в чем проявляется инертность тел приведите примеры

В чем проявляется инертность тел приведите примеры

Инертность тела.

Мы уже говорили о явлении инерции.
Именно вследствие инерции покоящееся тело приобретает заметную скорость под действием силы не сразу, а лишь за некоторый интервал времени.

Инертность — свойство тел по-разному изменять свою скорость под действием одной и той же силы.

Ускорение возникает сразу, одновременно с началом действия силы, но скорость нарастает постепенно.
Даже очень большая сила не в состоянии сообщить телу сразу значительную скорость.
Для этого нужно время.
Чтобы остановить тело, опять-таки нужно, чтобы тормозящая сила, как бы она ни была велика, действовала некоторое время.

Именно эти факты имеют в виду, когда говорят, что тела инертны, т. е. одним из свойств тела является инертность.

Масса.

Количественной мерой инертности является масса.

Приведём примеры простых опытов, в которых очень отчётливо проявляется инертность тел.

1. На рисунке 2.4 изображён массивный шар, подвешенный на тонкой нити.
Внизу к шару привязана точно такая же нить.

Если медленно тянуть за нижнюю нить, то порвётся верхняя нить: ведь на неё действуют и шар своей тяжестью, и сила, с которой мы тянем шар вниз.
Однако если за нижнюю нить очень быстро дёрнуть, то оборвётся именно она, что на первый взгляд довольно странно.

Но это легко объяснить.
Когда мы тянем за нить медленно, то шар постепенно опускается, растягивая верхнюю нить до тех пор, пока она не оборвётся.
При быстром рывке с большой силой шар получает большое ускорение, но скорость его не успевает увеличиться сколько-нибудь значительно за тот малый промежуток времени, в течение которого нижняя нить сильно растягивается и обрывается.
Верхняя нить поэтому мало растягивается и остаётся целой.

2. Интересен опыт с длинной палкой, подвешенной на бумажных кольцах (рис. 2.5).
Если резко ударить по палке железным стержнем, то палка ломается, а бумажные кольца остаются невредимыми.

3. Наконец, самый, пожалуй, эффектный опыт.
Если выстрелить в пустой пластмассовый сосуд, пуля оставит в стенках правильные отверстия, но сосуд останется целым.
Если же выстрелить в такой же сосуд, заполненный водой, то сосуд разорвётся на мелкие части.
Это объясняется тем, что вода малосжимаема и небольшое изменение её объёма приводит к резкому возрастанию давления.
Когда пуля очень быстро входит в воду, пробив стенку сосуда, давление резко возрастает.
Из-за инертности воды её уровень не успевает повыситься, и возросшее давление разрывает сосуд на части.

Чем больше масса тела, тем больше его инертность, тем сложнее вывести тело из первоначального состояния, т. е. заставить его двигаться или, наоборот, остановить его движение.

Единица массы.

В кинематике мы пользовались двумя основными физическими величинами — длиной и временем.
Для единиц этих величин установлены соответствующие эталоны, сравнением с которыми определяются любая длина и любой интервал времени.
Единицей длины является метр, а единицей времени — секунда.
Все другие кинематические величины не имеют эталонов единиц.
Единицы таких величин называются производными.

При переходе к динамике мы должны ввести ещё одну основную единицу и установить её эталон.

В Международной системе единиц (СИ) за единицу массы — один килограмм (1 кг) — принята масса эталонной гири из сплава платины и иридия, которая хранится в Международном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа.
Точные копии этой гири имеются во всех странах.
Приближённо массу 1 кг имеет вода объёмом 1 л при комнатной температуре.
Легко осуществимые способы сравнения любой массы с массой эталона путём взвешивания мы рассмотрим позднее.

Источник

Содержание:

Во время равномерного прямолинейного движения тело движется с постоянной по значению и направлению скоростью. Скорость неравномерного движения изменяется со временем. Рассмотрим теперь явления, вследствие которых тело изменяет собственную скорость движения или её направление.

