ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. ЯВИЩЕ ІНЕРЦІЇ

Розділ 3 ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА

– Взаємодія тіл – Явище інерції – Інертність тіла – Маса тіла – Густина речовини – Сила – Сила тяжіння – Сила пружності – Закон Гука – Вага тіла – Невагомість – Динамометри – Вимірювання сил – Тертя – Сили тертя – Коефіцієнт тертя ковзання – Додавання сил – Рівнодійна сил “Тиск твердих тіл на поверхню – Сила тиску – Тиск рідин і газів – Закон Паскаля – Гідравлічні машини – Сполучені посудини – Атмосферний тиск –

Барометри – Манометри – Рідинні насоси – Виштовхувальна сила – Закон Архімеда – Умови плавання тіл

&22. ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. ЯВИЩЕ ІНЕРЦІЇ

У попередньому розділі ми розглянули рівномірний і нерівномірний рухи, кожен з яких за траєкторією може бути прямолінійним і криволінійним. Під час рівномірного прямолінійного руху тіло рухається зі сталою за значенням і напрямом швидкістю. А швидкість під час нерівномірного руху змінюється із часом. Розглянемо приклади випадків, унаслідок яких тіло змінює власну швидкість руху або її напрям.

Спостереження 1. Повсякденні спостереження підтверджують: для того

щоб тіло почало рухатися (тобто набуло швидкості), на нього має подіяти інше тіло. Наприклад, м’яч, що лежить на футбольному полі, почне рухатися тільки тоді, коли на нього налетить інший м’яч або по ньому вдарять ногою (мал. 95).

Мал. 95

Але якщо на м’яч не діють інші тіла, то він самостійно не змінить власної швидкості, не почне рухатися відносно Землі.

Дослід 1. На один із двох візочків, що стоять на рейках, поклали магніт, а на другий – сталевий брусок (мал. 96).

Нитка, причеплена позаду кожного з візочків, не дає їм змоги наближатися один до одного. Якщо перепалити нитку, то обидва візки почнуть рухатися назустріч один одному, змінюючи свою швидкість від нуля до певного значення. Причиною зміни швидкості є те, що магніт і залізний брусок притягуються один до одного, тобто взаємодіють між собою.

Дослід 2. Штовхнемо кульку, яка лежить на горизонтальному столі, – вона почне рухатися рівномірно прямолінійною траєкторією. Покладемо магніт попереду кульки на деякій відстані від траєкторії її руху. Бачимо, що внаслідок взаємодії з магнітом сталева кулька не тільки збільшуватиме власну швидкість, а й повертатиме в бік магніту, тобто змінить напрям руху (мал. 97).

Дослід 3. Один кінець пружини прикріпимо до іграшкового автомобіля (мал. 98), другий – до стояка на краю стола. Потягнемо за автомобіль у бік від стояка – унаслідок дії руки кінець пружини починає рухатися і вона розтягується. Якщо тепер відпустимо автомобіль, то розтягнута пружина почне стискатися і надасть йому руху у зворотному напрямі. На початку досліду взаємодіяли між собою рука й автомобіль з пружиною, унаслідок чого вони змінювали швидкість, а пружина розтягувалася. Потім взаємодіяли між собою автомобіль і пружина, у результаті чого вони змінювали власну швидкість, а пружина стискалася.

Під час взаємодії тіл може змінюватися швидкість руху не лише тіл у цілому, а й окремих їх частин. Це відбувається, наприклад, якщо тенісний м’яч взаємодіє з ракеткою.

Унаслідок неоднакового переміщення окремих частин м’яч стискається і деформується (змінює свою форму). Також змінює свою форму і ракетка.

Мал. 96

Мал. 97

Мал. 98

Мал. 99

На малюнку 99 показано, як коваль виготовляє деталь. У цьому разі відбувається деформація деталі і змінюється швидкість руху молота.

Унаслідок взаємодії тіл вони можуть змінити швидкість і напрям свого руху, а також деформуватися.

