ЧАСТИНА І. СИЛА. ВИДИ СИЛ

§ 16. Явище ІНЕРЦІЇ

Автомобіль мчить дорогою, у небі літає птах, куля для боулінгу котиться по доріжці. Завдяки чому триває кожен із цих рухів? Чи існує якась причина виникнення цих рухів? Чи потрібне взагалі щось, щоб підтримувати рух? Чому швидкість руху одних тіл змінюється, а інших — залишається незмінною? Спробуємо відповісти на ці запитання.

1Переконуємося, що тіла взаємодіють

Уповсякденному житті ми постійно стикаємося з різними видами впливу одних тіл на інші. Щоб відчинити двері, ми «діємо» на них рукою; від дії нашої ноги м’яч летить у ворота; навіть сідаючи на стілець, ми чинимо вплив на нього (рис. 16.1).

Рис. 16.1. Приклади взаємодії тіл

Водночас, відчиняючи двері, ми відчуваємо їхній вплив на нашу руку; дія м’яча на ногу особливо відчутна, якщо ми граємо у футбол босоніж; дія стільця не дозволяє нам упасти на підлогу. Тобто дія завжди є взаємодією: якщо одне тіло діє на друге, то й друге тіло діє на перше.

Проведіть дослід. Стоячи з товаришем на скейтах, легенько потягніть його за мотузку (рис. 16.2). З’ясуйте, хто з вас почне рухатися.

110

§ 16. Явище інерції

рухатися внаслідок взаємодії з рукою. А чи взаємодіяв м’яч із чимось до цього? Звичайно, так. Ви добре знаєте, що всі тіла, які перебувають поблизу Землі, взаємодіють із нею. І якщо «усунути» підлогу, то під дією притягання Землі м’яч відразу ж почне рух. А перебуває він у стані спокою тому, що дія Землі на м’яч скомпенсована (зрівноважена) дією підлоги.

Тіло перебуває в стані спокою, якщо дії на нього інших тіл скомпенсо-

вані (рис. 16.3, 16.4).

Рис. 16.6. Уявний експеримент Ґалілея. Коли кулька скочується жолобом униз, вона набирає швидкість; коли закочується вгору, сповільнює свій рух. Ґалілей поставив запитання: «Як буде рухатися кулька горизонтальним гладеньким жолобом, коли руху нічого не заважатиме?».

Відповідь була несподіваною: кулька рухатиметься прямолінійно з незмінною швидкістю

*Експеримент, що проводиться у вигляді міркувань, у фізиці називають уявним експериментом. Уявні експерименти дають змогу обґрунтовувати здогадки, що підтверджуються або спростовуються подальшими реальними експериментами.

111

Розділ 3. ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА. Частина І

Здійснимо уявний експеримент. Уявимо хлопчика, який мчить довжелезною горизонтальною ковзанкою (рис. 16.7). Якщо його ніхто не штовхає і не тягне, то, як підказує наш досвід, урешті-решт він має зупинитись. Але інтервал часу від початку руху хлопчика до його зупинки буде різним — залежно від зовнішніх умов. Якщо, наприклад, на льоду є намерзлий сніг, то учень проїде лише 2–3 м; якщо лід гладенький, не є межею і 20 м; а якщо хлопець стане на ковзани, він може «пролетіти» й сотню метрів.

Розмірковуємо далі. Уявимо, що «гальмування» немає зовсім, а хлопчик, як і раніше, не зазнає жодної дії ззовні. У цьому випадку уявний хлоп-

чик ковзатиме з незмінною швидкістю уявною ковзанкою як завгодно довго.

При цьому дія Землі та дія ковзанки, яка не дає хлопчикові «провалитися», зрівноважують (компенсують) одна одну.

Умова руху тіла з незмінною швидкістю відома в механіці як закон інерції:

Тіло рухається рівномірно прямолінійно або перебуває в стані спокою лише тоді, коли на нього не діють інші тіла або дії інших тіл скомпенсовані.

Інерція — це явище зберігання швидкості руху тіла за відсутності або скомпен­ сованості дії на нього інших тіл.

У фізиці рух тіла за ідеальних умов (коли на тіло зовсім не діють інші тіла) називають рухом за інерцією.

Однак у реальності неможливо створити умови, за яких дія інших тіл відсутня. Тому в повсякденні рухом за інерцією вважають випадки, коли дія на тіло інших тіл доволі слабка і до помітної зміни швидкості свого руху тіло проходить значний шлях. Наприклад, ми називаємо рухом за інерцією ковзання шайби по льоду після удару ключкою (рис. 16.8), але не називаємо так ледь помітне просування цієї шайби в купі піску, куди вона влучила.

112

Розділ 3. ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА. Частина І

3.За яких умов ковзаняр під час змагань рухається рівномірно прямолінійно? збільшує або зменшує швидкість руху?

4.Чи можна рух більярдної кульки після удару вважати рухом за інерцією? Поясніть свою думку.

5.Як приклад руху за інерцією учень навів рух Місяця навколо Землі. Обґрунтуйте або спростуйте його думку.

6.У космічному просторі немає від чого відштовхнутись, але космічні ракети успішно там літають, змінюючи швидкість свого руху та переходячи з однієї орбіти на іншу. Від чого «відштовхуються» ракети, щоб змінити швидкість свого руху?

7.Придумайте задачу за темою цього параграфа, розв’яжіть його та запропонуйте розв’язати своїм однокласникам.

8.Напишіть короткий твір на тему «Мій досвід, який підтверджує взаємодію тіл» (це може бути навіть вірш!). Оформте твір на окремому аркуші, додавши фото або малюнки.

9.Подайте в кілограмах і запишіть у стандартному вигляді такі маси тіл: 5,3 т; 0,25 т; 4700 г; 150 г; 1230 мг; 50 мг.

10.Перегляньте відеоролик. У яких сюжетах рух мультиплікаційних героїв можна вважати рухом за інерцією? Поясніть свою думку.

Експериментальні завдання

1.«Рух за інерцією». Підкладіть під ніжки вашого письмового стола шматок фанери, щоб поверхня мала невеликий нахил до горизонту. На поверхню стола покладіть тенісну кульку так, щоб вона скочувалася поверхнею. Потім легенько штовхніть кульку вгору по поверхні стола. Простежте рух кульки в обох випадках. За якого розташування поверхні стола кулька буде рухатися рівномірно прямолінійно? Дія яких тіл буде при цьому скомпенсованою?

2.«Реактивний рух». Рухаючись на скейті, киньте в напрямку, протилежному напрямку вашого руху, важке тіло. Як зміниться швидкість вашого руху? Що відбудеться в разі, якщо тіло кинути в напрямку вашого руху? перпендикулярно до руху? Поясніть результати досліду. Де можна застосувати (або вже застосовують) спостережуване явище?

Фізика і техника в Україні

Микола Миколайович Боголюбов (1909–1992) — видатний фізик і математик XX ст., академік, засновник наукових шкіл механіки та теоретичної фізики.

Уже в 13 років його знання математики й фізики можна було порівняти з повним університетським курсом. У 19 років він за­ хистив кандидатську дисертацію, а в 21 рік отримав науковий ступінь доктора математики без захисту дисертації.

У 1913–1950 рр. Микола Миколайович жив і працював у Києві, а з 1950 р. і до кінця свого життя — у Москві. М. М. Бо­ голюбов був засновником і директором Інституту теоретичної фізики АН України (Київ). Цей інститут зараз носить його ім’я.

В Академіях наук Росії, України і Міжнародному інституті ядерних досліджень засновані премії імені М. М. Боголюбова.

114