обмоток припаива-
ются к пластинам коллектора
(пластин в коллекторе не две,
а больше). Вся эта часть двигателя называется якорем. В собран-
ном виде якорь изображен на рисунке 351, а. Магнитное поле, в
котором может вращаться якорь, создается сильными электромаг-
нитами. Эта часть двигателя называется индуктором (рис. 351,6).
Электрический ток от источника тока поступает в индуктор и якорь
через угольные щетки. Щетка вместе с щеткодержателем показана
на рисунке 351, в.
Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое примене-
ние в транспорте (электровозы, трамваи, троллейбусы).
В промышленности применяют двигатели, работающие на пере-
менном токе (они будут изучаться в старших классах).
Электрические двигатели обладают рядом преимуществ. При
одинаковой мощности они имеют меньшие размеры, чем тепловые
двигатели. При работе они не выделяют газов, дыма и пара: для
Электромясорубка.
них не нужен запас топлива и воды. Существуют электродвигатели,
которые применяют в насосах для выкачивания нефти из скважин.
Эти двигатели—безыскровые. Электродвигатели можно установить
в удобном месте: на станке, под полом трамвая, на тележке электро-
воза.
Можно изготовить электрический двигатель любой мощности:
от нескольких ватт, например в электробритвах, до сотен и тысяч
киловатт на экскаваторах, прокатных станах, кораблях.
Коэффициент полезного действия мощных электрических двига-
телей достигает 98%. Такого высокого КПД не имеет никакой
другой двигатель.
В настоящее время ведутся работы по замене в автомобилях
двигателей внутреннего сгорания электродвигателями. Источниками
тока для них будут аккумуляторы.
Один из первых в мире электрических двигателей, пригодных
для практического применения, был изобретен русским ученым
Б. С. Якоби в 1834 г.
$	1. Какое явление используют в устройстве и работе электродвигателя?
2.	Как устроен якорь двигателя постоянного тока? 3. Каким путем созда-
ется магнитное поле в электродвигателе? 4. Каковы преимущества электри-
ческих двигателей по сравнению с тепловыми? 5. Где применяют электри-
ческие двигатели?
162.	ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
ИНДУКЦИИ
Изучение электромагнитных явлений показывает, что вокруг
электрического тока всегда существует магнитное поле. Электриче-
ский ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.
Сборка якоря электродвигателя.
Но если электрический ток, как говорят, «создает» магнитное
поле, то не существует ли обратного явления? Нельзя ли с по-
мощью магнитного поля создать электрический ток? Такую задачу
в начале XIX столетия пытались решить многие ученые. Поставил
ее перед собой в 1822 г. и английский ученый Фарадей. «Превра-
тить магнетизм в электричество» — так записал в своем дневнике
эту задачу Фарадей. Почти 10 лет упорной работы потребовалось
Фарадею для ее решения.
Чтобы понять, как Фарадею удалось «превратить магнетизм в
электричество», выполним некоторые опыты Фарадея, используя
современные приборы.
На рисунке 352 изображен проводник, концы которого присоеди-
нены к гальванометру. Если этот проводник вдвигать внутрь магнита
или удалять из него так, чтобы он пересекал магнитные линии,
то в нем возникает и существует во все время движения электри-
ческий ток. Это видно по отклонению стрелки гальванометра. Можно
двигать магнит, а проводник закрепить неподвижно, важно, чтобы
существовало движение проводника относительно магнитного поля
и чтобы магнитные линии и проводник при этом пересекались.
Явление возникновения электрического тока в проводнике,
пересекающем магнитные линии, называется электромагнитной
индукцией1. А возникающий при этом ток — индукционным током.
Индукционный ток в проводнике представляет собой такое же
упорядоченное движение электронов, как и ток, полученный от
гальванического элемента или аккумулятора. Название же «индук-
ционный» указывает только на причину его возникновения.
Явление электромагнитной индукции хорошо наблюдать на опыте
с проволочной катушкой и магнитом (рис. 353). Если вдвигать магнит
в катушку или выдвигать из нее, то,' пока магнит движется, в ка-
тушке существует индукционный ток. Стрелка гальванометра при
1 Индукция (лат.) — наведение, возбуждение.
270
Фарадей Майкл (1791—1867) — анг-
лийский физик. Создал учение о маг-
нитном и электрическом поле. Открыл
явление электромагнитной индукции,
установил законы электролиза, про-
славился опытами по сжижению га-
зов.
этом отклоняется на сравнитель-
но большой угол. Когда же маг-
нит покоится относительно ка-
тушки, то стрелка гальванометра
стоит на 0. Можно, конечно, маг-
нит закрепить неподвижно, а дви-
гать относительно его катушку
(рис. 353 а). И в этом случае
витки катушки при своем движении будут пересекать магнитные
линии. Когда витки катушки пересекают магнитные линии, в катуш-
ке возникает индукционный ток.
Рассмотрим теперь, от чего зависит направление и сила индук-
ционного тока.
Когда в опыте (рис. 352) проводник двигали вниз, то стрелка
гальванометра отклонялась в одну сторону, а когда вверх —то в
другую. Значит, направление индукционного тока зависит от направ-
ления движения проводника.
Перевернем магнит так, чтобы к нам был обращен его южный
полюс, и снова будем двигать проводник вниз и вверх. Мы заме-
тим, что направление тока в каждом случае изменится на проти-
воположное по сравнению с первым опытом. Следовательно, на-
правление индукционного тока зависит еще и от направления маг-
нитных линий.
Двигая проводник между полюсами магнита с разной ско рос-
271
тью, мы будем пересекать различное число магнитных линий в
единицу времени. Гальванометр будет показывать различную силу
тока.
Чем большее число магнитных линий пересекает проводник в 1 с,
тем больше сила индукционного тока, возникающего в нем.
Явление электромагнитной индукции было открыто Фарадеем
в 1831 г. Оно принадлежит к числу величайших научных откры-
тий первой половины XIX в. На основе этого явления зародились
и развились такие области техники, как электротехника и радио-
техника.
?	1. На каких опытах можно показать возникновение в проводнике индукцион-
• ного тока? 2. Какие необходимы условия для получения в проводнике
индукционного тока? 3. Какое явление называют электромагнитной индук-
цией? Кто это явление открыл? 4. От чего зависит направление индукцион-
ного тока? 5. От чего и как зависит сила индукционного тока? 6. Когда
Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции?
Упр. На рисунке 354 изображены две катушки —1 и 2. В цепь 1-й катушки
включен источник тока и выключатель, концы 2-й катушки подключены к
гальванометру.
Возникнет ли ток во 2-й катушке, если при замкнутой цепи 1-й катушки
вдвинуть ее во 2-ю катушку или вынуть из катушки?
В 1-ю катушку вставляется стальной стержень и проделываются те же
опыты. Будут ли при этом отличаться показания гальванометра от первого
опыта?
Отклонится ли стрелка гальванометра, если размыкать и замыкать цепь
1-й катушки, вставленной во 2-ю?
Ответы на вопросы поясните схематическими рисунками и проверьте их
на опыте в школьном физическом кабинете.
163.	ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
В наших домах бытовые электрические приборы — осветительные
лампы, утюги, холодильники — рассчитываются на напряжение 127
и 220 В. Электрические двигатели, применяемые на заводах и фаб-
риках, на транспорте и в сельском хозяйстве, работают под еще
более высоким напряжением. Например, двигатели электропоезда
работают при напряжении 1000 В. Мощности таких потребителей
тоже велики, они достигают сотен и тысяч киловатт. Мощность
двигателей электропоезда, например, равна 4000 кВт. Для их рабо-
ты нужны мощные источники тока. Известные нам гальванические
элементы здесь не пригодны. Их применяют там, где можно обой-
тись слабыми токами при низких напряжениях: в переносных радио-
приемниках, карманных фонарях, фотоосветителях и др. Можно
создать мощные батареи аккумуляторов, об их применении сказано
в § 124. Но аккумуляторы надо заряжать, а для этого нужны также
мощные источники тока.
Основными источниками электрического тока являются генераторы.
272
Устройство и действие генера-
тора тока основано на явлении
электромагнитной индукции.
Когда в магнитном поле нач-
нет двигаться разомкнутый про-
водник, то придут в движение
и электроны вдоль проводника.
На одном конце проводника их
окажется избыток, на другом —
недостаток, возникнет напряже-
ние, проводник станет источни-
ком тока.
Удобнее придать проводнику
форму прямоугольной рамки (рис.
355) и вращать эту рамку в маг-
нитном поле. Вертикальные части
рамки будут пересекать магнит-
ные линии, — значит, в рамке воз-
никнет индукционный ток, а на
концах ее — напряжение.
Если концы рамки соединить
с гальванометром с помощью
полуколец и щеток, то гальва-
нометр покажет постоянный ток.
Мы получим модель генератора
постоянного тока.
Если же к концам рамки при-
соединить кольца с щетками, то
в цепи гальванометра ток и на-
пряжение будут переменными.
Ведь при вращении рамки вер-
тикальные проводники движутся
попеременно то на нас, то от
нас, а от этого, как мы знаем
(§ 162), меняется направление ин-
дукционного тока. На концах
(зажимах) рамки будет создавать-
ся переменное напряжение. Чем
сильнее магниты и чем быстрее
движется рамка, тем выше нап-
ряжение, возникающее на ее за-
жимах. Рамка с кольцами и щет-
ками является моделью генера-
тора переменного тока.
Устройство технического ге-
нератора переменного тока зна-
чительно сложнее. Генератор со-
стоит из двух основных частей:
Рис. 354
273
статора1 и ротора1 2. Статор —это неподвижная часть машины, ро-
тор — подвижная.
Статор представляет собой полый цилиндр, изготовленный из
особой листовой стали. В пазах, сделанных во внутренней полости
такого цилиндра, укладывают проводники, в которых при работе
генератора возникает индукционный ток. На рисунке 356, а изобра-
жен только один виток, вложенный в пазы стального цилиндра,
в генераторе таких витков много.
Вращающаяся часть генератора —ротор (рис. 356, б) — представляет
собой электромагниты. Обмотка этих электромагнитов при работе
генератора соединяется с источником постоянного тока при помо-
щи колец и щеток.
На рисунке 356, в изображена полная схема генератора перемен-
ного тока. На этой схеме видно, что если ротор вращать какой-
либо внешней силой, то вместе с ним будет вращаться и созда-
ваемое им магнитное поле. При этом магнитные линии будут
пересекать проводники статора и индуцировать (возбуждать) в них
переменный ток. Действительно, при вращении ротора его магнит-
ные полюсы (северный и южный) попеременно проходят около
проводников статора, поэтому в обмотках статора возникает индук-
ционный переменный ток, а на зажимах генератора — переменное
напряжение.
При помощи таких генераторов вырабатывается ток на электро-
станциях.
Для приведения во вращение ротора генератора используют дви-
гатели внутреннего сгорания, паровые турбины и гидротурбины.
Электрический генератор и паровую турбину, соединенные в
один агрегат (рис. 357), называют турбогенератором. На рисунке 357
слева изображен внешний вид генератора, справа — внешний вид
турбины. Турбогенераторы устанавливают на тепловых (и атомных)
электростанциях. Наши заводы могут сейчас строить генераторы
мощностью свыше 1 млн. кВт при напряжении 13—15 тысяч вольт.
На рисунке 358 изображена схема гидрогенератора, они как и
турбогенераторы, вырабатывают ток большой мощности.
1 От латинского слова «с т а т о р» — стоящий неподвижно.
2 От латинского слова «р о т а р е» — вращать.
274
При работе генераторов энер-
гия топлива (угля, нефти, газа)
или воды (на гидроэлектростан-
циях) превращается в энергию
электрического тока, которая ис-
пользуется в промышленности,
транспорте, сельском хозяйстве
и в быту.
1. Почему гальванические эле-
менты не пригодны для питания
электрическим током двигателей,
применяемых в промышленно-
сти? 2. Как называются мощные
современные источники электри-
ческого тока? 3. На каком физи-
ческом явлении основано уст-
ройство и действие генераторов
тока? 4. Что собой представляют
модели генераторов постоянного
и переменного тока? 5. Как на-
зываются основные части техни-
ческого генератора переменного
тока? 6. Что собой представля-
ют основные части технического
генератора переменного тока
и каково их назначение? 7. Как
работает генератор переменного
тока? 8. Какие агрегаты назы-
ваются турбогенераторами,
какие — гидрогенераторами?
9. Какие превращения энергии
происходят при работе турбогене-
ратора и гидрогенератора?
164. ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ
СССР
Электрификация — широкое
внедрение электрической энергии
в народное хозяйство и быт.
Электрификация страны свя-
зана с решением трех важных
задач: получения электрической
энергии, ее передачи и ее исполь-
зования.
Громадное значение электри-
фикации СССР придавал созда-
тель Советского государства Вла-
димир Ильич Ленин.
Рис. 357
Рис. 358
Турбогенератор.
В. И. Ленин говорил: «Коммунизм —это есть Советская власть
плюс электрификация всей страны».
По предложению В. И. Ленина в 1920 г. был составлен первый
план электрификации России. По этому плану за 10—15 лет наме-
чалось построить 30 электростанций общей мощностью 1,75 млн. кВт.
Но уже в 1932 г. мощность построенных электростанций состав-
ляла 2,9 млн. кВт. В 1940 г. в СССР действовали электростанции
общей мощностью 11,2 млн. кВт.
После Великой Отечественной войны электрификация Советского
Союза стала развиваться еще быстрее. Были построены мощные
государственные районные электрические станции (ГРЭС). Такие
станции расположены вблизи залежей топлива: угля, горючего
сланца, торфа, газа или нефти.
Электрические станции, преобразующие энергию топлива в элект-
рическую энергию, называют тепловыми электростанциями.
Кроме тепловых станций, которые дают стране 80% электриче-
ской энергии, в Советском Союзе построено и строится много
мощных гидроэлектростанций (ГЭС) на Волге, Каме, Днепре, Ангаре,
Енисее, Оби, Иртыше, Лене и других больших реках нашей Родины.
На этих станциях в электрическую энергию преобразуется энер-
гия воды.
Первой гидроэлектростанцией, которую начали строить еще при
жизни В. И. Ленина, была Волховская мощностью 60 тыс. кВт.
Сейчас ее мощность 100 тыс. кВт.
Мощность Волжской им. XXII съезда КПСС гидроэлектростан-
ции 2,53 млн. кВт; Братская ГЭС им. 50-летия Великого Октября
(на реке Ангаре) имеет мощность 4,1 млн. кВт.
Мощность Красноярской ГЭС им. 50-летия СССР на Енисее,
окончание строительства которой было приурочено к 100-летию со
дня рождения В. И. Ленина, составляет 6 млн. кВт.