Отже, повсякденний досвід підтверджує висновок: швидкість і напрям руху тіла можуть змінюватися лише під час взаємодії його з іншим тілом.

Розглянемо випадки, коли тіло на початку спостереження вже перебуває в русі. Побачимо, що зменшення швидкості руху і зупинка тіла не можуть відбуватися самі по собі, а спричиняються дією на нього іншого тіла.

Спостереження 2. Ви, мабуть, неодноразово спостерігали, як пасажири, їдучи в транспорті, раптом нахиляються вперед під час гальмування або притискаються в бік на крутому повороті.

Спостереження 3. Коли на уроці фізкультури ви пробігаєте дистанцію 60 м, то намагаєтеся розвинути максимальну швидкість. На фініші вже не потрібно бігти, але ви не можете різко зупинитися, а ще пробігаєте кілька метрів.

Так само як і людина, автомобіль не може зупинитися миттєво, а рухається ще певний час, навіть при вимкненому двигуні або під час гальмування. Через те не можна перебігати вулицю перед автомобілем, що наближається: водій не зможе його різко зупинити.

Дослід 4. Візок з бруском на ньому поставимо на похилу площину і відпустимо (мал. 100, а). Він рухатиметься вниз, набираючи швидкість, але досягнувши перепони, різко зупиниться. Бачимо, що брусок, який не жорстко зв’язаний з візком, продовжуватиме свій рух далі (мал. 100, б).

З наведених прикладів випливає, що тіла мають властивість зберігати швидкість і напрям руху і не можуть миттєво його змінити внаслідок дії іншого тіла. Можна припустити, що за відсутності зовнішньої дії тіло зберігатиме швидкість і напрям руху як завгодно довго.

Явище збереження швидкості руху тіла за відсутності дії на нього інших тіл називають інерцією.

Явище інерції відкрив італійський учений Галілео Галілей. На основі своїх дослідів і міркувань він стверджував: якщо на тіло не діють інші тіла, то воно або перебуває у спокої, або рухається прямолінійно й рівномірно.

У цьому разі кажуть, що тіло рухається за інерцією.

Мал. 100

Мал. 101

Явище інерції широко використовують у побуті й техніці. Наприклад, щоб насадити молоток на ручку (мал. 101), потрібно іншим молотком стукати по торцю ручки, або торцем ручки – по масивному нерухомому предмету.

Прикладом руху за інерцією є також рух молекул газу – кожна молекула в інтервалі часу між двома послідовними зіткненнями з іншими молекулами рухається за інерцією.

Це цікаво знати

У Стародавній Греції високо цінувався гармонійний розвиток розумових та фізичних здібностей людини. Людина обов’язково повинна була вміти щось робити, створювати, творити, володіти знаннями. Більш пізні цивілізації майже не успадкували такого підходу до оцінки людини, але пам’ять про це збереглася у слові інерція. Це слово походить від латинського “аре” (з лат. – мистецтво, дар) та від’ємної частки. Стародавні греки вважали, що інертна людина, тобто людина без “арсу”, існує, а не живе. Тому слово “інертний” на той час почало застосовуватися до всього неживого. У стародавніх римлян слово “інертіа” (inertia) вживалося, коли йшлося про нерухомість, бездіяльність.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Наведіть приклади, які показують, що внаслідок взаємодії змінюється швидкість руху обох тіл.

2. Опишіть досліди, які показують, що тіла під час взаємодії деформуються.

3. Куля пробила дошку. Чи подіяла дошка на кулю? Чому?

4. На гладенькій льодяній доріжці ковзаняр кидає вперед чималу грудку льоду. Що при цьому відбуватиметься з ковзанярем? Чому?

5. Що таке інерція?

6. Хто відкрив явище інерції?

7. Як рухалося б тіло, якби зовсім не було опору рухові?

8. Чому не можна вмить зупинити поїзд, автомобіль, мотоцикл, що рухаються?