a. co m
učbenik za 9. razred osnovne šole
Moja prva
2
jig
ar n
FIZIKA Branko Beznec, Branko Cedilnik, Boris Černilec, Tatjana Gulič, Jerica Lorger, Danica Vončina
1
kn
2
3
Moja prva fizika 2 UČBENIK ZA 9. RAZRED OSNOVNE ŠOLE Avtorji Branko Beznec, Branko Cedilnik, Boris Černilec, Tatjana Gulič, Jerica Lorger, Danica Vončina Strokovni pregled dr. Mitja Kregar, Cilka Marenče
a. co m
Ilustracije Davor Grgičević, Darko Simeršek, Vilma Zupan Fotografije poskusov Tomaž Lunder
Redakcija in jezikovni pregled Bronislava Aubelj
ar n
Oprema in oblikovanje Andreja Globočnik Prelom Vilma Zupan Izdala in založila Modrijan izobraževanje, d. o. o. Za založbo Matic Jurkošek Naklada 2000 izvodov Tisk Tiskarna knjigoveznica Radovljica, d. o. o. Ljubljana 2019 Druga izdaja, 1. ponatis
Učbenik Moja prva fizika 2 je nova izdaja istoimenskega učbenika, ki je izhajal v letih 1998–2010. Avtorsko skupino pri prenovi je vodil Branko Beznec.
jig
Strokovni svet Republike Slovenije za splošno izobraževanje je na seji dne 24. 1. 2013 sprejel sklep št. 613-1/2013/1 o potrditvi učbenika MOJA PRVA FIZIKA 2, učbenik za fiziko za 9. razred osnovne šole, ki so ga napisali Branko Beznec, Branko Cedilnik, Boris Černilec, Tatjana Gulič, Jerica Lorger in Danica Vončina.
© Modrijan izobraževanje, d. o. o. Vse pravice pridržane.
kn
Brez pisnega dovoljenja založnika so prepovedani reproduciranje, distribuiranje, javna priobčitev, predelava ali druga uporaba tega avtorskega dela ali njegovih delov v kakršnem koli obsegu in postopku, 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.
Modrijan izobraževanje, d. o. o., Stegne 9 b, 1000 Ljubljana telefon: 01 513 44 00 telefaks: 01 513 46 99 telefonska naročila: 01 513 44 04 e-pošta: narocila@modrijan-izobrazevanje.si www.modrijan-izobrazevanje.si, www.knjigarna.com
moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 2
CIP – Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 53(075.2) CIPMOJA prva fizika 2. Učbenik za 9. razred osnovne šole / Branko Beznec ... [et al.] ; [ilustracije Davor Grgičević, Darko Simeršek, Vilma Zupan ; fotografije poskusov Tomaž Lunder]. – 2. izd., 1. ponatis. – Ljubljana : Modrijan izobraževanje, 2019 ISBN 978-961-7053-11-1 1. Beznec, Branko COBISS.SI-ID 300882432
18/07/2019 16:17
Kazalo
1. Pospešeno gibanje
7
2. Delo in energija
a. co m
Ponovimo o gibanju . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Enakomerno pospešeno gibanje .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Pot pri enakomerno pospešenem gibanju .. . . . . . . . . . . . 16 Padanje .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Sila kot vzrok za spremembo hitrosti . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Enakomerno kroženje .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
33
jig
ar n
Energijski viri .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Varčna raba energije .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Delo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Kinetična energija .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Računanje kinetične energije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Potencialna energija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Izrek o kinetični in potencialni energiji . . . . . . . . . . . . . . 51 Delo opravljamo z orodjem .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Prožnostna energija .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Moč .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3. Temperatura, notranja energija in toplota
63
kn
Zgradba snovi .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Temperaturno raztezanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Notranja energija in toplota .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Računanje toplote in specifična toplota . . . . . . . . . . . . . . 81 Toplotni tok .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Notranja energija in delo .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Energijske pretvorbe .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4. Elektrika
95
Električni naboj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Naelektritev v ozračju .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 3
05/05/16 14:01
a. co m
Električni tok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Električni krog .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Učinki električnega toka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Električna napetost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Električni upor .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Električna vezja .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Upor žic in drsni upornik .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Električno delo .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Električna moč .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Energijski obračun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5. Magnetizem
106
kn
jig
ar n
O magnetni sili .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Magnetna sila in električni tok .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Tuljava in indukcija .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 4
05/05/16 14:01
a. co m
ar n
Kaj pomenijo znaki
Dejavnost oziroma »malo« raziskovalno delo. Raziskavo lahko izvedete v šoli, večinoma s preprostimi pripomočki, katero izmed njih pa lahko narediš tudi doma. Oglej si razlago Kako raziskujemo na strani 12 v učbeniku Moja prva fizika 1, na straneh 13–14 pa najdeš primer reševanja take naloge. V učbeniku je 8 dejavnosti.