Наряду с тепловыми и гидроэлектростанциями в нашей стране
строят мощные атомные электростанции (АЭС). Атомные электро-
станции преобразуют атомную энергию в электрическую. АЭС вы-
годно строить в тех районах страны, где отсутствуют запасы дру-
гих видов энергии, а подвоз угля или нефти требует больших
затрат.
Первая в мире атомная электростанция была построена в СССР
в 1954 г. в г. Обнинске. В 1973 г. вошла в строй Ленинградская
им. В. И. Ленина АЭС, имеющая мощность 2 млн. кВт.
Ныне наша страна превратилась в могучую энергетическую дер-
жаву. Уже много лет СССР занимает первое место в Европе и
второе в мире по производству электроэнергии. В 1975 г. у нас
произведено больше энергии, чем в ФРГ, Великобритании, Фран-
ции, Италии и Австрии, вместе взятых.
По плану 10-й пятилетки, утвержденному XXV съездом КПСС,
будет построено электростанций общей мощностью 67—70 млн. кВт,
в том числе на 13—15 млн. кВт атомных электростанций. Заплани-
рованы подготовительные работы по использованию атомной энер-
276
гии для целей теплофикации. Создание атомных электроцентралей
позволит оздоровить воздушную среду, так как АЭС не выбрасы-
вает в атмосферу вредных газов.
Намечено строительство тепловых электростанций мощностью
4 млн. кВт. Более широкое применение для производства электро-
энергии найдет дешевое твердое топливо вновь освоенных Экибас-
тузского и Канско-Ачинского угольных месторождений.
В гидроэнергетике продолжится сооружение преимущественно*
крупных гидроузлов, позволяющих комплексно решать задачи про-
изводства электроэнергии, орошения земель, обеспечения водой
городов и промышленных предприятий, развития судоходства и
рыболовства, предотвращения наводнений.
С вводом в строй новых мощных электростанций растет могучий
поток энергии, приближающий нас к светлому будущему — комму-
низму. То, о чем говорил, о чем мечтал В. И. Ленин, осуществля-
ется советскими людьми на практике.
У 1. Что нужно понимать под электрификацией СССР? 2. Как оценивал
• В. И. Ленин электрификацию страны? 3. В каком году был составлен пер-
вый план электрификации России? 4. Какие мощные электростанции Вы
знаете?
Упр. Нанесите на карту СССР наиболее мощные электростанции (тепловые,
74 гидроэлектростанции и атомные).
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
1.	ИЗМЕРЕНИЕ МАССЫ ТЕЛА НА РЫЧАЖНЫХ ВЕСАХ
Цель работы — научиться пользоваться рычажными весами и опре-
делять массу тел с их помощью.
Приборы и материалы: весы, гири, несколько небольших тел разной массы,
баночка, дробь или сухой чистый песок.
Указания к работе
1.	Прочтите приложение к работе «Правила взвешивания».
2.	Придерживаясь правил взвешивания, измерьте массу несколь-
ких твердых тел с точностью до 0,1 г.
3.	Результаты измерений запишите в таблицу:
№ опыта	Масса тела, г
1	
2	
3	
Дополнительное задание
Существует особый способ взвешивания, называемый способом
тарирования. При взвешивании по этому способу на левую чашку
весов кладут предмет, массу которого хотят определить. На правую
чашку ставят баночку, в которую насыпают сухой песок или мелкую
дробь до тех пор, пока весы не придут в равновесие. Затем пред-
мет снимают с левой чашки весов и вместо него ставят гири и
с их помощью приводят весы в равновесие. 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 дро-
бинку или комочек бумаги, равновесие весов от этого нарушит-
ся—весы выйдут из равновесия. Измерьте массы имеющихся у вас
тел способом тарирования и сравните их с результатом, получен-
ным при взвешивании на уравновешенных весах.
N? опыта	Масса тела, измеренная на уравновешенных весах, г	Масса тела, измеренная способом тарирования, г
1 2 3		
278
Подумайте и объясните, почему способом тарирования можно
достаточно точно измерить массу тела и на слегка расстроенных
весах.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Правила взвешивания
1.	Перед взвешиванием необходимо убедиться, что весы правиль-
но уравновешены. При необходимости для установления равновесия
на более легкую чашку нужно положить полоски бумаги, картона
и т. п.
2.	Взвешиваемое тело кладут на левую чашку весов, а гири —
на правую.
3.	Во избежание порчи весов взвешиваемое тело и гири нужно
’ опускать на чашки осторожно, не роняя их 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, наливать жидкости.
6.	Мелкие гири нужно брать только пинцетом (рис. 359).
Положив взвешиваемое тело на левую чашку, на правую кладут
гирю, имеющую массу, немного большую, чем масса взвешиваемого
тела (подбирают на глаз с последующей проверкой). При несоблю-
дении этого правила нередко случается, что мелких гирь не хва-
тает и приходится взвешивание начинать сначала.
Если гиря перетянет чашку, то ее ставят обратно в футляр,
если же не перетянет — оставляют на чашке. Затем то же проделы-
вают 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 чашки весов в футляр.
2.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Приборы и материалы: весы, гири, мензурка, твердое тело, плотность
которого надо определить, например фарфоровый ролик или алюминиевый
цилиндр, нитка.
Рис. 359
Рис. 360
Указания к работе
1.	Повторите по учебнику § 26. Плотность вещества.
2.	Измерьте массу тела на весах в граммах (г).
3.	Измерьте объем тела с помощью мензурки в кубических сан-
тиметрах (см3). Для этого прежде всего определите цену деления
мензурки, т. е. объем, соответствующий одному делению. (Обыч-
но на шкале мензурки отмечены миллилитры (мл), 1 мл=1 см3.)
Затем налейте в мензурку такое количество воды, чтобы тело пол-
ностью погрузилось в воду, и отметьте уровень воды в мензурке
(рис. 360). После этого опустите на нитке тело в воду и опреде-
лите, на сколько делений при этом поднялся уровень воды в мен-
зурке (рис. 361).
Зная цену деления мензурки, вычислите объем тела.
4.	Рассчитайте по формуле р = ~у~ плотность данного тела в
граммах на кубический сантиметр —У и выразите ее в килограм-
кг \	* см I
мах на кубический метр .
5.	Результаты измерении и вычислений занесите в таблицу:
Название вещества	Масса тела т, г	Объем тела И, см3	Плотность вещества р,	
			г см3	кг м3
				
3. ГРАДУИРОВАНИЕ ПРУЖИНЫ И ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ
ДИНАМОМЕТРОМ
Приборы и материалы: динамометр, шкала которого закрыта бумагой,
набор грузов массой по 102 г, штатив с муфтой, лапкой и кольцом.
Указания к работе
1.	Прочтите в учебнике § 34. Динамометр.
2.	Укрепите в лапке штатива динамометр вертикально. Отметьте
горизонтальной чертой начальное положение указателя динамомет-
ра, — это будет его нулевое положение.
3.	Подвесьте к крючку динамометра груз, масса которого 102 г.
На этот груз действует сила тяжести, равная 1 Н. С такой же
силой груз растягивает пружину динамометра. Эта сила уравнове-
шивается силой упругости, возникающей в пружине при ее растя-
жении (деформации).
Новое положение указателя динамометра также отметьте гори-
зонтальной чертой на бумаге.
4.	Затем подвешивайте к динамометру второй, третий, четвертый
грузы той же массы (102 г), каждый раз отмечая черточками на
бумаге положение указателя (рис. 362).
5.	Снимите динамометр со штатива и против горизонтальных
280
черточек, начиная с верхней, проставьте числа 0, 1, 2, 3, 4, ...
Сверху числа 0 напишите: «ньютон».
6.	Измерьте расстояния между черточками. Они получаются рав-
ными, что и следовало ожидать, так как сила упругости прямо
пропорциональна растяжению пружины (§ 34). На основании этого
можно сказать, что груз массой 51 г, действующий на пружину
динамометра с силой 0,5 Н, вызвал бы растяжение пружины на
величину, в два раза меньшую, чем груз массой 102 г. Поэтому
не подвешивая к динамометру грузы, можно проставить на шкале
между основными черточками черточки, соответствующие силе
0,5 Н.
7.	Измерьте проградуированным динамометром вес какого-нибудь
тела, например кольца от штатива, лапки штатива, груза по меха-
нике и др. Результаты измерений запишите в тетрадь.
8.	Нарисуйте проградуированный динамометр.
Примечание. Грузы массой 102 г можно получить, прибавив 2 г
(колечко из проволоки) к имеющимся грузам массой 100 г.
4.	ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ И СРАВНЕНИЕ
ЕЕ С ВЕСОМ ТЕЛА
Приборы и материалы: динамометр, небольшой деревянный брусок, набор
грузов, гладкая доска (или линейка) (рис. 363).
Указания к работе
1.	Прочтите в учебнике § 39. Как измерить силу трения. § 32.
Вес тела.
2.	Взвесьте динамометром брусок.
3.	Прицепите динамометр к крючку бруска и, двигая брусок
равномерно вдоль горизонтальной доски (или линейки), определите
силу трения, которая равна силе тяги.
4.	Нагружая брусок последовательно сначала одним, затем двумя
и потом тремя грузами, измерьте силу трения для каждого случая.
Примечание. При измерении динамометром силы тяги (она равна
силе трения) трудно добиться строго равномерного движения бруска,
указатель динамометра, как правило, колеблется. Поэтому каждое измерение
надо проверять 2—3 раза и брать среднее значение из двух крайних поло-
жений указателя динамометра.
Рис. 362
Рис. 363
5. Результаты измерений запишите в таблицу:
№ опыта	Вес бруска, Н		Сила трения, Н
	без груза	с грузом	
1			
2			•
3			
6.	Для каждого отдельного опыта сравните величину силы тре-
ния с весом тела. Какой вывод можно сделать о соотношении
силы трения и веса тела?
7.	Выясните, как изменяется сила трения с изменением веса
тела. Для ответа на этот вопрос составьте вторую таблицу, исполь-
зуя данные из первой таблицы:
No опыта	Вес тела (бруска без груза и с грузом), Н	• Сила тре- ния, Н	Во сколько раз увеличива- ется вес тела	Во сколько раз увеличи- лась сила трения
1 2 3				
Дополнительное задание
Выясните, зависит ли сила трения скольжения от площади дви-
жущегося тела. Для этого поверните брусок на грань с меньшей
площадью и повторите опыты в описанной выше последователь-
ности.
5.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫТАЛКИВАЮЩЕЙ СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ
НА ПОГРУЖЕННОЕ В ЖИДКОСТЬ ТЕЛО
Цель работы — обнаружить на опыте выталкивающее действие
жидкости на погруженное в нее тело и определить выталкиваю-
щую силу.
Приборы и материалы: динамометр, штатив с муфтой и лапкой, внутрен-
ний сосуд калориметра, небольшой камень с подвязанной нитяной петлей,
вода, насыщенный раствор соли в воде, спирт.
Указания к работе
1.	Повторите по учебнику § 64. Архимедова сила.
2.	Укрепите динамометр на штативе и подвесьте к нему на нити
тело. Отметьте и запишите в таблицу показание динамометра. Это
будет вес тела в воздухе.
282
3.	Подставьте стакан с водой и опустите муфту с лапкой и
динамометром, пока все тело не окажется под водой. Отметьте и
запишите в таблицу показание динамометра. Это будет вес тела
в воде. Разность между весом тела в воздухе и в воде равна
выталкивающей силе.
4.	Вместо чистой воды возьмите сначала насыщенный раствор
соли, затем (если имеется) спирт и для каждой из этих жидкостей
определите выталкивающую силу.
5.	Результаты опытов запишите в таблицу
Жидкость	Вес тела в воздухе Р, Н	Вес тела в жидкости Р,, Н	Выталкивающая сила F— Р — РЬН
Вода Насыщенный раствор соли в воде Спирт			г
Вопросы:
1. Как зависит выталкивающая сила от плотности жидкости?
2. Зависит ли выталкивающая сила от плотности тела?
6.	ВЫЯСНЕНИЕ УСЛОВИЙ ПЛАВАНИЯ ТЕЛА В ЖИДКОСТИ
Приборы и материалы: весы, гири, мензурка, пробирка-поплавок с проб-
кой, проволочный крючок, сухой песок, фильтровальная бумага или сухая
тряпка.
Указания к работе
1.	Повторите по учебнику § 65. Плавание тел.
2.	Насыпьте в пробирку столько песка, чтобы она, закрытая
пробкой, плавала в мензурке с водой в вертикальном положении
и часть ее находилась над поверхностью воды.
3.	Определите выталкивающую силу, действующую на пробирку.
Она равна весу воды, вытесненной пробиркой. Для нахождения
этого веса определите сначала объем вытесненной воды. Для этого
отметьте уровни воды в мензурке до и после погружения в воду
пробирки. Зная объем вытесненной воды и плотность, вычислите
ее вес в ньютонах.
4.	Выньте пробирку из воды, протрите ее фильтровальной бума-
гой или тряпкой. Определите на весах массу пробирки с точностью
до 1 г и рассчитайте силу тяжести, действующую на нее, в нью-
тонах, она равна весу пробирки с песком в воздухе.
5.	Насыпьте в пробирку еще некоторое количество песка. Вновь
определите выталкивающую силу и силу тяжести. Проделайте это
несколько раз, пока пробирка, закрытая пробкой, не потонет.
6.	Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу. От-
метьте, когда пробирка плавает и когда тонет.
283
No опыта	Выталкивающая сила, действующая на пробирку, Н F-goJ	Вес пробирки с песком, Н Р = gm пробирки	Поведение пробирки в воде (плавает пробирка или тонет)
1 2 3			
7.	Сделайте вывод об условии плавания тел в жидкости.
7.	УСЛОВИЕ РАВНОВЕСИЯ РЫЧАГА ПОД ДЕЙСТВИЕМ
ПРИЛОЖЕННЫХ К НЕМУ СИЛ
Цель работы — установить на опыте, при каком соотношении сил
и их плеч рычаг находится в равновесии.
Приборы и материалы: рычаг на штативе, набор грузов, масштабная
линейка, динамометр (рис. 364).
Указания к работе
1.	Повторите по учебнику § 71. Рычаг. Равновесие сил на рычаге.
2.	Уравновесьте рычаг, вращая гайки на его концах так, чтобы
он расположился горизонтально.
3.	Подвесьте два груза на левой части рычага на расстоянии,
равном примерно 12 см от оси вращения. Опытным путем устано-
вите, на каком расстоянии вправо от оси вращения надо под-
весить:
а) один* груз; б) два груза; в) три груза, чтобы рычаг пришел
в равновесие.
4.	Считая, что каждый груз весит 1 Н, запишите данные и из-
меренные величины в таблицу:
No опыта	Сила Fi на левой части рычага, Н	Плечо /ь см	Сила F2 на правой час- ти рычага, Н	Плечо /2,. см	Отношение сил и плеч	
					/i $	4 /1
1 2 3						
5.	Вычислите отношение сил и отношение плеч для каждого
из опытов и полученные результаты запишите в последний стол-
бик таблицы.
