Что составляет основу наблюдения и эксперимента физика фирсов
Опыты, эксперименты и наблюдения в физике: в чем между ними разница
Содержание:
Эксперимент, опыт, наблюдение – основополагающие методы изучения окружающего мира, постижения закономерностей природы. Люди испокон веков следят за протекающими вокруг них явлениями, часть из увиденного пытаются повторять в определённых условиях, имитировать протекающие в природе процессы. Рассмотрим, что такое в физике опыт, наблюдение, эксперимент, чем отличаются. Приведём примеры трёх методов познания законов творца.
Чем отличается опыт от эксперимента
Эксперимент – метод исследования, направленный на:
Из латинского «слово» переводится как «опыт», то есть понятия аналогичные. В русском языке они имеют слегка отличающуюся окраску.
Экспериментальное исследование – опыт, проводимый в строго заданных рамках, часто реализуется в лабораторных или иных специальных условиях, нацелен преимущественно на точный результат, его повторяемость. Обычно требует специального материально-технического обеспечения.
В чем разница между опытом и экспериментом?
При проведении опытов человек не ограничивается ничем: используемой материальной базой, внешними условиями, однако работает в ограниченном опытном пространстве. Эксперимент – разновидность опыта, проводимого в заданных условиях при регулярном контроле изучаемых и зависящих от них параметров.
Алгоритм проведения эксперимента включает:
Исследования, проводимые для удовлетворения любопытства, относят к экспериментам.
Эксперимент – научно проведённый опыт.
Чем эксперимент отличается от наблюдения
Опыт: бросаем камни в озеро и измеряем время, за которое волны дойдут до берега.
Эксперимент: опускаем камни весом около 30 г с высоты 1 м в воду с температурой
18 °C под прямым углом в безветренную погоду. Измеряем, за сколько образовавшаяся волна дойдёт до забитого возле берега кола.
Наблюдение: смотрим, как прогуливающийся мальчик с отцом бросают камни, замечаем, что волны, поднятые разными по весу камнями, доходят до берега со слегка отличающейся скоростью. Наблюдаем, что ветер влияет на скорость распространения волн.
ФИЗИКА ДЛЯ ПРОФЕССИЙ И СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ТЕХНИЧЕСКОГО И ЕСТЕСТВЕННО НАУЧНОГО ПРОФИЛЕЙ. Начальное и среднее профессиональное образование
1 Начальное и среднее профессиональное образование А. В. Ф и р с о в ФИЗИКА ДЛЯ ПРОФЕССИЙ И СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ТЕХНИЧЕСКОГО И ЕСТЕСТВЕННО НАУЧНОГО ПРОФИЛЕЙ Под редакцией профессора Т.И.Трофимовой
2 ДК 53(075.32) К 22.3я723 Ф627 Рецензенты: преподаватель Московского машиностроительного техникума Л.С.Глушецкая; д-р физ.-мат. наук, профессор Московского государственного университета приборостроения и информатики П. А.Эминов Ф627 Фирсов А.В. Физика для профессий и специальностей технического и естественнонаучного профилей : учебник для образоват. учреждений нач. и сред, проф. образования / А. В. Фирсов ; под ред. Т. И. Трофимовой. 5-е изд., перераб. и доп. М. : Издательский центр «Академ ия», с. ISBN Учебник содержит материал по следующим разделам программы: физика и методы научного познания, механика с элементами специальной теории относительности, молекулярная физика и термодинамика, электродинамика (включая оптику), строение атома и квантовая физика, эволюция Вселенной. На доступном уровне изложены вопросы современной физики: основы научных представлений о природе и свойствах атома, ядерного ядра, элементарных частиц, а также космических объектов и всей Вселенной. Для обучающихся в образовательных учреждениях начального и среднего профессионального образования. У Д К 53(075.32) ББК 22.3я723 Оригинал-макет данного издания является собственностью Издателъского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается Фирсов А.В., 2010 Фирсов А.В., 2013, с изменениями Образовательно-издательский центр «Академия», 2013 ISBN Оформление. Издательский центр «Академия», 2013