jig
Preprosti poskusi in naloge, ki jih lahko narediš in rešuješ doma ali v šoli. S sošolci primerjajte rezultate in rešitve.
kn
Naloge za preverjanje znanja. Ali si jih pravilno rešil, lahko preveriš na spletni strani www.modrijan.si.
9
Šolske množične poskuse najdeš na označenih straneh v delovnem zvezku. Naloge so namenjene skupinskemu delu pri pouku. Na strani 14 v učbeniku Moja prva fizika 1 preberi razlago Kako izvedemo šolski množični poskus.
Oranžno obarvan spodnji rob strani pomeni, da je v učnem načrtu ta vsebina opredeljena z izbirnimi operativnimi cilji.
moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 5
05/05/16 14:01
a. co m ar n jig
kn moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 6
05/05/16 14:01
a. co m
1
kn
jig
ar n
Pospešeno gibanje
moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 7
05/05/16 14:01
Ponovimo o gibanju
a. co m
Kadar opazujemo okolico in zaznavamo spremembe v njej, ugotovimo, da se mnoga telesa gibljejo. Luna kroži okoli Zemlje, voda teče in ptič leti, dežne kapljice padajo in veje se upogibajo v vetru ... Ali se opazovano telo giblje ali miruje, lahko odgovorimo, potem ko izberemo okolico, glede na katero opazujemo telo. Ana sedi ob oknu drvečega vlaka. Zdi se ji, da se zgradbe in gozdovi, ki jih opazuje skozi okno, gibljejo, vagon in sedeži pa mirujejo. Giblje se tudi sprevodnik, ki pregleduje vozovnice. Se Ana giblje ali miruje? Glede na vagon in sedeže miruje, glede na zgradbe in gozdove ob progi pa se giblje. Kadar telo glede na izbrano okolico spreminja lego, pravimo, da se giblje. Telo miruje, kadar se njegova lega glede na okolico ne spreminja.
ar n
Neenakomerno gibanje
kn
jig
Čoln, ki drsi po vodni gladini, pušča za sabo sled. Za sprehajalcem ostajajo v pesku odtisi stopal. Dežne kapljice udarjajo ob okensko steklo in polzijo navzdol.
Telesa pri gibanju puščajo za sabo sled, ki jo imenujemo tir. Dolžina tira med dvema legama telesa je pot. Glede na tir je gibanje telesa premo ali krivo. Gibanje telesa je enakomerno, če se njegova hitrost ne spreminja, in neenakomerno, če se hitrost spreminja. Hitrost telesa, ki se giblje premo in enakomerno, že znamo izračunati. Hitrost je količnik poti in časa. v= s t
8 moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 8
1. Pospešeno gibanje 05/05/16 14:01
15 m 12,5 10 7,5
pot
a. co m
Grafa na sliki 1 prikazujeta odvisnost poti od časa, s(t). Preberemo, da je kolesar v določenem času prevozil daljšo pot, kot jo je prehodil pešec. Še več, odčitamo lahko tudi dolžino poti, ki je bila opravljena v določenem času. Različni strmini grafov pomenita različni hitrosti gibanj.
