Какое явление или свойство тел характеризует масса
Отношение величины силы, действующей на тело, к приобретенному телом ускорению постоянно для данного тела. Масса тела и есть это отношение.
| 1. | Масса=Сила/ускорение m=F/a |
Масса тела является неизменной характеристикой данного тела, не зависящей от его местоположения. Масса характеризует два свойства тела:
Инерция
Тело изменяет состояние своего движения только под воздействием внешней силы.
Тяготение
Между телами действуют силы гравитационного притяжения.
Эти свойства присущи не только телам, т.е. веществу, но и другим формам существования материи (например излучению, полям). Справедливо следующее утверждение:
Масса тела характеризует свойство любого вида материи быть инертной и тяжелой, т.е. принимать участие в гравитационных взаимодействиях.
Центр масс и система центра масс
В любой системе частиц имеется одна замечательная точка С- центр инерции, или центр масс, — которая обладает рядом интересных и важных свойств. Центр масс является точкой приложения вектора импульса системы , так как вектор любого импульса является полярным вектором. Положение точки С относительно начала О данной системы отсчета характеризуется радиусом-вектором, определяемым следующей формулой:
| (4.8) |
где — масса и радиус-вектор каждой частицы системы, M — масса всей
системы (рис. 4.3).
Импульс материальной точки, системы материальных точек и твердого тела.
Импульсом материальной точки называют величину равную произведению массы точки на ее скорость.
Обозначим импульс (его также называют иногда количеством движения) буквой . Тогда
. (2)
Из формулы (2) видно, что импульс — векторная величина. Так как m > 0, то импульс имеет то же направление, что и скорость.
Единица импульса не имеет особого названия. Ее наименование получается из определения этой величины:
[p] = [m] · [υ] = 1 кг · 1 м/с = 1 кг·м/с .
Момент импульса материальной точки относительно точки O определяется векторным произведением
, где — радиус-вектор, проведенный из точки O, — импульс материальной точки.
Момент импульса материальной точки относительно неподвижной оси равен проекции на эту ось вектора момента импульса, определенного относительно произвольной точки O данной оси. Значение момента импульса не зависит от положения точки O на оси z.
Момент импульса твердого тела относительно оси есть сумма моментов импульса отдельных частиц, из которых состоит тело относительно оси. Учитывая, что , получим
.
Если сумма моментов сил, действующих на тело, вращающееся вокруг неподвижной оси, равна нулю, то момент импульса сохраняется (закон сохранения момента импульса):
.
Производная момента импульса твердого тела по времени равна сумме моментов всех сил, действующих на тело:
.
Фундаментальные и нефундаментальные взаимодействия. Сила как мера взаимодействия тел. Свойства силы.
Фундамента́льные взаимоде́йствия — качественно различающиеся типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел.
На сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий:
— гравитационного
— электромагнитного
— сильного
— слабого
При этом электромагнитное и слабое взаимодействия являются проявлениями единого электрослабого взаимодействия.
Сила как мера взаимодействия тел
Сила — векторная величина, характеризующая механическое действие одного тела на другое, которое проявляется в деформациях рассматриваемого тела и изменении его движения относительно других тел.
Сила характеризуется модулем и направлением. Модуль и направление силы не зависят от выбора системы отсчета.
Понятие силы относится к двум телам. Всегда можно указать тело, на которое действует сила, и тело со стороны которого она действует.
Способы измерения силы:
-определение ускорения эталонного тела под действием данной силы;
— определение деформации эталонного тела.
Первый закон Ньютона
Первый закон Ньютона постулирует наличие такого явления, как инерция тел. Поэтому он также известен как Закон инерции. Инерция — это явление сохранения телом скорости движения (и по величине, и по направлению), когда на тело не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость движения, на тело необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным. Таким образом, говорят, что тела обладают инертностью. Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их текущего состояния. Величина инертности характеризуется массой тела.
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго.
Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона, называют инерциальными.
Или
Инерциальные системы отсчета – это системы, относительно которых материальная точка при отсутствии на нее внешних воздействий или их взаимной компенсации покоится или движется равномерно и прямолинейно.
18. Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО).
Современная формулировка
При подходящем выборе единиц измерения, этот закон можно записать в виде формулы:
где — ускорение материальной точки;
— сила, приложенная к материальной точке;
— масса материальной точки.