3 Предисловие Учебник содержит материал по всем основным разделам физики, предусмотренным учебной программой: механика с элементами теории относительности, молекулярная физика и термодинамика, электродинамика, оптика, строение атома и квантовая физика, эволюция Вселенной. Дополнительно включены некоторые вопросы общего характера, предусмотренные программой по физике для среднего (полного) общего образования базового уровня, и профессионально значимый материал. Такое тематическое расширение разделов учебн и ка основы вается на важности этих вопросов для и з учения обучающимися всего курса физики, освоения ими знаний о фундаментальных физических законах и принципах, леж а щ и х в основе современной физической картины мира, а также о наиболее важных открытиях в области физики, оказавших определяющее влияние на развитие техники и технологии. Знание тем, включенных в данный учебник, а также методологических подходов и понятий необходимо студентам для поступления в вузы. Курс дает возможность более подробной проработки материала тех разделов физики, которые теснее других связаны с получаемой профессией. Эти знания потребуются при выполнении лабораторных работ и при изучении специальны х дисциплин. В озмож ность включения дополнительного материала обеспечивается за счет резерва учебного времени, предусмотренного в каждом варианте тематического планирования. В то же время некоторые темы можно изучать менее подробно или вообще опустить без ущерба для дальнейшего усвоения предмета. Четкость и корректность определений и формулировок, ясное и логичное их изложение обеспечивают лучшее усвоение рассматриваемого материала. Математический аппарат применен в минимальных, обусловленных целесообразностью, пределах. По всему курсу приводятся сопоставительные данные для различных физических процессов. Обширный иллюстрационный материал дает возможность наглядного представления конкретного явления. Контрольные вопросы позволяют обратить внимание на основные положения того или иного раздела, способствуют более глубокому их пониманию. Сведения, требующие повышенного внимания, выделены в тексте курсивом. Цветным курсивом даны определения, вынесенные в предметный указатель. В конце каждой главы приведены формулы для решения задач, в конце книги справочные таблицы и предметный указатель, позволяющий быстро найти нужный материал. Учебник предназначен д ля обучающихся в образовательных учреждениях начального и среднего про 3
4 фессионального образования. Может быть использован преподавателями при подготовке конспектов, проведении контрольных опросов и тестирования, а также учащимися средней школы, абитуриентами, слушателями курсов по подготовке в вузы и курсов повышения квалификации. Автор выражает самую искреннюю признательность профессору Московского института электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» Т. И. Трофимовой за помощь в подготовке рукописи к изданию.
5 Раздел I ВВЕДЕНИЕ Гл а в а 1 Ф изика и методы научного познания 1. Физика фундаментальная наука о природе Науки, предметом изучения которых является природа, называются естественными. К естественным наукам относят ф изику, хим ию, биологию, а также ряд специальных дисциплин. Ф изика как фундаментальная наука о природе изучает наиболее общие законы окружающего нас материального мира, частью которого мы являемся. Ф и зи к а определяет параметры естественно-научного подхода к явлениям природы, вводит базовые представления и величины, рассматривает основные методологические принципы и очерчивает круг изучаемой проблематики, являясь тем самым основой для всех естественных и технических дисциплин. На стыке физики и других естественных наук возникли новые обширные области знаний, такие как биофизика, геофизика, физическая химия и др. От достижений физики зависит Уровень т е х н и ч еск о го развити я общества, хотя в процессе фундаментальных исследований в области физики невозможно предвидеть сферы применения их результатов. Все современны е вы сокие техн ологи и непосредственно опираются на теоретические представления современной физики, причем время от момента зарож дения идеи до воп лощ ен и я ее в ж и зн ь, т. е. до производства готовой продукц ии стрем ительн о сократилось и лидером оказывается тот, кто первы м успевает пройти этот путь. Компьютеры, средства транспорта и связи, нанотехнологии эти и другие производные современных ф изических теорий уж е изменили жизнь современного человека. Влияние ф и зи чески х идей на научнотехнический прогресс продолж ает возрастать. Только овладев курсом физики, можно стать грамотным специалистом, поскольку физика теоретическая основа для изучения других дисциплин, без знания которой невозможна успешная профессиональная деятельность и дальнейш ее обучение. 5
