Физика для гуманитариев. Учебник-рассказ за 7 класс

Зима. Шло 32 февраля, не предвещающее окончания холодов. Все предыдущее время жаркая ненависть к этому сезону согревала меня лучше всякой шапки и застегнутой куртки, но и ее запал иссяк к концу нескончаемой зимы. Простывшая, я сидела на кухне безучастным наблюдателем собственного лечения.

Мне посчастливилось родиться в глубоко верующей в народную медицину семье, поэтому, сидя за столом, я наблюдала, как марганцовка медленно растворяется в жидкости для полоскания горла. Удивительно, но крохотная капля окрасила в розоватый цвет все содержимое стакана. Много лет назад подобный процесс навел людей на мысль о том, что все вещества состоят из мелких частиц – молекул, а само явление было названо диффузией.

Диффузия – взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого

Пребывая в своих мыслях, я забыла включить чайник, поэтому теперь пакетик равнодушно плавал в едва ли поменявшей цвет холодной воде. Что ж, хорошее напоминание – скорость диффузии зависит от температуры вещества. Чем сильнее нагрето тело, тем быстрее молекулы перемещаются и взаимодействуют друг с другом.

День не задался. С градусником под мышкой я поплелась в постель, сопровождаемая запахом готовящегося супа, мгновенно распространившимся по всей квартире

.

К этому моменту температура моего тела растолкала молекулы ртути в градуснике, что привело к тепловому расширению, то есть увеличению объема ртути до деления 37,7. Обессилевшая, я задремала.

Мне приснился сон. Люди в переполненной утренней маршрутке превратились в молекулы. Во время движения автобуса они были подобны твердому телу, сохраняющему форму и объем – все молекулы находились в плотном неподвижном строю, едва покачиваясь на своем месте. Чем ближе автобус приближался к остановке, тем более интенсивным становилось движение – молекулы начали перемещаться в пространстве, пропуская желающих выйти. Так, некогда неподвижное вещество превратился в текучую жидкость, а после и в газ, когда большой поток молекул вышел на остановке, более не скованный постоянным объемом… Видимо, сегодня я слишком много думала о молекулах.

Когда я проснулась, у кровати интенсивно почесывалась моя собака, а на тумбе стояла тарелка с плавающей в супе шерстью1. Ах да, вот и броуновское движение – еще одно доказательство молекулярного строения вещества.

Броуновское (тепловое) движение – беспорядочное перемещение микроскопических видимых частиц твёрдого вещества, плавающих в жидкости или газе (молекулы жидкости перемещают частицу)

Итоги главы 1:

Все тела состоят из молекул, которые находятся в непрерывном беспорядочном движении.

Взаимное расположение молекул определяет агрегатное состояние вещества:

–твердые тела сохраняют форму и объем – молекулы колеблются в узлах кристаллической решетки;

–жидкости сохраняют объем, но не форму – молекулы прочно связаны между собой, но перемещаются в пространстве;

–газы не сохраняют ни формы, не объема – молекулы почти не связаны между собой и занимают весь предоставленный объем.

Доказательства молекулярного строения – броуновское движение и диффузия.

Броуновское (тепловое) движение – беспорядочное перемещение микроскопических видимых частиц твёрдого вещества, плавающих в жидкости или газе.

Диффузия – взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.

Скорость движения молекул определяет температуру тела (чем больше скорость, тем выше температура).

Объем тела зависит от температуры – при нагревании происходит тепловое расширение (увеличение объема).

Пленительный аромат долгожданной весны пробудил во мне непреодолимое желание добраться до школы пешком. Нет, я не планировала пропускать уроки, бесцельно блуждая по городу в путанных романтических мыслях. Дело в том, что моя школа отделена от дома лесистой местностью. Таким образом, как перемещаясь пешком по прямой, так и проделывая петляющих путь на автобусе, мне приходилось добираться до точки назначения около часа.

Траектория – линия, по которой перемещается объект.

Путь – длина траектории.