Или в более известном виде:
В случае, когда масса материальной точки меняется со временем, второй закон Ньютона формулируется с использованием понятия импульс:
В инерциальной системе отсчета скорость изменения импульса материальной точки равна равнодействующей всех приложенных к ней сил.
где — импульс точки,
где — скорость точки;
— время;
— производная импульса по времени.
Когда на тело действуют несколько сил, с учётом принципа суперпозиции второй закон Ньютона записывается:
или
Второй закон Ньютона действителен только для скоростей, много меньших скорости света и в инерциальных системах отсчёта. Для скоростей, приближенных к скорости света, используются законы теории относительности.
Нельзя рассматривать частный случай (при ) второго закона как эквивалент первого, так как первый закон постулирует существование ИСО, а второй формулируется уже в ИСО.
19. Третий закон Ньютона
Этот закон объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух тел. Первое тело может действовать на второе с некоторой силой , а второе — на первое с силой . Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Подчеркнём, что эти силы приложены к разным телам, а потому вовсе не компенсируются.
Современная формулировка
Материальные точки попарно действуют друг на друга с силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению:
Закон отражает принцип парного взаимодействия. То есть все силы в природе рождаются парами.
В обыденной жизни «масса» и «вес» для большинства людей — это зачастую взаимозаменяемые термины, но с точки зрения науки — это совершенно разные понятия, имеющие свои четкие определения.
Термины «вес» и «масса» имеют совершенно разные значения. Источник изображения: hellenicaworld.com
Итак, в чем же разница?
Что такое масса?
Масса — это количество материи, которое содержит объект. Однако, из-за двусмысленности, связанной с определением материи, такое определение вызывает много споров и критики. Более простым и понятным способом определения понятия массы является ее представление с точки зрения инерции.
Инерция объекта — это его свойство оставаться в состоянии движения или покоя до тех пор, пока какая-то внешняя сила не изменит этого состояния.
Чем больше масса, тем труднее перемещать или останавливать движение тела.
Масса характеризует инертность объекта. Источник изображения:studopedia.su
Одной из характерных оcособенностей массы объекта является то, что она постоянна, независимо от его положения в пространстве. Согласно закону всеобщего тяготения, два объекта притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. При этом сама сила гравитационного притяжения не влияет на величину массы этих объектов.
Так, например, камень массой 60 кг на Земле будет иметь массу 60 кг на Марсе, Юпитере или любом другом уголке нашей бесконечной Вселенной. Здесь мы не рассматриваем эффекты, описываемые специальной теорией относительности, когда масса изменяется при движении по релятивистским скоростям близким к скорости света. Рассмотрение этих эффектов выходит за рамки этой статьи.
Что такое вес?
Вес объекта указывает на то, насколько он тяжелый. Из-за этого вес и масса часто используются как синонимы. Однако, технически вес представляет собой силу, которую массосодержащий объект оказывает на другое тело исключительно под действием силы тяжести.
В то время как масса не зависит от силы тяжести, вес является воплощением этой силы. Поскольку вес является силой, его единицей измерения является ньютон.
Сила тяжести, действующая на тело, находящееся на поверхности Земли равна массе тела, умноженной на ускорение свободного падения (эта величина составляет 9,8 м/с2).
Закон Ньютона.
Для разных небесных тел величина ускорения свободного падения различна, так как она зависит от массы самого небесного тела. Например, на Луне ускорение свободного падения составляет 1,62 м/с2, поэтому все объекты на Луне весят приблизительно в шесть раз меньше, чем на Земле.
Масса и все астронавта на Земле и Луне.
Таким образом, астронавт массой 90 кг весит 90*9,8=882 ньютона на Земле, и он же будет весить 90*1,62=145,8 ньютонов на Луне. Если астронавт будет находиться на более массивном объекте, таком как Юпитер или Сатурн, то его вес будет намного больше.
Обратите внимание, что масса астронавта остается неизменной (90 кг).
Однако, весы на Луне показали бы вовсе не 90 кг. Почему?
Весы — это прибор, который измеряет массу объекта по силе взаимодействия поверхностей соприкасающихся тел (нас и Земли). Эта сила называется нормальной силой.
