– Это и я могу сказать.
– Хорошо. А знаешь ли ты, Чевостик, что такое скорость?
– Скорость – это быстрота. Она бывает разная. Вот я однажды убегал от дождя, у меня такая скорость получилась! Я за минуту с другого конца двора до двери в подъезд добежал! А когда погода хорошая и домой уходить не хочется, я это же расстояние могу целых пять минут идти.
От Москвы до Парижа автобус едет почти 40 часов, а самолёт летит меньше 3 часов
– Что ж, ты очень близок к правильному ответу. Чтобы узнать скорость, надо измерить длину пути и разделить её на время, за которое этот путь пройден. Чем меньше время, тем скорость больше. Запомни, тебе это наверняка пригодится. А наш автобус тормозит.
– Это потому, что впереди загорелся красный свет. Сейчас мы совсем остановимся.
– Чевостик, а где твой мяч?
– Я его на пол положил. Ой, мой мячик покатился вперед по проходу! Надо его вернуть.
– Стой-стой, Чевостик! Не беги за ним – сейчас мячик сам к тебе вернётся.
– Сам? Ты шутишь? Так не бывает!
– Бывает, сейчас убедишься. На светофоре загорелся зелёный, автобус тронулся, набирает скорость, и мяч…
– Вот это да! Он катится назад, прямо к нам. Дядя Кузя, признавайся, как ты это сделал?
– Что ты, Чевостик. Это не я. Это инерция.
– А что это такое?
– Название «инерция» произошло от латинского слова, которое переводится как «бездействие». Инерция – это свойство вещей, физики называют их телами. Итак, инерция – свойство тела сохранять свою скорость или не двигаться до тех пор, пока на него не подействуют силы, которые изменят это состояние. Наш автобус ехал со своей скоростью. Чтобы скорость изменилась и он остановился, понадобилось воздействие – водитель нажал на тормоз. Ну а мячик никто не трогал, поэтому он продолжил двигаться со своей скоростью.
– Физика – интересная наука, но не простая. Вот объясни мне, откуда у мячика взялась скорость, ведь пока мы ехали, он никуда не катился, а тихонько лежал у моих ног.
– Чтобы разобраться в физике, надо быть очень внимательным и стараться учитывать многие вещи. Тебе показалось, что мячик никуда не двигался, но подумай: мы с тобой тоже спокойно сидели на своих местах, однако уехали довольно далеко. Дело в том, что и ты, и я, и мячик двигались вместе с автобусом, то есть с его скоростью. Когда автобус затормозил, мячик просто продолжил это движение.
– Он как будто ничего не понял: автобус уже остановился, а мячик всё ещё едет.
– Когда автобус снова тронулся, мячик вернулся к тебе всё из-за той же инерции. Он как будто остался лежать на месте, а ты, сидя в кресле автобуса, его догнал.
– Хорошо, что он ко мне вернулся, теперь я на всякий случай буду держать его в руках, а то вдруг он из-за своей инерции ещё куда-нибудь убежит.
– Инерция есть не только у твоего мячика, это свойство есть вообще у всего, что имеет массу.
И чем больше масса, тем больше инерция.
– А что такое масса?
– Думаю, пока тебе достаточно знать, что масса тела – это количество вещества, которое в нём содержится.
– Но ведь сразу не поймешь, много в теле вещества или мало.
– С этим как раз нет сложностей. Чтобы узнать массу тела, его надо взвесить на весах. Весы – прибор, который специально создан, чтобы измерять массу.
– Да я же их сто раз видел. Вчера в магазине тётенька-продавец взвешивала на них мои любимые конфеты. Дядя Кузя, а меня тоже можно взвесить?
Весы
– Разумеется. Вот взвесим Чевостика и узнаем его массу.
– Хм, но если у меня есть масса, значит инерция тоже есть?
– Конечно.
– А почему я эту инерцию не замечал?
– Думаю, замечал, просто не знал, что это она. Вспомни, когда автобус тронулся с места, тебя ненадолго прижало к спинке кресла.
– Точно!
– А когда автобус затормозил, тебя потянуло вперёд, ты даже немного наклонился. Это из-за того, что ты ещё сохранял свою прежнюю скорость. Кстати, именно из-за инерции во время поездки в автобусе или другом транспорте лучше за что-то держаться. А в автомобиле обязательно пристёгиваться. Если не делать этого, то при резком торможении можно улететь вперёд и очень сильно удариться.
