9789612716431

Fizika

9

kn

jig

ar n

a. co m

+

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 1

6. 07. 15 14.32

Timotej Maroševič, Mihael Gojkošek, Tjaša Černoša, Mateja Grašič Slevec

Fizika+ 9

Učbenik za fiziko v 9. razredu osnovne šole

a. co m

Avtorji: Timotej Maroševič (Pospešeno gibanje, Fizikalna spoznanja nam lajšajo življenje), dr. Mihael Gojkošek (Delo in energija, Elektrika, Magnetizem), Tjaša Černoša (Delo in energija, Elektrika, Magnetizem), Mateja Grašič Slevec (Toplota) Avtorji dodatnih nalog: Timotej Maroševič (Pospešeno gibanje), dr. Mihael Gojkošek (Delo in energija, Magnetizem), Danica Mati Djuraki (Toplota, Elektrika, Magnetizem), mag. Riko Jerman (Toplota, Elektrika, Magnetizem) Urednik: dr. Mihael Gojkošek Recenzenta: dr. Ivo Verovnik, Samo Lipovnik Jezikovni pregled: Katja Paladin Ilustratorja: Igor Šinkovec, Danilo Frlež (tehnične skice) Fotografije: Shutterstock, Science Photo Library, dr. Mihael Gojkošek, dr. Katarina Susman in drugi viri (natančen seznam je na koncu knjige) V gradivu smo zaradi jasnosti zapisa uporabili le moški spol, ki je slovnično nevtralen.

ar n

Vse knjige in dodatna gradiva Založbe Rokus Klett dobite tudi na naslovu www.knjigarna.com.

Učbenik Fizika+ 9 je Strokovni svet RS za splošno izobraževanje na svoji 169. seji dne 26. 3. 2015 s sklepom št. 613-2/2015/16 potrdil kot učbenik za fiziko v 9. razredu osnovne šole.

jig

© Založba Rokus Klett, Ljubljana 2015. Vse pravice pridržane.

Brez pisnega dovoljenja založnika so prepovedani reproduciranje, distribuiranje, javna priobčitev, predelava ali druga uporaba avtorskega dela ali njegovih delov v kakršnem koli obsegu ali postopku, kot tudi fotokopiranje, tiskanje ali shranitev v elektronski obliki. Tako ravnanje pomeni, razen v primerih od 46. do 57. člena Zakona o avtorski in sorodnih pravicah, kršitev avtorske pravice.

kn

Založba se je trudila poiskati vse lastnike avtorskih pravic. Če v kakšnem primeru lastnik ni naveden oziroma je naveden napačen lastnik, bomo to z veseljem uredili in popravili.

Založba Rokus Klett, d. o. o.

Stegne 9 b, 1000 Ljubljana Telefon: (01) 513 46 00 Telefaks: (01) 513 46 99 E-pošta: rokus@rokus-klett.si www.rokus-klett.si

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 2

CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 53(075.2) FIZIKA+ 9 : učbenik za fiziko v 9. razredu osnovne šole / [avtorji Timotej Maroševič ... [et al.] ; urednik Mihael Gojkošek ; ilustratorja Igor Šinkovec, Danilo Frlež (tehnične skice) ; fotografije Shutterstock ... et al.]. - 1. izd. - Ljubljana : Rokus Klett, 2015 ISBN 978-961-271-643-1 1. Maroševič, Timotej 2. Gojkošek, Mihael, 1985279066880

17/07/15 14:47

Kazalo Pospešeno gibanje 6 Opis gibanja in ponovitev premega enakomernega gibanja 8