6 2. Физика основа естественно-научного метода познания 6 Физика является экспериментальной наукой; она оперирует полученными в процессе наблюдения и эксперимента опытными данными. Основу наблюдения и эксперимента составляют измерения физических величин. При этом каждую величину необходимо оценить количественно, используя универсальный язык математики. Д ля установления определенных закономерностей между величинами, наблюдаемыми на опыте, необходимо, чтобы результаты повторялись (воспроизводились) при сохранении условий опыта. А н а л и зи р у я опы тны е данные, нужно уметь отбросить несущественные детали, т. е. создать физическую модель изучаемого явления. Возможна ситуация, при которой казавшиеся несущественными вначале факторы приобретут определяющее значение в дальнейшем. Но именно в этом и состоит смысл познания как бесконечного движения к истине, поскольку окружающий нас мир несравненно более сложен, чем наши представления о нем. При проведении опытов экспериментатор долж ен по возможности снизить (учесть) влияние личного вмешательства в наблюдаемый процесс ( эффект наблюдателя). Чем более точные результаты требуется получить, тем более сильным может оказаться такое влияние. На основании р езультатов эк с периментов выдвигаются научные гипотезы обоснованные предположения, призванные служить рабочей версией при объяснении изучаемого явления. Если гипотеза не противоречит другим опытным данным и получила теоретическое обоснование, а также обладает предсказательной силой и вы держ ала проверку временем, то она становится научной теорией. Ц ель экспериментальных наблюдений установление физических законов устойчивых объективных закономерностей, выражающих существенную количественную взаимосвязь между величинами. Необходимо помнить, что любая теория или любой закон справедливы лишь при соблюдении определенных условий эксперимента (границы применимости). П ри развитии науки сущ ествую щ ие теории не оп ровергаю тся, а входят составной частью в более современные общие теории (принцип соответствия). 3. Основные элементы физической картины мира В процессе эволюции науки форм и р у ется ф изическая картина мира единая система взглядов на устройство мироздания, совокупность ф ундам ентальны х понятий и идей. В качестве основных элементов современной физической картины мира можно вы делить представления о связи и взаимообусловленности свойств объектов материального мира от м ельчайш их частиц до всей Вселенной. Такие физические понятия, как масса, энергия, сила, импульс, являются общими для всех естественных наук. Важнейший элемент современной физической науки представление о существовании и неразрывной взаимосвязи двух форм материи вещества и поля. Представления о пространстве и времени, причинности,
7 законах сохранения и симметрии, строении вещества также являются основными в системе современной науки. По мере развития человечества основные научные взгляды претерпевают сущ ественные изменения, причем эти изменения часто носят кри зи сн ы й, скачкообразны й х а рактер. Например, с античных времен не подвергавшийся сомнениям взгляд на природу времени в X X в. изменился время уже не представляется абсолютным и неизменным, а неразрывно связано с основными характеристиками пространства. Коренным образом изменились также представления о возникновении и эволю ц и и В селен н ой от вечной, статичной, неизменной до расширяющейся, возникшей в результате Большого взрыва из точечного сверхплотного и сверхгорячего состояния. Взгляд на существование вещества и поля как отдельных, независимых форм материи также подвергся критическому пересмотру. Теперь принято говорить о двойственности (дуализме) свойств материальных объектов, те или иные из которых проявляются в зависимости от того, какие измерения над ними проводятся. Однако не следует считать, что соврем енны е в згля д ы я в ля ю тся окончательно «правильными». Мир бесконечно сложен и бесконечным я в ля ется сам процесс познания. Человечество ждет впереди масса захватывающих открытий. 4. Единицы физических величин Для установления количественной взаимосвязи между наблюдаемыми величинам и их необходим о измерить, т.