1 s
Oglejmo si še grafa 2 in 3, ki prikazujeta odvisnost hitrosti od časa, v(t). Grafa sta vzporedna z vodoravno (abscisno) osjo, kar pomeni, da se hitrost pri enakomernem gibanju s časom ne spreminja. 2 v 5
c
peše
2,5 0
5
4
0
1
2
čas
3
4
5s t
3
4
5s t
m s
4
kolesar
3 2 1
0
1
3
ar n
hitrost
5
3 v
m s
0
ko le sa r
Opazujemo gibanje kolesarja in pešca. Odvisnost količin pri gibanju lahko opišemo z grafi.
2
čas
3
4
5s t
2 pešec
1 0
0
1
2
čas
jig
Ker je pot produkt hitrosti in časa, s = vt, sta merski števili ploščine osenčenih pravokotnikov enaki opravljeni poti. Kolesar se je gibal z večjo hitrostjo in je prevozil daljšo pot, torej je ploščina lika pod grafom za kolesarja večja kot ploščina lika pod grafom za pešca.
kn
Neenakomerna hoja ali tek
Enakomerno hojo učencev na šolskem dvorišču smo že raziskali. Opazili smo, da hitrost sprva narašča, pred ciljem pa pojema. Podobno velja za avtomobil – potem ko spelje pri zeleni luči na semaforju, se mu hitrost gibanja povečuje, preden pri rdeči luči ustavi, pa se mu hitrost zmanjšuje. 1. Kaj želiš raziskati Ali sta hoja in tek učencev po igrišču enakomerna ali pospešena? Kako z grafa s(t) preberemo, na katerem odseku je gibanje enakomerno in na katerem neenakomerno? Kakšen je graf v(t) na posameznih odsekih poti? Kaj kaže strmina grafa v(t)?
Ponovimo o gibanju moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 9
9 05/05/16 14:01
2. Kaj že veš
3. Pripomočki in načrt raziskave
a. co m
Pot je dolžina tira med dvema legama telesa. Hitrost je količnik poti in časa. Pri enakomernem gibanju se hitrost s časom ne spreminja, pri neenakomernem gibanju pa se spreminja. Odvisnost poti in hitrosti od časa znamo prikazati tudi z grafi.
Potrebuješ merilni trak, več štoparic in predmete za označevanje odsekov poti. Pri izvedbi raziskave naj ti pomagajo sošolci. Na šolskem igrišču odmeri razdaljo 50 m. Na njej označi deset odsekov po 5 metrov. Začetna točka naj bo start gibanja. Če želiš opraviti videoanalizo, potrebuješ videokamero ali fotoaparat z možnostjo snemanja videoposnetkov ter računalnik s programom za analizo videoposnetkov. 4. Opravi poskuse, opazuj, meri
ar n
K vsaki označeni točki naj se postavi en učenec in s štoparico izmeri čas, ki ga je sošolec porabil za pot od starta do določene točke. Sošolec naj se giblje tako, da iz hoje preide v tek in se na koncu 50-metrske poti ustavi. Poskus lahko ponoviš tako, da opazuješ sošolca, ki se po označeni poti pelje s kolesom. Opazuj ga od trenutka, ko spelje, do trenutka, ko se na cilju ustavi. Opravi več meritev ob različnih hitrostih gibanja. Rezultate meritev vnesi v pripravljene preglednice. Gibanje enega od sošolcev prikaži z grafom s(t). Izračunaj povprečne hitrosti za posamezne odseke gibanja in jih vnesi v preglednico. Nariši še graf v(t).