Enakomerno pospešeno gibanje 12

Pot pri enakomerno pospešenem gibanju 17

Zveza med maso, silo in pospeškom 21

Zveza med maso in težo ter prosti pad 25

a. co m

Kroženje 29

Delo in energija 34

Energijski viri 36

Delo 39

Kinetična energija 43

Potencialna energija 46

Izrek o kinetični in potencialni energiji 49

Delo z orodji 53

Prožnostna energija 57

Moč in varčna raba energije 61

Toplota 66

Lastnosti snovi 68

ar n

71 Temperatura

Temperaturno raztezanje 75

Notranja energija in toplota 79

Specifična toplota 83

Energijske pretvorbe in energijski zakon 87

Elektrika 92

Električni naboj in električna sila 94

Merjenje električnega naboja 97

Električni tok 100

Učinki in merjenje električnega toka 104

Električna napetost 107

Zveza med električno napetostjo in tokom 111

Zaporedna vezava porabnikov 114

Vzporedna vezava porabnikov 118

Električno delo in električna moč 122

kn

jig

Magnetizem 128

Magnetna sila 130

Kompas in zemeljsko magnetno polje 133

Električni naboj in magnetna sila 135

Fizikalna spoznanja nam lajšajo življenje 139

Dodatne naloge 144

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 3

6. 07. 15 14.32

Zgradba učbenika

a. co m

Rubrika Spomnimo se te opomni na to, kaj v zvezi z obravnavano snovjo že znaš.

Moč in varčna raba energije Spomnimo se

V poglavju o delu smo že spoznali: • da sistem prek dela prejme ali odda energijo; • da je enota za delo joule (J) oz. newtonmeter (Nm).

Poskusimo – prvič

Potrebuješ: 6 praznih plastenk, vodo, mizo, štoparico.

Plastenke napolni z vodo in jih postavi ob mizo na tla.

Vklopi štoparico in poskusi čim hitreje dvigniti plastenke s tal na mizo, tako da uporabljaš samo eno roko oz. da uporabljaš obe. V katerem primeru si opravil več dela?

V katerem primeru si delo opravil hitreje?

ar n

Ikona nakazuje poskus. Poskusi so pomemben del fizike.

V vsakem poglavju sta dva poskusa: prvi je preprostejši in ga lahko samostojno izvedeš doma.

Za izvedbo drugega poskusa boš včasih potreboval materiale ali merilne naprave, ki jih ne boš našel doma. Take poskuse lahko izvedete skupaj v šoli pri uri fizike.

Kaj smo opazili in ugotovili med poskusom?

Delo opravimo hitreje, ko lahko uporabljamo obe roki, saj lahko v vsako roko primemo eno plastenko in tako prenašamo dve hkrati. Ne glede na to, ali uporabljamo obe roki ali samo eno, skupno opravimo enako delo, saj vseh 6 plastenk dvignemo s tal na mizo in jim s tem povečamo potencialno energijo.

Poskusi dan preživeti

Kaj smo opazili in ug Če se le malo potrud

Potrebe po energiji so v in malomarno. Z varčno pa skrbimo za čistejše o (npr. v termoelektrarni) ugašamo luči, zapiramo tako, da ne kupujemo u embalaže in stekleničen

Varčujemo lahko tudi z močno povečamo tvega energije, kot je privarčuj izgovor za manjšo telesn

Moč je fizikalna količina, ki opisuje količino dela, opravljenega v časovni enoti. Oznaka za moč je velika tiskana črka P. Z enačbo jo zapišemo takole:

moč

jig

kn

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 4

Poskusimo –

V vsakdanjem življenju z besedo »moč« po navadi opisujemo, kolikšno težo lahko nekdo dvigne. V fiziki pa je njen pomen nekoliko drugačen – označuje, kako hitro opravimo neko delo.

P = At

delo čas

Naredimo skup

J

Enota za moč je s , kar imenujemo tudi watt (»vat«), označujemo pa jo z veliko črko W.

Izračunaj, koliko energije doma pa pustimo prižga P = 20 W

t = 7 dni = 168 h = 604 A = P · t = 20

J s

· 604 80

Nekoristno porabimo do Delo in energija | 61

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 61

Ikona nakazuje najpomembnejše poudarke poglavja. Tu boš našel zakone, izreke in druge pomembne fizikalne ugotovitve.