– Надо же, оказывается, знать физику полезно, даже если просто решил прокатиться пару остановок. Интересное у нас путешествие. Если бы не оно, я и не догадался бы про инерцию.
– Люди тоже не сразу узнали об этом свойстве. Впервые о том, что на свете есть инерция, написал в своей книге великий учёный-физик, англичанин Исаак Ньютон. Своё открытие он назвал первым законом механики, или законом инерции. А всего Ньютон открыл три закона механики.
– Дядя Кузя, про первый мы узнали. А про что второй?
– Второй закон Ньютона объясняет, какой силой надо подействовать на тело, которое лежит на месте или двигается с одинаковой – постоянной – скоростью, чтобы оно получило ускорение, иначе говоря, разогналось или, наоборот, затормозилось.
– А зачем это знать?
– О, это совершенно необходимое знание. Без него не разобраться, как должен работать мотор самолёта, чтобы самолёт взлетел. И не понять, как остановить корабль, который с большой скоростью плывёт к причалу. Нужно всё рассчитать заранее, и тут не обойтись без второго закона Ньютона.
– И правда, второй закон Ньютона очень нужный. А третий?
– Чевостик, автобус тормозит, это наша остановка – мы приехали, так что о третьем законе Ньютона поговорим чуть позже. Не забудь мячик. Мы выходим.
ЗаданиеВозьми машинку с плоской крышей. Поставь на неё любую фигурку и резко толкни машинку. Куда упадёт фигурка: вперёд или назад? Теперь аккуратно разгони машину вместе с фигуркой и пусть она врежется в препятствие. Куда на этот раз упадёт фигурка? В первом случае фигурка с крыши упадёт назад. Но на самом деле она просто по инерции остаётся на месте, а машина уезжает из-под неё вперёд. Во втором случае, когда машина резко останавливается, фигурка по инерции продолжает двигаться и падает вперёд. То же самое происходит с тобой в автобусе или машине: когда они резко тормозят, ты по инерции наклоняешься вперёд.
В красивом парке Сила притяжения
Нравится мне наше путешествие! Автобус привёз нас в красивый парк: кругом высокие деревья, поют птицы, на зелёных газонах – клумбы с разноцветными цветами. А под ногами ровная дорожка. Так и хочется по ней пробежаться! Но я не успел пробежать даже десять шагов, как вдруг меня кто-то как ударит в лоб!
– Ой! Караул! Дядя Кузя! На меня кто-то напал!
– Да нет же, Чевостик, не напал! Это обыкновенный жук, он летел тебе навстречу, и вы столкнулись.
– Ничего себе жук! Знаешь, как сильно он меня в лоб треснул!
– Ты его точно так же «треснул».
– Да ну! Откуда ты знаешь?
– Из третьего закона Ньютона: действие всегда равно противодействию.
– Что же это получается? Выходит, мы с жуком одинаково друг друга стукнули?
– Да, только ты устоял на ногах, а жук свалился в траву.
– Так ему и надо! Нечего на Чевостиков налетать! Ведь заранее было ясно, что я сильнее.
– Ничего подобного. Заранее ясно не было. Физика учит, что судить о силе можно только тогда, когда она проявилась, а проявляется сила только при взаимодействии, например, как это получилось у тебя с жуком: ты с силой подействовал на жука, а жук – на тебя.
Действие всегда равно противодействию
– Дядя Кузя, но тогда получается, что была не одна сила, а две.
– Так и есть! Это очень важное следствие третьего закона Ньютона: силы возникают только парами.
– Понятно. Если ты кого-нибудь ударишь, не удивляйся, что тебе дадут сдачи.
– Чевостик, хоть это и верное утверждение, но оно не имеет отношения к физике. В науке физике сила – это величина. Её можно измерить и сказать, насколько сильно действуют на какое-нибудь тело другие тела. Никакие удары для этого не нужны. Тела могут вообще не прикасаться друг к другу. Сейчас мы проверим, как действует одна очень заметная сила. Твой мячик заскучал. Пора ему снова помочь нам изучать физику. Для этого тебе надо подбросить его вверх.
– Это легко. Мячик, лети! Ух! Еле поймал! Сейчас кину ещё раз, прямо к облакам! А мячик снова вернулся ко мне в руки. Дядя Кузя, почему мяч, как я его ни подбрасываю, всегда падает вниз?
– Из-за силы земного притяжения. Она возвращает твой мяч, не даёт ему улететь в космос.