6.	Проверьте, подтверждают ли результаты опытов условие рав-
новесия рычага под действием приложенных к нему сил, с кото-
рыми вы ознакомились в § 71.
284
Дополнительное задание
Подвесьте три груза справа от оси вращения рычага на расстоя-
нии 12 см (рис. 365).
С помощью динамометра определите, какую силу нужно прило-
жить на расстоянии 18 см от оси вращения правее грузов, чтобы
удерживать рычаг в равновесии.
Как направлены в этом случае силы, действующие на рычаг?
Запишите плечи этих сил. Вычислите отношение сил —L и плеч
, /2 - .
—f- для этого случая и сделайте соответствующий вывод,
б
8.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД ПРИ ПОДЪЕМЕ ТЕЛА ПО НАКЛОННОЙ
ПЛОСКОСТИ
»
Приборы и материалы: доска, динамометр, измерительная лента или
линейка, брусок, штатив с муфтой и лапкой.
Применим «золотое правило» механики к наклонной плоскости
(рис. 366).
Работа, совершаемая при подъеме тела вверх по вертикали, равна
произведению силы тяжести Fy на высоту h:
Ay-Fyh.
На такую же высоту h можно поднять тело путем равномерного
перемещения его вдоль наклонной плоскости длиной /, прилагая
к телу силу F2. Совершенная при этом работа определится по формуле:
Л2 = £2/.
Согласно «золотому правилу» механики, при отсутствии трения
обе названные выше работы равны между собой:
Ау=А2 или Fyh = F2l.
При наличии же трения эти две работы будут разными. Рабо-
та Л2, совершаемая по передвижению тела вдоль наклонной плос-
кости, будет больше работы которая совершается при подня-
Рис. 364
Рис. 365 ф
Рис. 366
285
тии этого тела на высоту наклонной плоскости по вертикали:
Л 2 > ^41 •
А2 — это полная работа, — полезная работа. Разделив полезную
работу на полную работу, получим КПД наклонной плоскости,
который обычно выражают в процентах:
КПД = ^  100%.
А 9
Указания к работе
1.	Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов изме-
рений и вычислений.
№ опыта	Высота на- клонной плоскости А, м	Сила тяже- сти «,н	Работа, совер- шаемая при под- нятии бруска по вертикали (по- лезная работа) Ау - F}h, Дж	Длина наклон- ной пло- скости /, м	Сила тяги	Работа, совер- шаемая при движении брус- ка по наклон- ной плоскости (полная работа) А 2 -F2I, Дж	кпд- - —X Х100%
	•						
2.	Установите доску наклонно (рис. 367).
3.	Измерьте высоту h и длину / наклонной плоскости и выразите
их в долях метра.
4.	Динамометром измерьте силу тяжести бруска и выразите
ее в ньютонах.
5.	Прицепив к бруску динамометр, равномерно двигайте брусок
по наклонной плоскости вверх. Измерьте силу тяги F2 в нью-
тонах.
6.	Вычислите работу при подъеме бруска на высоту h по верти-
кали и работу при подъеме этого бруска на ту же высоту по
наклонной плоскости длиной L
7.	Вычислите КПД наклонной плоскости в процентах.
8.	Результаты измерений и вычислений Запишите в таблицу.

Рис. 367
Дополнительное задание
1.	Используя «золотое правило» механики, рассчитайте, какой
выигрыш в силе дает наклонная плоскость, если не учитывать
трение.
2.	Измените высоту наклонной плоскости и для нее определите
полезную, полную работу и КПД.
9.	СРАВНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВ ТЕПЛОТЫ ПРИ СМЕШИВАНИИ ВОДЫ
Приборы и материалы: калориметр, мензурка, термометр, стакан.
Указания к работе
1.	Налейте в калориметр 100 г горячей воды, а в стакан — столь-
ко же холодной. Измерьте температуру холодной и горячей воды.
2.	Осторожно влейте холодную воду в сосуд с горячей водой,
помешайте термометром полученную смесь и измерьте ее темпе-
ратуру.
3.	Рассчитайте количество теплоты, отданное горячей водой при
остывании до температуры смеси, и количество теплоты, полученное
холодной водой при ее нагревании до этой же температуры.
Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:
Масса горя- чей воды т, г	Начальная температура горячей во- ды г, ° С	Темпера- тура сме- си t2, ° С	Количество теплоты, отданное го- рячей водой Q, кал	Масса холодной воды тъ г	Началь- ная тем- пература холод- ной во- ды /ъ °C	Количество теплоты, полученное холодной во- дой кал
						
4.	Сравните количество теплоты, отданное горячей водой, с ко-
личеством теплоты, полученным холодной водой, и сделайте соот-
ветствующий вывод.
10.ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Приборы и материалы: стакан с водой, калориметр, термометр, весы,
гири, алюминиевый цилиндр на нити, сосуд с кипящей водой (общий для
всего класса на столе учителя).
Указания к работе
1.	Налейте в калориметр 100—150 г воды комнатной температуры.
Измерьте температуру воды.
2.	С помощью весов определите массу алюминиевого цилиндра.
3.	Прогрейте алюминиевый цилиндр в кипящей воде. Затем
опустите его в калориметр с водой.
287
4.	Измерьте температуру воды в калориметре после опускания
алюминиевого цилиндра.
5.	Все данные измерений запишите в таблицу:
Масса воды в калориметре /иь г	Начальная температура воды ° С	Масса алюминия /и2, г	Начальная температура алюминия г2,°С	Общая темпера- тура воды и алю- миния Г, ° С
		•		
6.	Рассчитайте:
а)	количество теплоты ft, которое получила вода, нагреваясь
от Л до г °C, всего на (г - 6) °C:
Ci — удельная теплоемкость воды.
б)	Количество теплоты Q2, отданное алюминиевым ццлиндром
при охлаждении от z2 до /°C, всего на (/2- д°С:
Q2 = c2/n2(72-ft
с2 — удельная теплоемкость алюминия, эту величину надо опре-
делить.
Зная, что количество теплоты, полученное водой при нагревании,
равно количеству теплоты, отданному алюминием при охлаждении,
можно записать:
Qi = C2, или	t}) = c2m2(t2- О—
В полученном уравнении неизвестной величиной является удельная
теплоемкость алюминия с2. Подставив в уравнение значения величин,
измеренных на опыте, вычислите с*
7.	Запишите результаты для с2, полученные всеми звеньями клас-
са, и найдите среднее значение для удельной теплоемкости алюми-
ния. Сравните его с табличным значением.
11.	НАБЛЮДЕНИЕ ЗА НАГРЕВАНИЕМ, ПЛАВЛЕНИЕМ
И ОТВЕРДЕВАНИЕМ НАФТАЛИНА
Приборы и материалы: широкая пробирка, термометр, нафталин, стакан,
спиртовка.
Указания к работе
1.	Пробирку с нафталином и термометром в нем погрузите в стакан
или колбу с водой, которую нагревайте горелкой с небольшим пламе-
нем (рис. 368).
288
2.	Когда нафталин нагреется до 50—60 °C, то через каждые пол-
минуты отмечайте его температуру и записывайте ее в тетрадь.
Нагревайте нафталин до 90 °C, после чего выньте его из горячей
воды, нафталин будет остывать в воздухе, продолжайте отмечать
каждые полминуты его температуру, пока он не остынет до 60 °C.
3.	Занесите данные наблюдения на клетчатую бумагу в виде графика
изменения температуры нафталина, в зависимости от времени нагрева-
ния, откладывая в определенном масштабе по горизонтальной оси
время в минутах, а по вертикальной — температуру в градусах.
4.	Отметьте на графике температуру плавления и кристаллизации
нафталина. Сравните их.
5.	Объясните полученный график.
12.	НАБЛЮДЕНИЕ ЗА НАГРЕВАНИЕМ И КИПЕНИЕМ ВОДЫ
Приборы материалы: небольшая колба или стакан, термометр, штатив,
часы, спиртовка, сосуд с теплой водой (общий на весь класс).
Указания к работе
1.	Налейте в колбу некоторое количество нагретой до 40—50 °C воды/
Опустите в воду термометр, подвесив его к штативу, и нагревайте
колбу. Температуру воды записывайте через каждые полминуты.
Когда вода закипит, продолжайте еще минут пять ее нагрева-
ние и каждые полминутьг отмечайте температуру, потом уберите
спиртовку. Продолжайте записывать через каждые полминуты темпе-
ратуру воды еще в течение 4—5 мин.
2.	По полученным данным начертите график, откладывая в опреде-
ленном масштабе по горизонтальной оси время в минутах, а по
вертикальной — температуру в градусах.
3.	Отметьте на графике температуру кипения и объясните полу-
ченный график.
13.	СБОРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ И ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА
В ЕЕ РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКАХ
Приборы и материалы: батарея из трех элементов (или аккумуляторов),
низковольтная лампа на подставке, ключ, амперметр, соединительные
провода.
Указания к работе
1.	Соберите цепь по рисунку 369. Запишите показание амперметра.
л
Рис. 369
2.	Затем включите амперметр сначала между отрицательным полю-
сом и точкой а, потом между положительным полюсом и точкой б и
запишите его показания.
3.	Сравните все полученные показания амперметра. Сделайте вывод.
4.	Нарисуйте в тетради схему соединения приборов.
Внимание! Нельзя присоединять амперметр к зажимам источника
без какого-либо приемника тока, соединенного последовательно с ампер-
метром. Можно испортить амперметр!
14.	ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКАХ ЦЕПИ
Приборы и материалы: батарея из трех элементов (или аккумуляторов),
низковольтная лампа на подставке, вольтметр, ключ, соединительные провода.
Указания к работе
1.	Измерьте напряжение на полюсах каждого из элементов и на
полюсах батареи. Сравните полученные величины и определите, во
сколько раз напряжение на полюсах батареи больше напряжения на
полюсах одного элемента.
2.	Соберите цепь из батареи, лампы и ключа. Замкните цепь.
3.	Измерьте напряжение на зажимах лампы. Сравните найденное
напряжение с общим напряжением на клеммах батареи.
4.	Начертите схему цепи, показав на ней включение вольтметра для
измерения напряжения на полюсах батареи и на зажимах лампы.
15.	ВКЛЮЧЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЦЕПЬ ПОЛЗУНКОВОГО
РЕОСТАТА
Цель работы — научиться правильно пользоваться реостатом.
Приборы и материалы: батарея элементов (или аккумуляторов), ползун-
ковый реостат, амперметр, ключ, соединительные провода.
Указания к работе
1.	Рассмотрите внимательно устройство реостата и установите,
при каком положении ползунка сопротивление реостата наибольшее.
2.	Составьте цепь (рис. 370), включив в нее амперметр, реостат на
полное сопротивление и ключ.
3.	Замкните цепь и отметьте показание амперметра.
Рис. 370
290
4.	Уменьшайте сопротивление реостата, плавно и медленно пере-
двигая его ползунок (но не до конца!). Наблюдайте за показаниями
амперметра.
5.	После этого увеличивайте сопротивление реостата, передвигая
ползунок в противоположную сторону. Наблюдайте за показаниями
амперметра.
Внимание! Реостат нельзя полностью выводить, так как сопротив-
ление его при этом становится равным нулю, и если в цепи нет других
приемников тока, то сила тока в ней может оказаться очень большой и
амперметр перегорит.
Дополнительное задание
У реостата с ползунком (рис. 370) обычно имеются три клеммы,
через которые реостат можно подключать в электрическую цепь.
Рассмотрите внимательно реостат и в тетрадях начертите все возмож-
ные схемы включения реостата, пользуясь при этом условными обозна-
чениями (см. рис. 295, б).
16.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА
ПРИ ПОМОЩИ АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА
Приборы и материалы: батарея из трех элементов (или аккумуляторов),
исследуемый проводник (небольшая никелиновая спираль), амперметр и
вольтметр, реостат, ключ, соединительные провода.
Указания к работе
1.	Соберите цепь, включив в нее батарею элементов, амперметр,
исследуемый проводник, реостат, ключ.
2.	Измерьте силу тока в цепи.
3.	К концам исследуемого проводника присоедините вольтметр и
измерьте напряжение на проводнике.
4.	С помощью реостата измените сопротивление цепи и снова
измерьте силу тока и напряжение.
5.	Результаты измерений занесите в таблицу:
	№ п/п	Сила тока ДА	Напряжение и, в	Сопротивление R, Ом
Проводник	1 2			
6.	Используя закон Ома, вычислите сопротивление проводника
по данным каждого отдельного измерения. Найдите среднее значение
сопротивления проводника. Результаты вычислений занесите в
таблицу.
ю*
291
17.	ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ
ПРОВОДНИКОВ
Цель работы —выяснить законы последовательного соединения
проводников.
Приборы и материалы: батарея из трех элементов (или аккумуляторов),
два никелиновых проводника (две спирали из набора сопротивлений),
амперметр, вольтметр, ключ, реостат, соединительные провода.
Указания к работе
1.	Соберите цепь из источника тока, реостата, двух проводников,
амперметра, соединив все последовательно (см. рис. 297, 298).
2.	Измерьте напряжение на всем участке цепи, состоящем из
двух проводников, и на отдельных проводниках, а также ток в
цепи.
3.	Вычислите по результатам измерений сопротивление всего
участка и отдельных проводников.
4.	Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:
Напряжение на всем участке цепи £/, В	Сила тока ДА	Сопротивле- ние всего участка цепи А, Ом R = I	Напряже- ние на концах 1-Го про- водника t/i, в	Сопротивле- ние 1-го проводника /?ь Ом Uy R' ~ I	Напряжение на концах 2-го провод- ника и^ В	Сопротив- ление 2-го проводника Я2, Ом у2
						
5.	Сравните сопротивление всего участка цепи R с суммой сопротив-
лений двух проводников R1 4- R 2- Сделайте вывод.
6.	Сравните напряжение на участке двух проводников U с суммой
напряжений /7,4- U2 на концах отдельных проводников. Сделайте
вывод.
18.	ИЗУЧЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ
Приборы и материалы: батарея из трех элементов (или аккумуляторов),
два проводника (две спирали из набора сопротивлений), вольтметр и ампер-
метр, реостат, ключ, соединительные провода.
Указания к работе
1.	Соберите цепь по схеме, изображенной на рисунке 299, б.
2.	Измерьте напряжение на концах проводников, соединенных па-
раллельно.
3.	Включая амперметр поочередно в основную цепь и в ветви,
измерьте силу тока в основной цепи и в ветвях.
