Lecția de Fizică, clasa a VII-a. Caiet de activități (2)

Lecția de Fizică – clasa a VII‑a Mihaela Garabet, Gabriela Alexandru, Raluca-Ioana Constantineanu

Copyright © 2020 Grup Media Litera Toate drepturile rezervate

Editura Litera

O.P. 53; C.P. 212, sector 4, Bucureşti, România tel.: 021 319 63 90; 031 425 16 19; 0752 548 372 e mail: comenzi@litera.ro

Ne puteți vizita pe

Editor: Vidraşcu şi fiii Redactor: Gabriela Niță Corector: Carmen Bîtlan Copertă: Vlad Panfilov

Ilustrații: arhiva Litera, shutterstock.com Tehnoredactare şi prepress: Dorel Melinte, Olimpia Bolozan

Descrierea CIP a Bibliotecii Naționale a României GARABET, MIHAELA

Lecția de fizică: clasa a VII a/Mihaela Garabet, Gabriela Alexandru, Raluca-Ioana Constantineanu. –Bucureşti: Litera, 2020 ISBN 978-606-33-6444-0

I. Alexandru, Gabriela II. Constantineanu, Raluca-Ioana 53

CUPRINS

Unitatea 1

Concepte și modele matematice de studiu în fizică 5

1.1. Mărimi şi fenomene fizice studiate 6

1.2. Etapele realizării unui experiment 8

1.3. Studiul experimental al relațiilor metrice în triunghiul dreptunghic (extindere) ...... 10

1.4. Mărimi fizice scalare 12

1.5. Mărimi fizice vectoriale 12

Probleme rezolvate 14

Activități de evaluare 15

Test pentru autoevaluare 16

Unitatea 2

FENOMENE MECANICE – Interacțiuni .......... 17

2.1. Interacțiunea. Efectele interacțiunilor. Tipuri de interacțiuni . ..................... 18

2.2. Forța – măsură a interacțiunii. Forțe de contact şi de acțiune la distanță .. 20

2.3. Principiul inerției .......................... 23

2.4. Principiul acțiunii şi reacțiunii 25

2.5. Exemple de forțe ......................... 26

2.6. Mişcarea unui corp sub acțiunea mai multor forțe .......................... 42

2.7. Compunerea forțelor. Regula paralelogramului 43

2.8. Regula poligonului pentru compunerea mai multor vectori (extindere) 46

2.9. Mişcarea unui corp pe plan înclinat ........ 47

2.10. Descompunerea unei forțe după două direcții reciproc perpendiculare 49 Probleme rezolvate 50

Activități de evaluare 52

Test pentru autoevaluare 54

Unitatea 3

FENOMENE MECANICE – Lucru mecanic. Energie 55

3.1. Lucrul mecanic efectuat de forțe constante .... 56

3.2. Putere mecanică. Unitate de măsură. Randament 60

3.3. Energia cinetică 64

3.4. Energia potențială gravitațională 66

3.5. Energia potențială elastică (extindere) 68

3.6. Energia mecanică 69

3.7. Conservarea energiei mecanice 71

3.8. Metode de conversie a energiei mecanice (extindere) 73 Probleme rezolvate 74

Activități de evaluare 76

Test pentru autoevaluare 78

Unitatea 4

FENOMENE MECANICE – Echilibrul corpurilor ... 79

4.1. Mişcarea de translație şi de rotație a corpului nedeformabil ................... 80

4.2. Echilibrul de translație 82

4.3. Momentul forței. Unitate de măsură ....... 86

4.4. Echilibru de rotație 88

4.5. Pârghia. Pârghii în sistemul locomotor 91

4.6. Scripetele 93

4.7. Centrul de greutate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

4.8. Echilibrul corpurilor şi energia potențială ... 97 Probleme rezolvate 101

Activități de evaluare 102

Test pentru autoevaluare 104

Unitatea 5

FENOMENE MECANICE – Statica fluidelor ..... 105

5.1. Presiunea ................................ 106

5.2. Presiunea hidrostatică ................... 108

5.3. Presiunea atmosferică .................... 109

5.4. Legea Pascal. Aplicații .................... 113

5.5. Legea Arhimede. Aplicații 117 Probleme rezolvate 123

Activități de evaluare 123

Test pentru autoevaluare 126

Unitatea 6

FENOMENE MECANICE – Unde mecanice –sunetul 127

6.1. Unde mecanice 128

6.2. Producerea şi percepția sunetelor 132

6.3. Propagarea sunetelor. Ecoul 134

6.4. Caracteristici ale sunetului 136

Probleme rezolvate 139

Activități de evaluare 139

Test pentru autoevaluare 141

Răspunsuri 142

Vă propunem noi provocări care sperăm să vă stârnească din nou curiozitatea.

Vom analiza împreună, din punct de vedere mecanic, tot ceea ce ne înconjoară. Vom arunca mingi, vom trage cu arcul, vom aluneca pe skateboard, vom face bungee jumping, vom răsturna scaune cu gândul paşnic al experimentatorului, vom merge pe sârmă la circ, ne vom scufunda în adâncuri de mări alături de delfini sau de submarine, vom zbura.

Pe parcursul activităților pe care vi le propunem, vă veți pune întrebări cărora le veți găsi răspunsuri descoperind, explorând şi analizând noi fenomene, noi legi şi aplicațiile

Asemeneaacestora.copiilor care îşi pun şi vă pun întrebări, la fiecare început de lecție, veți căuta răspunsuri uneori singuri, alteori împreună cu prietenii voştri, colegi de bancă sau de clasă, devenind pe rând observatori, experimentatori, cercetători, descoperitori, inventatori.

Aveți încredere şi nu vă lăsați învinşi de nicio problemă mai dificilă! Nu este important dacă nu ştiți vreun răspuns, important este să doriți să l aflați!

Vă vom însoți cu drag pe parcursul acestei aventuri minunate care se numeşte FIZICA şi vă dorim mult succes!