Наблюдение. Из повседневного опыта следует: чтобы тело пришло в движение (т. е. набрало скорость), на него должно подействовать другое тело. Например, лежащий на футбольном поле мяч, придёт в движение только тогда, когда на него налетит другой мяч или по нему ударят ногой (рис. 48). Но если на мяч не действуют другие тела, то он сам по себе не изменит собственную скорость, не придёт в движение относительно Земли.

Опыт 1. На одну из двух тележек, стоящих на рельсах, положили магнит, а на другую — стальной брусок (рис. 49). Под рельсами перекинута нить, которая своими концами закреплена позади каждой из тележек и не позволяет им сблизиться. Если нить пережечь, то тележки начинают двигаться навстречу друг другу, изменяя свою скорость от нуля до некоторого значения. Причиной изменения скорости тележек является притяжение между магнитом и железным бруском, т. е. взаимодействие между ними.

Опыт 2. Толкнём шарик, лежащий на горизонтальном столе, — он начнет равномерно двигаться по прямолинейной траектории. Положим на стол магнит перед шариком на расстоянии от линии его движения. Шарик вследствие взаимодействия с магнитом начнёт увеличивать свою скорость и отклоняться в сторону магнита, т. е. он изменит направление движения (рис. 50).

Опыт 3. Один конец пружины прикрепим к игрушечному автомобилю (рис. 51), другой — к стойке на краю стола. Потянем за автомобиль в сторону от стойки — начнётся взаимодействие руки с автомобилем и пружиной, в результате чего их скорости изменяются, а пружина растягивается. Отпустим машинку — теперь взаимодействуют пружина и автомобиль — пружина начинает сжиматься и двигаться с ним в обратном направлении. Во всех этих опытах взаимодействие тел приводит к изменению их скоростей.

При взаимодействии тел может изменяться скорость движения не только тел в целом, но и отдельных их частей. Это происходит, например, если мы сжимаем в руке теннисный мяч (рис. 52). Вследствие неодинакового перемещения отдельных частей мяч сжимается и деформируется (изменяет свою форму). Также изменяют свою форму и пальцы руки. На фотографии (рис. 53) показано, как пуля пробивает стальной лист.

В этом случае произошло взаимодействие пули с листом, в результате чего они деформировались, а пуля ещё и изменила свою скорость движения.

Вследствие взаимодействия тел они изменяют скорость и направление своего движения, а также деформируются.

Что такое инерция

Повседневный опыт подтверждает вывод, сделанный нами из предыдущих опытов: скорость и направление движения тела могут изменяться лишь при взаимодействии его с другим телом.

Рассмотрим случаи, когда тело в начале наблюдения уже находится в движении. Увидим, что уменьшение скорости движения и остановка тела не могут происходить сами по себе, а обусловлены действием на него другого тела.

Наблюдение 1. Вы, наверное, неоднократно наблюдали, как пассажиры, едущие в транспорте, вдруг наклоняются вперёд во время торможения или прижимаются к стенке на крутом повороте.

Наблюдение 2. Когда на уроке физкультуры вы пробегаете дистанцию 60 м, то стараетесь развить максимальную скорость. На финише уже можно не бежать, но вы не можете резко остановиться и пробегаете ещё несколько метров. Подобно этому автомобиль не может остановиться мгновенно, а движется ещё определённое время при отключённом двигателе или даже во время торможения. Поэтому нельзя перебегать улицу перед приближающимся автомобилем: водитель не сможет его резко остановить.

Опыт. Тележку с бруском на нём поставим на наклонную плоскость и отпустим (рис. 54, а). Она будет двигаться вниз, набирая скорость, но достигши преграды, резко остановится. Видим, что брусок, не связанный жёстко с тележкой, будет продолжать свое движение дальше (рис. 54, б). Из приведённых примеров видим, что все тела имеют свойство сохранять скорость и направление движения и не могут мгновенно их изменить в результате действия на них другого тела. Можно предположить, что при отсутствии внешнего воздействия тело будет сохранять скорость и направление движения как угодно долго.