jig
5. Ugotovitve in poročilo
katero besedo moraš dopolniti trditev, da bo ta pravilna? a) Dekle na vlaku, ki vozi mimo postaje, maha množici, čakajoči na peronu. Prstan na roki, s katero maha, miruje/se giblje glede na roko, miruje/se giblje glede na vlak in miruje/se giblje glede na drevesa ob progi. b) Letalo, ki leti visoko v zraku, pušča za sabo ravno sled. Sklepamo, da je njegovo gibanje premo/krivo. c) Avtomobil spelje, ko se na semaforju prižge zelena luč. Speljevanje je enakomerno/ neenakomerno gibanje. 2. Pot od Medvod do Ljubljane je dolga 13 kilometrov. Oče potrebuje zjutraj za pot do službe v Ljubljani 50 minut, ko se pozno popoldne, ko je promet redkejši, vrača domov v Medvode, pa porabi le 12 minut. a) S kolikšno povprečno hitrostjo se vozi zjutraj in s kolikšno popoldne? b) V isti koordinatni sistem nariši grafa s(t) za obe vožnji. Predpostavi, da gre za enakomerno gibanje. c) Nariši še grafa v(t) za obe gibanji. Predpostavi, da gre za enakomerno gibanje.
kn
1. S
10 moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 10
1. Pospešeno gibanje 05/05/16 14:01
Enakomerno pospešeno gibanje
a. co m
Voznik formule ena mora po startu v čim krajšem času doseči čim večjo hitrost. Kolesarka pri spustu po klancu zavira, da se ji hitrost preveč ne povečuje. Iztek nekaterih smučarskih skakalnic je speljan navkreber, da se lahko skakalec hitreje ustavi.
V opisanih primerih se hitrost opazovanih teles s časom spreminja. Taka gibanja so pospešena.
3
ar n
Opazujmo nekaj pospešenih gibanj – gibanje vozička po klancu navzdol in navzgor ter padanje žogice.
jig
Na voziček pritrdimo papirnat trak in ga napeljemo skozi brnač. Voziček spustimo po klancu. Zapis gibanja na traku razdelimo na odseke po pet presledkov in jih označimo. Trak na označenih mestih razrežemo in koščke v pravem zaporedju nalepimo na karton. Dobili smo histogram enakomerno pospešenega gibanja vozička (1). Pokaže nam, kako se je vozičku med gibanjem spreminjala hitrost. Histogram 2 kaže gibanje vozička, ki smo ga potisnili po klancu navzgor. Vidimo, da se je voziček gibal vedno počasneje. Njegova hitrost se je enakomerno manjšala. Histogram 3 kaže gibanje žogice, ki je padala, potem ko smo jo vrgli v zrak. Žogica se je gibala vedno hitreje, hitrost se ji je enakomerno povečevala.
kn
Gibanje, pri katerem se hitrost telesa enakomerno spreminja, je enakomerno pospešeno gibanje. 2
1
Enakomerno pospešeno gibanje moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 11
11 05/05/16 14:01
Pospešek
t [s] 0 1 2 3 4 5
a. co m
Enakomerno pospešeno se giblje tudi avtomobil, ki se mu hitrost vsako sekundo poveča za enako vrednost, na primer za 2 m . s Prikažimo v preglednici in z grafom spreminjanje njegove hitrosti od starta do preteka 5 sekund. v [m] s 0 2 4 6 8 10
ar n
Na grafu so označene spremembe hitrosti ∆v v posameznih sekundah. Enake spremembe hitrosti v enakih časovnih presledkih pomenijo, da se je avtomobil gibal enakomerno pospešeno. Sprememba hitrosti v časovni enoti je pospešek. Znak za pospešek je mala črka a. Enota za pospešek je meter na sekundo kvadrat, m2 . s Pospešek izračunamo takole:
Spremembo v fiziki označujemo z grško črko ∆ (delta).
