3. Занимательные опыты по физике

Но опыты в физике могу не только иллюстрировать различные физические процессы но и стимулировать познавательную активность и желание учиться. Так, например некоторые опыты предназначенные для проведения в школе на уроках по механике.

Инерция.

Интереснейшим подтверждением существования инерции служит обыкновенный волчок. Каждая частица волчка движется по окружности в плоскости, перпендикулярной оси вращения. По закону инерции частица в каждый момент времени стремится сойти с окружности на прямую линию, касательную к окружности. Но всякая касательная расположена в той же плоскости, что и сама окружность; поэтому каждая частица стремится двигаться так, чтобы все время оставаться в плоскости, перпендикулярной к оси вращения. Отсюда следует, что все плоскости в волчке, перпендикулярны к оси вращения, стремятся сохранить свое положение в пространстве, а поэтому и общий перпендикуляр к ним, т.е. сама ось вращения, также стремится сохранить свое равновесие, волчок как бы сопротивляется попытке его опрокинуть. Чем массивнее волчок и чем быстрее он вращается, тем упорнее противодействует он опрокидыванию.

Так же в лабораторных условиях можно проделать следующий эксперимент.

· Возьмем центробежную машину и укрепим на ней диск(сирену дисковую). На край диска поставьте свечу которую накройте коническим сосудом для демонстрации гидростатического парадокса. Сосуд закрепите на диске проволокой. Почему при вращении диска пламя свечи отклоняется от оси вращения?

Ответ: холодный, болие плотный воздух удаляется от оси вращения, а теплый, менее плотный, приближается, чем и объясняется отклонение пламени.

Сила тяжести давления

Силу тяжести с которой тела притягиваются к Земле, нужно отличать от веса тела. Понятие веса широко используется в повседневной жизни.

Весом тела называют силу, с которой тело вследствие его притяжения к Земле действует на опору или подвес. При этом предполагается, что тело неподвижно относительно опоры или подвеса. Пусть тело лежит на неподвижном относительно Земли горизонтальном столе. Систему отсчета, связанную с Землей, будем считать инерциальной.

Сила, с которой Земля или другая планета действует на все тела, находящиеся у ее поверхности, называется силой тяжес­ти. Сила тяжести прямо пропорциональна массе тела. Теперь вам ясно, почему тело, обладающее большей массой тяжелее, ведь его Земля притягивает с большей силой. Сила тяжести действу­ет на тело вертикально вниз. Изображается так же, как и другие силы

Для проверки теории можно использовать следующие опыты:

· Возьмем диск из метала(фанеры или пластмассы ) диаметром 10 см. по его размерам вырежем кусок бумаги. В одну руку возьмите бумажный диск, а в другую металлический (фанерный или пластмассовый) и предоставьте им возможность свободно падать с одной и той же высоты. Почему металлический диск упадет быстрее бумажного? Положите бумажный диск на металлический и дайте им возможность свободно падать. Почему в этом случае они падают одновременно?

Ответ: На каждый диск действует две силы: сила тяжести и сила сопротивления воздуха. В начале движения равнодействующая этих сил направлена в низ, больше для металлического диска, поэтому он будет двигаться с большим ускорением. Но с увеличением скорости сила сопротивления воздуха увеличится и станет равной силе тяжести. В итоге оба диска будут двигаться равномерно, но металлический диск – с большей скоростью. (Похожая ситуация возникает когда парашютист находится в состоянии свободного полета: выпрыгивая из самолета он имеет сравнительно небольшую скорость потом разгоняясь примерно до 50 м/с эти две силы уравновешиваются и он подает с постоянной скоростью).

Во втором случае сопротивление воздуха преодолеет только металлический диск, а сила тяжести сообщает телам равные ускорения в независимости от их масс.

· Возьмите два одинаковых по размерам и массе листа бумаги. Один лист скомкайте. Одновременно отпустите листы с одной и той же высоты. Почему скомканный лист падает быстрее?

Ответ: скомканный лист бумаги падает быстрее, так как на него действует меньшая сила сопротивления со стороны воздуха.

Сила трения.

Трение – один из видов взаимодействия тел. Оно возникает при соприкосновении двух тел. Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения, то такая же по модулю, но направленная в противоположную сторону сила действует и на второе тело. Силы трения, как и упругие силы, имеют электромагнитную природу. Они возникают вследствие взаимодействия между атомами и молекулами соприкасающихся тел.

Силами сухого трения называют силы, возникающие при соприкосновении двух твердых тел при отсутствии между ними жидкой или газообразной прослойки. Они всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям.

Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя. Сила трения покоя всегда равна по величине внешней силе и направлена в противоположную сторону

Вот опыт, показывающий, что происходит если действие силы трения мало.

· Возьмем шелковую нить. Привяжем ее конец узлами к какому-либо грузу и дерним за второй конец нити. Узлы развяжутся.

Или еще опыт более сложный для объяснения.

· Возьмем линейку и положим горизонтально на указательные пальцы рук. Не торопясь перемещаем пальцы к центру линейки. Почему линейка двигается то по одному, то по другому пальцу?

Ответ: Сила давления со стороны линейки на пальцы изменяется при движении. Стало быть изменяется и сила трения между пальцами и линейкой. Если один палец расположен ближе к центру то на него сила давления действует больше. Между ним и линейкой действует большая сило давления следовательно перемещается второй палец и т.д.

Закон Бернулли.

Согласно ему полное давление в установившемся потоке жидкости(газа) остается постоянным вдоль этого потока. Полное давление состоит из весового, статического и динамического давления. Из закона Бернулли следует, что при уменьшении сечения потока, из-за возрастания скорости, т.е. динамического давления, статическое давление падает. Закон Бернулли справедлив и для ламинарных потоков газа. Явление понижения давления при увеличении скорости потока лежит в основе работы различного рода расходомеров, водо и пароструйных насосов.

Данный опыт прямое следствие вышеизложенного закона.

· Возьмите стеклянную воронку вместимостью 80-100 см3, вставьте ее в отверстие резиновой пробки, находящийся на патрубке пылесоса. Включите пылесос и на ладони поднесите к воронке шарик от настольного тенниса (возможно, шарик внутри воронки надо будет приподнять). Хотя поток воздуха идет через воронку наружу, шарик поднимется к верхенй части раструба и прочно удержится там. Почему?

Ответ: Явление объясняется законом Бернулли. При продувании воздуха скорость его движения между стенками воронки и шарика больше чем у основания конуса. А где скорость меньше, там давление больше. Следовательно, давление воздуха на основании конуса больше. Это давление удерживает его в раструбе воронки.