Явление сохранения скорости движения тела при отсутствии действия на него других тел называют инерцией.

Явление инерции открыл итальянский учёный Галилео Галилей. На основе своих опытов и размышлений он утверждал: если на тело не действуют другие тела, то оно или находится в покое, или движется прямолинейно и равномерно. В этом случае говорят, что тело движется по инерции.

Инерция — это латинское слово, которое означает «недвижимость», «бездеятельность».

Явление инерции широко используют в технике и быту. Например, чтобы насадить молоток на ручку (рис. 55), нужно другим молотком ударять по торцу ручки или торцом ручки — по массивному неподвижному предмету.

Инертность тел и масса

Всегда ли одинаковый результат действия силы?

Результатом действия силы на тело является изменение его скорости или формы. Однако действие одной и той же силы не всегда сопровождается одинаковым эффектом. Он будет зависеть и от свойств тела, к которому приложена сила.

Разместим на полочке, закрепленной в штативе, два алюминиевых шарика (рис. 41). Упругую пластинку согнем, концы ее завяжем ниткой и введем между шариками. Если нитку перерезать, то пластинка распрямится и толкнет оба шарика, придав им определенные скорости. Измерив расстояния и на которые отлетели шарики, увидим, что они равные:

Если опыт повторить, поменяв один из алюминиевых шариков на стальной такого же диаметра (рис. 42), то расстояния, на которые сместятся шарики, будут различными:

Явление инерции

Физическое явление сохранения телом состояния покоя или равномерного прямолинейного движения называют инерцией (от латин. іnertia — неподвижность, бездеятельность).

Инерция — это явление сохранения скорости движения тела при отсутствии или скомпенсированности действий на него других тел. В физике движение тела в идеальных условиях (когда на тело не действуют другие тела) называют движением по инерции. В реальности невозможно создать условия, когда действие других тел отсутствует. Поэтому в повседневной жизни движением по инерции считают случаи, когда действие на тело других тел достаточно слабо и до заметного изменения скорости своего движения тело проходит значительный путь (рис. 14.8).

Действие одного тела на другое

Итоги:

Тело движется равномерно прямолинейно или находится в состоянии покоя только тогда, когда на него не действуют другие тела или действия других тел скомпенсированы.

Инерция — это явление сохранения скорости движения тела при отсутствии или скомпенсированности действий на него других тел. Если действия на тело других тел не скомпенсированы, то тело изменяет скорость своего движения по значению или направлению либо по значению и направлению одновременно.

Инертность тела и масса

Вспомните: вы заходите в автобус, все места заняты. Двери закрываются, автобус резко начинает движение, и вы должны приложить усилия, чтобы не упасть. Следующая остановка — и вы снова вынуждены цепляться за поручни, ведь автобус остановился достаточно резко. Почему что-то «толкает» вас вперед или назад? Вы узнаете, из-за какого свойства физических тел вы отклоняетесь назад, когда транспортное средство набирает скорость, и вперед — в момент его резкой остановки (см. рис. 15.1).

Что такое инертность

Вообще ни одно тело не может изменить скорость своего движения мгновенно. Говорят, что все тела «оказывают сопротивление» попытке измененить скорость их движения. В физике такое свойство тел называют инертностью. Инертность — свойство тела, которое заключается в том, что для изменения скорости движения тела в результате взаимодействия требуется время. Инертность тела проявляется тогда, когда мы пытаемся изменить скорость движения этого тела (см. рис. 15.1–15.3).

Определение массы тела

В результате одинакового воздействия одни тела изменяют скорость своего движения достаточно быстро, другие — намного медленнее. Например, чтобы с помощью весел придать определенную скорость легкой байдарке, нужно намного меньше времени, чем для придания такой же скорости тяжелой лодке. В таком случае говорят, что лодка более инерт­на, чем байдарка. Инертность тел характеризуется физической величиной — массой. Чем больше масса тела, тем больше времени нужно для изменения скорости его движения в результате одного и того же воздействия.