Перемещение – кратчайшее расстояние между точками начала и конца движения.

Пока я уверенно двигалась по назначенной траектории, окружающие меня вечнозеленые сосны пробудили во мне детские воспоминания о живописной дороге в деревню, пролегающей сквозь леса и холмы. С непреодолимым любопытством я наблюдала за деревьями, которые все быстрее и быстрее убегали вдаль. «Как это возможно? Стоит ли вообще доверять своим глазам?» Эти вопросы не давали мне покоя.

Действительно, как мы понимаем, движется ли объект или находится на месте? Внезапно проснувшись в вагоне с опущенными занавесками, мы не всегда можем определить, стоит ли поезд или пробирается сквозь ночную мглу. И лишь мерное постукивание колес выдает себя.

Когда вы находитесь в метро, относительно людей в вагоне ваше тело неподвижно, для ожидающих на платформе вы движетесь со скоростью поезда, а в космических масштабах вы летите со скоростью 230 километров в секунду, вращаясь вокруг центра Галактики. Верно и обратное: относительно вашего неподвижного тела как стоящие на платформе люди, так и Галактика совершают движение.

Поглощенная своими размышлениями, я сбилась с маршрута. Теперь мне понадобилась помощь навигатора, который бестактно сообщил мне, что я опаздываю.

С чего бы? Откуда он вообще знает? Карта хранит данные не только о длинах маршрутов, но и информацию о средней скорости ходьбы или езды. Несмотря на неравномерность нашего движения (по пути мы где-то идем быстрей, где-то вынуждены притормозить на светофоре или постоять в пробке), навигатор достаточно точно рассчитывает время в пути именно благодаря тому, что усредненная скорость учитывает все особенности нашего маршрута. И благодаря увеличению количества информации, с каждым годом предсказание времени в пути становится все лучше2.

Врожденный дух противоречия не позволил мне пойти на поводу у навигатора – едва переведя дыхание, я все же пришла в класс вовремя.

Итоги главы 2:

Механическое движение – изменение положения одного объекта*

относительно других. Тело может двигаться относительно одних тел,

но стоять по отношению к другим.

*объекты в физике принято называть физическими телами.

Траектория – линия, по которой движется тело.

Путь – длина траектории.

Перемещение – кратчайшее расстояние между точками начала и конца движения.

Неравномерное движение – движение с изменяющейся скоростью, т.е. за равные промежутки времени тело проходит разные пути.

Равномерное движение – движение с одной и той же скоростью на всем участке пути, т.е. за равные промежутки времени тело проходит равные пути.

Скорость – быстрота движения; путь, деленный на время.

Средняя скорость – скорость неравномерного движения, учитывающая остановки и изменения быстроты в течение пути.

Мгновенная скорость – скорость в данный момент времени.

Влетев в класс, я не смогла сманеврировать и из-за инерции врезалась в учителя, который от неожиданности по инерции вскрикнул. К счастью, на этом цепная реакция завершилась.

Вы можете со мной не согласиться, но подобная игра слов показалась мне весьма забавной, раскрывающей суть термина. Как бы я ни хотела затормозить, сделать это мгновенно не получилось – мое тело, как и преподаватель, не успело «сообразить» и отреагировало «по привычке».

Инерция – способность объектов сохранять свою скорость, то есть состояние покоя или движения.

После утреннего фиаско мне нужен был реванш. Я решила бросить вызов инерции, удерживая равновесие на поворотах автобуса и при его торможении. По плану мне предстояло встретить стихию с распростертыми объятиями, пренебрегая помощью поручня – наклоны тела в противоположную сторону должны были нейтрализовать влияние инерции… к счастью, в момент падения под боком оказался прекрасный амортизатор в виде недовольного кондуктора.

Жутко несправедливая вещь эта инерция. Мне вспомнилась детская досада во время катания на ледяных горках – взрослые уезжали невероятно далеко, а я останавливалась, едва оказавшись на пологой части. Чем тяжелее объект, тем сильнее он желает сохранить свою скорость. Едва ли кому-то удавалось столкнуть отца с горы без его помощи, но, когда он набирал скорость, его невозможно было остановить.