Autoarele

1.1. MĂRIMI ȘI FENOMENE FIZICE STUDIATE

• Cum pot formula afirmații științifice? Pe ce se bazează ele?

EXPERIMENT 1 Amintește-ți ce ai învățat în clasa a VI-a la fizică!

necesareMateriale

∎ un corp mic, de exemplu: o monedă Mod de lucru

Încearcă să măsori sau să estimezi cât mai multe proprietăți măsurabile ale corpului ales. Identifică instrumentele de măsură care te-ar putea ajuta. Identifică modalități prin care ai putea implica corpul în procese fizice, din toate categoriile de procese studiate (mecanice, termice, electrice, magnetice și optice).

Alcătuiește un referat științific în care să prezinți rezultatele demersului de investigare a corpului ales.

CONCLUZIE

Pentru a descrie corpurile și fenomenele din realitate, avem nevoie de mărimi fizice. Ele pot fi măsurate cu instrumente de măsură și măsurarea lor presupune stabilirea valorii numerice și a unității de măsură corespunzătoare.

În tabelul de mai jos se regăsesc fenomenele și mărimile fizice studiate în anul trecut la fizică:

Fenomenefizice

Fenomenefiziceîngeneral

Mărimi fizice Unități de măsură

Instrumente de măsură DenumireSimbolDenumire Simbol

lungime

l metru mriglă, ruletă, şubler etc. suprafață

S metru pătrat m2 hârtie milimetrică, planimetru volum

V metru cub m3 vase gradate interval de timp Δt secundă scronometru, ceas

Fenomenemecanice distanță

d metru mruletă viteză

v metru pe secundăm/svitezometru, radar accelerație a Newton pe kilogramN/kgaccelerometru masă m kilogram kgcântar, balanță densitate ρ kilogram pe metru cubkg/m3 densimetru forță

F Newton Ndinamometru

Fenomenetermice temperatură T Kelvin Ktermometru Fenomeneelectriceşimagnetice curentuluiintensitateaelectric I Amper Aampermetru unghi între raza de lumină şi o dreaptă , grad °raportor

OBSERVAȚIE: Mărimile fizice studiate pot fi clasificate în mai multe moduri:

• fundamentale – lungime, masă, timp, cantitate de substanță, temperatură, intensitatea curentului electric, intensitate luminoasă.

• derivate – viteză, densitate, forță etc.

• scalare – caracterizate doar de valoarea numerică, de exemplu: masă, timp, densitate, temperatură etc.

• vectoriale – cele care sunt caracterizate de valoare numerică, dar și de orientare în spațiu, de exemplu: viteza, accelerația, forța etc.

• de stare – reprezintă proprietăți ale unui corp sau ale unui ansamblu de corpuri la un moment dat, de exemplu: lungimea, masa, densitatea, volumul, temperatura etc.

• de proces – descriu un proces (pentru procese diferite au valori diferite), de exemplu: distanța parcursă între casă și școală va fi diferită pentru trasee diferite. Această mărime nu descrie starea unui corp, ci un proces de mișcare.

• variabile – ale căror caracteristici se modifică în timp și/sau spațiu, de exemplu: coordonata spațială x a unui corp aflat în mișcare rectilinie.

• constante – care rămân la fel în timp și/sau spațiu.

– atunci când ele rămân la fel pentru un corp dat, se numesc constante de corp, de exemplu: masa pentru un corp solid care nu suferă deteriorări.

– dacă aceste mărimi rămân la fel atunci când se lucrează cu aceeași substanță, se numesc constante de material, de exemplu: densitatea unei substanțe în condiții normale.

– dacă ele nu se modifică niciodată, indiferent de corp, de conjunctură sau de substanță, se numesc constante universale, de exemplu: viteza luminii în vid sau sarcina electrică a electronului.

• Afirmațiile științifice au caracter obiectiv. Ele se bazează pe investigarea reali tății cu ajutorul instrumentelor de măsură și pe exprimarea numerică a pro prietăților măsurabile (mărimile fizice) ale corpurilor, ale ansamblurilor de corpuri și ale fenomenelor fizice.

1.2. ETAPELE REALIZĂRII UNUI EXPERIMENT

• Ce trebuie să facem pentru a analiza corpurile și fenomenele într-un mod eficient și fără a ne pune în pericol?

Principala metodă de cercetare în fizică este experimentul. Acesta nu trebuie să lipsească dintr-un demers științific corect și eficient. Experimentul se desfășoară, în general, în etape.

Etapa Exemplu

I. 1.Proiectare

Formularea scopului

1. Identificarea modului în care poate fi calculat intervalul de timp (T) în care un corp suspendat de un punct fix printr-un fir parcurge drumul dus-întors dacă este lăsat liber dintr-o poziție în care firul face un unghi mic (sub 20°) cu verticala. În acest experiment vom nota cu T intervalul de timp (nu temperatura).

2. Formularea ipotezelor de lucru

3. Elaborarea unui plan de desfășurare a experimentului

2. Intervalul de timp depinde de masa corpului (m) și de lungimea firului (l). Dacă m crește, T scade, iar dacă l crește, T crește și el.

3. Se măsoară T pentru aceeași lungime a firului l = 25 cm, dar mase diferite m = 50 g, 2m = 100 g, 4m = 200 g. Se măsoară apoi T pentru aceeași masă m = 50 g, dar trei lungimi diferite l = 25 cm, 2l = 50 cm, 4l = 100 cm. De fiecare dată se vor măsura n = 4 „ture” succesive și se va calcula T = Δt/4. Pentru siguranță, se vor efectua câte 3 măsurări în fiecare caz, iar Tm va fi media aritmetică.