4.	Результаты измерений запишите в таблицу:
292
Напряжение на участке и, В	Общая сила тока /, А	Сила тока в 1-й вет- ви /ъ А	Сила тока . во 2-й вет- ви /2, А	Сопротивле- ние участка R, Ом	Сопротивле- ние 1-й вет- ви Ом -Г	Сопротивле- ние 2-й вет- ви R2, Ом «.-f
						
5.	По полученным данным вычислите значение сопротивления
всего участка и отдельных ветвей.
6.	Сравните сумму сил токов 7i4-/2 в отдельных проводниках
с силой тока / в основной цепи. Сделайте вывод.
7.	Проверьте, подтверждается ли опытом формула:
1	L+_l_.
R R} R2
19.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ТОКА
В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЛАМПЕ
Приборы и материалы: батарея из трех элементов (или аккумуляторов),
низковольтная лампа на подставке, вольтметр, амперметр, ключ, соедини-
тельные провода.
Указания к работе
1.	Соберите цепь из источника тока, лампы и ключа. Для из-
мерения тока последовательно с лампой включите амперметр (см.
рис. 286).
2.	Измерьте вольтметром напряжение на лампе.
3.	Начертите в тетради схему собранной цепи и запишите показания
приборов.
4.	Вычислите мощность тока в лампе.
5.	Проверьте, совпадает ли полученное значение мощности с вели-
чиной мощности, обозначенной на лампе.
20.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВКИ
С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ НАГРЕВАТЕЛЕМ
Приборы и материалы: спираль, сосуд с водой, весы или мензурка,
лабораторный термометр, часы.
Указания к работе
1.	В сосуд для кипячения налейте определенное количество
воды. Измерьте начальную температуру воды. Опустите в воду спи-
раль, включите ток и нагревайте воду до кипения. Заметьте время, в
течение которого вода доведена до кипения. Полученные результаты
измерений занесите в приготовленную таблицу.
293
Масса воды т, кг	Началь- ная тем- пература воды г0, °C	Время нагре- вания т,с	Мощ- ность Р, Вт	Работа тока Л, Дж	Количество теплоты Q, Дж	Тепловая отдача Ч, %
						
2.	Используя данные таблицы, вычислите:
а)	работу тока, зная мощность спирали (она указана в паспорте
прибора) и время нагревания;
б)	количество теплоты, затраченное на нагревание воды (масса
воды, ее начальная и конечная температура известны);
в)	тепловую отдачу нагревателя.
Тепловой отдачей нагревателя называют отношение количества
теплоты, израсходованного на нагревание воды, к работе, совершенной
током.
Все результаты занесите в таблицу.
21.	СБОРКА ЭЛЕКТРОМАГНИТА И ИСПЫТАНИЕ ЕГО ДЕЙСТВИЯ
Приборы и материалы: батарея из трех элементов (или аккумуляторов),
реостат, ключ, соединительные провода, компас, детали для сборки электро-
магнита.
Указания к работе
1.	Составьте электрическую цепь из батареи, катушки и ключа.
Замкните цепь и с помощью компаса определите магнитные полюсы у
катушки.
2.	Отодвиньте компас вдоль оси катушки на такое расстояние,
на котором действие магнитного поля катушки на стрелку компаса
незначительно. Вставьте железный сердечник в катушку и пронаблю-
дайте действие электромагнита на стрелку. Сделайте вывод.
3.	Соберите подковообразный магнит из готовых деталей. Катушки
электромагнита соедините между собой последовательно так, чтобы на
их свободных концах получились разноименные магнитные полюсы.
Проверьте полюсы с помощью компаса.
22.	СБОРКА И ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РЕЛЕ
Приборы и материалы: детали для сборки электромагнита, две батареи
из трех элементов, низковольтная лампа на подставке, ключ, соединитель-
ные провода.
Указания к работе
1.	Соберите из деталей набора электромагнитное реле (рис. 371).
Проверьте действие реле, подключив к нему источник тока и ключ.
2.	Составьте рабочую цепь, включив электродвигатель или лампу
в цепь с другой батареей.
294
3.	Смонтируйте контакт, который замыкался бы пружинящим яко-
рем реле.
4.	Замыкайте и размыкайте цепь реле ключом и наблюдайте
за явлениями, происходящими в рабочей цепи.
5.	Зарисуйте схему опыта.
23.	ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МАГНИТА И ПОЛУЧЕНИЕ МАГНИТНЫХ
СПЕКТРОВ
Приборы и материалы: два полосовых магнита, магнитная стрелка, сито
с железными опилками, кусочки мягкой железной проволоки, картон.
Указания к работе
1.	Положите на стол железный гвоздь, карандаш, резинку, кусок
стекла, кусок алюминия, бумагу и другие подручные предметы. Подно-
ся по очереди к ним магнит, установите, какие из них являются
магнитными материалами.
2.	Проверьте, что магнитное действие магнита сильнее всего про-
является на полюсах.
3.	Положите на стол полосовой магнит, а поверх магнита картон.
Насыпьте на картон опилки и слегка постучите по картону пальцем.
Рассмотрите и зарисуйте полученный вид магнитного поля.
4.	Получите вид магнитного поля двух одноименных полюсов,
двух разноименных полюсов. Зарисуйте полученные виды магнитных
полей.
24.	СБОРКА И ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Приборы и материалы: подковообразный магнит, якорь с коллектором,
деревянная подставка, щетка, стойки-подшипники, соединительные провода,
источник тока.
Указания к работе
1.	Соберите модель электродвигателя.
2.	Включив ток, приведите якорь в движение. Если якорь не дви-
жется, найдите причину и устраните ее. Коллектор прибора может пово-
рачиваться на оси. Поворачивая коллектор, найдите нужное положение
его относительно якоря в магнитном поле.
Рис. 371
295
25.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ
Приборы и материалы: электрический двигатель лабораторный с удлинен-
ным шкивом, секундомер карманный, лента измерительная, весы, набор
грузов, ключ, нить длиной 150см, батарея из трех элементов (или аккумуля-
торов), соединительные провода.
Указания к работе
1.	Включите двигатель в цепь источника тока (цепь не замы-
кать!). Привяжите конец нити к шкиву двигателя и намотайте на
него нить так, чтобы груз на другом конце нити не касался пола
(рис. 372).
2.	Измерьте путь, который пройдет груз при работе двигателя.
3.	Одновременно пустите в ход двигатель, замкнув цепь, и се-
кундомер. Когда груз пройдет намеченный участок пути, секундо-
мер остановите и разомкните цепь электрического двигателя.
4.	Вычислите работу, совершенную двигателем при подъеме груза,
в джоулях:
A -Ph.
5.	Зная время, вычислите мощность двигателя в ваттах:
t
6. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:
опыта	Вес груза Р, Н	Пройденный путь Л, м	Время А с	Работа А„ Дж	Мощность N, Вт
1 2 3					
Найдите среднее значение механической мощности двигателя.
ОТВЕТЫ К УПРАЖНЕНИЯМ
Упр. 6. L 0,75	. 2. 5	1 25 -у-. Упр. 7. 1 12,6	; 13,5 -f- .
2. «8-*г- ; те4-з~. Упр. 8. L 12-18 м; 125 м; 200 м. 2.4500 км. а 200 с;
20 с. Упр. 10. 4. В 10 раз. Упр. 12. 4. 0,12 -Ц- ; 120 -Цг . Упр. 13.
1. 10 кг; 7 кг; 136 кг. 2.1130 г. 3. 4 кг. Упр. 15. 1 «25 Н; «8 Н;
«12 кН; «0,5 Н. 2. « 100 Н; «2 Н. 3. «80 кг. Упр. 17. L «900 Н.
2. 10 Н. 3. 700 Н. Упр. 18. L «47 кПа. 2.6000 кПа. 3. « 1500 Па. Упр. 22.
1. 450 Н. 2. 120Q кН. 3. В 90 раз; в 100 раз. Упр. 23. L « 6 кПа; «4,8 кПа;
«82 кПа. 2. « 112 000 кПа. 3. 50 см2. Упр. 24. 2. «100 кН. Упр. 27.
2.« 10,3 м. 3. 28,8 кН. Упр. 28. 3. «460 м. 4 « 101 кПа. Упр. 29. 1. 76 см.
2. « 13 м. Упр. 30. 4. «1 Н; «0,8 Н. Упр. 31. 16 000	; 1,5 кг золота
*	м
и 0,5 кг серебра. Упр. 33. L Уменьшится. 2.~ Ю ООО м3. Упр. 35. 4. « 300 кДж.
5. « 240 кДж. 6. « 450 000 кДж. Упр. 36. L « 180 кВт. 2. ~ 55 Вт. 3. 120 000 кДж.
4. 750 Вт. Упр. 37. 4. «4200 Н. Упр. 38. L 3 м. 2. 2240 Дж; 1600 Дж.
Упр. 39. 1. «10 кДж. 2. «20	кДж; «50 кДж. Упр.	46.	4. а)	162 кДж;
б)	770	кал; в) 75 000 кДж. Упр. 47. 3. 120 000 ккал;	1300	ккал.	Упр. 49.
3.	Не	будет. 4. Можно. Упр.	50. 3. 1360 кДж. 4.	500	кДж.	Упр. 52.
3.	«81	ккал. 4. «3200 ккал. 5.	200 ккал; « 1300 ккал.	Упр. 54.	2. 6 про-
тонов и 6 нейтронов. Упр. 57. L 90 Кл. 2. 300 Кл. 3. 144 000 Кл. 4. «6 - 1018
электронов. Упр. 59. 1. 4 В. 2. 1 А. Упр. 60. 1. 5 Ом. 2. «290 Ом.
3. «25 Ом. Упр. 61. 1 2 А. 2. «130 В. 3. 15 000 Ом. Упр. 62. 1. Сопро-
тивление второго проводника в 8 раз больше, чем сопротивление первого.
2. «1,0 м. 3. «в 1,7 раза. 4. 60 В; «120 м. Упр. 63. 4. 150 м. Упр. 64.
1. 0,8 В; 1,2 В; 2 В. 3. 63,5 В. Упр. 65. 1. 5 Ом. 2. 1 А; 0,5 А; 1,5 А.
Упр. 66. 1. 10,8 кДж. 2. «260 Дж. Упр. 67. 1 « 76 Вт. 2. 660 Вт. Упр. 68.
1. 0,9 кВт • ч. 2. 72 к. Упр. 69. 1. 900 кДж.
ЗАДАЧИ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА
1.	На каком явлении основано вымачивание соленой сельди? Объясните,
как происходит перехо/i 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 движение их усиливается?
3.	Почему сливки на молоке быстрее отстаиваются в холодном помещении,
чем в теплом?
4.	Чтобы плотно закрыть стеклянный флакон, пользуются притертыми
пробками. Пробку и часть горлышка флакона гладко отшлифовывают в том
месте, где они соприкасаются. На чем основано применение таких пробок?
5.	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 опустите на дно каждого стакана по кусочку
грифеля от «химического» карандаша (или крупинку марганцовки). Поставьте
стаканы на прежние места. Через каждые 2 ч отмечайте положение границы
окрашенной и чистой воды в этих двух стаканах. На основании проделанного
опыта сделайте соответствующий вывод.
6.	Мокрое белье вывесили зимой на улицу. Почему после замерзания его
трудно разогнуть, сложить?
ДВИЖЕНИЕ И СИЛЫ
Механическое движение
7.	Трактор движется по грунту. Как перемещаются относительно грунта
верхняя и нижняя части гусениц трактора?
8.	Путь 18 км пешеход проходит за 5 ч, самолет —за 2 мин, реактивный
самолет —за 40 с. Рассчитайте средние скорости движения этих тел относи-
тельно Земли и сравните их.
9.	Мальчик наблюдал за работой находящегося от него на расстоянии
680 м лесоруба. Звук от удара топора по дереву мальчик услышал через
2 с после удара. Определите по этим данным скорость звука в воздухе.
10.	Путь в 60 км заяц-русак пробегает за 1 ч, а волк — за 1 ч 20 мин.
Рассчитайте и сравните скорости этих животных.
11.	Самое быстроходное млекопитающее животное — гепард. На корот-
ких дистанциях он может развивать скорость 112 — . Сравните скорость
гепарда со скоростью автомобиля, равной 30-^-.
12.	Первая космическая скорость (скорость, которую должно иметь тело,
чтобы стать искусственным спутником Земли) равна 8	. Какое расстоя-
ние пройдет за 1 мин ракета, летящая с такой скоростью?
13.	В 1937 г. советский самолет АНТ-25 (экипаж В. II. Чкалова) совер-
шил беспосадочный перелет из Москвы в США. За 63 ч 16 мин он про-
шел 9130 км. Найдите среднюю скорость полета.
298
14.	Советская космическая ракета в-полете от Земли до Луны прошла
путь, равный 410 000 км, за 38,5 ч. Определите среднюю скорость ракеты.
15.	Моторная лодка за первые 5 мин движения прошла 2 км, за сле-
дующие 12 мин — 5,5 км и за последние 3 мин — 900 м. Можно ли назвать
движение лодки равномерным? Определите среднюю скорость ее за все
время движения.
16.	Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 30	. Ка-
V
кой путь проходит Земля по своей орбите в течение 1 мин? 1 ч?
Масса тела
17.	При взаимодействии двух тележек (рис. 44) скорость одной из них
изменилась на 1	, а скорость другой — на 50	. Какая из тележек
имеет большую массу и во сколько раз?
1&	Пуля массой 10 г вылетела из автомата со скоростью 700 —у- .
Вследствие отдачи автомат приобрел скорость 1,6 —7— . Какова масса
автомата?
19.	Воздух представляет собой смесь различных газов: кислорода, во-
дорода, азота и других. Молекулы этих газов при своем движении стал-
киваются друг с другом. У каких молекул при столкновении скорости
будут изменяться одинаково и у каких неодинаково? Почему?
20.	Молекула водорода столкнулась с молекулой водяного пара. У ка-
кой молекулы при этом скорость изменилась больше? Во сколько раз?
Плотность
21.	Кубики одинаковой массы изготовлены: один —из древесины ели
(плотность 0,4'См~ ), другой —из древесины дуба. Какой из кубиков имеет
больший объем? Во сколько раз?
22.	На рисунке 373 изображены бруски одинаковой массы, изготовлен-
ные из меди, алюминия, олова, золота, свинца. Пользуясь таблицей
плотностей, определите, из какого вещества изготовлен каждый брусок.
23.	В мензурку налито 100 г воды. При помощи этой же мензурки
отмеряли такие же массы керосина, машинного масла, серной кислоты.
Сделайте рисунок и отметьте на нем уровни, до которых наливали эти
жидкости в мензурку.
24.	Масса камня равна 5,2 кг, его объем —2000 см3. Определите плот-
ность камня.
299
25.	Определите плотность бензина, если известно, что 35 т его зани-
мают объем 50 м3.
26.	Длина точильного бруска равна 30 см, ширина —5 см и толщина —
2 см. Масса бруска 690 г. Определите плотность вещества, из которого сделан
брусок (в -Цг И
27.	В аквариум длиной 40 см и шириной 20 см налита вода до высоты
35 см. Определите массу налитой воды. Какую массу имеет такой же объем
машинного масла?
