§ 4. Що таке рух та які бувають рухи

«Усе тече, усе змінюється», – писав давньогрецький філософ Геракліт. Усе, що нас оточує, постійно змінюється.

Різні зміни у природі, які описують закони фізики, називають фізичними явищами.

Що таке рух. У навколишньому світі всі фізичні тіла перебувають у русі або в стані спокою. Рух – це причина всіх змін у матеріальному світі.

Земля рухається навколо Сонця. Повітря, яке переміщується з одного місця в інше, створює вітер. Молекули води, які всмоктують корені рослин, рухаючись по стеблу, доходять до кожного листка. Кров рухається кровоносними судинами людини і багатьох тварин. За рахунок руху молекул речовини можуть змішуватися між собою. Рухається пішохід по дорозі, ліфт між поверхами будинку, шайба по льоду, ескалатор підіймає людину, будівельний кран – вантажі.

Який рух називають механічним. Найпростішим видом руху є механічний рух.

Механічний рух – це зміна положення тіла із часом у просторі відносно інших тіл.

Причиною руху одних тіл є взаємодія з іншими. Взаємодію двох тіл, у результаті якої одне або обидва починають рухатись, називають силою.

Отже, сила є причиною руху тіла. Предмети притягуються до землі за рахунок існування сили тяжіння. М’яч котиться по траві внаслідок удару по ньому з певною силою. Планети рухаються навколо Сонця за рахунок сили притягання, що діє з боку Сонця. На малюнку 9 зображено приклади механічного руху.

Мал. 9. 1. Авто, що рухається. 2. Цунамі. 3. Дерево гнеться від вітру. 4. Тварина, що біжить. 5. Рух клітин. 6. Рух планет

Чому рух відносний. Коли ти дивишся на нерухоме тіло, чи можеш абсолютно стверджувати, що воно перебуває у стані спокою? Уяви, що біля тебе стоїть однокласник/однокласниця і не рухається. Ти впевнено скажеш, що він/вона перебуває у стані спокою.

А тепер пофантазуймо. На твого однокласника/однокласницю дивиться мешканець нашого природного супутника Місяця. І що він бачить? Земля обертається, отже, все, що розташовано на Землі, також перебуває у русі, й однокласник/однокласниця також. Дивно! Щодо тебе однокласник не рухається, щодо спостерігача з Місяця – рухається. Цей приклад свідчить про те, що рух і стан спокою тіла залежать від того, звідки за цим тілом спостерігають.

Тіло, відносно якого ми розглядаємо рух чи стан спокою, називають тілом відліку. Залежність механічного руху і стану спокою від тіла відліку у фізиці називають відносністю руху.

Доведіть, що одне і те саме тіло може перебувати в стані спокою і водночас рухатись.

Що таке траєкторія. Які бувають види механічного руху. Деякі тіла, рухаючись, можуть залишати після себе слід, який відображає рух тіла. По формі сліду ми можемо визначити, як рухалось тіло. Такий слід має назву траєкторія.

Траєкторія може бути видимою і невидимою. Розглянь малюнок 10. На якому фрагменті зображено видиму траєкторію, а на якому – траєкторію невидиму?

Мал. 10. Рух літака (А) і м’яча (Б)

За формою траєкторії механічний рух можна поділити на прямолінійний і криволінійний.

Наведіть по черзі приклади тіл, які залишають під час руху видиму траєкторію, й тіл, які рухаються по невидимій траєкторії.

Розгляньте малюнок 11, на якому зображено різні траєкторії руху. До якого виду можна віднести рух за формою зображених траєкторій?

Мал. 11. Траєкторії руху

У природі часто трапляються рухи, що повторюються через однакові проміжки часу. Такий рух називають коливальним, або коливаннями. Наприклад: крила птахів, комах, які літають, листки дерев, які тріпотять від вітру. Також є рухи, коли тіла обертаються навколо нерухомої точки чи осі. Земля обертається навколо своєї осі, стрілки годинника обертаються по циферблату. Такі рухи називають обертальними.

Користуючись інтернет-ресурсами, знайдіть і запишіть коротко інформацію про «трасу Кондратюка». Обґрунтуйте, як це поняття пов’язане з темою уроку.

http://surl.li/esier

Коротко про головне

• Механічний рух – це зміна положення тіла із часом у просторі відносно інших тіл.
• Рух буває коливальний, обертальний. За формою траєкторії – прямолінійний і криволінійний
• Рух і стан спокою відносні, залежать від тіла відліку.

Перевіряємо себе

• 1. Які фізичні явища ти спостерігаєш по дорозі додому?
• 2. Ми спостерігаємо схід і захід Сонця. Чи справді Сонце рухається? Відповідь обґрунтуй.
• 3. Яку траєкторію під час руху по прямій дорозі описує центр колеса велосипеда?
• 4. Більшість автомобільних доріг мають криволінійну траєкторію. Чим, на твою думку, це можна пояснити?
• 5. Поділися враженнями від уроку, продовж речення: Сьогодні я дізнався/-лась. ; Я зрозумів/-ла, що. ; Виникли труднощі під час. ; Тепер я можу . .