4. Stabilirea modului de înregistrare a datelor și a informațiilor

4. Se vor completa tabelele: mn ΔtTTm ln ΔtTTm

1.2. e tapele realizării unui experi M ent

II. Alegerea și pregătirea mijloacelor

5. Alegerea aparatelor și a materialelor necesare

6. Verificarea funcționării aparatelor și a instrumentelor de măsură

III. Efectuare

7. Punerea în practică a operațiilor proiectate și înregistrarea datelor și a informațiilor obținute

IV. Analiză

8. Efectuarea calculelor (unde e cazul) și stabilirea erorilor

9. Formularea experimentuluiconcluziilor

5. Avem nevoie de: fire, corpuri cu mase cunoscute, un suport fix și un cronometru.

6. Verificăm dacă firele nu se rup sub acțiunea greutăților corpurilor. Verificăm funcționarea cronometrului și stabilitatea suportului fix. Stabilim un reper din dreptul căruia să eliberăm corpul.

7. Se realizează montajul și se derulează operațiile completând pe parcursul desfășurării experimentului coloanele din tabele.

8. Se calculează T și Tm și se completează și celelalte rubrici ale tabelului. Se identifică sursele de erori și se estimează erorile.

9. Se consemnează concluziile: T nu depinde de m, dar depinde de l Dacă l crește de 4 ori, T se dublează, deci pătratul lui T este direct proporțional cu l.

OBSERVAȚIE: Experimentele pot avea scopuri diferite. Astfel, există:

• Experimente de observare (a) – în care scopul este să observăm anumite situații pentru a culege date cu privire la corpurile impli cate. De exemplu, putem arunca un corp pe diverse direcții și cu diverse viteze, pentru a observa forma traiectoriei lui în aceste situații.

• Experimente de descoperire (b) – în care scopul este de a desco peri care sunt relațiile dintre mărimile fizice sau ce legi guvernează anumite fenomene. De exemplu, dacă dorim să descoperim ce se întâmplă cu alungirea unui resort elastic atunci când modificăm masa corpului agățat de el.

• Experimente de verificare (c) – în care scopul este verificarea unei informații teoretice. De exemplu, știm că în timpul topirii unui cub de gheață temperatura acestuia rămâne constantă și verificăm această informație cu ajutorul unui termometru.

• Pentru a putea analiza un proces sau un fenomen fizic, e adesea necesar să îl reproducem în laborator. Aici, el poate fi analizat în condiții de siguranță, iar mărimile fizice care intervin pot fi măsu rate. De exemplu, fulgerul care se produce în mod natural între nori și pământ poate fi reprodus în laborator cu un dispozitiv numit „generator Van de Graaff”.

1.3. STUDIUL EXPERIMENTAL AL RELAȚIILOR METRICE ÎN TRIUNGHIUL DREPTUNGHIC (EXTINDERE)

• Ce au în comun Euclid, Einstein (la vârsta de 12 ani) și președin tele american James Garfield?

EXPERIMENT 1

Materiale necesare

∎ un fir de ață

Mod de lucru Înnoadă firul astfel încât să obții 13 noduri echidistante (12 porțiuni de fir egale, separate prin noduri). Așază firul sub formă de triunghi, în care o latură are 3 por țiuni egale, cealaltă 4 și ultima, 5.

CONCLUZIE

Triunghiul care are lungimile laturilor proporționale cu numerele 3, 4 și 5 este un triunghi dreptunghic.

OBSERVAȚIE: Se observă că cele trei numere respectă o regulă: 32 + 42 = 52 , 9 + 16 = 25. Adică: „într-un triunghi dreptunghic suma pătratelor catetelor este egală cu pătratul ipotenuzei”.

Relația matematică conform căreia pentru un triunghi dreptunghic c12 + c22 = (ip)2, unde c1 și c2 sunt catetele, iar ip este ipotenuza, este una dintre cele mai cunoscute relații din geometrie și poartă numele lui Pitagora, un matematician și filosof grec din secolul 6 î.Hr.

EXPERIMENT 2 Să verificăm teorema lui Pitagora pentru un triunghi dreptunghic.

Materiale necesare

∎ un carton colorat

∎ un carton alb

∎ un echer

∎ un creion

∎ o foarfecă

Mod de lucru

Din cartonul colorat, vom decupa patru triunghiuri dreptunghice identice. Deasupra cartonului alb vom aranja cele patru triunghiuri, mai întâi ca în figura A, încadrându-le într-un pătrat. Desenăm conturul pătratului mare pe cartonul alb. Așezăm apoi triunghiurile în cadrul pătratului desenat anterior, ca în figura B.

1.3. s tudiul experi M ental al relațiilor M etrice în triunghiul dreptunghic

În figura A, suprafața care rămâne neacoperită (albă) din pătratul mare este un pătrat cu latura egală cu ipotenuza triunghiurilor dreptunghice. Deci, aria neacoperită e ip2. În figura B, aria neacoperită este formată din două pătrate, care au laturile egale cu catetele triunghiurilor. Deci aria neacoperită este c1 2 + c2 2. Ariile pătratelor albe au aceeași valoare, deoarece ariile acoperite cu carton colorat sunt egale, iar aria pătratului cadru este identică în ambele aranjamente. Deci c1 2 + c2 2 = (ip)2.

Mod de lucru

Decupează din carton un triunghi dreptunghic cu catete de lungimi diferite și măsoară-i laturile.

Calculează rapoartele c1 ip , c2 ip , c1 c2 .

Taie din triunghiul acesta unul mai mic, care să fie tot dreptunghic, realizând o tăietură paralelă cu o catetă, ca în imagine. Măsoară din nou laturile și calculează aceleași rapoarte. Poți repeta operația ca să te convingi că atâta vreme cât unghiurile rămân egale, rapoartele rămân egale. Decupează două triunghiuri dreptunghice identice și măsoară laturile. Cu ajutorul unui echer, figurează înălțimea unui triunghi din vârful unghiului drept. Taie triunghiul pe direcția înălțimii. Ai obținut trei triunghiuri care respectă regula rapoartelor egale.