28.	Сколько железнодорожных цистерн потребуется для перевозки 200 т
нефти, если объем каждой цистерны 50 м 3?
29.	Стакан вмещает 250 г воды. Какова масса налитого в этот стакан
меда?
30.	Масса пустой бутылки 460 г. Масса этой же бутылки, наполненной
водой, 960 г, а наполненной подсолнечным маслом —920 г. Определите по
этим данным плотность подсолнечного масла. (Плотность воды считать
известной.)
31.	Масса алюминиевой детали 300 г, ее объем 150 см3. Есть ли в этой
детали пустоты?
32.	Для каждой из мензурок, изображенных на рисунке 374, определите
цену деления. Каковы объемы воды, налитой в каждую мензурку? Чему
равна масса воды в мензурках?
33.	Определите по рисунку 375 объем тела, опущенного в мензурку.
34.	Размеры класса такие: высота 4,5 м, ширина 6 м, длина 9 м. Найдите
массу воздуха в классе.
35.	При изготовлении электрической лампы из нее откачали воздух так,
что масса оставшегося в лампе воздуха стала в 8 млн. раз меньше первона-
чальной. Как изменилась плотность воздуха? Как изменилось число молекул
в единице его объема?
36.	Поверхность жидкого воска, налитого в банку, горизонтальна. После
отвердевания в нем образовалась воронка. Как изменился при этом объем
воска, его масса и плотность? Как изменилось число молекул воска в единице
объема?
Инерция
37.	После вылета пули из дула ружья пороховые газы перестают на нее
действовать. Почему же движение пули продолжается?
38.	Чтобы столбик ртути в медицинском термометре опустился, термометр
«встряхивают» — двигают вниз, а затем резко останавливают. Какова причина
опускания столбика ртути?
306
39.	Все крупинки точильного камня двигаются вместе с ним по окружности.
Но как только крупинка отрывается от камня, ее движение становится прямо-
линейным (рис. 376). Почему?
40.	Для чего делают разбег при прыжках в длину?
41.	Необходимо быстро остановить мотоцикл. Почему для этого тормозят
обоими колесами? Что может произойти, если затормозить только передним
колесом?
Явление тяготения. Сила тяжести. Вес тел '
42.	Приведите примеры проявления силы тяготения.
43.	Масса одного из самых больших китов, добытых при их промысле,
150 т. Какова сила тяжести, действующая на такого кита?
44.	Чугунная деталь объемом 50 см 3 весит 3,43 Н. Определите плотность
чугуна.
45.	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 которой 2 г.
46.	Девочка купила 0,75 л подсолнечного масла. Какова масса этого
масла и его вес? (Плотность подсолнечного масла 0,926—~.)
см
47.	Что измеряют с помощью динамометра, изображенного на рисун-
ке 377? Начертите силу тяжести и вес гири.
48.	Изобразите графически силы, действующие на доску (рис. 54), если
масса сидящего на ней мальчика равна 40 кг.
49.	Кирпич массой 4 кг лежит на столе. Вычислите действующую на кир-
пич силу тяжести. Изобразите графически силу тяжести, вес кирпича и силу
упругости стола в масштабе 1 см — 10 Н. Какая из этих трех сил изме-
нится, если на кирпич сверху надавить рукой?
50.	Сила тяги автомобиля 1000 Н, сила сопротивления его движению
700 Н. Определите равнодействующую этих сил.
51.	Рабочий, масса которого 70 кг, держит груз массой 40 кг. С какой
силой он давит на землю? Изобразите эту силу графически.
52.	В гору поднимается прицеп. Тягач тянет этот прицеп с силой 7500 Н.
Сила трения равна 800 Н. Изобразите силу тяги и силу трения графически,
если угол наклона горы равен 10°. Найдите равнодействующую сил тяги и
трения.
Давление
53.	Два человека вскапывают землю лопатами разной формы (рис. 378).
Какому из них легче работать?
54.	Для чего у рюкзака делают широкие лямки?
55.	Нижнюю часть железнодорожного рельса делают более широкой,
чем верхнюю (рис. 379). Кроме того, под рельсы подкладывают шпалы.
С какой целью делают то и другое?
56.	На чем основан способ спасения человека, провалившегося под лед,
изображенный на рисунке 380.
57.	Человек нажимает сверху на лопату с силой 600 Н. Какое давление
оказываем лопата на почву, если ширина лопаты 20 см, а толщина ее режущего
края 0,5 мм?
1 При расчетах принимать g = 10 —
кг.
301
58.	Рассчитайте давление, оказываемое на стол гирей, масса которой
10 кг, а площадь основания 50 см 2.
59.	Чему равно давление на рельсы четырехосного вагона массой 60 т,
если площадь соприкосновения одного колеса с рельсом 10 см 2?
60.	Спортсмен, масса которого 80 кг, скользит на коньках. Какое давление
оказывает он на лед, если длина конька 40 см, а ширина лезвия 3 мм?
61.	Тяжелый танк, идущий по асфальтовой дороге, не разрушает асфальт.
Почему же он раздавливает кирпич, попавший под его гусеницу?
62.	Оса вонзает свое жало с силой 0,00001 И. Почему, действуя такой ма-
ленькой силой, она прокалывает кожу животного? Какое давление производит
жало на кожу, если площадь его острия равна 0,000 000 000 003 см 2?
63.	Масса слона равна 4000 кг. Площадь ступней его ног около 4 дм 2.
Какое давление производит слон на землю, когда он стоит?
64.	Сосуд разделен перегородкой пополам (рис. 381). В нижней части его
находится газ. Что произойдет с газом, если в перегородке появится отверстие?
Как изменится при этом масса газа, его плотность и давление?
65.	Электрическая лампа наполнена газом. После того как лампу включают,
давление газа в ней возрастает примерно в 1,5 раза по сравнению с холодным
состоянием лампы. Почему?
Трение
66.	Каково назначение насечек на губках тисков и плоскогубцев?
67.	Чем сильнее натянут приводной ремень, передающий движение от
шкива к шкиву, тем больше трение между ремнем и шкивом. Почему?
68.	Почему в процессе шлифовки трущихся поверхностей трение между
ними сначала уменьшается, а потом снова возрастает?
69.	Почему колеса нагруженного автомобиля буксуют на скользкой дороге
меньше, чем порожнего?
70.	Почему нужно беречь тормоза автомобиля или мотоцикла от попадания
в них масла?
71.	При каких условиях тепловоз может начать буксовать и какие меры
принимают для предупреждения этого?
Сила взаимодействия молекул
72.	Капроновая нить сечением 1 мм2 обрывается под действием силы
500 Н (например, веса человека, масса которого 50 кг). Какие силы преодоле-
ваются в месте разрыва нити?
73.	Известно, что между молекулами действуют силы притяжения.
Почему же две молекулы газа, столкнувшись, не слипаются, а разлетаются
в разные стороны?
Рис. 379	Рис. 380	Рис. 381
14.	Почему в качестве припоя или клея применяют вещества в жидком
состоянии?
75.	Народы Севера использовали раньше при постройке своего жилища
бруски льда, скрепляя их водой и снегом. На чем основано такое строи-
тельство?
76.	Укажите, какая из сил (сила тяготения, сила упругости, сила трения)
действует в следующих случаях: а) вода падает с плотины, б) автомобиль
останавливается при торможении, 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 изнашиваются.
ДАВЛЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Давление внутри жидкости и газа
77.	Человек может лежать на автомобильной камере, наполненной возду-
хом. Однако если тот же человек встанет -на камеру, то она может лопнуть
(рис. 382). Почему? Обязательно ли камера лопнет в том месте, где на нее
давит нога человека?
78.	Жидкости и газы передают производимое на них давление во всех
направлениях, а твердые тела — только в направлении действия силы.
Как объяснить это различие, основываясь на молекулярном строении жидкос-
тей, газов и твердых тел?
79.	Два сообщающихся сосуда с разными поперечными сечениями напол-
нены водой (рис. 99). Площадь сечения узкого сосуда в 20 раз меньше, чем
широкого. На поршень в узком сосуде поставили гирю массой 1 кг. Какой
груз надо поместить на поршень в широком сосуде, чтобы оба груза на-
ходились в равновесии?
80.	Одинаковое или различное давление испытывают два водолаза
(рис. 383), находящиеся на дне озера?
81.	В трубку с резиновым дном налита вода (рис. 111, 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.)
82.	Высота мензурки 20 см. Ее наполняют поочередно водой, керосином,
машинным маслом. Определите для каждой жидкости давление на дно мен-
зурки.
83.	В высокий цилиндрический сосуд до уровня 10 см налита ртуть,
сверху налито столько же по объему воды и затем столько же керосина.
Определите общее давление, оказываемое жидкостями на дно сосуда. Каково
давление жидкости на стенки сосуда на глубине 10 см? 20 см?
Рис. 382
Рис. 383
84.	Натренированный ныряльщик может погрузиться в море на глубину
20 м. Какое давление производит ла него вода? Чему равна сила давления воды
на его тело, если площадь поверхности тела составляет примерно 2 м2?
85.	Высота здания Московского университета 180 м. Какова разница давле-
ния воды в водопроводных кранах, находящихся в самом нижнем и самом
верхнем этажах?
Атмосферное давление
86.	При глубоком вдохе в легкие взрослого человека входит около 4 дм 3
воздуха. Определите массу этого воздуха.
87.	Определите массу воздуха в объеме вашей жилой комнаты. Каков вес
этого воздуха?
88.	Можно ли осуществить опыт Торричелли со стеклянной трубкой,
длина которой меньше 1 м? больше 1 м?
89.	Через воронку, плотно вставленную в горлышко бутылки, наливают
воду. Почему вода плохо проходит в бутылку? Почему, приподняв воронку,
мы устраняем это затруднение?
90.	Если поднимать поршень в трубке, нижний конец которой опущен в
воду, то вода будет подниматься за поршнем. Объясните, почему поднимается
вода. Какова наибольшая высота ее подъема? На какую высоту поднялись
бы при тех же условиях ртуть? керосин? Стала бы подниматься вода в трубке,
если бы поршень пропускал воздух?
91.	Приложенный плотно к губам кленовый лист разрывается, если
вдохнуть быстро воздух. Какая сила разрывает лист?
92.	Чтобы масло потекло из масленки, на ее донышко нужно нажать
пальцем (рис. 384). Почему? Какую роль здесь играет атмосферное давле-
ние? Имеет ли здесь значение закон Паскаля?
93.	На чем основано отсасывание воды стеклянной трубкой (рис. 385)?
Может ли вода при отсасывании подняться на высоту 1 м? 5 м?
94.	Кроме барометра-анероида, атмосферное давление можно измерить
ртутным барометром. Объясните устройство ртутного чашечного барометра
по рисункам 146 (см. с. 93) и 386.
Рис. 387
304
95.	Рассмотрите барометр-анероид, изображенный
на рисунке 150. Какова цена его деления? Каковы его
показания? Каковы могут быть причины того, что он
показывает давление, меньше нормального?
96.	Почему человек без специальной тренировки
плохо переносит пребывание на высоких горах?
97.	У самолетов, летающих на больших высотах,
и у космических кораблей двери и окна не пропуска-
ют воздух (герметичны). Для чего необходима такая
герметичность?
98.	Определите по рисунку 387, на сколько дав-
ление газа в сосудах А, В и С, измеренное ртут-
ным манометром, отличается от атмосферного давле-
ния. Укажите возможные причины того, что давление
в сосудах не равно атмосферному. Дайте объяснения,
используя знания о молекулярном строении вещества.
99.	Ученики измерили атмосферное давление в
подвале и на чердаке школы. Оно оказалось соответ-
ственно равным 753,5 и 752 мм рт. ст. Чему примерно
равна высота школьного здания?
100.	Вычислите примерную высоту телевизионной
башни в Останкино. Атмосферное давление у ее под-
ножия и у вершины определите по рисунку 388.
Архимедова сила. Плавание тел
10L Два равных по объему тела находятся в жид-
кости на разной глубине. Одинаковы ли выталкиваю-
щие силы, действующие на эти тела? (Плотность жид-
кости вследствие ее ничтожной сжимаемости считать
одинаковой на всей глубине.)
102.	На дне аквариума лежит камень, полностью
погруженный в воду. Изменится ли действующая на
камень выталкивающая сила при доливании воды в
аквариум (рис. 389).
103.	Мальчик поднял лежащий на дне ручья ка-
мень, но не смог вынести его на берег. Почему?
104.	Кусок стального рельса лежит на дне реки.
Его приподняли и поставили вертикально (рис. 390).
Изменилась ли при этом действующая на него вытал-
кивающая сила? Изменится ли она, если при подъеме
часть рельса окажется над водой?
Рис. 390
305
105.	Подвесьте на резиновой нити маленький флакон, наполненный водой
(флакон плотно закройте пробкой). Держа нить за свободный конец, опустите
флакон в сосуд с водой. Наблюдайте за изменением длины нити. Сделайте
вывод.
106.	Тело плавает в пресной воде, полностью погрузившись в нее. Как
будет вести себя это тело в керосине? в соленой воде?
107.	На рисунке 391 изображены три бруска, плавающие в пресной воде.
Определите, какой из этих брусков изготовлен из пробки, какой — из льда,
какой — из дерева. Ответ обоснуйте.
108.	Поплавок изготовлен из древесины, плотность которой в два раза
меньше плотности воды. Как будет располагаться этот поплавок в воде?
Сделайте рисунок.
109.	Массы кирпича и куска железа одинаковы. Какое из этих двух тел
легче удержать в воде? Почему?
ПО. Определите выталкивающую силу, действующую на тело объемом
10 см3, погруженное в воду, в керосин, в ртуть.
111.	Цепь выдерживает нагрузку 70 кН. Можно ли на этой цепи удержать
под водой гранитную плиту объемом 4 м3?
112.	На веревке равномерно поднимают из воды чугунную отливку прямо-
угольной формы. Размеры отливки: длина —4 дм, ширина —2 дм, высота —
1 дм. Какова сила натяжения веревки? Как изменится эта сила, когда отливку
поднимут в воздух?
113.	Пользуясь таблицей плотностей, укажите, какие вещества плавают
в воде и какие тонут в ней. Ответ обоснуйте.
114.	Площадь сечения теплохода на уровне воды в реке 5400 м 2. От приня-
того груза осадка парохода увеличилась на 40 см. Определите вес груза.
РАБОТА И МОЩНОСТЬ. ЭНЕРГИЯ
115.	В каком случае альпинист (рис. 392) производит механическую работу,
в каком — нет? Ответ обоснуйте.
116.	Подъемный кран поднимает груз массой 2 т на высоту 5 м. Определите
работу, совершаемую краном.