е. сравнить с принятыми за единицу в данной системе единиц. В настоящее время обязательной, применяемой в научной и учебной л и тературе, является Система интернациональная (СИ). В этой системе основными единицами, т.е. не зависящими друг от друга физическими величинами, являю тся следующие семь единиц. М е т р ( м ) д л и н а п у т и, п р о х о д и м о го св етом в в а к у у м е за 1/ с. Килограмм (к г) масса, равная массе меж дународного прототипа килограм м а (платино-иридиевого цилиндра, хранящ егося в М еж д у народном бюро мер и весов в Севре, близ Парижа). Секунда (с ) врем я, равное периодам излучения, которое соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Ампер (А ) сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной д ли ны и ничтожно малого поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, создает между этими проводниками силу, равную Н на каждый метр длины. Кельвин (К ) 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Моль (м оль) количество вещества системы, содержащей с т о л ь ко же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде 12С массой 0,012 кг. Кандела (кд) сила света в заданном направлении и сточника, испускающего монохроматическое и злучен и е частотой Гц, 7
8 нергетическая сила света котороо в этом направлении составляет /683 Вт/ср. Также применяют две дополниельные единицы. Радиан (рад) угол между двумя адиусами окружности, длина дуги ежду которыми равна радиусу. Стерадиан (ср) телесный угол верш иной в центре сферы, выезаю щ ий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, которая равна радиусу сферы. Остальные единицы называют производными, они выводятся из физических законов и определений, связывающих их с основными единицами. Н апример, единица скорости получается из формулы v =, где s путь; t время, и равна 1 м/с (один метр в секунду). Название единицы это размер ностъ величины. В любой формуле размерности левой и правой частей равенства должны совпадать ( правило размерности). Контрольные вопросы 1. Что изучает физика? 2. Что такое опытные данные? 3. Что составляет основу наблюдения и эксперимента? 4. Что такое научная гипотеза? научная теория? 5. Определите понятие физического закона. 6. Сформулируйте ваше понимание границы применимости физической теории. 7. Что такое физическая картина мира? 8. Что значит измерить некоторую величину? 9. Сколько не зависящих друг от друга основных единиц в СИ? Перечислите их. 10. Назовите две дополнительные единицы в СИ. 11. Сформулируйте правило размерности. J 3 Ключевые слова: опытные данные, физическая модель, научные гипотезы, принцип соответствия, физическая картина мира, вещество, поле, основные единицы, дополнительные единицы.
9 Раздел II МЕХАНИКА Гл а в а 2 Кинематика м атериальной точки 5. Механика, физические модели Механика часть физики, в которой изучаю тся закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение. Механическое движение изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. Различают механику: классическую (механика Галил е я Ньютона) изучает законы движения макроскопических тел, скорости которых малы по сравнению со скоростью света в вакууме; релят ивист скую (осн ована на специальной теории относительности) рассматривает законы движения макроскопических тел со скоростями, сравнимыми со скоростью света в вакууме; квантовую описывает законы Движения м икроскопических тел (отдельных атомов и элементарных частиц). Основу классической механики составляют кинематика, динамика и законы сохранения. Кинематика рассматривает движение тел без учета причин, его вызывающих. Динамика изучает законы движения тел и причины, которые вызывают или изменяют это движение. Важнейшими законами сохранения являются законы сохранения энергии и количества движения (импульса). В механике, в зависимости от условий конкретны х задач, п рим еняют различные физические модели, в частности м атериальную точку и абсолютно твердое тело. Материальная точка это тело, размерами и формой которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Отметим, что понятие материальной точки физическая абстракция, однако его введение облегчает решение практических задач. Н а пример, автомобиль при движении между двумя городами можно рассматривать как материальную точку, но когда этот автомобиль приходится мыть или ремонтировать, считать его материальной точкой нельзя. Абсолютно твердое тело это тело, изменением размеров и формы 9