PENTRU CURIOȘI

Aplicând egalitatea rapoartelor obținem Să verificăm teorema lui Pitagora prin metoda lui Euclid, redescoperită de Einstein când avea 12 ani.

• Atât Euclid, cât și Einstein (la 12 ani) și președintele James Garfield au găsit demonstrații diferite, dar ingenioase ale celebrei teoreme a lui Pitagora.

În unele parcuri de distracție în care copiii pot experimenta amuzamente științifice, există dis pozitive prin care se demonstrează teorema lui Pitagora pe baza volumului lichidelor. Trei cutii cu bazele în formă de pătrat și cu aceeași înălțime sunt lipite pe laturile unui triunghi dreptunghic, lipit la rândul său pe un disc care se poate roti în plan vertical. Se pune apă colorată cât să umple cu tia cea mai mare. Când se învârtește dispozitivul, apa curge prin orificii și um ple integral cu tiile mai mici.

1.4. MĂRIMI FIZICE SCALARE

• Cum stabilim relații între mărimile fizice scalare?

propunem un „experiment imagi nar”. Să presupunem că cineva te sună la telefon și îți pune câteva întrebări:

Ce temperatură e acum în localitatea ta?

Ce masă are ghiozdanul tău?

Cât timp vei sta la școală?

„La noi sunt 18 grade Celsius.”

„Ghiozdanul meu are aproximativ 5 kilograme.”

„Azi voi sta 6 ore la școală.”

OBSERVAȚIE: La toate aceste întrebări, răspunsurile sunt numerice. Interlocutorul este pe deplin lămurit și nu cere informații suplimentare, pentru că întrebările lui fac referire la mărimi fizice scalare.

DEFINIȚIE: Spunem că mărimile fizice sunt scalare dacă singura lor caracteristică definitorie este valoarea numerică. Dintre mărimile studiate în clasa a VI-a, mărimi scalare sunt: masa, volumul, densitatea, timpul,

• Relațiile dintre mărimile fizice scalare sunt relații matematice. Regulile de calcul sunt cele studiate în cadrul aritmeticii și algebrei.

1.5. MĂRIMI FIZICE VECTORIALE

• Cum stabilim relații între mărimile fizice vectoriale?

• Dar între mărimile fizice scalare și cele vectoriale?

Să reluăm „experimentul imaginar”. Să presupunem că cineva te sună la telefon și îți pune alte întrebări:

2.1. INTERACȚIUNEA. EFECTELE INTERACȚIUNILOR. TIPURI DE INTERACȚIUNI.

• Ce s-ar putea întâmpla cu un pahar de sticlă așezat prea aproape de marginea mesei? Dar cu o gumă de șters?

OBSERVAȚIE: Dacă un obiect cade de pe masă, el ajunge pe podea pentru că este atras de Pământ. La impactul cu solul, unele corpuri își schimbă ireversibil forma, altele nu.

EXPERIMENT 1 Ce se întâmplă cu mingea de cauciuc în următoarele situații?

Dă drumul mingei în aer. Ce se întâmplă cu viteza ei?

Aruncă mingea vertical în sus. Cum va evolua viteza ei?

Aruncă mingea orizontal. Ce se întâmplă cu ea?

CONCLUZIE

Interacțiunea dintre minge și planeta Pământ este o interacțiune la distanță. Efectele dinamice ale interacțiunii sunt:

Creșterea(accelerare)vitezei Scăderea(încetinire)vitezei

Modificareaschimbareatraiectoriei/direcțieivitezei

2.1. i nteracțiunea. e fectele interac ț iuni lor. t ipuri de interacțiuni.

EXPERIMENT 2 Lasă corpurile din imaginile de mai jos să cadă deasupra podelei. Ce se întâmplă atunci când ele interacționează cu solul?

O bilă metalică O minge de cauciuc Un cub de gheață Un săculeț cu nisip

CONCLUZIE

Interacțiunea poate avea ca efect static deformarea. În funcție de proprietățile corpurilor, deformarea poate fi:

Insesizabilă –în frigide,corpurilorcazulnede-ormabile

Elastică – în cazul corpurilor elastice care revin la forma inițială atunci când interacțiunea ia sfârșit

Ireversibilă – în cazul casantecorpurilor

Plastică – pentru corpurile care nu revin la forma inițială după ce interacțiunea ia sfârșit

reprezintă acțiunea a două corpuri

INTERACȚIUNEAINTERACȚIUNIIEFECTELE gravitaționale

se realizează: prin contact fenomenelereprezintă ce apar în corpurilorinteracțiuniiurma

dinamice – constau în schimbarea stării de mişcare constaustatice –corpurilordeformareaîn

deformări elastice – corpurile revin la forma inițială după încetarea interacțiunii

deformări plastice – corpurile nu revin la forma inițială după încetarea interacțiunii la distanță electricemagnetice

• Dacă paharul sau guma de șters cad de pe masă, ajung să interacționeze prin con tact cu solul. În cazul gumei de șters, care este un corp elastic, interacțiunea cu solul nu va produce efecte statice ireversibile. În cazul paharului însă, efectul static de deformare prin spargere este ireversibil.

2.2. FORȚA – MĂSURĂ A INTERACȚIUNII.

FORȚE DE CONTACT ȘI DE ACȚIUNE LA DISTANȚĂ

• În care dintre cele două situații prezen tate sunt mai ușor de împins sau de tras cele două lăzi pline cu nisip?

OBSERVAȚIE: Atunci când împingem sau când tragem de un obiect, mâinile interacționează cu el. Se observă că uneori trebuie să tragem sau să împingem mai tare, iar alteori mai slab.

DEFINIȚIE: Forța este mărimea fizică prin care măsurăm interacțiunea

EXPERIMENT 1 Utilizează sau imaginează-ți că utilizezi un arc cu săgeți.

În ce punct poți așeza săgeata, pe firul elastic, pentru a trage?

Forța este caracterizată de un punct de aplicație

Așezând orizontal săgeata, în ce sens poți întinde firul elastic?

