Явление инерции. Для описанного в учебнике опыта с гирей на нити используется специальная гиря массой 1 или 2 кг с крючками на верхней и нижней ее частях. Для проведения опыта нужно подобрать такую нить, прочность которой достаточна для удержания подвешенной гири, но при попытке поднять гирю за нить вверх легким рывком нить должна обрываться. Для предотвращения удара гири по руке экспериментатора при обрыве верхней нити гиря привязывается к стержню штатива прочным шнуром, который на 2—3 см длиннее верхней нити. Назначение шнура заранее должно быть разъяснено учащимся, чтобы они могли понять результаты опытов. Если в кабинете физики нет гири с крючками на верхней и нижней ее частях, то можно использовать набор грузов, прикрепив к основе груза снизу проволочную петлю. Такая петля необходима для того, чтобы нижняя нить прикреплялась к гире точно на отвесной прямой, проходящей через центр масс гири. Это позволит выполнить рывок так, что гиря останется неподвижной. При проведении опытов с гирей на нити желательно вовлечь учащихся в обсуждение предполагаемых результатов опытов и дать им возможность самим объяснить результаты и первого, и второго опыта. После выяснения смысла явления инерции полезно предложить учащимся привести примеры из повседневной жизни, в которых обнаруживается это явление. При желании можно выполнить еще несколько эффектных опытов, демонстрирующих явление инерции, например опыт с выдергиванием листа бумаги из-под стакана с водой на краю стола. Этот опыт можно провести следующим образом. На демонстрационном столе сначала поставить стакан с водой на полосу бумаги и показать, что при медленном движении полосы бумаги стакан вместе с ней движется по столу. После этого стакан ставят на бумажную полосу у самого края стола и предлагается попробовать выдернуть полосу бумаги, не коснувшись стакана и не разбив его. Самым надежным является следующий способ. Нужно взять в правую руку деревянную линейку длиной 30—40 см, левой рукой плотно зажать свободный край бумажной полосы и резко ударить ребром линейки посередине бумажной полосы. После выполнения опыта можно обсудить возможные объяснения результата опыта. При быстром выдергивании полосы бумаги она точно так же действует на стакан, как и при медленном ее движении. Но за короткое время стакан из-за явления инерции не может приобрести заметную скорость и почти не сдвигается с места. Для учащихся, желающих разобраться в этом опыте подробнее, необходимо более полно описать его. Пусть при медленном движении полосы бумаги стакан движется вместе с полосой и за секунду разгоняется до скорости 1 см/с. При резком ударе линейкой по полосе бумага выдергивается из-под стакана менее чем за 1/10 долю секунды. За такое время стакан может при таком же действии на него полосы бумаги разогнаться лишь до скорости в 10 раз меньшей, т. е. до скорости 1/10 см/с. При такой скорости за 1/10 с он пройдет путь лишь 1/100 см. Такое смещение стакана очень трудно заметить. Требует объяснения важная деталь. Если при быстром выдергивании полосы бумаги стакан приобрел хотя бы в 10 раз меньшую скорость, чем при медленном перемещении полосы, то вследствие явления инерции он должен продолжать движение в том же направлении и с некоторым опозданием все же упасть со стола. Почему же это не произошло? Движению по инерции препятствует трение о поверхность стола. При очень малой начальной скорости стакана его тормозной путь до остановки очень мал. Инертность. Опыты с шарами для введения понятия инертности тела можно выполнить с двумя пластмассовыми шарами и одним стальным шаром. Однако при явном использовании шаров Б и В из различных материалов на вопрос о причине различия результатов опытов вполне естественно можно получить ответ, что причина в различии материалов. Таким образом, обсуждение уйдет в сторону от желаемого направления, и вернуть его в нужное русло будет не так легко. Избежать этого можно небольшой хитростью, обернув все три шара тонкой алюминиевой фольгой, чтобы внешне все шары были одинаковыми. Тогда опыт с весами для шаров Б и В объяснит, в чем различие их инертных свойств, и не надо будет обсуждать ошибочные гипотезы. Примером эффектного опыта, требующего применения нестандартного оборудования, может служить опыт с переламыванием палки, подвешенной на бумажных кольцах. Полезно при изучении этой темы решить, например, такие дополнительные задачи. Задача 8.1. При попытке автомобилиста быстро затормозить перед перекрестком автомобиль некоторое время продолжает движение с остановившимися колесами, оставляя след стертой резины на асфальте. Какой из приведенных вариантов ответа на вопрос о причине продолжения движения автомобиля при выключении двигателя и включении тормоза является правильным? 1) Действие скорости. 2) Действие воздуха. 3) Явление инерции. 4) Действие силы тяжести. Решение. При попытке автомобилиста быстро затормозить перед перекрестком автомобиль некоторое время продолжает движение из-за того, что он обладает инертностью, т. е. обладает свойством сохранять состояние движения. Автомобиль не может мгновенно перейти из состояния движения в состояние покоя, поэтому он движется некоторое время по инерции. Задача 8.2. На столе на лист бумаги поставлен стакан. Если медленно тянуть лист бумаги, то стакан движется вместе с ним по столу. Если же резко дернуть лист бумаги, то лист выдергивается из-под стакана, и он остается неподвижным на столе. Какое объяснение этого явления из приведенных считается правильным? 1) При быстром движении бумага действует на стакан с меньшей силой. 2) В этом опыте обнаруживается свойство инерции стакана. 3) Такой результат опыта невозможен, при более быстром движении бумаги стакан будет двигаться быстрее. 4) При быстром движении стакан встречается с большим сопротивлением воздуха, и этот встречный ветер останавливает стакан. Решение. При резком рывке листа бумаги воздействие на стакан очень кратковременно. Из-за свойства инертности стакан остается на месте. Если вы захотите проверить этот ответ в эксперименте, используйте тяжелый стакан, а лист выдергивайте горизонтально и резко. Задача 8.3. Имеются три тела А, Б и В. Тела А и Б имеют одинаковый объем, но тело А сильнее притягивается к Земле, чем тело Б. Тела Б и В одинаково притягиваются к Земле, но объем тела В больше объема тела Б. Какое из этих трех тел инертнее двух других? Выберите правильный ответ. 1) Инертнее двух других тело А. 2) Инертнее двух других тело Б. 3) Инертнее двух других тело В. 4) Тела А, Б и В одинаково инертны. 5) Инертность тел не зависит ни от объема тела, ни от его способности к притяжению к Земле. Поэтому по условию задачи нельзя определить, какое из тел инертнее. Решение. Свойство инертности тела и свойство притяжения к Земле взаимосвязаны. Более инертное тело сильнее притягивается к Земле, оно тяжелее. Выделим из условия задачи данные о том, как три тела притягиваются к Земле: тело А сильнее притягивается, чем тело Б; тело Б и тело В притягиваются одинаково. Поэтому тело А инертнее тел Б и В. |