Če na neki napravi piše, 1500 J dela. Pri poskusu enako delo v pol krajšem

Za pomoč pri branju in učenju so pomembni pojmi v besedilu odebeljeni.

62 | Delo in energija

6. 07. 15 14.12

DN140576 f9plus UC notranjost.indd 62-63

Rubrika Naredimo skupaj vsebuje rešeno nalogo iz obravnavane snovi, ki ti lahko služi kot zgled pri reševanju ostalih nalog.

6. 07. 15 14.32

Če na neki napravi piše, da je njena moč 1500 W, to pomeni, da vsako sekundo opravi 1500 J dela. Pri poskusu s plastenkami ugotovimo, da lahko z dvema rokama opravimo enako delo v pol krajšem času, torej delamo s podvojeno močjo.

a. co m

Rubrika Ponovimo vsebuje naloge za utrjevanje snovi. Število zvezdic * nakazuje težavnost naloge: * — lahka naloga ** — srednje težka naloga *** — težja naloga

Ponovimo

Kakšna je fizikalna definicija za moč? Zapiši jo z enačbo.

Poskusimo – drugič Poskusi dan preživeti tako, da čim bolj varčno porabljaš energijo.

Kaj smo opazili in ugotovili med poskusom? Če se le malo potrudimo, lahko z energijo varčujemo na različne načine.

Potrebe po energiji so v svetu vsako leto večje, ob tem pa veliko energije porabimo razsipno n malomarno. Z varčno rabo energije lahko po eni strani znižamo stroške, po drugi strani pa skrbimo za čistejše okolje, saj je pridobivanje energije pogosto povezano s sežiganjem (npr. v termoelektrarni) in posledično z onesnaževanjem zraka. Varčujemo lahko tako, da ugašamo luči, zapiramo hladilnik in izklapljamo računalnik, ko ga ne uporabljamo, pa tudi ako, da ne kupujemo ustekleničene vode – kar nekaj energije se namreč porabi za izdelavo embalaže in stekleničenje, po uporabi pa za odvoz in predelavo odpadkov.

jig

Naredimo skupaj

Tovorno dvigalo z močjo 1 kW dviguje tovor z maso 80 kg. V kolikšnem času ga dvigne s tal na streho 25 m visoke stolpnice?

Mali Albert Einstein

V vatih oz. kilovatih merimo tudi moč avtomobilskih motorjev. Razišči, koliko dela lahko opravi motor vašega avtomobila vsako sekundo pri največji obremenitvi.

Zanimivost

Sonce je energijski vir z ogromno močjo – njegov izsev je kar 3,8 ·1026 W. Sonce torej v svojo okolico izseva 380 000 000 000 000 000 000 000 000 J energije vsako sekundo.

ar n

Varčujemo lahko tudi z lastno energijo, tako da se čim manj gibamo. Vendar pa s tem močno povečamo tveganje za previsoko telesno maso in številne bolezni, posledično pa več energije, kot je privarčujemo, porabimo za zdravljenje. Varčna raba energije torej ne sme biti zgovor za manjšo telesno aktivnost!

Luka je pri selitvi arhiva opravil 12 kJ dela. S kolikšno povprečno močjo je delal, če je delo opravil v pol ure?

Mali Albert Einstein je naloga, ki od tebe zahteva kritičen razmislek, dobro idejo ali samostojno raziskovanje. Sprejmi jo kot izziv! Ti jo bo uspelo rešiti?

V rubriki Zanimivost si lahko prebereš nenavadne in zanimive informacije o obravnavani temi.

zračunaj, koliko energije nekoristno porabimo, če gremo za en teden na počitnice, doma pa pustimo prižgano žarnico z močjo 20 W.