Forța este îndreptată într-un sens

APe ce direcție poți așeza săgeata?

Forța acționează pe o direcție

Cât de tare poți să tragi de firul elastic?

Forța are mărime sau valoare numerică numită modul.

2.2. f orța – M ăsur ă a interacțiunii. f orțe de contact și de acțiune la distanță

DEFINIȚIE: Forța este o mărime fizică vectorială care poate fi reprezentată printr-o săgeată caracterizată de:

• punct de aplicație – punctul în care acționează forța

• direcție dreapta pe care acționează forța

• sens – de la punctul de aplicație spre vârful săgeții

• modul – valoarea numerică a forței.

Unitatea de măsură pentru forță în Sistemul Internațional de Mărimi Fizice și Unități de Măsură se numește Newton: [F]SI = 1 N

Forța se reprezintă printr-un vector numit vector-forță. Pentru ca reprezentarea să fie relevantă, lungimea vectorului trebuie să fie proporțională cu modulul forței. punct de aplicație direcțiemodul sens

MODUL 50 N 8 N 2 N

DIRECȚIE verticală orizontală dreapta AB

SENS în sus spre dreapta de la B spre A PUNCT DE APLICAȚIE extremitatea de joscentrul corpului B 10 N 2 N 0,5 N A B

EXPERIMENT 2

Materiale necesare

∎ o bilă de oțel

∎ un magnet

∎ un creion

Mod de lucru

Apropie magnetul de bilă. Observă acțiunea la distanță a forțelor de atracție între magnet și bilă. Împinge bila cu vârful creionului. Observă acțiunea forțelor de contact dintre creion și bilă.

Din oficiu se acordă: 2 p.

1 (1 p)

2 (1 p)

3 (2 p)

TEST PENTRU AUTOEVALUARE

Stabiliți valoarea de adevăr pentru fiecare dintre următoarele afirmații:

a) Utilizând notațiile din manual, [g]SI = 1 N. A/F

b) Expresia forței de frecare la alunecare în funcție de normala la suprafață și de coeficientul de frecare este o relație vectorială. A/F

c) Dacă în reprezentarea grafică a forțelor 1 cm corespunde unui modul de 3 N, un vector forță reprezentat printr-un segment de 2,5 cm are modulul F = 7,5 N. A/F

d) Constanta elastică a unui resort depinde de alungirea resortului. A/F

Asociați mărimile fizice din rândul cu unitățile corespunzătoare de măsură din rândul de jos:

∎ accelerație gravitațională ∎ forță ∎ coeficient de frecare ∎ constantă elastică ∎ greutatea ∎ tensiunea în fir

∎ N ∎ adimensional ∎ N/kg ∎ N/m

Cu cât variază alungirea unui resort cu constanta elastică egală cu 100 N/m, dacă forța deformatoare crește de la F1 = 20 N la F2 = 30 N?

4 (1 p) Completează desenul, determinând forța rezultantă care acționează asupra resortului, considerat fără greutate. F1 = F2 = 16 N.

5 (2 p)

6 (1 p)

Efectuați transformările de unități de măsură:

a) 0,12 kN = … N = … MN c) 150 N/cm = … N/m = … kN/m

b) 20 mN = … N = … kN d) 2000 N/m = … N/cm = … kN/m

De un suport fix este agățată, prin intermediul unui fir inextensibil, o mașinuță având masa m = 150 g. Firul se rupe la o tensiune mai mare de 2 N. Ce masă suplimentară se mai poate adăuga mașinuței fără ca firul să se rupă?

JURNAL DE ÎNVĂȚARE

Reflectează asupra a ceea ce ai învățat în capitolul FENOMENE MECANICE – Interacțiuni Interacțiunea. Efectele interacțiunii. Tipuri de interacțiuni ∎ Forța – măsură a interacțiunii. Forțe de contact și de acțiune la distanță ∎ Principiul inerției ∎ Principiul acțiunii și reacțiunii ∎ Exemple de forțe ∎ Mișcarea unui corp sub acțiunea mai multor forțe. Compunerea forțelor ∎ Regula paralelogra mului. Regula poligonului ∎ Descompunerea unei forțe după două direcții reciproc perpendiculare ∎ Mișcarea unui corp pe plan înclinat Notează pe caiet, în rubricile unui tabel similar celui alăturat, ceea ce crezi că știi, ceea ce ai învățat și ceea ce ai vrea să mai înveți despre interacțiuni.

3.1. LUCRUL MECANIC EFECTUAT DE FORȚE CONSTANTE

• Ce este lucrul mecanic?

• Când putem spune că o forță efectuează lucru mecanic?

OBSERVAȚIE: Sub acțiunea forțelor de tracțiune, paralelipipedul se deplasează pe o distanță, d, în ambele cazuri.

Pentru a caracteriza acțiunea unei forțe de tracțiune asupra unui corp care se deplasează, utilizăm o mărime fizică numită lucru mecanic, L Despre forțele de tracțiune indicate în exemplul prezentat, spunem că efectuează lucru mecanic, deoarece atunci când acționează asupra corpului îl deplasează pe distanța d, pe direcția și în sensul lor.

DEFINIȚIE: În cazul particular în care vectorul forță, F , și deplasarea punctului de aplicație al acestuia, d, sunt pe aceeași direcție, iar valoarea forței este constantă, lucrul mecanic al forței reprezintă mărimea fizică scalară L, egală cu produsul dintre modulul forței și modulul deplasării:

L = F · d

Pentru cazul corpului tractat pe direcție orizontală care se deplasează pe distanța d sunt posibile următoarele situații.