117.	Резец строгального станка действует на деталь с силой 750 Н. Чему
равна работа, совершаемая резцом при перемещении его на 120 см?
118.	При подъеме тела массой 15 кг совершена работа 60 Дж. На какую
высоту было поднято тело?
119.	Спортсмен, масса которого 70 кг, совершает прыжок на высоту
200 см за 0,4 с. Какую мощность он при этом развивает?
120.	Шагающий экскаватор выбирает за один прием 14 м 3 грунта и подни-
мает его на высоту 20 м. Масса ковша без грунта 2 т. Определите работу, соверша-
Рис. 391
Рис. 392
емую двигателем экскаватора по подъему грунта и ковша. Плотность
грунта 1500-^-.
121.	Лифт, масса которого с грузом 500 кг, за 40 с поднимается на высоту
30 м. Вычислите мощность, развиваемую двигателем лифта.
122.	Мальчик, масса которого 40 кг, поднялся на второй этаж дома
(рис. 393), расположенный на высоте 8 м. Чему равна работа, совершенная
мальчиком? Зависит ли совершенная им работа от того, поднимается он шагом
или бегом? Зависит ли от этого развиваемая им мощность?
123.	Мощный башенный кран может поднять груз массой 5 т. Если для
подъема груза двигатель крана развивает мощность 30 кВт, то в течение
какого времени груз будет поднят на высоту 20 м?
124.	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, дейст-
вующую на камень.
125.	Рычаг, изображенный на рисунке 394, а, находится в равновесии.
Останется ли он в равновесии, если к нему подвесить еще два равных груза,
как показано на рисунке 394, б? Останется ли рычаг в равновесии, если эти
два добавочных груза подвесить так, как показано на рисунке 394, в?
126.	Как при помощи линейки с миллиметровыми делениями и небольшой
гирьки, например 20 г, определить вес гайки или какого-нибудь другого неболь-
шого тела? Взвесьте тело этим способом и результат проверьте взвешиванием
на весах.
127.	Ведро с песком массой 20 кг поднимают при помощи приспособ-
ления, показанного на рисунке 395. С какой силой нужно тянуть за конец
веревки, чтобы поднимать ведро равномерно (без учета трения)? На сколько
метров нужно вытянуть конец веревки, чтобы ведро поднялось на 4 м?
128.	В стогометателе сноп сена массой 200 кг поднимают с помощью
подвижного блока. Какая сила прилагается к концу подъемного троса?
Сколько метров троса наматывается на барабан при подъеме сена на вы-
соту 7,5 м? Трение не учитывать.
129.	Ведра с водой подвешены на блоках, как показано на рисунке
396. Одинаковы ли массы воды в ведрах, если они находятся в равновесии?
130.	Какими видами механической энергии обладают следующие тела:
заведенная пружина часов; сани, катящиеся с горы; водяной поток, падаю-
щий с плотины; движущийся лифт; струя воды, вытекающая из шланга?
131.	На одной и той же высоте находятся деревянный и железный
бруски одинакового размера. Какой из брусков обладает большей потенциаль-
ной энергией.
132.	Могут ли два тела разной массы обладать одинаковой кинетиче-
ской энергией? При каком условии?
Рис. 394
Рис. 395
Рис. 396
133.	За счет какой энергии работают стенные часы с пружинным за-
водом?
134.	За счет какой энергии производят помол зерна на ветряной мель-
нице? на водяной мельнице?
135,	Ковочный молот массой 5 т поднимают на 2 м. Какая работа
совершается при подъеме молота? Каким видом энергии обладает он вверху
и в момент удара по детали и чему равна его энергия в эти моменты?
136.	Самый высокий шлюз Волго-Донского канала им. В. И. Ленина
находится на высоте 44 м от уровня воды реки Дона и 88 м от уровня
воды реки Волги. Какой энергией обладает вода, находящаяся в этом
шлюзе? Одинакова ли эта энергия относительно Дона и Волги?
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
О
Теплопередача и работа
137.	Броуновское движение (движение мелких крупинок краски, раство-
ренной в воде) является одним из примеров теплового движения. Какие
признаки его свидетельствуют об этом?
138.	В теплую комнату внесли с улицы пустую бутыль, закрытую
пробкой. Через некоторое время пробка выскочила из бутыли. Почему?
139.	Резиновый мяч упал с некоторой высоты. После удара о землю
он подскочил вверх. Какие превращения энергии произошли при этом?
Почему мяч подскочил не до того уровня, с которого он упал?
140.	Почему при обработке детали напильником деталь и напильник
нагреваются?
14L	Почему при скоростной обработке металла резец сильнее нагрева-
ется, чем при обычной?
142.	В алюминиевую и фарфоровую кружки налили кипяток. Почему
ручки кружек неодинаково нагреваются? Почему край алюминиевой кружки
обжигает губы, а фарфоровой — нет?
143.	Почему ватные пальто и меховые шапки предохраняют тело чело-
века и от мороза, и от сильной жары? При какой примерно температуре
в жару имеет смысл надевать такую одежду?
144.	Чтобы охладить кружку с молоком, ее поставили на лед. Почему
для скорейшего охлаждения молока его нужно перемешивать?
145.	Почему вспаханное поле сильнее нагревается солнечным излучением,
чем зеленый луг? Как перемещаются конвекционные потоки воздуха на
границе этих участков земли?
146.	Почему лицо человека, сидящего перед открытой топящейся печью,
сразу ощущает прохладу, если закрыть дверцу печки?
147.	Ученые работают над созданием специальных составов для по-
крытия оболочек искусственных спутников Земли. Эти покрытия изменяют
цвет при нагревании и охлаждении. При повышении температуры покры-
тие приобретает белый цвет, а при понижении — черный. Для чего нужно
покрывать оболочки спутников такими составами?
148.	В каком из ведер, выставленных на солнце, вода будет быстрее
нагреваться: в ведре открытом или ведре,закрытом стеклом?
149.	Найдите в таблице удельную теплоемкость воды. Подсчитайте
(устно) количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг воды на 2;
10 и 100 °C.
308
150.	Вычислите (устно) количество теплоты, необходимое для нагрева-
ния на 1 °C воды, масса которой 3; 4 и 10 кг.
15L	Какое количество теплоты необходимо для нагревания от 20 до
1120 °C стальной детали массой 30 кг?
152.	Какое количество теплоты пошло на нагревание от 10 до 20 °C
воздуха в комнате, объем которой 4X5X3 м (при условии, что не было
потерь тепла)? Удельная теплоемкость воздуха 0,24 ~
153.	На конце резца находится керамическая пластинка, масса которой
12 г. Во время скоростной обработки металла пластинка нагрелась на
1000 °C. Каким путем увеличилась внутренняя энергия пластинки? На сколько
джоулей увеличилась ее внутренняя энергия? Удельная теплоемкость ве-
А*
щества, из которого сделана пластинка, равна 590 кг. 6^ •
154.	Железный котелок массой 1,5 кг вмещает 2 л воды. Какое коли-
чество теплоты необходимо для нагревания котелка с водой на 80 °C?
155.	Сколько воды можно нагреть от 20 °C до кипения, сообщив ей
640 ккал тепла?
156.	Воздух в комнате (см. задачу 152) нагревался, получая тепло от
кирпичной печи. На сколько градусов остыла при этом печь, если масса
ее 800 кг?
157.	В ведро налито 5 л холодной воды, температура которой 9 °C.
Сколько кипятку нужно долить в ведро, чтобы получить теплую воду
температурой 30 °C?
158.	Во время работы стальное сверло нагрелось на 100 °C. Какое коли-
чество теплоты отдало сверло при охлаждении до прежней температуры,
если масса сверла равна 90 г? Какими путями увеличилась, а затем умень-
шилась внутренняя энергия сверла?
159.	При обработке стальной детали на шлифовальном станке была
совершена механическая работа, равная 575 кДж. 40% этой работы пошло
на нагревание детали, масса которой 10 кг. На сколько градусов нагрелась
деталь?
160.	Пользуясь таблицей, в которой дана теплота сгорания различных
видов топлива, подсчитайте (устно), какое количество теплоты выделится
при сгорании: а) 2 кг дров, б) 1,5 кг бурого угля, в) 1 т антрацита и
г) 500 г бензина.
16L Для нагревания воды в баке нужно затратить 10 000 ккал теплоты.
Сколько для.этой цели нужно сжечь: а) древесного угля, б) природного
газа, в) керосина?
162.	Для поддержания нормальной температуры в жилом помещении
необходимо передать ему в сутки 24 000 ккал тепла. На нагревание поме-
щения расходуется 30% от того тепла, которое выделяется при сгорании
топлива. Сколько дров нужно сжигать в течение суток в печи для под-
держания в помещении нормальной температуры?
163.	Сколько воды можно нагреть на 55 °C, передавая ей всю теплоту,
полученную при сгорании 1 кг керосина?
164.	На керосинке нагрели 2 л воды от 12 до 100 °C. При этом сгорело
50 г керосина. Какое количество теплоты получила вода и сколько его
выделилось при сгорании керосина? Почему не равны друг другу эти ко-
личества теплоты? Какую часть составляет теплота, использованная на
нагревание воды, от того количества теплоты, которое выделилось при
сгорании керосина?
309
Изменение агрегатных состояний вещества
165.	Какое количество теплоты нужно затратить, чтобы расплавить:
а) 500 г снега, температура которого 0 °C; б) 200 г нафталина, имеющего
температуру ВО °C; в) 10 кг олова, температура которого 232 °C? Удельная
теплота плавления нафталина 36	.
166.	Какое количество теплоты нужно затратить, чтобы превратить
2 кг снега, взятого при температуре 0°С, в воду с температурой 40 °C?
167.	Какое количество теплоты потребуется для расплавления: а) бруска
олова массой 2 кг, температура которого 12 °C; б) кусочка льда массой
50 г, имеющего температуру —10°C? Удельная теплоемкость олова
168.	В вагранке расплавили 1,5 т железного лома, первоначальная тем-
пература которого была 24 °C. Какое количество теплоты потребовалось
для этого? Сколько кокса нужно было сжечь, чтобы расплавить лом, если
из всего количества теплоты, выделившегося при сгорании кокса, 60% по-
шло на расплавление лома? Теплота сгорания кокса 7000 к^л- .
169.	Почему после дождя становится немного прохладнее?
170.	Почему в прорезиненной одежде труднее переносить жару, чем
в обычной?
171.	При сгорании сырых дров слышится треск. Почему?
172.	Какое количество теплоты потребуется для обращения в пар при
нормальном давлении: а) 200 г воды, взятой при температуре 100 °C;
б) 10 г спирта, взятого при температуре 78 °C; в) 2 г эфира, взятого при
температуре 35 °C?
173.	Какое количество теплоты нужно затратить, чтобы обратить в пар
при нормальном давлении: а) 0,5 кг воды, взятой при температуре 20 °C;
б) 100 г спирта, взятого при температуре 18 °C; в) 5 г эфира, взятого при
температуре 5 °C? Удельная теплоемкость эфира 0,56
174.	Температура куска льда массой 200 г равна 0°С. Какое количество
теплоты нужно затратить, чтобы лед расплавить, а полученную воду на-
греть до кипения?
175.	Водяной пар, температура которого 100 °C, конденсируется, и об-
разовавшаяся из него вода остывает до 0°С. Какое количество теплоты
выделяется при этом? Масса пара 1 кг. '
Тепловые двигатели
176.	Почему цилиндр двигателя внутреннего сгорания требует во время
работы охлаждения, а цилиндр, в который помещают паровую турбину,
нет?
177.	Для чего четырехтактный двигатель внутреннего сгорания снабжают
массивным маховиком? Почему четырехцилиндровый двигатель (двигатель,
состоящий из четырех цилиндров, соединенных между собой) может быть
снабжен маховиком меньшего размера?
178.	Тепловоз ТЭ-3 в течение 1 ч производит работу 8 000 000 кДж.
За это время он расходует 800 кг дизельного топлива, теплота сгорания
которого равна 4 • Ю7-^-. Определите КПД двигателя тепловоза.
310
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Строение атома
179.	Как определить знак заряда наэлектризованной гильзы, имея в
распоряжении палочку из плексигласа и кусочек меха?
180.	Чтобы передать часть заряда наэлектризованной стеклянной палочки
электроскопу, ученик прикоснулся этой палочкой к шарику электроскопа.
Другой ученик провел палочкой по шарику. В каком случае электроскоп
получит больший заряд? Почему? Ответьте на этот же вопрос для случая,
если заряд передается электроскопу с металлической палочки.
181.	Рассмотрите схему строения атома лития (рис. 256). Почему, не-
смотря на то что его ядро имеет электрический заряд, атом в целом
нейтрален?
182.	Ядро атома кислорода содержит 8 прогонов и 8 нейтронов. Сколь-
ко электронов содержится в атоме кислорода? В каком случае атом кис-
лорода обращается в отрицательный ион?
183.	При электризации соприкосновением часть электронов переходит
с одного тела на другое? Почему при этом очень мало изменяются массы
электризующихся тел?
184.	Два электроскопа соединены металлическим стержнем, в середине
которого есть ручка из изолятора (рис. 252). Как, имея в распоряжении
одну заряженную палочку, зарядить эти электроскопы разноименными за-
рядами? Опишите, как будут двигаться электроны во время зарядки элект-
роскопов.
185.	Есть ли в незаряженном теле электрические заряды? Чем отли-
чается заряженное тело от незаряженного?
Сила тока, напряжение, сопротивление
186.	Можно ли получить гальванический элемент, опустив в раствор
кислоты или соли две цинковые пластинки?
187.	На рисунке 397 изображена электрическая цепь. Начертите ее в
виде схемы, используя условные обозначения. В каком направлении дви-
жутся электроны по этой цепи?
188.	Начертите схему электрической цепи, состоящей из батареи и двух
ламп, каждую из которых можно включать независимо от второй.
189.	В больнице в комнате дежурной сестры находится электрический
звонок. Начертите схему цепи, дающую возможность включать звонок
больным, лежащим в трех разных палатах.
190.	Рассмотрите электрическую цепь, изображенную на рисунке 398.
Ответьте на вопросы: а) Каково направление тока в цепи и направление
движения электронов в ней? б) Чему равна цена деления амперметра и
Рис. 397
Рис. 398
какова сила тока в цепи? в) Какое количество электричества пройдет через
амперметр за 2 мин?
191.	Прохождение тока через раствор медного купороса сопровождается
выделением на одной из пластин чистой меди, а при прохождении тока
через медную проволоку не происходит переноса меди. Почему?
192.	Через раствор азотнокислого серебра пропускают ток, чтобы по-
лучить на катоде чистое серебро. Какие явления происходят при этом
в растворе? Как можно ускорить процесс выделения серебра на катоде?
193.	Определите, в какой из электрических цепей, изображенных на
рисунке 399, сила тока больше.