На Земле эта сила действует на всё. Она удерживает на поверхности планеты нас, дома, деревья, огромные океаны и крошечные песчинки. И знаешь, это именно она заставляет падать вниз всё, что мы бросаем или… роняем.
– Так вот почему книжки с полки упали на пол. Из-за силы земного притяжения!
– Вот ты и нашёл ответ на ещё один свой вопрос.
– Здорово! Только у меня сразу же новый появился. Ты сказал, что все силы появляются парами. А как же сила земного притяжения? Она сама по себе?
– Почему же? Сила земного притяжения тоже не действует в одиночку: Земля притягивает мяч, а он, в свою очередь, притягивает к себе Землю.
– Мой мячик?! Целую Землю?
– Да, только притяжение мяча ни наша планета, ни мы с тобой не замечаем – эта сила слишком мала.
– Тогда откуда ты про неё знаешь?
– Из закона всемирного тяготения. Его тоже открыл Ньютон. Существует легенда, что в этом ему помогло яблоко. Оно упало прямо на учёного, который сидел под яблоней, а он, вместо того чтобы рассердиться, задумался, почему это произошло.
– И что же он надумал?
– Великий физик предположил, что притягивается не только яблоко к Земле или она к нему. Друг к другу притягивается вообще всё на свете. Он назвал это открытие законом всемирного тяготения и решил найти способ, как подсчитать силу притяжения всего ко всему.
– Неужели получилось?
– Конечно. Оказалось, что чем больше масса двух тел, тем сильнее они притягиваются. При расчете силы такого притяжения эти две массы нужно перемножить. Чевостик, а ты знаешь, что такое умножение?
– Конечно, я уже почти всю таблицу умножения выучил! Дядя Кузя, но мне всё-таки непонятно: у мячика же масса совсем маленькая, он такой лёгенький, а к Земле притягивается очень сильно.
– Не забывай, массу мячика надо умножить на массу второго тела – Земли.
– А у целой Земли масса ого-го какая.
– Поэтому и сила притяжения получается немаленькая. Но она может меняться. Чем дальше два тела друг от друга, тем меньше они притягиваются. Поэтому наша Земля испытывает заметное притяжение не ко всем звёздам, а только к самой близкой. Помнишь, как она называется?
– Солнце! Я узнал, что оно звезда, в нашем путешествии. Мы в нём знакомились с увлекательной астрономией. Ещё тогда ты рассказал, что наша планета вращается вокруг Солнца. И вокруг Земли тоже вращается, только не планета, а спутник – Луна.
– У тебя отличная память, Чевостик! А как ты думаешь, почему планеты не улетают от Солнца, а продолжают кружиться вокруг него? Что их держит?
Сила всемирного тяготения удерживает Землю и Луну на своих орбитах
Сила земного притяжения удерживает нас на поверхности планеты
– Кажется, теперь я могу ответить. Сила, которую открыл Ньютон?
– Абсолютно правильно. Сила всемирного тяготения. А сейчас я познакомлю тебя с ещё одной силой. Мы постоянно с ней встречаемся. Она называется сила веса. Или просто вес. Запомни: хотя вес и зависит от массы, но это разные вещи. Вес показывает, насколько сильно предмет действует на опору, на которой он располагается. Это легче понять на примере. Подставь ладошку.
– Вот она.
– Сейчас твоя ладонь станет опорой для камешка.
– Ты просто положил его мне в руку.
– И что ты чувствуешь?
– Ничего особенного. Он немного давит на мою ладонь, камешек совсем лёгкий.
– Теперь возьмём другой камень. Он больше.
– И держать его труднее, он сильно давит на ладонь, наверное, у него вес больше. Положу-ка я его на Землю, пусть он на неё своим весом давит. Дядя Кузя, а вон у того огромного серого камня, который лежит около клумбы, вес наверняка совсем большой. Я его не то что удержать, даже поднять не смогу.
– Чевостик, а я знаю место, где ты с этим легко справишься!
– Фантастика! Не верю. Неужели у меня получится?! Что же это за удивительное место, где я сразу стану силачом? Давай туда перенесёмся. Хоть на минутку!
– Уговорил. Правда, там нет воздуха, нам придётся ходить в специальных защитных костюмах – скафандрах. Но с времяскоком это не проблема. Нажимаю на кнопку доставки. Скафандры прибыли! Надеваем их. Надо надёжно застегнуться. Готов? Старт.
На Луну!!! Сила притяжения. Продолжение
– Ничего себе! Дядя Кузя, тебя не узнать в скафандре. Ой, а где это мы? Над нами чёрное небо со звёздами, под ногами серая земля.