P = 20 W

= 7 dni = 168 h = 604 800 s

A = P · t = 20

J s

· 604 800 s = 12 096 000 J ≈ 12 MJ

Nekoristno porabimo dobrih 12 MJ energije. elo in energija

15/04/15 09:10

kn

njost.indd 62-63

Delo in energija | 63

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 5

6. 07. 15 14.32

a. co m ar n jig

kn

Sila, ki deluje na telo, spremeni njegovo stanje mirovanja oz. premega enakomernega gibanja.

Sir Isaac Newton

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 6

6. 07. 15 14.32

a. co m

1

Pospešeno gibanje

kn

jig

ar n

Naučili se bomo: pojme: začetna, končna, povprečna in trenutna hitrost, kako je pospešek odvisen od spremembe hitrosti in časa, kakšna je razlika med maso in težo, pojme: frekvenca kroženja, obhodni čas in obodna hitrost, zvezo med pospeškom telesa, njegovo maso in rezultanto sil na telo. Opazovali bomo: kako se s časom spreminja hitrost pri enakomerno pospešenem gibanju, prosto padanje teles. Uporabili bomo: enačbo za računanje pospeška, enačbo za računanje teže. Izračunali bomo: pospešek pri opisanem gibanju, pot pri enakomerno pospešenem gibanju.

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 7

6. 07. 15 14.32

Opis gibanja in ponovitev premega enakomernega gibanja Spomnimo se

Poskusimo – prvič

a. co m

V osmem razredu smo že spoznali gibanje. Ločili smo krivo gibanje od premega ter enakomerno od neenakomernega.

Potrebuješ: predmet, ki se čim bolj nemoteno kotali po ravni podlagi. Primeri takih predmetov so: valjasta konzerva, prazna pločevinka, flomaster, kroglica, lepilni trak itd.

ar n

Najprej zakotali predmet po vodoravni površini mize in opazuj, kako se giblje. Nato mizo na eni strani nekoliko podloži, tako da bo nagnjena, in predmet ponovno spusti po njej.

Opazuj gibanje predmeta, še posebej bodi pozoren na njegovo hitrost. Kaj opaziš?

kn

jig

Kaj smo opazili in ugotovili med poskusom?

V prvem primeru se predmet ves čas giblje približno enako hitro – hitrost se ne spreminja. V drugem primeru se predmet giblje vedno hitreje, podobno kot se giblje kolesar, ko se spusti po klancu.

8 | Pospešeno gibanje

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 8

6. 07. 15 14.32

Pravimo, da se predmet v prvem primeru giblje enakomerno, v drugem primeru pa neenakomerno.

a. co m

Kadar se hitrost opazovanega telesa ne spreminja, je gibanje enakomerno.

Kadar se hitrost opazovanega telesa spreminja, je gibanje neenakomerno.

Poskusimo – drugič

Potrebuješ: frnikolo, podlago, merilni trak, štoparico.

Frnikolo zakotali po vodoravni podlagi in izmeri razdaljo, ki jo prepotuje v treh sekundah.

Kaj smo opazili in ugotovili med poskusom?

Opazimo, da frnikola v treh sekundah prepotuje neko razdaljo (npr. 4,5 m).

Razdalji, ki jo je predmet prepotoval, pravimo pot. Gibanja ne moremo opisati zgolj z besedama »hitro« ali »počasi«, zato smo vpeljali količino, ki ji rečemo hitrost.

ar n

Hitrost je količnik med opravljeno potjo in časom.

v = st

hitrost

pot

čas

jig

S pomočjo te enačbe lahko izračunamo hitrost frnikole iz zgornjega poskusa. v=

s t

=

4,5 m 3s

= 1,5

m s

Gibanja pa ne opišemo le z besedami ali enačbami, temveč ga lahko opišemo tudi z grafi in diagramom gibanja.

kn

Opazujemo telo, ki se giblje premo enakomerno. Prikazan je diagram gibanja za ptico med letom. Čas med posameznimi trenutki, ko smo zabeležili lego ptice, je 1 s.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

x [m]

∆t = 1 s

Pospešeno gibanje | 9

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 9

6. 07. 15 14.32

Vidimo, da je ptica v enakih časovnih intervalih prepotovala enako razdaljo, skupna opravljena pot pa enakomerno narašča. Če na grafu na vodoravno os nanesemo časovne izmerke posameznih meritev, na navpično os pa prepotovano pot, lahko narišemo točke, ki ponazarjajo gibanje telesa. Če točke povežemo med seboj, vidimo, da ležijo na premici.