• Lucrul mecanic efectuat de către forța de tracțiune, F, este L = F · d > 0 și se numește lucru mecanic motor Ff

• Lucrul mecanic efectuat de către forța de frecare, Ff , care acționează în sens contrar mișcării este negativ:

L = Ff · d < 0 și se numește lucru mecanic rezistent

• Lucrul mecanic efectuat de către greutatea corpului, G, este nul: L = G · d = 0

• Lucrul mecanic efectuat de către reacțiunea normală, N, este nul: L = N · d = 0

Forțele perpendiculare pe direcția mișcării nu efectuează lucru mecanic. Unitatea de măsură a lucrului mecanic în SI se numește Joule și se notează J, în onoarea fizicianului englez James Prescott Joule.

[L]SI = [F]SI · [d]SI = 1 N · 1 m = 1 J

Un Joule reprezintă lucrul mecanic efectuat de către o forță constantă, cu valoarea de 1 N care, acționând asupra unui corp, îl deplasează pe direcția și în sensul său, pe distanța de 1 m.

James Prescott Joule (14/26 decembrie 1818 – 11 octombrie 1889)

elev al lui John Dalton, a fost un mare fizician englez, devenit celebru datorită experimente lor prin care a verificat principiul conservării și transformării energiei.

El a formulat în 1841 le gea transformării ener giei în industrieibuindriipânăcercetăriJoule.cunoscutăconductoare,calegealuiJouleaefectuatexperimentalelaterminareaavesale,în1875,contrilarevoluționareaAngliei.

3.1. lucrul M ecanic efectuat de forțe constante

EXPERIMENT 1 Cine influențează lucrul mecanic efectuat de către forța de tracțiune?

Materiale necesare

∎ mașinuță de jucărie

∎ bandă adezivă

∎ dinamometru

∎ fir de ață

∎ riglă

Mod de lucru

Atașează dinamometrul de mașinuță folosind firul de ață.

a. Trage de dinamometru pe drum orizontal, cu forță constantă, deplasând uniform mașinuța pe distanța d = 50 cm.

b. Trage cu aceeași forță, dar pe o distanță mai mare: d = 80 cm.

c. Deplasează mașinuța pe distanța d = 50 cm, dar acționând cu o forță mai mare. Acest lucru va fi posibil dacă blochezi roțile, lipindu-le cu bandă adezivă și mărind astfel forța de frecare. Notează datele obținute într-un tabel, după model.

CONCLUZIE

Lucrul mecanic efectuat de către forța de tracțiune depinde de valoarea forței (F) și de distanța pe care s-a deplasat punctul de aplicație al forței (d).

1. CÂND se poate spune că o forță efectuează lucru mecanic?

a) Ține bicicleta de ghidon și împinge-o, deplasând-o câțiva metri.

b) Ține bicicleta în brațe, ridicată de la pământ, câteva minute.

În care situație obosești mai puțin?

Nr. crt. F (N) d (m) L = F · d (N m)

OBSERVAȚIE: Când deplasezi bicicleta (cazul a), forța cu care împingi de ghidon efectuează lucru mecanic, dar obosești mult mai puțin decât atunci când susții bicicleta (cazul b). Pentru a ține bicicleta în brațe, faci un efort mai mare, numai că bicicleta este imobilă și forța cu care este susținută nu efectuează lucru mecanic. Așadar, nu trebuie confundată oboseala din urma unui efort cu lucrul mecanic, ce presupune neapărat o deplasare, o trecere dintr-o poziție în alta, cu alte cuvinte, un proces. Lucrul mecanic este o mărime fizică de proces.

2. CUM calculăm lucrul mecanic?

În practică, putem întâlni următoarele cazuri:

Știința care se ocupă cu producerea, propagarea, recepționarea sunetelor, precum și a efectelor pe care acestea le pot produce asupra organismului uman se numește acustică. Sunetele pe care le auzim au caracteristici care le deosebesc.

DEFINIȚIE: Durata, t, măsoară timpul în care a putut fi recepționat sunetul până la stingerea sa. [t]SI = 1 s

În cazul undei sonore, sursa transferă, în mod continuu, energie mediului în care se propagă aceasta.

DEFINIȚIE: Intensitatea sonoră este mărimea fizică scalară ce măsoară energia transferată prin unitatea de suprafață aflată perpendicular pe direcția de propagare, în unitatea de timp, unde E este energia transferată în timpul Δt printr-o suprafață de arie S perpendiculară pe direcția de propagare a undei. [I]SI = 1 W/m2

I = E S · Δt

Intensitatea sonoră depinde de amplitudinea și de frecvența sunetului, precum și de densitatea mediului și de viteza de propagare a sunetului în acel mediu.

PENTRU CURIOȘI

În practică se utilizează nivelul de intensitate sonoră, o mărime fizică adimen sională L, care raportează intensitatea unui sunet la o valoare de referință aleasă în mod convențional. Nivelul de intensitate sonoră se exprimă în decibel, dB, denumire aleasă în onoarea fizicianului Graham Bell. O șoaptă are nivelul de intensitate sonoră L = 20 dB, iar un motor de avion are L = 130 dB.

cuavionreacţietrombon uscătordepăr

Înălțimea sunetului este o mărime subiectivă, care nu poate fi măsurată cu un instrument de măsură. Aceasta se referă la senzația fiziologică ce permite deosebirea sunetelor „înalte” (acute, ascuțite) de cele „joase” (grave, profunde).

Timbrul este o altă caracteristică subiectivă a sunetelor compuse din sunetul fundamental și din armonicele emise odată cu acesta. Două surse sonore care emit sunete fundamentale și armonici identice, dar cu nivel de intensitate sonoră diferit, creează senzații auditive diferite; acestea diferă prin timbru.

Protecția personală la utilizarea sunetelor

Expunerea excesivă la zgomote este una dintre cauzele apariției pierderilor de auz. Dacă sunetele sunt prea puternice sau durează prea mult, ele distrug treptat terminațiile nervoase auditive. Regulă generală – Un sunet este periculos pentru auzul tău dacă:

• trebuie să „răcnești” pentru a-ți auzi vocea peste zgomotul respectiv;

• dacă apar dureri de urechi în urma expunerii;

• dacă urechile „țiuie” sau dacă percep cu dificultate unele sunete, timp de câteva ore după expunerea la zgomot.