– Не Земля, а… Луна.
– Ох, ничего себе! Мы на Луне! Какой же молодец наш времяскок!
– Чевостик! Чевостик! Вот это прыжки!
– Это я от радости! Хотел немножко подпрыгнуть, а получилось высоко-превысоко! Я даже не представлял, что умею так хорошо прыгать. Здорово!
Еще разок прыгну – у-у-ух! Впереди лежит подходящий камень, он даже больше того, земного! Сейчас я и к нему допрыгаю. На Луне это у меня получается лучше, чем у любого кенгуру! Раз прыжок, два прыжок, и я у камня! Сейчас проверим, правда ли я его смогу поднять. Ого!
– Дядя Кузя! Получилось!
– Молодчина!
– Здесь всё так легко удаётся! Интересно почему?
– Мы на Луне. Она легче Земли, поэтому сила лунного притяжения примерно в шесть раз меньше земного. Из-за этого и вес на Луне в шесть раз меньше, чем на нашей планете. Предметы с одинаковой массой имеют разный вес, или силу веса, на Земле и на Луне.
Здесь здорово! Можно прыгать высоко-превы-соко! А если кинуть камень? Возьму вот этот, не очень большой. Ничего себе, как далеко он улетел! А теперь попробуем камешек потяжелее. И он полетел, как будто это не камень, а маленький мячик! Как же всё тут интересно! Но… Мне всё равно хочется вернуться на Землю, ведь она наша родная планета.
– Дядя Кузя, а не вернуться ли нам?
– Возвращаемся. И продолжим знакомство с удивительной наукой физикой.
ЗаданиеСделай два маленьких бумажных кораблика, помести их в таз с водой на расстоянии 5 см и наблюдай за тем, что произойдёт. Пройдёт совсем немного времени, и ты увидишь, что оба корабля соприкоснулись своими бортами. Можешь объяснить почему?
Это произошло из-за силы притяжения, которая действует между двумя корабликами и притягивает их друг к другу.
У озера Архимедова, или выталкивающая сила
– Всё осталось так, как будто мы никуда не улетали. На дорожке лежит мой мячик. Дядя Кузя, скафандры здесь уже не помогают, а мешают.
– Пора их снять, времяскок отправит их на место. А мы с тобой пойдём к озеру. Там отыщется ответ на ещё один твой вопрос.
Озеро совсем рядом, дорожка повернула, и вот оно перед нами. У песчаного берега плещется водичка. А что это за деревянный дом? Над входом вывеска. Прочитаем, что на ней написано. «Лодочная станция». Понятно. А вот и лодки! Качаются у мостика!
– Дядя Кузя, давай прокатимся на вон той синей лодочке!
– Хорошо. Но для этого мне нужно приладить вёсла.
Как же у дяди Кузи всё ловко получается. Одно весло уже на месте. А пока он занимается вторым, я подойду к воде. Попробуем, холодная ли? Очень даже тёплая. Что-то я давно не мыл свой мячик, самое время это сделать.
– Чево-о-стик, ты где? Вот неслух, убежал к воде! Чевост, разве ты не знаешь, что детям нельзя лезть в воду одним, без взрослых?
– Знаю, конечно. Но я ни в какую воду не залезал, я только мячик хотел помыть. Думал, окуну его в озеро – и готово. Но как я ни старался, ничего не получилось. Мячик даже наполовину не уходит под воду, какая-то сила его не пускает, выталкивает на поверхность.
– Всё верно, твой мячик выталкивает из воды сила, которую так и называют – выталкивающая, или архимедова сила. Второе название ей дали в честь Архимеда, древнегреческого учёного, который её открыл. Архимед понял, что на тело, погружённое в воду, действует выталкивающая сила. Она направлена вверх, а величина этой силы равна силе веса воды, которую это тело вытеснило.
– Так, может, эта же сила и лодку на воде держит?
– Правильная догадка! Лодка вытеснила много воды, её дно и бока довольно глубоко ушли в воду. Если заполнить водой всю погрузившуюся часть лодки, получится большой вес. Выталкивающая, или архимедова сила равна силе этого веса.
Архимедова сила выталкивает лодку из воды
– Она тоже немаленькая.
– И больше силы веса самой лодки без воды.
– Поэтому лодка и не тонет – архимедова сила её из воды выталкивает! С лодкой всё понятно.
А вот с камешками – не очень.
Я бросил один в воду, и он сразу утонул. И этот тоже. И этот.