Strmina premice na grafu s(t) ponazarja hitrost – večja strmina pomeni večjo hitrost.

Pot v odvisnosti od časa s(t)

a. co m

20

s [m]

15 10 5 0

0

1

2

t [s]

3

4

5

ar n

Sedaj narišimo še graf hitrosti v odvisnosti od časa.

Izračunamo hitrost telesa v posameznih časovnih intervalih.

Ker je telo v prvi sekundi prepotovalo 4 metre, je njegova hitrost m s 4m v = t = 1 s = 4 s . Enak izračun hitrosti lahko uporabimo tudi za druge časovne intervale.

Ugotovimo, da se hitrost telesa ne spreminja.

Če na vodoravno os nanesemo časovne izmerke, na navpično os pa izračunano hitrost, dobimo graf hitrosti v odvisnosti od časa v(t). Ker je imelo telo ves čas gibanja enako hitrost, je premica vodoravna.

Hitrost v odvisnosti od časa v(t)

3

kn

m

v [s]

jig

4

2 1 0

Naredimo skupaj Kolesar se giblje s hitrostjo 18

0

1

2

3 t [s]

4

5

km . h

• Kolikšno pot opravi v 3 urah?

Pot, ki jo kolesar opravi v treh urah, lahko izračunamo takole: s = v · t = 18

km h

· 3 h = 54 km

Kolesar v treh urah opravi 54 kilometrov dolgo pot.

10 | Pospešeno gibanje

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 10

6. 07. 15 14.32

• Kolikšno pot opravi v 15 sekundah?

Da bi izračunali, kolikšno pot kolesar opravi v 15 sekundah, je bolje, da podatek o hitrosti m pretvorimo v enoto s .

18

km h

= 18

km 1000 m h 3600 s

=5

m s

Sedaj lahko izračunamo prevoženo pot: s = v · t = 5 Kolesar v 15 sekundah opravi 75 m dolgo pot.

m s

· 15 s = 75 m.

a. co m

•K oliko časa potrebuje za 70 km poti?

Za 70 km dolgo pot potrebuje t =

s v

=

70 km km 18 h

= 3,9 h.

Kolesar 70 km dolgo pot opravi v 3,9 h.

Ponovimo

Zamujamo na železniško postajo, ki je oddaljena 1,5 km. Vlak odpelje čez 5 minut.

Najmanj s kolikšno hitrostjo moramo teči, da bomo ujeli vlak?

ar n

Koliko časa hodi učenec v šolo, če je od nje oddaljen 1 kilometer, hodi pa s hitrostjo 4 km ? h

m Reka teče s hitrostjo 2 s . Kako daleč bi odnesla košček plavajočega lesa v enem dnevu?

Mali Albert Einstein

Prvi učenec hodi do 1 kilometer oddaljene šole s hitrostjo 4 km . Drugi učenec odide h na isto pot za prvim in hodi s hitrostjo 5 km .

Kako daleč je prvi učenec, ko drugi h začne hoditi proti šoli, če prideta v šolo istočasno?

kn

jig

Zanimivost Največja hitrost, ki jo je dosegel človek, relativno glede km na Zemljo, je 39 896 h . Dosegli so jo astronavti z vesoljsko kapsulo Apollo 10.

Posadka misije Apollo 10

Pospešeno gibanje | 11

DN140576 f9plus UC notranjost_dotis.indd 11

6. 07. 15 14.32