Масса тела — это физическая величина, которая является мерой инертности тела. Массу тела обозначают символом m. Единица массы в СИ — килограмм: [m]=кг. Кроме килограмма используют также другие единицы массы, например тонна (т), грамм (г), миллиграмм (мг):

Масса — это одна из основных единиц СИ, поэтому для нее существует эталон. Международный эталон килограмма был создан в 1880 г.*; его используют и сейчас. Эталон килограмма — это цилиндр, изготовленный из сплава платины и иридия (рис. 15.4). Масса цилиндра — ровно 1 килограмм.

Сначала в качестве эталона килограмма был принят 1 л чистой воды при температуре около +4 °C. Однако такой эталон был очень неудобным.

Международный эталон килограмма хранится во Франции, в Международном бюро мер и весов, расположенном в г. Севр (предместье Парижа). Эталон достают из хранилища не чаще одного раза в 15 лет. В Украине, в Национальном научном центре «Институт метрологии» (г. Харьков), хранится государственный эталон единицы массы 1 кг.

Измеряем массу тела взвешиванием:

Кроме инертности любое физическое тело имеет также свойство притягиваться к другим телам благодаря гравитационному взаимодействию *. Как вы уже, возможно, догадались, мерой гравитационного свойства тела также является масса. Именно на гравитационном свойстве тел основан самый распространенный способ измерения массы — взвешивание (рис. 15.5): чем больше масса тела, тем сильнее оно притягивается к Земле и поэтому сильнее давит на весы.

Подробнее об измерении масс тел взвешиванием вы узнаете при выполнении лабораторной работы № 6.

Еще об одном способе измерения массы:

Массу тела можно также измерить, основываясь на инертности тел. Поставим две тележки со сжатыми пружинами на гладкую горизонтальную поверхность (рис. 15.6, а). Распрямляясь, пружины придадут тележкам некоторые скорости. Если тележки приобретут одинаковые скорости и, соответственно, проедут до остановки одинаковое расстояние, то это означает, что их массы равны (рис. 15.6, б). Если одна из тележек, например тележка 2, приобретет меньшую скорость и, соответственно, проедет меньшее расстояние, то она имеет большую массу (рис. 15.7). При этом во сколько раз скорость движения тележки 2, будет меньше скорости движения тележки 1, во столько же раз масса тележки 2 больше массы тележки 1: где — массы тележек; — скорости движения, которые приобрели тележки в результате взаимодействия. Полученное равенство позволяет определить отношение масс взаимодействующих тел по измеренным скоростям движений, которые приобретают эти тела в результате взаимодействия. Если же при этом масса одного из тел (например, ) известна, то можно определить массу второго тела : На первый взгляд, способ измерения масс, основанный на инертности тел, неудобен, но он является единственным, если тела невозможно взвесить (например, элементарные частицы или космические тела)*.

В большинстве таких случаев в формулу подставляют не приобретенные телами скорости движения, а изменение скорости движения каждого тела в результате взаимодействия.

Итоги:

Инертность — это свойство тела, которое заключается в том, что для изменения скорости движения тела в результате взаимодействия требуется время.

Масса тела (m) — это физическая величина, которая является мерой инертного и гравитационного свойств тела.

Единица массы в СИ — килограмм.

Массу тела можно определить взвешиванием (этот способ основан на том, что масса является мерой гравитационного свойства тела), а также сравнив, как изменились скорости движения тел в результате взаимодействия (способ основан на том, что масса является мерой инертности тела).

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник

10 класс

§ 14. Инертность. Масса. Второй закон Ньютона

Инертность.

В рамках механики Ньютона сила однозначно определяет ускорение тела (материальной точки), но не его скорость. Другими словами, сила определяет не скорость, а то, как быстро она изменяется со временем. Поэтому покоящееся тело приобретёт заметную скорость под действием силы лишь за некоторый интервал времени. Даже очень большая сила не в состоянии сообщить телу сразу значительную скорость. Для того чтобы остановить тело, нужно, чтобы тормозящая сила, какой бы она ни была большой по величине, действовала некоторое время.