• Sunetele muzicale sunt unde staționare care se repetă în timp. În cazul zgo motelor, nu apar unde staționare.

• Sunetele se caracterizează prin: înălțime, intensitate sonoră, timbru și durată.

PROBLEMĂ REZOLVATĂ

Un mecanic de locomotivă trage sirena atunci când trece pe lângă un zid lung, construit paralel cu linia ferată. Trenul are o viteză v = 20 m/s. Mecanicul aude ecoul (reflectat de zid) după un timp Δt = 2s. Determinați distanța dintre calea ferată și zid. Se presupune cunoscută viteza sunetului în aer: vs = 340 m/s.

Rezolvare:

Sunetul va ajunge la receptor (pe drumul ABC) după același timp, Δt, în care locomotiva se deplasează din A în C. Considerăm triunghiul ABD, care are o catetă, d, egală cu distanța dintre zid și linia ferată, BD fiind înălțimea și mediana triunghiului isoscel ABC

AB = vs · Δt 2 ; AD = v · Δt 2 ; iar teorema lui Pitagora aplicată în triunghiul ABD: AB2 = AD2 + BD2

A C B D zid v vs d = ?

AB = 340 · 2 2 = 340 m; AD = 20 · 2 2 = 20 m. Rezultă că d2 = BD2 = 3402 – 202. Așadar, d ≅ 339 m .

ACTIVITĂȚI DE EVALUARE

I Formulați răspunsuri pentru următoarele întrebări:

1. Ce este lungimea de undă?

2. Ce este o undă longitudinală? Ce caracteristici are ea?

II Alegeți litera corespunzătoare răspunsului corect:

1. Dacă direcția de vibrație a particulelor mediului este perpendiculară pe direcția de propagare a undei, aceasta se numește: a) undă longitudinală; b) undă mecanică; c) undă electromagnetică; d) undă transversală.

2. Frecvența unei unde măsoară: a) numărul vibrațiilor; b) numărul vibrațiilor din unitatea de timp; c) opusul perioadei; d) timpul necesar unei vibrații.

3. Între mărimile caracteristice undelor definite în lecție, este corectă relația: a) λ = Vt b) λ = Tv ; c) λ = Vv ; d) λ = v · T, unde v = viteza de propagare a undei, iar ν = frecvența.

III Stabiliți valoarea de adevăr a următoarelor afirmații:

1. Unda mecanică transportă substanță.

2. Ultrasunetele au frecvențe foarte mari.

3. Amplitudinea unei unde reprezintă distanța până în punctul în care a ajuns unda la un moment dat.

IV Completați enunțurile cu termenii care lipsesc:

1. Atunci când o sursă sonoră emite un , acesta se propagă în toate

2. Un hertz reprezintă

… unei vibrații cu … de 1 s.

3. Toate mediile (gazoase, , ) permit sunetului.

V Redactați rezolvări pentru următoarele probleme:

1. Un sunet se propagă prin aer și ajunge la receptor în timpul t1 = 2 s. În cât timp ajunge sunetul de la aceeași sursă la același receptor, prin oțel? Se cunosc vitezele sunetului în aer, respectiv oțel: v1 = 340 m/s și v2 = 5100 m/s.

2. Carmen bate mingea de tenis în pământ, la o distanță apreciabilă de un zid înalt, ca în figură. Ea aude două sunete la fiecare bătaie a mingii, la un interval de timp Δt = 15 ms. a) Desenează schematic pe caiet traseul nr. 2 al sunetului reflectat pe perete. b) Ce diferență de drum este între sunetul emis și cel reflectat?

3. Cristina aleargă paralel cu un zid înalt și lung. Fata are viteza v = 3 m/s și poartă cu ea un emițător de sunete. Ecoul sunetelor emise este per ceput de Cristina după un timp de 0,5 s. Care este distanța de la pista de atletism la perete? Viteza sunetului este considerată vs = 340 m/s. Puteți folosi calculatorul de buzunar.

VI Completați rebusul și descoperiți cuvintele din coloana albastră:

1. Fenomen legat de existența undelor.

2. Mărime fizică ce reprezintă numărul de vibrații din unitatea de timp.

3. Undă mecanică percepută de ureche.

4. Vibrații mecanice cu frecvențe mai mari de 20 kHz, pe care le percep liliecii.

5. Dacă în sursa sonoră nu se formează unde staționare, sunetele se numesc

6. Unda sonoră este o undă

7. Fenomen ce permite orientarea în spațiu a delfinilor.

8. Fenomen de propagare a perturbației mecanice.

Din oficiu se acordă: 2 p.

1 (1 p)

2 (1 p)

3 (2 p)

4 (1 p)

5 (2 p)

6 (1 p)

TEST PENTRU AUTOEVALUARE

Completați spațiile libere din text, utilizând cuvintele-cheie din caseta de mai jos, eventual articulate corespunzător:

„Dacă pe suprafața unei ape liniștite se aruncă un , el antrenează vecine din apă, obținându-se astfel o vibrație ( sau oscilație) care se propagă, deoarece apa este un în care particulele vecine pot . În acest caz, un obiect care plutește pe suprafața apei este perceput ca mișcându-se vertical în sus și în jos, pe „valurile” create. Este ceea ce numim … mecanică”.

undă, perturbație, corp, particule, mediu, a interacționa

Asociați prin săgeți mărimile fizice din coloana din stânga cu unitățile lor de măsură, din coloana din dreapta:

∎ lungime de undă ∎ dB

∎ frecvență ∎ m

∎ perioadă ∎ Hz

∎ nivelul de intensitate sonoră m/s

∎ viteza undei s

Dan strigă spre zidul unei peșteri. El se găsește la 136 de pași de zid, pași pe care și i-a apreciat de mărimea unui metru, fiecare. În cât timp de la emiterea sunetului își va auzi Dan ecoul? Viteza sunetului este considerată vs = 340 m/s.

