3.4.1. Динамика

Тема: Третий закон Ньютона.

Вот перед вами лодочка с гребцом. Она плывет в сторону, противоположную движению весел. Гребец, ударяя по воде веслами, действует на воду с какой-то силой. Вода давит на лопасти весел с такой же силой, но в противоположную сторону. Это происходит благодаря действию III закона Ньютона. Проделаем опыт.

Опыт 1. Две тележки скреплены сжатой пружиной. Подожжем нитку, стягивающую пружину, – тележки разъезжаются (объясняем опыт).

Тема: Импульс.

Рассмотрим мягкие и твердые мячи.

Одинаково ли нужно бить по мягкому и по твердому мячу? Не должен ли удар по первому быть «короче», чем по второму?

Ответ. Чем мягче мяч, тем дольше он должен находиться в контакте с битой и тем больший импульс ему можно передать за время этого контакта. Поэтому по мягкому мячу, безусловно, нужно бить «с протяженностью» [7].

Кроме того, при объяснении передачи импульса можно продемонстрировать мяч, который «танцует» в фонтане.

Мяч в вертикально бьющей струе воды (рис. 3.45) иногда на несколько секунд замирает, но чаще прыгает, скачет. Почему во время прыжков мяч не выскакивает из фонтана?Иногда мяч выпрыгивает из фонтана, но, падая вниз, снова «входит» в струю и возвращается на прежнее положение. Что затягивает мяч обратно в струю воды?

Ответ. Струя воды поддерживает мяч и придает ему устойчивость. Мяч в основном находится в стороне от центра струи, и она заставляет его вращаться в определенном направлении. Вода из струи частично «прилипает» к мячу, а затем, совершив вместе с ним, скажем, полоборота, отрывается. Отрываясь, вода подталкивает мяч к центру струи (на мяч действует реактивная сила) и тем самым удерживает его в струе. Даже если мяч на мгновение совсем выйдет из струи, за следующие полуоборота от него оторвется некоторое количество воды, и в результате мяч вернется в струю [7].

Рис. 3.45

Тема: Закон сохранения энергии.

При изучении этой темы можно продемонстрировать кольцо на палочке.

Существует одна простая, но довольно забавная игрушка. Она состоит из кольца достаточно большого внутреннего диаметра, которое надето на палочку. Кольцо раскручивают щелчком и палочку ставят вертикально. Кольцо начинает спускаться вниз (более медленно, чем можно ожидать), и чем ниже оно опускается, тем быстрее вращается, спуск при этом замедляется (рис. 3.46). Если вовремя переворачивать палочку, когда кольцо спускается вниз, то можно играть им «бесконечно». Почему вращение ускоряется, когда кольцо опускается вниз? И почему кольцо попросту не падает с ускорением свободного падения?

Возьмем два кольца. Это не только более забавно – здесь возможны удивительные вещи. Верхнее кольцо может падать быстрее нижнего и столкнуться с ним. Если это произойдет, кольца оттолкнутся друг от друга, и верхнее начнет подниматься. Почему?

Ответ. Трение между кольцами и палочкой не дает просто соскочить кольцу вниз. Частично устойчивость кольца, которое вращается, обусловлена силой, которая действует со стороны палочки перпендикулярно кольцу. По мере движения кольца вниз его скорость вращения и кинетическая энергия увеличивается за счет начальной потенциальной энергии [7].

Рис. 3.46