Весы измеряют нормальную силу, создаваемую Землей, но отрегулированы таким образом, чтобы отображать на шкале в 9,8 раз меньше, таким образом на весах показывается приблизительная величина массы тела (m=F/g)
Весы не работают в условиях невесомости и свободного падения. Источник изображения: dicasecuriosidades.net
Измерение массы весовой шкалой, откалиброванной по отношению к гравитации Земли, приведет к ошибочным результатам на Луне или Марсе. Также весы становятся бесполезными в условиях свободного падения или в невесомости, поскольку при свободном падении весы падают с тем же ускорением, что и мы, при этом действие нормальной силы отсутствует и весы не производят измерения.
Если Вам понравилась статья , поставьте лайк и подпишитесь на канал НАУЧПОП.Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!
Сила
1 этап Знакомство с обобщенным планом.
Задание 1:
Выберите верные ответы на
предложенные вопросы.
1.1) Что характеризует сила
1.
сила – величина, характеризующая действие одного тела на другое.
2. сила – величина, характеризующая инертность тела.
3. сила – величина, характеризующая изменение скорости по
направлению.
4. сила – величина, характеризующая изменение скорости по
величине.
1.2) По какому признаку определяют,
что к телу приложена сила
1. тело начинает двигаться равномерно.
2. тело изменяет направление движения.
3.
тело приобретает ускорение.
4. тело останавливается.
2) выберите правильное определение
силы
1. сила – это величина,
характеризующая действие одного тела на другое,
которое вызывает изменение скорости по направлению
2.сила –
величина, характеризующая действие одного тела на другое, которое вызывает
ускорение точек тела или его деформацию.
3. сила – это величина,
характеризующая действие одного тела на другое,
которое вызывает изменение скорости по величине.
4. нет верного варианта ответа.
3) выберите формулу для определения
силы, действующей на тело
1. F = m·х 3. F = m/х
2. F = m·а
4. F = m/а
4)
Какая это величина?
1. скалярная
2. векторная
5)
Единицы измерения.
1.
кг·м 3.
кг ·м/с2
2.
кг/м 4. кг ·м/с
6) С помощью какого прибора можно
измерить силу?
1. манометр 2.
динамометр 3. барометр
Задание 2: ознакомьтесь с обобщенным планом.
Обобщенный план для изучения физической величины – сила.
№ | Обобщенный план для изучения величины. | Характеристика физической величины – сила. |
1. | Явление или свойство тел характеризующее данной | сила – величина, |
2. | Определение величины. | сила – величина, |
3. | Формула, определяющая значение величины | F = m·а |
4. | Определение, какая это величина — векторная или | векторная |
5. | Единицы измерения данной величины. | кг ·м/с2 |
6. | Способы измерения величины | динамометр |
2 этап Усвоение и запоминание содержания отдельных пунктов
обобщенного плана.
Зfдание: решите задачи.
1. Явление или свойство тел характеризующее данной величиной.
Маневровый тепловоз массой 100 т
толкнул покоящийся вагон. Во время взаимодействия ускорение вагона было по
модулю в 5 раз больше ускорения тепловоза. Какова масса вагона?
1. 100т 3.
20т
2. 500т 4. 10т
2. Определение величины.
Равнодействующая всех сил, действующих на тело массой 10 кг,
равна 5 Н. Тело движется с ускорением
А) 0,4м/с2 Б)
0,5м/с2 В) 0м/с2 Г) 2,5м/с2
3. Формула, определяющая значение величины.
В данном задание программа позволяет ввести правильный ответ в
соответствующую клетку таблицы.
Заполните таблицу, где а ускорение, которое приобретает
тело массой m
под действием силы F.
а | ? «0,25» м/с2 | ? «2» м/с2 | 0.4 м/с2 | 2 м/с2 | 0,1 м/с2 | 5 см/с2 |
m | 8 кг | 3 г | 200 кг | 10 г | ?»200» | ?»20» т |
F | 2Н | 6 мН | ?»80»Н | ?»20»мН | 20 Н | 1кН |
4. Определение, какая эта величина — векторная или скалярная.
Найти равнодействующую трех сил по 200 Н каждая, если углы между
первой и второй ситами и между второй и третьей силами равны 600.
Вводится «
400 Н»
5. Единицы измерения данной величины.
Тело массой 5 кг, в результате действия на него силы приобретает
ускорение а = 7200 м/мин2. Определите эту силу, причем ее значение
получите в единицах измерения силы в системе Си.
