Відповіді до підручника: Стр.76

Перевір себе

1

Приклад виконання.

1. Гіпотеза.

Швидкість тіла змінюється тільки тоді, коли на нього діє неповністю скомпенсована сила (рівнодійна сил ≠ 0). Без дії інших тіл (або коли всі сили скомпенсовані) швидкість тіла не змінюється.

1. Обрані тіла.

Скейтборд (або візок) і учень, який його штовхає; горизонтальна рівна доріжка (асфальт, гладка підлога).

1. План дослідження.
2. Поставити скейтборд на доріжку, позначити стартову лінію.
3. Надати скейтборду короткий поштовх однієї й тієї самої сили (наближено однаковий) і виміряти час руху до повної зупинки та пройдений шлях (повторити кілька разів).
4. Повторити дослід на більш гладкій поверхні (наприклад, на підлозі в коридорі) або з підшипниковими коліщатами.
5. Порівняти швидкість і гальмівний шлях у різних умовах.

1. Спостережувані величини.

Швидкість (за відстанню і часом), час руху, пройдений шлях, напрям руху.

1. Як зменшити дію сил опору.

Проводити дослід на якнайгладкішій горизонтальній поверхні, використовувати колеса з підшипниками, не торкатися скейтборда під час руху, проводити дослід у приміщенні (менший опір повітря вітром).

1. Як наблизитися до ситуації «сили відсутні або скомпенсовані».

Обрати горизонтальну поверхню (сила тяжіння і сила реакції опори взаємно компенсовані), мінімізувати силу тертя, не штовхати дошку під час руху (після короткого імпульсу дія сили штовхання припиняється).

1. Схематичний опис малюнка досліду.

На скейтборд, що стоїть на горизонтальній поверхні, діють: сила тяжіння mg вниз, реакція опори N вгору (вони скомпенсовані), сила штовхання Fштовх уздовж руху, сила тертя Fтерт проти руху. Після поштовху залишаються тільки mg, N і Fтерт, яка спрямована проти швидкості і поступово зменшує її.

1. Результати й інтерпретація.

У досліді видно, що під час поштовху швидкість скейтборда швидко зростає (діє сила штовхання), а потім, коли штовхання припиняється, швидкість поступово зменшується через силу тертя. На гладкішій поверхні при тому самому поштовху скейтборд проїжджає більший шлях і довше рухається майже з сталою швидкістю, бо сила тертя менша.

1. Обмеження експерименту.

Неможливо повністю усунути тертя; важко забезпечити абсолютно однаковий поштовх у всіх серіях; поверхня може мати нерівності; час і відстань вимірюються з похибками.

1. Висновок.

Причиною зміни стану руху тіла є дія сил інших тіл: якщо рівнодійна сил ненульова, швидкість змінюється; якщо сили скомпенсовані, тіло рухається рівномірно прямолінійно або перебуває в спокої. У реальних умовах важко спостерігати рух без дії сил, бо завжди існують сили тертя, опору повітря та інші впливи, які повністю усунути неможливо.

2

Приклад: професія водія легкового автомобіля.

1. Професійні дії, де потрібні знання про рух.

Водій постійно обирає безпечну швидкість і дистанцію, оцінює гальмівний шлях, входить у повороти, обганяє, гальмує й розганяється залежно від дорожніх умов.

1. Які закони руху фактично застосовує.

Водій використовує на практиці рівномірний та рівнозмінний рух (зв’язок між шляхом, швидкістю, прискоренням і часом), ураховує дію сили тертя між шиною й дорогою, інерцію тіла й автомобіля, а також знання про імпульс і кінетичну енергію (чим більша швидкість і маса, тим важче зупинити авто).

1. Наслідки помилки в розумінні руху.

Якщо водій недооцінює гальмівний шлях або інерцію (наприклад, їде занадто швидко перед поворотом чи пішохідним переходом), це може призвести до аварії, травм людей, пошкодження автомобіля та майна.

3

1. Аналіз руху й гальмівного шляху.

Переведемо швидкість у СІ: v₀ = 72 км/год = 20 м/с.
Гальмування рівнозмінне до повної зупинки, тому використовуємо рівняння v² = v₀² + 2as, де v = 0, a = –5 м/с² (спрямоване проти руху).

0 = v₀² + 2as ⇒ sтеор = v₀² / (2a) = 20² / (2·5) = 400 / 10 = 40 м.
Отже, якби водій справді одразу почав гальмувати зі швидкості 72 км/год при прискоренні 5 м/с², гальмівний шлях мав би бути 40 м, а не 45 м. Тому за зафіксованим слідом 45 м можна зробити висновок, що його свідчення про «миттєве» гальмування не повністю достовірні (він або їхав швидше, ніж 72 км/год, або почав гальмувати не відразу після помічення перешкоди). При цьому перевищення дозволеної швидкості 90 км/год із цих даних однозначно не випливає.

1. Час до повної зупинки.

t = v₀ / a = 20 м/с : 5 м/с² = 4 с.
Отже, автомобіль гальмував до повної зупинки приблизно 4 с.

1. Як змінився б гальмівний шлях на мокрій дорозі.

На мокрій дорозі коефіцієнт тертя менший, тому гальмівне прискорення за модулем було б меншим, а з формули s = v₀²/(2a) видно, що при меншому a гальмівний шлях збільшується. Тобто на мокрій дорозі автомобіль проїхав би довший шлях до зупинки.