11 Рис. 4 Рис. 5 Рис. 6 определяют положение других тел. С телом отсчета связывают систему координат, простейшей из которых является декартова система координат. П олож ен и е м атериальной точки М на п лоскости в декартовой системе координат оп ределяется двумя координатами х, у или радиусом-вектором г, проведенным из начала системы координат (точка О) в рассматриваемую точку М (рис. 4). Ч асы в систем е отсчета должны быть неподвижны относительно тела отсчета. Единица времени в СИ секунда (1 с) (см. 4). Движение тела, при котором лю бая прямая (АВ на рис. 5), жестко связанная с телом, остается параллельн ой своему первоначальному положению, называют поступательным движением. П оступательно, например, движется кабина лифта или кабина колеса обозрения. При поступательном Движении все точки тела движутся одинаково. Вращательное движение движение, при котором все точки тела (М и N на рис. 6) движутся по окружностям, центры которых леж ат на одной прямой, перпендикулярной Плоскостям окружностей и называемой осью вращения ОО’. Различны е точки твердого тела движ утся с разны ми ли нейны м и скоростями, поэтому вращательное движение нельзя охарактеризовать движением какой-то одной точки. Любое движение следует рассматривать относительно выбранной конкретной системы отсчета. Одно и то же движение будет восприниматься по-разному, т.е. движение относительно. Например, пассажир, сидящий в поезде, покоится относительно системы отсчета, связанной с поездом, движется вдоль прямой относительно системы о т счета, связанной с Землей, и имеет слож ную форму движения относительно системы отсчета, связанной с самолетом, совершающим в данный момент крутой вираж. Следовательно, относительность движения это зависимость кинематических характеристик (перемещ ение, скорость, ускорение) от выбора системы отсчета. 8. Траектория, перемещение, длина пути Траектория движения материальной точки непрерывная линия, описываемая материальной точкой (телом) относительно выбранной системы отсчета. 11
13 Таблица 1 Объект рассмотрения Расстояние, м Диаметр протона Диаметр атома водорода О тч г О Размер бактерии Длина волны видимого света (4^8)-10 7 Диаметр человеческого волоса Рост человека 2 Расстояние от центра Москвы до МКАД Длина земного экватора 4 Ю 7 Суммарная длина человеческих нервов 8 Ю 8 Среднее расстояние от Земли до Солнца 15 Ю 10 Световой год 9,5 Ю 15 Диаметр нашей Галактики
1021 Расстояние до туманности Андромеды Расстояние до наиболее удаленных от Земли видимых объектов >1025 пути от времени в виде таблицы или графика. Единица длины, пути в СИ метр (1 м) (см. 4). В табл. 1 приведены некоторые расстояния и размеры объектов, встречающихся в природе. 9. Скорость материальной точки Пусть за некоторое время At1материальная точка перемещается по опре- деленной траектории из точки А в точку В1(рис. 8). При этом она совершает перемещение Агхи проходит путь As1; равный длине участка траектории. Последовательно уменьшаем вели чину At, соответственно будут уменьшаться А г и As (см. рис. 8). Видим, что при очень малом At перемещение А г по модулю практически совпадает с пройденным путем As, при этом направление перемещения А г совпадает с направлением касательной. Мгновенная скорость (скорость в данный момент времени t) физическая величина, определяемая отношением очень малого перемещения А г к очень малому промежутку времени At, за которое произошло это перемещение, Рис. 8 13
14 М одуль мгновенной скорости _ Д г _ A ‘ ‘
At’ М гновенная скорость вектори вели чина, с пом ощ ью которой эеделяется как быстрота движея, так и его направление в данный мент времени. Ф изический смысл яовенной скорости перемещение диницу времени. Компоненты (проекции на оси кощ нат) вектора скорости определяся следую щ им и уравнениями: Ах i>, = At Ау At s (9.2) В ектор м гновенной скорости направлен по касательной к траектории в сторону перемещения. Ф и зи ч е с к у ю в ели ч и н у, равную отнош ению пройденного пути As к пром еж утку времени At, за которое точка прош ла этот п уть, называю т скалярной средней скоростью м а тер и а льн о й точки за п р о м еж уток времени At: (v)= S
vo рению точки tg a = = a.
