Инертность тела. 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? Из этого параграфа 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).

Узнаем, что такое инертность

Наверняка вы все играли в «квача». Вспомните момент, когда вам нужно было резко изменить направление или скорость своего движения: остановиться, разогнаться, свернуть. Удавалось ли вам сделать это мгновенно? Конечно нет! Вам приходилось за кого-то цепляться, делать до остановки несколько лишних шагов, тратить время на разбег и т. д.

Рассмотрим еще пример. Когда вы играете в спортзале с мячом, вам, кажется, что мяч, ударившись о пол, в тот же момент отскакивает от него. Но это не так! Если сфотографировать движение мяча в режиме скоростной фотосъемки, то увидим, что собственно удар мяча о пол длится некоторое время (рис. 15.2).

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).

Рис. 15.3. Проведите опыт по описанию рисунка.

Тело подвешено на тонкой нити, снизу к телу привязана такая же нить (а). Если за нить, привязанную к телу снизу, тянуть медленно, то в конце концов порвется верхняя нить (б). Если нить, привязанную к телу снизу, резко дернуть, то порвется только она — из-за инертности тело не успеет за время рывка набрать заметную скорость и разорвать нить, привязанную сверху (в)

Даем 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:

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 — ровно1 килограмм.

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

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 т₁ и т₂ — массы тележек; v₁ и и₂ — 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, т_х) известна, то можно определить массу второго тела (т₂):

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.

Подводим итоги

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

Масса тела (т) — 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).

Контрольные вопросы

1. Приведите примеры, подтверждающие, что для изменения скорости движения тела требуется время. 2. Дайте определение инертности.

3. Какие свойства тела характеризуются его массой? 4. Назовите единицу массы в СИ. 5. Опишите тело, которое является международным эталоном килограмма. 6. Назовите способы измерения массы тела. На каком свойстве тел основан каждый из них?

Упражнение № 15

1. Чтобы объехать препятствие, водитель автобуса повернул вправо. В какую сторону отклонятся пассажиры автобуса?

2. Масса стакана с соком составляет 340 г 270 мг. Определите массу налитого в стакан сока, если известно, что масса пустого стакана равна 150 г 530 мг.

3. С неподвижной лодки массой 180 кг спрыгнул мальчик. Скорость его движения — 4 м/с. Определите массу мальчика, если лодка приобрела скорость 1 м/с.

4. Примерно половина дорожно-транспортных происшествий происходит по вине пешеходов. О чем бы вы рассказали своим товарищам, чтобы убедить их всегда соблюдать правила дорожного движения?

5. На левой чаше уравновешенных весов лежит тело, массу которого необходимо измерить, а на правой — разновесы: два разновеса по 20 г, по одному разновесу 5 и 100 г и по одному разновесу 10, 20 и 200 мг. Определите массу тела и выразите ее в граммах.

6. Вспомните о чистке одеял двумя способами: выбиванием пыли и вытряхиванием резкими взмахами. На каком свойстве тел основаны эти два способа? Чем они отличаются с точки зрения физики?

7. Мир животных чрезвычайно разнообразен. Выберите для всех учащихся класса несколько групп животных (например, птицы, рыбы, насекомые, млекопитающие и т. д.) и, воспользовавшись дополнительными источниками информации, подготовьте сообщения о «рекордсменах» по массе в каждой из выбранных групп.

8. Выразите в килограммах массы тел: а) 5,3 т; б) 0,25 т; в) 4700 г; г) 150 г.

9. Выразите в граммах массы тел: а) 5 кг 230 г; б) 270 г 840 мг; в) 56 г 91 мг.

Экспериментальное задание

«Весы своими руками». Сделайте весы, использовав ученическую линейку, два пластиковых стаканчика, нитки (см. рисунок). В качестве разновесов возьмите разные монеты (их массы представлены в таблице). С помощью изготовленных вами весов определите массу нескольких небольших тел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Тема. Измерение масс тел способом взвешивания.

Цель: научиться работать с рычажными весами и определять с их помощью массы тел. Оборудование: рычажные весы; набор разновесов; два тела для взвешивания; два одинаковых стакана: один пустой, второй — с водой.

УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ Подготовка к эксперименту

Внимательно прочитайте правила взвешивания.

Правила взвешивания

1. Весы ставят перед собой, справа от весов располагают футляр с разновесами.

Учащиеся, у которых ведущая рука левая, футляр располагают слева. Соответственно следует действовать и далее.

2. До начала взвешивания весы необходимо уравновесить. Напоминаем! Чтобы уравновесить весы, на более легкую чашу следует положить полоски бумаги.

3. Взвешиваемое тело аккуратно кладут на левую чашу весов.

4. Разновесы вынимают из футляра специальным пинцетом и кладут на правую чашу весов.

5. Начинают взвешивание с разновеса, масса которого близка к массе взвешиваемого тела. Если окажется, что масса этого разновеса

больше массы тела, разновес ставят на его место в футляре, а на правую чашу весов кладут разновес меньшей массы. Если масса разновеса недостаточна для уравновешивания весов, добавляют разновесы меньшей массы до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

6. Уравновесив весы, определяют общую массу разновесов на чаше; с помощью пинцета возвращают разновесы в футляр.

7. Закончив взвешивание, проверяют, все ли разновесы положены в футляр и находятся на предназначенных для них местах. Напоминаем! На чашу весов нельзя класть влажные, грязные, горячие тела, наливать жидкости; порошки нужно насыпать на лист бумаги, уравновесив перед этим весы вместе с листом.

Эксперимент

Строго придерживайтесь инструкции по безопасности (см. форзац).

1. Четко соблюдая правила взвешивания, измерьте массу:

а) предложенных двух тел;

б) пустого стакана;

в) стакана с водой.

2. Результаты взвешиваний занесите в таблицу.

обработка результатов эксперимента

Определите массу воды в стакане как разность массы стакана с водой и массы пустого стакана.

Анализ эксперимента и его результатов

Сделайте вывод, в котором укажите: 1) какую физическую величину и с помощью какого прибора вы измеряли; 2) какие факторы повлияли на точность измерений; 3) масса какого тела измерена с наибольшей точностью.

творческое задание

Измерьте массу монетки. Что нужно сделать, чтобы получить как можно более точный результат?

Задание «со звездочкой»

Считая, что абсолютная погрешность измерения массы при взвешивании на учебных весах равна А т = 0,02 г, запишите результаты измерения масс предложенных тел в виде:

Это материал учебника Физика 7 класс Барьяхтар, Довгий