Stabiliți valoarea de adevăr a afirmațiilor:

• Sunetele sunt unde longitudinale care se pot propaga în gaze, lichide și solide. A/F

• Lungimea de undă este distanța dintre două unde. A/F

• Viteza sunetului în apă este mai mică decât în aer. A/F

• Cutremurele au loc din cauza propagării unor unde. A/F

O undă mecanică are frecvența ν = 150 Hz.

a) Determinați perioada acestei unde.

b) Dacă se cunoaște viteza de propagare a undei, v = 600 m/s, aflați lungimea de undă a acesteia, precum și distanța parcursă de undă în Δt = 2 min.

Explicați de ce nu se aud pe Pământ zgomotele exploziilor din spațiul cosmic?

JURNAL DE ÎNVĂȚARE

Reflectează asupra a ceea ce ai învățat în capitolul FENOMENE MECANICE – unde mecanice – sunetul Unde mecanice ∎ Producerea și percepția sunetelor ∎ Propagarea sunetelor. Ecoul ∎ Caracteristici ale sunetelor

Notează pe caiet, în rubricile unui tabel similar celui alăturat, ceea ce crezi că știi, ceea ce ai învățat și ceea ce ai vrea să mai înveți despre undele mecanice.

UNITATEA1. Concepte și modele matematice de studiu în fizică

I. 2. 90N; II. 1 d;2c;3b; III.1 A; 2 A; 3 F; 4 F; 5 F; IV. 1 experimentul; 2 destare; 3 variabilă; Test. 1 a)F;b)A;c)A;d)F; 3. 16cm.

UNITATEAFORTA

2. FENOMENE MECANICE – Interacțiuni

I. 1 coeficientuldefrecare; 2 orizontală; 3 egalitate; II. 1 d); 2 c); 3 c)(F orientatăfeste însus); 4 a); III. 1 F; 2 F; 3 F; 4 F; 5 F; IV. 1 segment; 2 deformarea; 3 acțiune,reacțiune; 4 șlefuire,contact; V. 2 a)5N;5N; 3 7,5a)0cm;2,5cm;5cm; cm;10cm;c)19,5cm; 4 b)0,55;0,88;c)2,5cm;4cm; Test. 1 d)a)F;b)F;c)A; F;30,1m; 5 a)120N;0,00012MN; 6. 50g.

UNITATEAELASTICA

3. FENOMENE MECANICE – Lucru mecanic. Energie

I. 1 Lucrulmecanicesteacelași; 2 crește; 3 căldură; 4 a); II. 1 a); 2 d); III. 1 F; 2 A; 3 A; 4 F; 5 F; 6 F; 7 F; 8 F; 9 F; IV. 1 stare,proces; 2 pozitivă,deplasării; 3 drumul; 4 util,consumat; 5 scurt; V. 1 a)0,578;b)-25J;-43,2J; 2 a)2J;b)2J;c)1m; 3 a)9,72MJ;b)5,4kW; 4 a)24m/s;b)2∙105J;c)88kJ; Test. 1 mecanic,fizică,lucru energie,corpul,lucruluimecanic,proces; 3 a)3kJ;b)150N;c)100W; 4. 4/3; 5. 1kwh=3600kJ=36∙105J; 6. 80%.

FENOMENE MECANICE – Echilibrul corpurilor

I. 3 Mnuseschimbă; II. 1 c);2d);3b); III. 1 F; 2 F; 3 F; 4 A; 5 F; IV. 1 punctesolid, direcția; 2 rotație,punct,centrul; 3 rezistentă; 4 simetrie; 5 paralele,solid, sensuri,forțe; V.1 a)I.II;b)2,5m; 2. 2)0,6N∙m;0,7N∙m;0N∙m; Test. 1 echilibru,repaus,rectilinie,mișcare,rotație; 3 b)500N; 4. 1,6kg; 5. 1,6 m;0,4m; 6. M=0.

1 SCRIPETE MECANISME PARGHIA 4 ACTIVA TRANSLATIE REZISTENTA MOBIL 8 FURCA     9 CENTRU

UNITATEA5. FENOMENE MECANICE – Statica fluidelor

I. 1 dinniciuna; 2 maigros; 3 plutește; 4 mare;laadâncimimari,presiuneaestefoarte II. 1 b); 2 c); III. 1 A; 2 A; 3 A; IV. 1 perpendiculare; 2 mică; 3 forțelor,rezultanta, corp; V. 1. 6∙106N;2.24∙105N,respectiv4∙106N; 2 a)110kg; 3 a)13604kg/m3;b)10,34m; 4 a)0,4l;b)104Pa;c)4N; 5 a)4atm;b)de2ori; Test. 1. 1a); 2 d); 3 a)3,2kPa;b)25kN; 4 de64ori; 5. 7812,5kg/m3; 6 forțagaze, arhimedică,greutății,densitatea,scade,înălțimii; 7 a)5000N;b)1000N.

1 ARHIMEDE     PRESIUNE   FUNDAMENTAL   BAROMETRU TORR  BATISCAF ATMOSFERA   PASCAL PISTON 10 FLUID  ASCENSIONALA

6. FENOMENE MECANICE – Unde mecanice - sunetul

I. 1 crește,dacă v esteacelași; 2 υgros<υsubțire; II. 1 d); 2 b); 3 c); III. 1 F;2A; 3  F; 4 A; IV. propagarea;1sunet,direcțiile;2frecvența,perioada;3lichide,solide, Test. 1. corp,particulele,perturbație,mediu,interacționa,undă; 2 m,Hz,s,dB,m/s; 3. 0,8s; 4 A;F;F;A; 5 a)0,006s;b)4m;72km; 6 nusunetul sepropagăînvid.

1 PROPAGARE FRECVENTA SUNET ULTRASUNETE ZGOMOTE LONGITUDINALA ECOU UNDA