t о Если тело движется равноускоренно по прямой без начальной скорости, то выражения соответственно для пути и скорости имеют вид: v = at. (12.9) Соответствующие графики представлены на рис. 11, а, б. Пройденный путь определяется площадью выделенного на рис. 11, б треугольника. Впервые движение с постоянным ускорением изучил Г. Галилей. Сначала он установил, что свободное падение является равноускоренным движением. П оскольку вертикальное падение тел происходит очень быстро, ученый изучал скатывание тел по наклонному желобу, обнаружив при этом, что шары одинакового размера из дерева, золота и слоновой кости движутся с одинаковым уско- 2s рением a =. tz Таким образом, как показал опыт, ускорение не зависит от массы шаров. При увеличении наклона желоба ускорение увеличивается, но для всех тел остается одинаковым. Свободному падению соответствует движение по вертикальному желобу. Следовательно, все тела должны падать с одинаковым ускорением, не зависящим от массы. Ускорение, сообщаемое телу Землей, называют ускорением свободного падения. И. Ньютон для изучения свободного падения использовал стеклянную трубку с различными предметами: дробинкой, перышком и пробкой. Перевернув трубку, ученый заметил, что быстрее всего падает дробинка, затем пробка, а медленнее всего п у шинка (рис. 12, а). По мере откачивания воздуха из трубки движение тел вы равнивается: пуш инка все менее отстает от пробки и дробинки. Следовательно, движению пушинки в больш ей степени препятствовало сопротивление воздуха. При отсут- 13. Опыты Галилея и Ньютона 18 \ ф а о \ 4 > Рис. 12 б
20 чение координаты в момент падения (х = 0): 0 = 0 + v0t дв 2. ах 0; vx = v0x = v0; х = v0t; (15.1) откуда _ 2v0. дв время падения t2: Vn t2 = ^дв
22 дальность полета s = x max из третьего уравнения (1 6.1), подставив выражение для времени движения: *»m ax S V o x t ab 2i>osinacosa g b>osin2a Исключив из третьих уравнений (16.1) и (16.2) время t, видим, что траектория движения тела у(х) является параболой. Баллистическая кривая изображена на рис. 16 штриховой линией. Если бросок произведен с начальной высоты г/о = h0, то третье уравнение (16.2) принимает вид g gt2 У = K + v 0y t Криволинейное движение материальной точки Криволинейное движение движение, при котором траектория движущейся материальной точки в данной системе отсчета является кривой линией. В каждой точке скорость v направлена по касательной к траектории. Скорость в общем случае функция от времени и изменяется как по величине, так и по направлению (рис. 17). В общем случае ускорение а направлено под углом к скорости v и также изменяется как по величине, 22 так и по направлению. Ускорение а по правилам действия над векторами можно разложить на две составляющие: в направлении скорости (ат) и в перпендикулярном направлении (а ). Из рис. 17 следует, что а = ах + ал; (17.1) а = ^ат2+ а 2. (17.2) Составляющую ускорения ах, направленную вдоль скорости, называют тангенциальным ускорением. Тангенциальное ускорение характеризует изменение скорости по величине (по модулю). С оставляю щ ую у ск о р ен и я ап, направленную к центру кривизны траектории, т.е. перпендикулярно скорости, называют нормальным ускорением. Нормальное ускорение характеризует изменение скорости по направлению. 18. Движение материальной точки по окружности с постоянной по модулю скоростью Равномерное движение по окружности движение, при котором материальная точка (тело) за равные промежутки времени проходит равные по длине дуги окружности. Это движение частный случай криволинейного движения. В лю бой точке траектории ск о рость направлена по касательной к окруж ности, а м одуль скорости точки с течением времени не изменяется: v = const (рис. 18). Тангенциальная составляющая ускорения при равномерном движении точки по окружности ат = 0. (18.1)