Именно эти факты имеют в виду, когда говорят, что тела инертны.

Инертность — свойство тела препятствовать изменению скорости под действием приложенной силы в инерциальной системе отсчёта.

Исследования физических явлений опытным путём

Приведём примеры опытов, в которых наглядно проявляется инертность тел.

1. Массивный шар подвешен на тонкой нити, а снизу к нему привязана точно такая же нить (рис. 3.13).

Если медленно тянуть за нижнюю нить, то, как и следовало ожидать, рвётся верхняя нить. Ведь на неё действует и вес шара, и сила, с которой мы тянем шар вниз.

Однако если за нижнюю нить очень быстро дёрнуть, то оборвётся именно она, что на первый взгляд достаточно странно. Но это легко объяснить. Когда мы тянем за нить медленно, то шар постепенно опускается, растягивая верхнюю нить до тех пор, пока она не оборвётся. При быстром рывке с большой силой шар получает большое ускорение, но скорость его не успевает увеличиться сколько-нибудь значительно за тот малый промежуток времени, в течение которого нижняя нить сильно растягивается. Поэтому именно она и обрывается, а верхняя нить растягивается незначительно и остаётся целой.

2. Интересен также опыт с длинной палкой, подвешенной на бумажных кольцах (рис. 3.14).

Если резко ударить по палке железным стержнем, то палка ломается, а бумажные кольца остаются невредимыми. Постарайтесь этот опыт объяснить самостоятельно.

Ускорение тела определяется действующей на него силой. Но оно зависит и от свойств самого тела. Можно без труда за несколько секунд разогнать лёгкую байдарку до большой скорости, но сделать то же самое с тяжело нагруженной лодкой будет невозможно. Приведём ещё один пример. Стоит отпустить тетиву лука, как лёгкая стрела в доли секунды разовьёт большую скорость. Попробуйте вместо стрелы взять кусок водопроводной трубы. Тот же лук сможет лишь едва сдвинуть её с места. Эти примеры показывают, что модуль ускорения тела зависит не только от оказываемого на него воздействия (т. е. от силы), но и от свойств тела.

Отсюда следует, что необходимо ввести величину, которая характеризовала бы способность того или иного тела менять свою скорость под влиянием определённой силы. Такой величиной в механике является масса тела. Чем она больше, тем меньше получаемое телом ускорение при действии на него заданной силы в инерциальной системе отсчёта.

Установленная нами ранее прямая пропорциональная зависимость между модулями ускорения и силы означает, что отношение модуля силы к модулю ускорения является постоянной величиной, не зависящей от силы:

Нагружая тележку гирями (см. рис. 3.9), можно заметить, что чем больше гирь на ней находится, тем медленнее она будет набирать скорость, т. е. тем меньше приобретаемое ею ускорение. В связи с этим для нагруженной тележки отношение F / α будет больше, чем для ненагруженной.

Физическую величину, равную отношению модуля силы к модулю ускорения, называют массой тела.

Масса — основная динамическая характеристика тела, количественная мера его инертности, т. е. способности тела приобретать определённое ускорение под действием приложенной силы в ИСО.

Для данного тела ускорение пропорционально силе, и коэффициентом пропорциональности является масса.

Второй закон Ньютона.

Введя понятие массы тела, сформулируем второй закон Ньютона.

Произведение массы m тела (материальной точки) на его ускорение равно векторной сумме всех действующих на тело сил.

Можно привести другую формулировку этого закона.

B ИСО причиной ускорения тела (материальной точки) является сила. Произведение массы тела на его ускорение равно векторной сумме всех действующих на тело сил в ИСО.

Справедливость второго закона Ньютона основывается не на результатах отдельных опытов, а на том, что все вытекающие следствия из данного закона, проверяемые как специальными опытами, так и всей человеческой практикой, оказываются правильными. Именно поэтому второй закон Ньютона является фундаментальным законом природы.