194.	Определите цену деления каждого из амперметров, изображенных на
рисунке 400. Определите показания амперметров.
195.	Какое количество электричества протекает через амперметр, изобра-
женный на рисунке 286, д, за 10 мин?
196.	У различных металлов в единице объема содержится разное число
свободных электронов. Сказывается ли это различие на величине удельного
сопротивления металла? Понему?
197.	Найдите в таблице удельное сопротивление железа. Подсчитайте
(устно), чему равно сопротивление железной проволоки сечением 1 мм2,
имеющей длину: а) 2 м, б) 10 м, в) 100 м.
198.	Вычислите (устно) сопротивление железной проволоки длиной 1 м
и сечением: а) 2 мм2, б) 4 мм2, в) 0,5 мм2, г) 0,01 мм2.
199.	На специальном станке проволоку протягивают так, что она.ста-
новится длиннее и тоньше в два раза. Как изменится ее сопротивление
в результате протягивания?
200.	Рассчитайте сопротивление медного провода, длина которого 9 км,
а площадь поперечного сечения 60 мм2
20L Вычислите и сравните сопротивления алюминиевого и нихромо-
вого проводников, если каждый имеет длину 10 м и сечение 0,2 мм2.
202.	Сколько метров никелиновой проволоки сечением 0,2 мм2 потре-
бовалось для изготовления ползункового реостата, имеющего сопротивле-
ние 30 Ом?
203.	В одну и ту же сеть включают различные бытовые приборы: лампу,
плитку, вентилятор и др. Почему через эти приборы проходит неодинаковой
силы ток?
204.	В сеть напряжением 120 В включены электрический чайник и
настольная лампа. Сопротивление спирали чайника 22 Ом, сопротив-
ление нити накала лампы 240 Ом. Чему равна сила тока в том и другом
приборе?
205.	Реостат изготовлен из никелиновой проволоки длиной 40 м и
площадью поперечного сечения 0,5 мм2. Напряжение на зажимах реостата
равно 80 В. Чему равна сила тока, проходящего через реоста •.
206,	. Электрическая лампа, сопротивление которой 240 Ом, горит
полным накалом при силе тока 0,5 А. Чему равно напряжение на зажи-
мах лампы?
207.	Определите напряжение на концах телеграфной линии протяжен-
ностью 200 км, если провода линии, изготовленные из железа, имеют
„сечение 12 мм2, а сила тока в проводах 0,01 А.
208.	Две лампы сопротивлением по 240 Ом каждая соединены после-
довательно и включены в сеть напряжением 220 В. Чему равна сила тока
в каждой лампе?
209.	Для елочной гирлянды взяты лампочки, каждая из которых имеет
сопротивление 20 Ом и потребляет ток 0,3 А. Сколько таких лампочек
нужно соединить последовательно в гирлянду, чтобы ее можно было вклю-
чить в сеть напряжением 220 В?
2101 Два проводника сопротивлением 5 и 20 Ом соединены параллельно
и включены в цепь напряжением 40 В. Чему равна сила тока в каждом
проводнике?
211.	Две электрические лампы сопротивлением 200 и 300 Ом соединены
параллельно.- Определите силу тока во второй лампе, если в первой сила
тока равна 0,6 А.
Работа и мощность тока
212.	Чему равна работа, совершенная за 10 мин электрическим током,
проходящим через лампу, если сила тока в цепи 0,5 А, напряжение на
лампе 127 В?
213.	Определите мощность тока в электрической лампе, которая при
напряжении 220 В потребляет ток 0,25 А.
214.	Электродвигатель сопротивлением 20 Ом включают в сеть напря-
жением 220 В. Определите работу тока в электродвигателе за 8 ч.
215.	Две электрические лампы мощностью 100 и 25 Вт соединены па-
раллельно и включены под напряжение 220 В. Чему равна сила тока в
каждой лампе? У какой из ламп больше сопротивление нити накала?
216.	Определите стоимость работы тока в течение 1 ч в следующих
бытовых электрических приборах: а) в утюге мощностью 300 Вт; б) в лампе
мощностью 60 Вт; в) в телевизоре мощностью 220 Вт. Стоимость 1 кВт - ч
равна 4 коп.
217.	Почему спираль электрической плитки нагревается сильнее в том
месте, где она тоньше?
218.	Какое количество теплоты выделится за 20 мин в электрическом
чайнике сопротивлением 100 Ом, включенном в сеть напряжением 220 В?
Какова масса воды, налитой в чайник, если она нагрелась за это время
от 20 °C до кипения?
Электромагнитные явления
219.	Как при помощи магнита отделить железные опилки от медных?
Почему это можно сделать?
220.	Из двух стальных игл одна намагничена. Как узнать, какая игла
намагничена, имея в распоряжении только эти две иглы?
221.	Как будут вести себя эти иглы, если их поместить на пробки,
плавающие в воде?
222.	Стрелка компаса отклоняется от своего первоначального положения,
если к ней подвести магнит. Будет ли она отклоняться при поднесении
к ней железного бруска? медного бруска?
ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ
ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
 
& 1 -и- ; 150	450	9. 340	10. 60 Лр-; 45 -*r- п Скорость
гепарда «31	12. 480 км. 13. «144 Лг- 14. « 11000	15. 7
16 1800 км; 108 000 км. 17. Масса второй дележки в два раза больше массы
первой тележки. 18. «4,4 кг. 20. Изменение скорости молекулы водорода
в 9 раз больше, чем молекулы воды. 21. Кубик, изготовленный из ели.
В 2 раза. 24. 2,6 -%. 25. 700 -Ц-. 26. 2300 -Ч-; 2,3 -рт. 27. 28 кг;
25,2 кг.	28.	5. 29. 350	г. 30. 0,92	31.	Есть. 32. 10 мл; I мл; 5 мл;
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.	34. «313 кг. 35. Уменьшилась	в 8 000 000 раз. 43. «1500 кН
44.	« 7	. 4S. « 900	Н; « 0,02 Н.	46.	695	г; « 7 И. 49. « 40 Н; изменится
сила упругости. 50. 300 Н. 5L « 1,1 кН. 52.6,7 кН. 57. 6 000 кПа. 58. « 20 кПа.
59. 75 000 кПа. 60. «670 кПа. 62. «3 • Ю10 Па. 63. 1 000 кПа. 79. 20 кг.
82. 2 кПа; 1,6 кПа; 1,8 кПа. 83. « 15,4 кПа; « 800 Па; 1,8 кПа. 84. « 200 кПа;
«400 кН. 85. « 1800 кПа. 86. «5 г. 93. Может. 99. 18 м. 100. «500 м.
108. Половина объема поплавка будет находиться в воде. 109. Кирпич.
1101 «0,1 Н; «0,08 Н; «1,36 Н. 111. Можно, вес плиты в воде «64 кН.
112. «480 Н; увеличится на 80 Н. 114. «21 600 кН. 116. «100 кДж.
117. 900 Дж. 118 «40 см. 119. «3,5 кВт. 120. «4 600 кДж. 121. «3,8 кВт.
122. «3200 Дж. 123. «30 с. 124. 1600 Н. 125. Не останется. Останется.
127. « 100 Н; 8 м. 128. « 1000 Н; 15 м. 129. Неодинаковы. 131. Железный.
135. « 100 кДж. 136. Неодинакова. 149. 8,4 кДж; 42 кДж; 420 кДж. 150. 12,6 кДж;
16,8 кДж; 42 кДж. 151. « 16 500 кДж. 152. «186 ккал. 153. «7100 Дж.
154 «730 кДж. 155. 8 кг. 156. « 1,3°С. 157. 1,5 кг. 158 1080 кал. 159. 46 °C.
1601 а) 5000 ккал; б) 4500 ккал; в) 7,5 • 106 ккал; г) 5500 ккал. 16L а) 1,25 кг;
б) -«0,95 кг;	в)	«0,91 кг.	161 32 кг. 163. 200 кг. 164	176 ккал; 550	ккал;
32%. 165, а) 40 ккал; б) 7,2	ккал;	в) 140 ккал. 166.	240 ккал. 167. а) 52	ккал;
б) 4,2 ккал.	168.	«350 000	ккал;	«83 кг. 172. а)	« 108	ккал; б) 2,04	ккал;
в) 170 кал.	1731	а) «310	ккал;	б) 24 ккал; в)	«500	кал. 174 36	ккал.
175. 639 ккал. 178. «25%. 190. 120 Кл. 194. 1,4 А; 3 А; 55 А. 197. а) 0,2 Ом;
б) 1 Ом; в) 10 Ом. 198 а) 0,05 Ом; б) 0,025 Ом; в) 0,2 Ом; г) 10 Ом.
199. Увеличится в 4 раза. 208 «2,6 Ом. 20L 1,4 Ом и 55 Ом. 202. 15 м.
204 «5,5 А; 0,5 А. 205. 2,5 А. 206. 120 В. 207. « 17 В. 208 /, =72«0,5 А.
209. 37 штук. 218 8 А и 2 А. 211. 0,4 А. 212. «38 кДж. 213. 55 Вт.
214 «19 кВт ч. 215. «0,5 А; «0,1 А. 216. а) 1,2 коп; б) 0,24 коп.;
в) 0,88 коп. 218 «580 кДж; «1,7 кг.
ПРЕДМЕТНО-ИМЕННОЙ
УКАЗАТЕЛЬ
Аккумулятор 203, 204, 218
Ампер 213, 259
Амперметр 214,215
Архимед 105, 106, 107, 108, 123, 129
Архимедова сила 106
Атмосфера 91
Атмосферное давление 91, 93—95,
97, 98
Атом 15, 194-197
Барометр-анероид 96, 97
Блок 120, 127, 128, 130
Броуновское движение 17, 18
Вес 48, 51
Весы 37, 38, 126, 127
Вещество 5
Взаимодействие тел 34—37
Воздухоплавание 113,114
Вольта 217
Вольтметр 218—220
Гагарин Ю. А. 9, 11
Галилей 5, 32, 33
Гальванометр 209
Г енератор электрического тока
272-275
Гидравлическая машина 73, 74
Гидравлический пресс 74, 75
Давление 64—67
—	газа 68—70
—	жидкости 79—82
—	нормальное атмосферное 98
Двигатели внутреннего сгорания
181-183
—	тепловые 180, 185
—	электрические 267—269
Движение механическое 24—27, 29
—	тепловое 139
Джоуль 244
Динамометр 52—54
Диффузия 16, 17
Единицы давления 65
—	количества теплоты 155
--электричества 213
—	массы 37
—	мощности 118,241
—	плотности 40,41
—	работы 116, 240, 243
—	силы 50
—	силы тока 213
—	скорости 27
— электрического напряжения 217
-- сопротивления 223
Жуковский Н. Е. 8, 10
Закон Джоуля — Ленца 244
—	Ома 225
—	Паскаля 71, 72
—	сохранения и превращения энер-
гии 162
Заряд электрический 186,188
—	делимость 192
«Золотое правило» механики 130
Излучение 151
Индукция электромагнитная 270
Инерция 32—34
Ион 197,206,207
Иоффе А. Ф. 192, 193
Испарение 172
Источник электрического тока 201
Кипение 176
Количество теплоты 154, 155, 244
—	электричества 211
Конвекция 147
Конденсация 172, 174
Королев С. П. 8,11
Коэффициент полезного действия
131, 185
Кулой 213
Курчатов И. В. 9, 11
Лампа накаливания 245
Ленц Э. X. 244
Лодыгин А. Н. 10, 246
Ломоносов М. В. 4, 8, 23
Магнит постоянный 259
Манометр жидкостный 99
—	металлический 99—101
Масса 36, 37
—	молекулы 39
Микрофон 263
Милликен 192
Молекула 14, 15
Мощность 118
—	электрического тока 241
Напряжение электрическое 216
Насос жидкостный поршневой 101
315
Нейтрон 197
Ньютон 46
Ом 225, 226
Паскаль 72, 85
Плавание тел 108, 109
Плавление 165
Плечо силы 121
Плотность 40, 41
Пневматические машины и инстру-
менты 77, 78
Подшипник 61
Поле магнитное 250
----Земли 261, 262
----катушки с током 253, 254
----постоянного магнита 260, 261
----прямого тока 251
— электрическое 190, 191
Полюс магнитный 253, 259, 260
Попов А. С. 8, 10
Правило буравчика 252
Предохранитель плавкий 248, 249
Прибор электронагревательный 246
Проводник электричества 189
Пройденный путь 24, 30
Протон 197
Работа механическая 115,116
— электрического тока 239, 240
Равнодействующая сил 55
Резерфорд 194, 195
Реле электромагнитное 258, 259
Реостат 232, 233
Рычаг 121-125
Сила 45
— взаимодействия молекул 62
— трения 57—61
— тяжести 46, 50, 51
— упругости 47, 48
— электрическая 190
Сила тока 211, 212
Скорость 26—29
Сложение сил 55, 56
Смачивание 63
Соединения проводников 233—238
Сообщающиеся сосуды 87, 88
Сопротивление электрическое 222,
223
— удельное 228, 229
Состояние агрегатное 164, 165
Телеграф электрический 256—258
Телефон электрический 263, 264
Тело кристаллическое 23
Температура кипения 176
— плавления 166
Теплоемкость удельная 156
Теплопередача 144
Теплопроводность 144—146
Теплота сгорания топлива 160
— удельная парообразования 177, 178
---плавления 168, 169
Ток электрический 200
----действия 208, 209
---- направление 210
----индукционный 271,272
Торричелли 94
Траектория 24
Турбина паровая 184
Турбогенератор 274
Уровень 78
Фарадей 270, 271
Физика 4
Физическая величина 6, 7
Физическое явление 4
Физическое тело 5
Цепь электрическая 204, 205
Циолковский К. Э. 8, 10
Шиллинг П. Л. 256
Электризация тел 186, 197
Электрификация 275—277
Электромагнит 255
Электрон 193, 194, 197, 213
Электростанция гидравлическая
276
— тепловая 276
Элемент гальванический 202, 203
Энергия 132, 133
— внутренняя 141, 142
— кинетическая 135
— потенциальная 133, 134
— превращения 135, 136, 140, 141
Эрстед 250
Яблочков П. Н. 10
Ядро атома 195—197
Якоби Б. С. 258, 268, 269
Якорь электродвигателя 268
ОГЛАВЛЕНИЕ
6 КЛАСС
Введение ....................... 3
1.	Природа и люди.......... —
2.	Чем занимается физика . .	4
3.	Тело, материя, вещество . .	—
4.	Наблюдения и опыты ...	5
5.	Физические величины. Изме-
рение физических величин	6
6.	Физика и техника ....