Дорогою додому поспостерігайте за рухом різних фізичних тіл. Враженнями поділіться на наступному уроці.

Робота у фізиці – це що таке?

Робота у фізиці – це величина, яку знаходять шляхом множення модуля сили, що переміщає тіло, на відстань, на яку воно зрушило. У статті ми розглянемо ситуацію, коли тіло пересувається і залишається нерухомим. Дізнаємося формулу роботи та одиниці її виміру.

Сили, що діють на тіло

Уявімо собі, що у нас є нитка, на яку підвішено тіло. З боку нитки на нього діє сила упругості нитки, позначимо її F. Тіло нерухомо, припустимо, ми прикріпили нитку до штативу. Чи потрібно щось робити, щоб цей стан зберігався наскільки завгодно довго? Ні. Хоча на тіло діє сила, воно не рухається.

Робота у фізиці – це що таке? Перш ніж відповісти на це питання, розглянемо ситуацію. Припустимо, тіло рухається, але на нього не діють ніякі сили. Наприклад, якщо це кулька в далекому космічному просторі, далеко від усіх зірок і галактик. Тоді сила їх тяжіння буде зневажливо мала. Зобразимо схему.

Тіло перемістилося на деяку відстань s, але сила при цьому відсутня (F = 0). Чи необхідно робити які-небудь дії для того, щоб тіло продовжувало рухатися? Ні. Цей стан може зберігатися наскільки завгодно довго. Це рівномірний прямолінійний рух за відсутності сил, що діють на тіло.

Сила, що виробляє механічну роботу

А тепер принципово інша ситуація. Ми будемо піднімати ту ж кулю. На нього діє сила, вона докладена до тіла з боку мотузки. Величину переміщення кулі позначимо буквою s, а силу – F. Чи буде куля сама підніматися? Ні, щось має його піднімати. Наприклад, десь повинен працювати електродвигун. Але для того, щоб він працював, з греблі повинна падати вода, яка призводить до обертання турбіни, до якої підключений генератор. По лінії електропередач енергія повинна передаватися в двигун, а він – працювати і піднімати вантаж. Тобто переміщення не може реалізуватися саме по собі.

Фізики кажуть, що в перших двох випадках сила не виконує жодної механічної роботи. У третьому випадку робота виконується. Чим вона виробляється? Силою F. У фізиці робота – це величина. А раз так, то вона може змінюватися в більшу і меншу сторону. Неважко здогадатися, що якщо силу збільшити і переміщати тіло на ту ж саму відстань, то робота цієї сили буде більшою. Як можна збільшити силу? Наприклад, взяти кулю вдвічі важче. Тоді робота збільшиться вдвічі. Отже, робота сили пропорційна величині сили. Це закон.

Формула механічної роботи

Уявімо, що нам потрібно підняти все ту ж кулю не на 50 см, а на 100 см. Необхідно зробити роботу, щоб підняти її спочатку на першу половину дистанції, а потім на другу. Щоразу буде здійснюватися однакова робота, але загальна робота буде вдвічі більшою. Отже, робота прямо пропорційна відстані переміщення тіла. Тому фізики домовилися позначити величину F * s буквою А і назвати її роботою сили. Вираз F * s якраз і буде прямо пропорційно силі і переміщенню тіла.

A = F * s – це формула роботи у фізиці. A – шукана величина сили, докладеної до тіла, а s – шлях, пройдений тілом. Однак бувають ситуації, коли сила докладена до тіла, а воно не переміщується. У нашому третьому випадку тіло переміщується в тому ж напрямку, в якому докладена сила. Тому точніше буде сказати, що s – це переміщення тіла в напрямку дії сили. Сформулюємо визначення: робота у фізиці – це величина, рівна твору модуля сили на переміщення тіла в напрямку дії сили.

Одиниці вимірювання

Подивимося на визначальну формулу A = F * s. [А] = Н * м = Дж. Н – це ньютони, Джі Джоулі. Як зрозуміти, що з себе представляє 1 джоуль? Намалюємо схему, на якій зобразимо силу, що здійснює роботу в один джоуль.

На зображенні показано початкове і кінцеве положення тіла. Ми перемістили його на відстань 1 м. При переміщенні до тіла була докладена сила в один ньютон. А = 1 Н * 1 м = 1 Дж. Тобто один джоуль – це робота, що здійснюється силою в один ньютон при переміщенні тіла, на відстані 1 м в напрямку дії сили.

Один джоуль – це невелика робота. Щоб підняти кілограмову гирю на 10 см, потрібно зробити роботу в 1 джоуль. Щоб підняти її на метрову висоту, потрібно зробити роботу в 10 джоулів. Якщо говорити про роботу підйомних кранів, то вони піднімають тонни на десятки метрів. Тому використовують і інші одиниці вимірювання роботи: кілоджоулі, мегаджоулі тощо 1 кДж = 1000 Дж, 1 МДж = 10 ^ 6 Дж. Стрілку настінного годинника приводить в рухи мотор. Він робить роботу набагато меншу, ніж один джоуль. Її вимірюють у міліджоулях. 1 мДж = 0,001 Дж. Існують і мікроджоулі. 1 мкДж = 1 * 10 ^ -6 Дж.