МетаШкола - интернет-кружок для 7 класса

1 серия (сентябрь) учебного года 2018-2019

Слово "физика" происходит от греческого слова "физюс", что означает природа.

Для решения задач первой серии вам не понадобится никаких специальных знаний по физике. Решить некоторые из задач вам помогут полученные ранее знания по математике, природоведению и окружающему миру.

Как вступление к занятиям в нашем кружке мы предлагаем вам прочитать ответы на вопросы, которые задали ученому-физику дети, еще не изучавшие физику в школе. Это поможет вам получить представление о том, что такое физика, и о том, как рассуждают ученые-физики. Возможно, многое из того, о чем рассказывается в ответах, вам покажется не до конца понятным, ведь для подробного ответа на каждый из этих вопросов можно написать отдельную толстую книгу.

Отвечает на вопросы профессор Университета Мейсона (Вирджиния), доктор физико-математических наук А.И. Шехтман.

(Чтобы прочитать ответы, надо кликнуть мышкой на вопрос.)

1. Почему вы занимаетесь физикой?

Если отвечать одной фразой, то я бы сказал так: я занимаюсь физикой потому, что это интересно. Физика - это наука, которая изучает самые основные законы природы, описывающие, как устроен мир, в котором мы живём. Задавать вопросы природе (то есть проводить физические эксперименты), получать на них ответы и разбираться, что эти ответы означают - это действительно интересно, я в этом убедился за 30 лет работы физиком-экспериментатором.

2. Бывают ли инопланетяне?

Ответ на этот вопрос пока неизвестен. Непосредственно инопланетян никто не видел, хотя есть люди, которые объясняют некоторые необычные явления природы или факты истории вмешательством пришельцев с других планет. Серьёзные учёные занимаются поиском реальных фактов, которые подтвердили бы наличие внеземных цивилизаций. Например, сейчас интенсивно ищут другие планеты с условиями, пригодными для зарождения жизни. Планет таких найдено много десятков, однако пока никаких признаков даже жизни (не говоря о разумной жизни) на этих планетах не обнаружено. Но работа продолжается. Было бы, конечно, очень здорово найти во Вселенной братьев по разуму. В то же время есть соображения, которые ставят под сомнение существование других разумных цивилизаций - если бы они были, то они бы с нами связались или как-то проявили бы себя. Поскольку этого до сих пор не произошло - видимо, мы во Вселенной одиноки. Но будущее покажет, как же обстоит дело на самом деле.

3. Почему облака не падают на землю?

Облака состоят из очень мелких капелек воды, которые падают на землю очень медленно, из-за трения о воздух. Обычно облака образуются в тех местах, где есть восходящий поток тёплого воздуха, и это движение воздуха вверх не даёт образовавшимся мелким капелькам воды упасть. Однако, когда капельки начинают сливаться в более крупные, они начинают падать, и идёт дождь. Так что облака падают на землю в виде дождя, снега или града.

4. Почему в космосе нет воздуха, а на Земле есть воздух?

Воздух вокруг Земли образовался в результате выброса газа из вулканов, и он не улетает в космическое пространство благодаря притяжению Земли. Планеты размером с Землю или более крупные, как правило, имеют атмосферу, а маленькие планеты и спутники (например, Луна, Меркурий), на которых вулканическая деятельность давно прекратилась, не в состоянии удержать свою атмосферу, и она улетучилась в космос. В космосе же места очень много, а вещества очень мало, поскольку всё вещество из-за гравитационного притяжения сконцентрировано в небольших объектах - звёздах и планетах, между которыми в основном пустота и очень мало вещества.

5. Откуда появилась Земля?

Земля образовалась из космической пыли, которая собралась вместе благодаря гравитационному притяжению. А космическая пыль образовалась при взрывах звёзд. Когда звезда образуется, она состоит из водорода (это самый простой элемент). При образовании звезды она сжимается из-за гравитационного притяжения, разогревается, и в ней начинается термоядерная реакция - образование более тяжёлых химических элементов из водорода. Эта реакция обеспечивает высокую температуру звезды, благодаря чему она стабильно светится в течение нескольких миллиардов лет, но постепенно ядерное горючее заканчивается, и в какой-то момент происходит сжатие звезды и взрыв, при котором наработанные тяжёлые элементы выбрасываются в окружающее пространство в виде космической пыли. Потом на этом месте из водорода может образоваться другая звезда, а из космической пыли - планета, которая крутится вокруг этой звезды. Видимо, таким путём и образовалась Земля. Однако есть особенности Земли, которые трудно объяснить такой моделью (например, размер и скорость вращения Луны вокруг Земли). Поэтому существуют более сложные теории. Например, одна из таких теорий предполагает, что в первоначально образовавшуюся из космической пыли холодную Землю врезалась другая планета, в результате чего произошёл взрыв, и образовались Земля и Луна. У этой новой Земли сердцевина была очень горячей (и остаётся до сих пор), благодаря чему возникла интенсивная вулканическая деятельность, образовалась атмосфера, и возникла жизнь.