Первоначальные сведения о строе-
нии вещества ........	12
7.	Для чего нужно знать строе-
ние вещества............ —
8.	Строение вещества	....	—
9.	Молекулы............ 13
10.	Явление диффузии в газах,
жидкостях и твердых	телах	15
Броуновское движение........... 17
11.	Скорость движения молекул
и температура тела ....	18
12.	Взаимное притяжение и оттал-
кивание молекул............... 19
13.	Три состояния вещества . .	20
14.	Различие в молекулярном
строении твердых тел, жид-
костей и газов................ 22
Движение и силы................ 24
15.	Механическое движение . .	—
16.	Равномерное и неравномерное
движения ..................... 25
17?Скорость равномерного дви-
жения. Единицы скорости . .	26
18.	Средняя скорость неравно-
мерного движения ....	29
19.	Расчет пути и времени движе-
ния .......................... 30
20.	Инерция.................... 31
21.	Инерция в быту и технике	33
22.	Взаимодействие тел ....	34
23.	Масса тела. Единицы массы	36
24.	Определение массы тела на
весах......................... 37
25.	Масса молекулы............. 39
26.	Плотность вещества ...	—
27.	Расчет массы и объема тела
по его плотности.............. 42
28.	Выражение плотности веще-
ства через массу молекулы и
число молекул в единице
объема........................ 43
29.	Сила....................... 44
30.	Явление тяготения. Сила тя-
жести ....................... 46
31.	Сила упругости .....	47
32.	Вес тела .......	48
Невесомость...................... —
33.	Единицы силы................ 50
Сила тяжести на других планетах	51
34.	Динамометр.................. 52
35.	Сила — вектбрная величина .	54
36.	Сложение сил. Равнодейст-
вующая сил................... 55
37.	Сложение двух сил, направ-
ленных по одной прямой . .	—
38.	Сила трения .......	57
39.	Как измерить силу трения . .	58
40.	Трение покоя................ 59
41.	Трение в природе и технике .	60
42.	Силы взаимодействия моле-
кул ......................... 62
43.	Явление смачивания ....	63
44.	Давление.................... 64
45.	Давление в природе и технике	66
46.	Давление газа............... 68
47.	От чего зависит давление
газа........................ 69
Давление жидкостей и газов (гид-
ро- и аэростатика)........... 71
48.	Передача давления жидкостя-
ми и газами. Закон Паскаля.	.	—
49.	Гидравлическая машина . .	73
50.	Гидравлический пресс ...	74
Пневматические машины и инстру-
менты ...................... .	77
51.	Свободная поверхность жид-
кости ...................... 78
52.	Давление в жидкости и газе .	79
53.	Расчет давления жидкости на
дно и стенки сосуда ....	80
54.	Гидростатический парадокс.
Опыт Паскаля.................... 83
Давление на дне морей и океанов.	85
Исследование морских глубин . .
55.	Сообщающиеся сосуды . .	87
56.	Атмосферное давление ...	91
57.	Существование воздушной
оболочки Земли .....	92
58.	Измерение атмосферного дав-
ления. Опыт Торричелли . .	93
59.	Барометр-анероид ....	96
60.	Атмосферное давление на раз-
личных высотах .....	97
61.	Манометры................... 99
317
62.	Поршневой жидкостный
насос ......................
История открытия атмосферного
давления ....................
63.	Действие жидкости и газа на
погруженное в них тело . .
64.	Архимедова сила.........
Легенда об Архимеде..........
65.	Плавание тел............
66.	Плавание судов..........
67.	Воздухоплавание.........
Работа и мощность. Энергия . .
68.	Механическая работа. Едини-
цы работы ..................
69.	Мощность. Единицы мощно-
сти ........................
70.	Простые механизмы ....
71.	Рычаг. Равновесие сил на ры-
чаге .......................
72.	Применение рычагов в техни-
ке и быту...................
73.	Применение рычага в устрой-
стве весов .................
74.	Применение закона равнове-
сия рычага к блоку ....
75.	Равенство работы при исполь-
зовании простых механизмов.
«Золотое правило» механики
76.	Коэффициент полезного дей-
ствия механизма ............
77.	Энергия.................
78.	Потенциальная энергия . .
79. Кинетическая энергия . . .
80. Превращение одного вида
механической энергии в дру-
гой ........................
Энергия движущейся воды и ветра.
Гидравлические и ветряные дви-
гатели ......................
7 КЛАСС
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Теплопередача и работа ....
81. Тепловое движение . . . .
82. Превращение механической
энергии во внутреннюю
энергию......................
83.	Внутренняя энергия ....
84.	Способы изменения внутрен-
ней энергии тела............
85.	Теплопроводность . . . .
86.	Конвекция...............
87.	Примеры конвекции в при-
роде и технике .............
88.	Излучение...............
89.	Примеры использования теп-
лопередачи на практике . .
90.	Количество теплоты . . . .
101
102
104
105
107
108
111
113
115
117
119
121
124
126
127
128
131
132
133
135
137
139
140
141
142
144
146
148
150
152
153
91.	Единицы количества теплоты	155
92.	Удельная теплоемкость . .	156
93.	Расчет количества теплоты,
сообщенного телу при его
нагревании или выделяемого
пои его охлаждении ....	157
94.	Энергия топлива. Теплота
сгорания топлива............. 159
95.	Закон сохранения и превра-
щения энергии в механиче-
ских и тепловых процессах .	161
Использование энергии Солнца
на Земле........................ 163
Изменение агрегатных состояний
вещества ........................164
96.	Агрегатные состояния веще-
ства .......................... —
97.	Плавление и отвердевание
кристаллических тел ....	165
98.	График плавления и отверде-
вания кристаллических тел 166
99.	Плавление и отвердевание на
основе учения о молекуляр-
ном строении вещества . . .	167
100.	Удельная теплота плавления	168
101.	Выделение энергии при отвер-
девании вещества ..............169
102.	Примеры на расчет количест-
ва теплоты...................... 170
Литье металлов..................171
103.	Испарение и конденсация .	172
104.	Поглощение энергии при ис-
парении жидкости ....	173
105.	Конденсация пара ....	174
Холодильник.....................175
106.	Кипение...................... —
107.	Удельная теплота парообра-
зования и конденсации ...	177
108.	Примеры на расчет количест-
ва теплоты.....................179
Тепловые двигатели...............180
109.	Работа газа и пара при расши-
рении ... -..................... ~
ПО. Двигатель внутреннего сго-
рания .....................181
111. Паровая турбина.............184
112. КПД теплового	двигателя . .	185
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Строение атома...................186
113.	Электризация тел при сопри-
косновении. Электрический
заряд............................ —
114.	Два рода зарядов. Взаимодей-
ствие тел, имеющих заряды	187
115.	Электроскоп. Проводники и
непроводники электричества	188
116.	Электрическое поле ....	190
318
117.	Делимость электрического за-
ряда ............................191
118.	Опыты Иоффе и Милликена.
Электрон.........................192
119.	Опыт Резерфорда. Ядерная
модель атома.....................194
120.	Строение атомов............196
121.	Объяснение электризации тел 197
Сила тока, напряжение, сопротив-
ление ..........................200
122.	Электрический ток ....	—
123.	Источники тока.............201
124.	Гальванические элементы и
аккумуляторы....................202
125.	Электрическая цепь и ее со-
ставные части...................204
126.	Электрический ток в металлах 205
127. Электрический ток в электро-
литах ......................207
128. Действия электрического тока 208
129. Направление электрического
тока........................210
130.	Количество электричества и
сила тока.......................211
131.	Единицы силы тока и количе-
ства электричества ....	212
132.	Амперметр. Измерение силы
тока........................  .	214
133.	Электрическое напряжение .	215
134.	Единицы напряжения . . .	217
135.	Вольтметр. Измерение напря-
жения ..........................218
136.	Зависимость силы тока от на-
пряжения .......................220
137.	Сопротивление проводников.
Единицы сопротивления . .	221
138.	Закон Ома для участка цепи . 224
139. Расчет сопротивления про-
водника. Удельное сопротив-
ление . . . /...............227
140.	Примеры на расчет сопротив-
ления проводника, силы тока
и напряжения....................230
141.	Реостаты...................232
142.	Последовательное соедине-
ние проводников.............233
143.	Параллельное соединение
проводников.....................236
Работа и мощность электрического
тока............................239
144.	Работа	электрического	тока .	—
145.	Мощность электрического
тока............................241
146.	Выражение работы электриче-
ского тока	через	мощность .	242
147.	Нагревание проводников
электрическим током. Закон
Джоуля — Ленца..................243
148.	Лампа накаливания. Электри-
ческие нагревательные при-
боры . .  ......................245
149.	Короткое замыкание. Предо-
хранители ......................247
Электромагнитные явления . .	249
150.	Магнитное поле.............. —
151.	Магнитное поле прямого тока.
Магнитные линии.................251
152.	Направление тока и направле-
ние магнитных линий его маг-
нитного поля...............252
153.	Магнитное поле катушки с
током......................253
154.	Электромагниты........254
155.	Электрический телеграф	.	.	256
156.	Электромагнитное	реле	.	.	258
157.	Постоянные магниты. Маг-
нитное поле постоянных маг-
нитов ..........................259
158.	Магнитное поле Земли . . .	261
159.	Телефон....................263
160.	Сила, действующая на про-
водник с током в магнитном
поле. Вращение рамки	.	.	.	264
161.	Электродвигатель. Примене-
ние электродвигателей	.	.	267
162.	Явление электромагнитной
индукции...................269
163.	Генератор электрического
тока.......................272
164.	Электрификация СССР . . .	275
Лабораторные работы ....	278
Ответы к упражнениям .	297
Задачи для повторения ....	298
Ответы к задачам для
повторения......................314
Предметно-именной указатель . .	315
ИБ № 3333
Александр Васильевич Перышкин
Надежда Александровна Родина
ФИЗИКА
Учебник для 6—7 классов
Редактор
Л. С. Мордовцева
Переплет художника
Л. М. Чернышева
Художники:
В. А. Сайчук
Ю. А. Сайчук
Подписано к печати с диапозити-
вов 22.05.78. 60x90/16. Бумага офсет-
ная № 2. Тар. тайме. Печать офсет-
ная. Условн. л. 20,0+вкл. 0,5 +
+ форзац 0,25. Уч.-изд. л. 21,51 +
+ вкл. 0,67+форзац 0,27. Тираж
2 800 000(1 — 1200 000) экз. За-
каз № 361. Цена 50 коп.
Ордена Трудового Красного Знамени
издательство «Просвещение» Госу-
дарственного комитета Совета Мини-
стров РСФСР по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли.
Москва, 3-й проезд Марьиной ро-
щи, 41.
Художественный редактор
А.	В. Сафонов
Технические редакторы
В.	Ф. Коскина
И. В. Квасницкая
Корректоры
К. А. Иванова
Г. С. Попкова
Отпечатано с диапозитивов Ярослав-
ского полиграфкомбината Союзпо-
лиграфпрома при Государственном
комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и
книжной торговли на Калининском
ордена Трудового Красного Знамени
полиграфкомбинате детской лите-
ратуры им. 50-летия СССР Росглав-
полиграфпрома Госкомиздата Совета
Министров РСФСР. Калинин, про-
спект 50-летия Октября, 46.
СВЕДЕНИЯ О ПОЛЬЗОВАНИИ УЧЕБНИКОМ
№	Фамилия и имя ученика	Учебный год	Состояние учебника	
			в начале года	в конце года
1	у			
2				
3				
4				
5				
I.
К стр. 13.
К стр. 16.
II,Расположение атомов твердого золо-
та (снимок сделан при помощи
электронного микроскопа).
Фотография наиболее крупных мо-
лекул, сделанная при помощи элек-
тронного микроскопа.
Космический корабль (свыше 300 км).
Реактивный самолет (до 40 км).
ГЛУБИНЫ
Батисфера ОСА—3—600 (до 600 м). Человек с аквалангом (до 90 м).


VI-VIL ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
В ТЕХНИКЕ И БЫТУ
,4
.4J
1И1Ш1
lllllll
Winn
1111
jnill
______Illi
Ullin nil
iiiniiynii aaaH


(электробытовые при-
боры, электро-
двигатели, станок,
генератор, электровоз).
VIII. К стр. 138
Единицы массы
Основная единица — 1 килограмм (1 кг)
Кратные и дольные единицы
1 тонна (1 т)=1000 кг
1 грамм (1 г) = 0,001 кг
1 миллиграмм (1 мг) = 0,000 001 кг
Единицы плотности
Основная единица —
1 килограмм на кубический метр (1^т)
Кратные и дольные единицы
1 килограмм на кубический дециметр (1д^Г
1 грамм на кубический сантиметр (1
£э)=юоо£
сЪ)= 1 о°° £
Единицы давления
Основная единица—1 паскаль (1 Па)
Кратные и дольные единицы
1 килопаскаль (1 кПа)=1000 Па
1 миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.) = 133

Единицы работы и энергии
Основная единица — 1 джоуль (1 Дж)
Кратные и дольные единицы
1 килоджоуль (1 кДж) =1000 Дж
1 ватт-час (1 Вт • ч)=3600 Дж
1 киловатт-час (1 кВт - ч) = 3 600 000 Дж
Единицы мощности
Основная единица — 1 ватт (1 Вт)
Кратные и дольные единицы
1 киловатт (1 кВт)=1000 Вт
1 лошадиная сила (1 л. с.)=736 Вт
Единицы количества теплоты

Основная единица—1 джоуль (1 Дж)
Кратные и дольные единицы
1 килоджоуль (1 кДж)—1000 Дж
1 калория (1 кал) = 4,2 Дж
Единицы удельной теплоемкости вещества
Основная единица —
1 джоуль на килограмм-градус Цельсия (1^^)
Кратные и дольные единицы
1 калория на грамм-градус Цельсия (1 гТх)=
= 4200
Г\ I
Единицы теплоты сгорания топлива, удельной тепло-
ты плавления, удельной теплоты парообразования
Основная единица—1 джоуль на килограмм (1^)
Кратные и дольные единицы
1 калория на грамм (1 -~-)= 4 200 -^гж
1 килокалория на килограмм (12121) = 4 200^1
Единицы силы тока
Основная единица—1 ампер (1 А)
Кратные и дольные единицы
1 килоампер (1 к А) =1000 А
1 миллиампер (1 мА)= 0,001 А
1 микроампер (1 мкА) = 0,000 001 А


Единицы электрического напряжения
Основная единица—1 вольт (1 В)
Кратные и дольные единицы
1 киловольт (1 кВ)=1000 В
1 милливольт (1 мВ) = 0,001 В


Единицы электрического сопротивления
Основная единица — 1 ом (1 Ом)
Кратные и дольные единицы
1 мегом (1 МОм)=1 000 000 Ом
1 килоом (1 кОм)=1 000 Ом
СОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИ
БОЛЬШОЙ СКЛАД НА САЙТЕ
«СОЕТСКОЕ ВРЕМЯ»
SOVIETIME.RU