Впрочем, во всем есть свои преимущества. В противном случае, покидая пристанище угрюмого кондуктора, я бы оттолкнула автобус ногой, как это происходит с легкой лодкой, причалившей к берегу.

Итак, тяжесть предмета, то есть его масса, определяет его способность сохранять скорость. Но что определяет саму массу?

В лукавости массы я убедилась в столовой бассейна, когда заказала 200 граммов салата. Неделю назад я пожалела, что взяла так много. В этот раз тарелка выглядела пустовато. Возможно, причина в том, что предыдущий салат был овощной. И в чем же принципиальная разница? Как оказалось, масса зависит от объема, то есть занимаемого объектом пространства, а также плотности. Плотность разных веществ различна. Она показывает, на сколько в одном и том же объеме одного вещества содержится больше молекул, чем в том же объеме другого. В быту мы прибегаем к понятию плотности, когда выбираем одежду или анализируем плотность автомобильного потока, прокладывая оптимальный маршрут.

Итак, по сравнению с овощами, крабовые палочки и яйца оказались более плотными, поэтому при той же массе я получила меньший объем салата. Кто бы мог подумать… Думаете, лучше было поесть дома?

Итоги главы 3:

Инерция – способность тела сохранять свою скорость (нулевая скорость – тоже скорость).

Масса – мера инертности тела. Чем больше тело, тем сильнее стремится сохранить скорость.

Плотность – отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму,

ρ=m\V, m – масса, V – объем.

Толкнув со всей силы дверь подъезда, я порядочно ушибла руку. Да, силы возникают парами – с какой интенсивностью я выместила свое недовольство на двери, с той же отозвалось и оно на моей наивной руке, надеявшейся избежать последствий своих действий.

Сила – мера взаимного действия тел. Сила обозначается как F (force), единица измерения ньютон. Например, F = 5Н

Что характерно для подобных ситуаций, несмотря на сильный удар, дверь открылась нехотя, едва ли выпустив меня наружу. Да-да, на ней стоял доводчик, но дело не только в этом. Удар пришелся ближе к креплению. Так я убедилась, что действие силы зависит не только от ее величины, но и от точки, к которой эта сила приложена. Конечно, важную роль играет также и направление. Возможно, факт достаточно очевидный. Однако из него вытекает множество комичных последствий – например, мой фееричный удар в свои ворота на уроке физкультуры… К счастью, объединив усилия, мы все же победили. Или нет. По крайней мере, мне хочется в это верить.

Физические величины, которые зависят не только от величины, но и от направления и точки приложения называются векторными. Сила – векторная величина

Звучит красиво – объединить усилия. В переводе с русского на физический можно сказать также “сложить силы”. Почему же тогда этот положительный процесс иногда имеет отрицательный результат? Почему же сумма сил, или равнодействующая, может быть равна нулю? Успех в любом деле возможен только в случае совместно выбранной цели – когда силы действуют в одном направлении. В противоположном случае почти невозможно прийти к нужному результату.

Итоги главы 4:

Сила – мера взаимного действия тел. Сила обозначается как F (force), единица измерения ньютон. Например, F = 5 Н. Сила – причина изменения скорости.

Прибор для измерения силы – динамометр.

Векторы – физические величины, которые зависят не только от величины, но и от направления и точки приложения. Сила – векторная величина.

Вопреки всем известным законам физики авторитетно утверждаю – сила гравитации особенно сильна по утрам. Более того, ее могут усиливать мысль о предстоящей контрольной и дождь за окном. Я просто не могла найти в себе силы встать с кровати. К великому счастью, моя младшая сестра пришла ко мне на помощь. Пока она прыгала по кровати, сила упругости сделала свое дело. Недовольный матрас отпружинивал в ответ на бесстыдное нарушение покоя. Я поплелась в ванну с мыслью, что спать на твердом неупругом полу – не такая уж и плохая идея.