26 Нормальная составляющая ускорения Полное ускорение при криволинейном движении а = ат+ ап, а = 27 2 Гл а в а 3 динам ика 20. Первый закон Ньютона. Сила Н аблю д ен и я показы ваю т, что характер движения тела определяется его взаимодействием с другими телами. Поэтому основная задача динамики определение закона движения тела, если известно, как данное тело взаимодействует с другими телами. Первый закон Ньютона: материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее (его) изменить это состояние. Стремление тела сохранить со стояние покоя и ли равномерного прямолинейного движения называют инертностью. Поэтому первый закон Ньютона называют также законом инерции. Создать услов и я, при которы х на тело не действуют никакие силы, затруднительно. Поэтому первый закон Ньютона (впрочем, как и любой Другой закон) является идеализацией и выведен на основе обобщения экспериментальных данных. Иллюстрацией такой идеализации может служить Следующий опыт. В случае придания скорости стальному шарику, леж а щему на песке, он остановится очень быстро. Если этот шарик поместить на другую поверхность, наприв на резину, то он покатится гора дальше; по стальной поверхности е дальше и т.д., т.е. изменение ско сти уменьшается по мере уменыпе! воздействия. Если же на поверхно нанести см а зк у, тем самы м е уменьшив тормозящую силу, то i рик будет сохранять скорость в те ние более длительного времени. Системы отсчета, в которых i полняется первый закон Ньюто называют инерциальными. В nepi законе Ньютона содержится прин пиально важное утверждение о ществовании инерциальных сисп отсчета, отн оси тельн о котор поступательно движущиеся тела храняют свою скорость постоянн если на них не действуют другие т 28 удовлетворяет требованиям инерциальности. Однако в некоторы х ситуациях суточное вращение Земли (и, в меньшей степени, движение Земли вокруг Солнца) играет существенную роль. Гелиоцентрическая система отсчета, связанная с Солнцем и «н е подвиж ны ми» звездами, является инерциальной для всех физических задач в рамках современной точности измерений. Д ля описания воздействия, упоминаемого в первом законе Ньютона, вводят понятие силы. Под действием сил тела либо изменяю т скорость движения, т.е. приобретают ускорение (динамическое проявление сил), либо деформируются, т.е. изменяют свою форму и размеры (статическое проявление сил). Сила это физическая величина, определяющая количественную меру взаимодействия тел, в результате чего тела изменяют скорость движения или деформируются (или то и другое вместе). Сила является векторной величиной и в каждый момент времени характеризуется абсолютным значением, направлением и точкой приложения. Прямую, вдоль которой направлена сила, называют линией действия силы. 21. Масса тела. Центр масс. Импульс тела Как показы ваю т н аблю ден и я, различные тела при одинаковых воздействиях неодинаково изменяют скорость своего движения, т.е. приобретают различные ускорения. Следовательно, ускорение тела зависит не только от величины воздействия, но и от свойств самого тела. Масса тела физическая величина, характеризующая инертные свойства тела, т. е. его способность сопротивляться изменению скорости. Масса скалярная величина. В классической механике считается, что масса тела величина постоян- Таблица 5 Объект рассмотрения Масса, кг Электрон 9, Легчайший непосредственно взвешенный объект 0, Муравей 10
7 Капля воды 10 6 Пчела 10 4 Океанский лайнер Айсберг 1015 Запасы пресной воды на Земле 1021 Солнце Наша Галактика 1041 ^_28 2 8