Вводится «10» Н
6. Способы измерения величины.
Тело массой 200 г подвешено на пружине. Определите значение силы,
которую покажет динамометр.
Вводится « 2 Н»
3 этап Применение обобщенного плана.
Задание: решите задачи.
1. Явление или свойство тел характеризующее данной величиной.
Вагон массой 60т подходит к неподвижной платформе со скоростью
0,3 м/с и ударяется буферами, после чего платформа получает скорость 0,4м/с.
Какова масса платформы, если после удара скорость вагона уменьшилась до 0,2м/с?
Вводится « 15»т
2. Определение величины.
Трактор, сила тяги которого 15кН, сообщает прицепу ускорение
0,5м/с2. Какое ускорение сообщит тому же прицепу трактор развивающий
тяговое ускорение 60кН
Вводится «2»м/с2
3. Формула, определяющая значение величины.
Мяч массой 0,5 кг после удара, длящегося 0,02 с, приобретает
скорость 10 м/с. Найти среднюю силу удара.
Вводится «250» Н
4. Определение, какая эта величина — векторная или скалярная.
Моторная лодка движется с ускорением а = 2м/с2 под
действием трех сил: силы тяги двигателя F1 = 1000Н, силы ветра F2
=1000Н и силы сопротивления воды F3 = 414 Н. Сила F1
направлена на юг, сила F2 – на запад, а сила F3
противоположна направлению движения лодки. В каком направлении движется лодка и
чему равна е масса?
Вводится « на юго-запад»; « 500» кг.
5. Единицы измерения данной величины.
Тело массой 200 г, в результате действия на него силы приобретает
ускорение а = 3600 м/мин2. Определите эту силу, причем ее значение
получите в единицах измерения силы в системе Си.
Вводится « 0,2 »Н
6. Способы измерения величины.
1. Что покажут динамометры, если верхний динамометр опустить так,
чтобы груз объемом 0,2 дм3 оказался полностью погруженным в воду, но
не касался дна сосуда?
Вводится верхний «2»Н, нижний «10»Н
Урок по физике для 7 класса «Плотность вещества»
Зенкова Ю.Н.
(Свердловская обл.,
г.Краснотурьинск, Россия,
МАОУ «СОШ № 17»
school17-kt@yandex.ru)
Цель урока- введение новой характеристики вещества – плотности, рассмотрение её характеристик ( определение, формулы, единицы измерения, способы измерения).
Задачи урока:
Образовательная — организация активной деятельности учащихся, основанной на применение знаний о плотности вещества для объяснения физических явлений, происходящих в повседневной жизни, и решения экспериментальных задач;
Воспитательная – формировать у учащихся умения слушать ответ одноклассника, аккуратности в оформление записей в тетради и работе с физическими приборами;
Развивающая – развитие навыков самоконтроля, логического мышления, умения решать качественные задачи.
Оборудование: мультимедийный проектор; компьютер; тела разного объема, но равной массы; тела разной массы, но равного объёма; весы; разновесы; мензурка с водой; ареометр.
Ход урока:
1.Организационный этап (1 мин.)
Приветствие, проверка готовности учащихся к уроку.
2. Мотивационный этап (3 мин.)
а)Эпиграфом к уроку на доске записана русская пословица: «Мал золотник, да дорог».
Учащиеся дают объяснение её смысла. Что важен не размер, рост или возраст, а внутренние качества человека, его деятельность.
б) Задается детская загадка: что тяжелее килограмм гвоздей или килограмм ваты? Что больше в объёме килограмм гвоздей или килограмм ваты?
в) Учащимся предлагается положить на разные чаши уравновешенных весов тела равного объёма, но изготовленных из разных веществ. Замечая, что весы вышли из равновесия, учащиеся выдвигают гипотезы о различии веществ, из которых изготовлены тела.
Затем на уравновешенные весы кладутся тела очевидно разного объёма, но весы из равновесия не выходят. Учащиеся также делают вывод о различии веществ данных тел.
Сообщается тема урока – «Плотность вещества».
3. Этап изучения нового учебного материала ( 20 мин. )
Для изучения плотности используется план ответа о физической величине:
Явление или свойство тел, вещества, которое характеризует данная величина.
Определение величины.
Формулы, связывающие данную величину с другими.
Какая величина – скалярная или векторная.