6. Что такое солнечное затмение?

Это такое красивое явление природы, когда Луна проходит между Солнцем и Землёй и отбрасывает на поверхность Земли тень. В результате наблюдатели, находящиеся в этой тени, видят, как в ясный день на Солнце наползает какой-то невидимый круглый объект и постепенно закрывает Солнце. Сначала Солнце приобретает форму серпа, потом он сужается, и в какой-то момент Солнце полностью закрывается чёрным диском Луны, на несколько минут наступает темнота, и на небе становятся видны звёзды. Через несколько минут эта полная фаза солнечного затмения заканчивается, и Солнце снова появляется сначала в виде серпа, а потом принимает свой обычный вид. Ширина лунной тени на поверхности Земли довольно небольшая (около 100 километров), поэтому полное солнечное затмение наблюдается каждый раз только вдоль узкой полосы на поверхности Земли. При этом в остальных местах можно видеть частичное солнечное затмение - Солнце принимает форму серпа, но полностью не закрывается. В каждом отдельно взятом месте полное солнечное затмение случается примерно раз в 100 лет. Однако мне, например, повезло, и я за свою жизнь видел полное солнечное затмение 3 раза (в разных местах): в 1960 году в Саратове, потом в 1986 году в Новосибирске и в 1999 году во Франции.

7. Почему люди не могут жить вечно?

Как известно, люди произошли в результате эволюции от животных (от обезьян), поэтому жизненный цикл человека подчиняется тем же законам, что и у животных. А в животном мире главная цель - выживание вида, а не отдельного живого существа. Конечно, борьба отдельного существа за выживание тоже существенна, но только для того, чтобы дать потомство, передав ему все свои наследственные признаки и тем самым продолжив жизнь своего вида. Безжалостная борьба за существование выбрала продолжительность жизни отдельного существа, наиболее оптимальную с точки зрения выживания вида. Эта продолжительность жизни различна у разных видов - есть насекомые, которые живут один день, и есть деревья, которые живут 3000 лет. Видимо, для выживания вида более выгодно, чтобы каждое существо жило ограниченное время, а потом умирало, дав жизнь новым поколениям существ того же вида. Люди унаследовали свою смертность от животных. Однако у людей появился новый способ передать свой опыт следующим поколениям - язык, письменность, искусство, наука. И поэтому древний человек, нарисовавший прекрасные рисунки на стенах пещеры, хотя и умер много тысяч лет назад, но сумел передать нам, своим потомкам, частичку своей души.

К задаче 1.
Иногда мы видим полный диск Луны, иногда только половину лунного диска, а иногда серп.
Почему так получается?

Мы видим только ту часть Луны, на которую падает солнечный свет.
Часть Луны, на которую не попадают солнечные лучи, остается темной, и мы ее не видим.

Точно так же на фотографии мы видим только половину мячика, когда мячик освещен лампой справа.

На рисунке показано расположение Солнца, Земли и Луны.
Рисунок сделан, конечно, без соблюдения масштаба - Земля и Луна изображены слишком большие и близко к Солнцу, но в данной задаче это не важно.

Повернутая к Солнцу сторона Луны освещена Солнцем.

Справа внизу показано, как Луна будет видна с Земли.

На анимации в правом верхнем уголке показано, как будет видна Луна с Земли.

Прочитайте отрывок из книги Я. Перельмана "Занимательная астрономия"

"Молодой или старый месяц?"

Загрузить Perelman_astr.pdf

Задание 1:

Известно, что на фотографии растущая Луна.

Можно ли сказать, в каком полушарии сделана эта фотография?

1. Фотография сделана в северном полушарии.
2. Фотография сделана в южном полушарии.

3. Мы не можем сказать, в каком полушарии сделана фотография.

Задание 2:

Два велосипедиста выехали одновременно навстречу друг другу из двух поселков, расстояние между которыми $\displaystyle 40$ км.
Скорость первого велосипедиста $\displaystyle 10$ км/час, а второго - $\displaystyle 14$ км/час.
Первый велосипедист взял с собой собаку. Собака сразу побежала навстречу второму велосипедисту, встретила его, и побежала обратно навстречу своему хозяину. Встретив его, она побежала снова ко второму велосипедисту.
Так она бегала со скоростью $\displaystyle 18$ км/час от одного велосипедиста к другому, пока велосипедисты не встретились.
Сколько километров пробежала собака?

Ответ: км.

Задание 3:

Эскалатор метро поднимает стоящего на нем пассажира за $\displaystyle 40$ секунд. По неподвижному эскалатору пассажир поднимается за $\displaystyle 2$ минуты.

За какое время поднимется пассажир, если будет идти вверх по движущемуся эскалатору? (Дайте ответ в секундах).

Ответ: с.

Задание 4:

При забеге на 60 метров на уроке физкультуры засекли время при помощи механического секундомера.

Секундомер остановлен в тот момент, когда Петя финишировал.

Какова цена деления секундной шкалы секундомера?

Цена деления секундной шкалы:

C какой скоростью бежал Петя?