Если на тело (материальную точку) не действуют силы или их сумма равна нулю ( = 0), то относительно ИСО = 0, т. е. тело движется равномерно и прямолинейно. Однако это не означает, что первый закон Ньютона является следствием второго закона. В первом законе содержится утверждение о существовании ИСО. Второй закон Ньютона справедлив именно для этих систем отсчёта.

Измерение массы. Единицы силы и массы в СИ.

Используя второй закон Ньютона, можно вычислить массу тела, измерив независимо модули силы и ускорения:

Правда, на практике гораздо точнее и удобнее измерять массу с помощью весов.

Если измерить массы m₁, m₂, m₃ нескольких (например, трёх) тел, а затем соединить эти тела вместе и измерить массу т одного объединённого тела, то будет выполняться простое соотношение:

Справедливо и обратное утверждение: если разделить тело на части, то сумма масс этих частей будет равна массе тела до разделения. Это свойство массы часто называют аддитивностью. Аддитивность массы подтверждается результатами экспериментов.

Второй закон Ньютона содержит две динамические величины — силу и массу. Ни одну из этих величин нельзя выразить только через кинематические величины. C равным правом можно считать основной величиной как силу, так и массу. Выбрав для единицы одной из этих величин эталон, получают единицу для другой, используя второй закон Ньютона. Соответственно получают две различные системы единиц.

В настоящее время наиболее широко в физике и технике используется система единиц, в которой основной величиной является масса. При этом единица силы устанавливается на основе второго закона Ньютона.

В Международной системе единиц (СИ) массу тела измеряют в килограммах (кг). Ранее за эталон килограмма была принята масса цилиндра диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия). Этот эталон килограмма хранится в Международном бюро мер и весов в Севре (близ Парижа). Его точные копии имеются во всех странах. Приближённо массу 1 кг имеет 1 л воды при комнатной температуре.

Однако при сравнении эталона килограмма и его копий было обнаружено, что разница в их массах в среднем достигает 50 мкг за 100 лет. Наблюдаемое расхождение несущественно при бытовом использовании эталона массы. Но для дальнейшего развития техники измерений требуется более точный и стабильный эталон массы. В связи с этим в 2018 г. на 26-й Генеральной конференции по мерам и весам было принято решение об отказе от материального эталона килограмма. Теперь единицу массы определяют через фундаментальную физическую константу — постоянную Планка (с ней вы познакомитесь при дальнейшем изучении курса физики).

Вопросы:

1. В чём состоит свойство инертности тел? Приведите примеры опытов, которые демонстрируют инертность тел.

2. Какую физическую величину называют массой тела?

3. Сформулируйте второй закон Ньютона.

4. Является ли первый закон Ньютона следствием второго закона? Почему?

5. Как можно измерить массу тела?

6. Назовите единицы массы тела и силы в СИ.

Вопросы для обсуждения:

К центру шара приложена сила (рис. 3.15).

Куда движется шар? Первоначально шар находился в состоянии покоя.

2. За много лет до Ньютона Леонардо да Винчи высказал следующее утверждение: «Если сила ₁ за время t продвинет тело, имеющее массу m, на расстояние s, то: а) та же сила за это же время продвинет тело массой m / 2 на расстояние 2s; б) та же сила за время t / 2 продвинет тело половинной массы на то же расстояние s«. Верно ли это утверждение? Ответ обоснуйте.

Упражнения:

1. Масса канистры, заполненной керосином, равна 24 кг. Масса канистры, заполненной водой, составляет 29 кг. Определите массу пустой канистры.

3. Чему равна масса латунной отливки, если её деревянная модель, изготовленная из сосны, имеет массу, равную 4 кг?

4. На рисунке 3.16 показаны графики зависимости модуля ускорения а от модуля действующей силы F для двух тел (материальных точек).

На рисунке 3.17 представлены графики зависимости модуля ускорения α от массы m для двух тел. Как соотносятся между собой массы m₁ и m₂ тел (см. рис. 3.16), модули сил F₁ и F₂ (см. рис. 3.17)?

5. Полый стеклянный куб с ребром 5 см имеет массу 152,5 г. Чему равна толщина стенок куба?

Источник