Единицы измерения величины.
Способы измерения величины.
Чтобы грамотно объяснить все увиденные опыты, давайте «заглянем» во внутреннее строение тела и вспомним о строении вещества.
Из чего состоят вещества?
Что такое молекула?
Что вы знаете о размерах молекул?
Существуют ли различия в молекулярном строении твердых тел, жидкостей и газов?
Одинаковое ли число молекул воды, льда и водяного пара в 1 м3?
Одинакова ли масса 1 м3 воды, льда и водяного пара?
Действительно, для разных веществ масса единицы объёма вещества будет различной. И именно эту величину можно выбрать в качестве характеристики вещества, её называют плотностью вещества.
Плотность вещества – физическая величина, характеризующая вещество. Плотность определяется внутренним строением и массой частиц (атомов и молекул) вещества.
Определение плотности: плотность вещества – физическая величина, численно равная массе единицы объёма вещества.
Например, кусочек сахара-рафинада объёмом 1 см3 имеет массу 1,6 г. Значит, плотность сахара-рафинада 1,6 г/см3 (читается: 1,6 грамма на кубический сантиметр).
Допустим, нам известна масса некоторого вещества и его объём. Как вычислить плотность вещества? Сделать это несложно – для определения плотности вещества нужно рассчитать массу одного кубического метра или одного кубического сантиметра вещества.
Обозначим плотность вещества буквой ρ (буква греческого алфавита, читается «ро»), массу тела – буквой m, объём тела – буквой –V. Тогда формула для расчета плотности запишется в виде
Так как плотность вещества численно равна массе 1 см3 или 1 м3 вещества, то единицы измерения плотности – это 1 г/см3 и 1 кг/м3.
Следует помнить, что плотность одного и того же вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях различна.
В таблицах № 2,3,4 приведены плотности некоторых твердых тел, жидкостей и газов.
Для измерения плотности жидкости используется ареометр. Давайте измерим плотность воды и сравним ее с табличными данными.
4. Закрепление и обобщение (5 мин.)
1.Явление или свойство тел, вещества, которое характеризует данная величина.
Плотность вещества – физическая величина, характеризующая вещество. Плотность определяется внутренним строением и массой частиц (атомов и молекул) вещества.
2.Определение величины.
Плотность вещества – физическая величина, численно равная массе единицы объёма вещества.
3.Формулы, связывающие данную величину с другими.
4.Какая величина – скалярная или векторная.
Скалярная
5.Единицы измерения величины.
6.Способы измерения величины.
Ареометр (для жидкостей)
Контрольные вопросы (6 мин.)
Из двух разных металлов изготовлены одинаковые по размерам кубики. Взвешивание показало, что масса одного кубика больше массы другого в 3,3 раза. Одинакова ли плотность металла? Если нет, то во сколько раз отличаются плотности?
Три детали – медная, железная и алюминиевая – имеют одинаковые объёмы. Какая деталь имеет наибольшую массу, какая наименьшую? Пустот в деталях нет.
Кусок металла объёмом 250 см3 имеет массу 1750 г. что это за металл?
На чашки уравновешенных весов поставлены одинаковые стаканы. После того, как в один стакан налили молоко, а в другой – подсолнечное масло, равновесие весов не нарушилось. Объём какой из жидкостей больше?
5. Подведение итогов (4 мин).
Плотность – это физическая величина, очень важная с практической точки зрения.
1)Так, зная плотность древесины и её объём, можно рассчитать общую массу деревянных досок или брёвен. И тем самым определить, машина какой грузоподъёмности потребуется для их перевозки.
2)Зная, например, плотность и массу бензина, можно вычислить его объём. И тогда уже легко определить, какой вместимости цистерна потребуется для хранения топлива.
6. Домашнее задание (1 мин.)
§ 21, вопросы (устно); упр. № 7 (1-3 устно; 4,5 –письменно).
Творческое задание: определить плотность мыла, подсолнечного масла. Результаты оформить в виде лабораторной работы.
Используемая литература
1.Андрюшечкин С.М., Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват.организаций. – М.:Баласс,2014 г. (Образовательная система «Школа 2100»).
2.Перышкин А.В., Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений.- 10-е изд.,доп. – М.: Дрофа, 2006 г.
3.Тульчинский М.Е., Качественные задачи по физике, 7-8 класс,., 1972.