Дайте ответ в метрах в секунду, с точностью до сотых.

Ответ: м/с.

Указание. Красная стрелка - секундная, её показания считывают по внешней шкале.
(Внутренний маленький круг - для минутной стрелки, при решении этой задачи на него не надо обращать внимания.)

Чтобы найти, чему равна цена деления шкалы прибора, надо посмотреть, какому значению измеряемой величины соответствует каждое самое маленькое деление.

Например, цена деления линейки равна 1 мм.

Задание 5:

Винтовой самолет Ан-140 летит со скоростью $\displaystyle 550$ км/ч.

Пропеллер этого самолета делает $\displaystyle 1200$ оборотов в минуту.

Сколько метров пролетит самолёт за время одного оборота пропеллера? (Ответ округлить до десятых).

Ответ: м

Задание 6:

Черный диск радиуса R обкатывает неподвижный диск такого же радиуса и делает вокруг него один оборот.
Сколько раз черный диск оборачивается за это время вокруг своей оси?

Ответ: .

Указание: Вырежи из бумаги два одинаковых кружочка, или возьми две одинаковых монетки, и проверь на опыте, сколько оборотов получится.

Задание 7:

Один диск обкатывает другой, диски одинаковые.
На каком из рисунков правильно показан след, который оставит на бумаге точка, находящаяся на краю черного диска? Такой след называют траекторией точки.

Ответ к этой задаче можно найти экспериментально.
Для этого можно взять две одинаковые монетки или два кружка одинакового диаметра из картона.
В точке, куда показывает карандаш (см. рисунок к задаче), можно сделать метку, потом обкатить один кружок вокруг другого и при этом следить, как двигается метка.

38 серия (май) учебного года 2018-2019

За год мы познакомились понятиями силы и энергии, с одним из самых фундаментальных законов физики - законом сохранения энергии, с законами Ньютона, законом Архимеда, с механизмами, в которых используются подвижные и неподвижные блоки. Приобретенные знания помогут вам решить задачи этой серии.

Указание к задаче 2.
Управлять плавучестью рыбам помогает плавательный пузырь. Для того чтобы всплыть, рыба выделяет газ из крови в плавательный пузырь, так что общий объем рыбы и ее плавучесть увеличивается. Для погружения рыба, наоборот, уменьшает количество воздуха в пузыре, растворяя его в крови или выпуская через рот.

Задание 1:

увеличенная картинка откроется в новом окне

Винни Пух и Пятачок перетягивают канат в устройстве, показанном на рисунке. Оба тянут канат изо всех сил, но никто не может победить. Пятачок тянет канат с силой $\displaystyle 30\ Н$. С какой силой тянет канат Винни-Пух?

Дайте ответ в Ньютонах; весом блоков и трением можно пренебречь.

Ответ: $\displaystyle Н$.

Задание 2:

В аквариуме плавает толстая голодная рыбка. Она держится в толще воды, не работая плавниками, т.е. только за счёт плавучести.

Как изменится уровень воды в аквариуме, если рыбка случайно проглотит камешки, которые лежат на дне аквариума? (Проглотив камешки, рыбка продолжает плавать.)

Задание 3:

У какого маятника скорость груза в нижней точке больше? (Весом нити можно пренебречь).

Задание 4:

Две одинаковые лодки связаны легкой верёвкой и плавают на расстоянии $\displaystyle 60$ м одна от другой. На носу каждой лодки стоит мальчик. Масса обоих мальчиков одинакова. Мальчики одновременно начинают тянуть верёвку. На левой лодке мальчик вытягивает верёвку со скоростью $\displaystyle 50$ см/с, а на правой - со скоростью $\displaystyle 30$ см/с. Какой путь пройдет левая лодка за одну минуту? Дайте ответ в метрах.

Ответ: м.

Указание: массой веревки можно пренебречь.

Задание 5:

Тонкостенный стеклянный сосуд без дна стоит на гладком столе (см. рисунок).

Щели между нижним краем сосуда и столом нет.

Сколько воды можно налить через верхнюю трубу в сосуд, пока вода не начнет протекать между его нижним краем и столом? Дайте ответ в миллилитрах, округлите до целых.

Площадь сечения нижней трубы - $\displaystyle 25$ см$\displaystyle ^2$, её высота - $\displaystyle 5$ см;

Площадь сечения верхней трубы - $\displaystyle 5$ см$\displaystyle ^2$, её высота - $\displaystyle 10$ см;

Масса пустого сосуда - $\displaystyle 100$ г.

Ответ: мл.

Задание 6:

На чаше весов стоит деревянный кубик и стакан, наполовину наполненный водой.

Изменятся ли показания весов, если кубик забросить в стакан?

Показания весов

Задание 7:

Что вы можете сказать о потенциальной энергии красного и синего маятников в высшей точке подъема?

Физика 7 класс

Физика 7 класс

Примерные серии задач интернет-кружка

1 серия (сентябрь) учебного года 2018-2019

38 серия (май) учебного года 2018-2019

Как записаться в кружок, отправить свои ответы и узнать правильные ответы