pospešek = sprememba hitrosti čas
a = ∆v t
jig
Zgled
kn
Izračunajmo pospešek avtomobila v zgornjem primeru. Njegova začetna hitrost vz je bila nič, končna hitrost vk pa 10 m . Sprememba hitrosti s je torej: ∆v = vk – vz = 10 m s vz = 0
vk = 10 m s t=5s ∆v = 10 m s –––––––––– a=?
a = ∆v t
10 m 10 m s a= 5s =5s·s
a = 2 m2 s
Pospešek avtomobila je 2 m2 . s Avtomobil se je s tem pospeškom gibal še 3 sekunde. Izračunajmo, za koliko se mu je povečala hitrost v 3 sekundah in kolikšno hitrost ima po 8 sekundah enakomerno pospešenega gibanja.
12 moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 12
1. Pospešeno gibanje 05/05/16 14:01
5
8
5
t=3s
8
∆v = a t
a = 2 m2 s –––––––– ∆v = ?
a. co m
∆v = 2 m2 · 3 s s ∆v = 6 m s
v8 = v5 + ∆v = 10 m + 6 m = 16 m s s s
Avtomobilu se je v 3 sekundah povečala hitrost za 6 m . s Po 8 sekundah enakomerno pospešenega gibanja je njegova hitrost 16 m . s Narišimo še graf odvisnosti pospeška od časa, a(t).
ar n
Pospešek pri enakomerno pospešenem gibanju se s časom ne spreminja.
2
4
6
8
Kolikšen je pospešek
pospešek vojaškega letala m do 70 s2
jig
pospešek avtomobila pri trku m do –1000 s2
pospešek pri startu rakete m do 50 s2
težni pospešek m 9,81 s2
težni pospešek v vesolju je lahko m 0 s2
kn
Pojemek
Voznik avtobusa opazi, da se bo na semaforju prižgala rdeča luč. Zavirati začne pri hitrosti 54 km in zavira 10 sekund, preden se ustavi. h Narišimo graf v(t) in izračunajmo pospešek. vk = 0
vz = 54 km = 15 m s h t = 10 s –––––––––––––––––– a=?
Enakomerno pospešeno gibanje moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 13
∆v = vk – vz
∆v = 0 – 15 m = –15 m s s
13 05/05/16 14:01
Sprememba hitrosti je negativna, saj se je hitrost zmanjšala. a = ∆v t –15 m s a = 10 s
a. co m
–15 m a = 10 s · s a = –1,5 m2 s
Pri zaustavljanju je pospešek avtobusa negativen: a = –1,5 m2 . s Negativnemu pospešku pravimo tudi pojemek. Pojemek avtobusa je 1,5 m2 . s 9
Gibanje vozička, ki ga vleče utež
ar n
Kako izračunamo pospešek pri enakomerno pospešenem gibanju? Kako izdelamo histogram v(t)?
letalo lahko doseže pospešek do 50 m2 . Za koliko se mu pri tem pospešku poveča s hitrost v eni sekundi? A 50 m2 s m B 50 s C 50 s
jig
1. Vojaško
Č 50 m
kn
spelje in po 20 sekundah doseže hitrost 30 m . Kolikšen je njegov pospešek, s če se giblje enakomerno pospešeno? 3. Prek škripca napeljemo vrvico in na njeni krajišči obesimo različno težki uteži. Ko ju spustimo, se gibljeta enakomerno pospešeno, ena dol, druga gor. Graf na desni prikazuje odvisnost hitrosti od časa za utež, ki se giblje navzgor. 2. Avtomobil
14 moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 14
1. Pospešeno gibanje 05/05/16 14:01
A
B
ar n
C
a. co m
Izmed naslednjih treh grafov izberi tistega, ki za to utež prikazuje odvisnost pospeška od časa.
se je 8 sekund kotalila po klancu. Vsako sekundo se je njena hitrost povečala m za 0,2 . s Kolikšno hitrost je imela na koncu vsake sekunde, če je na začetku mirovala? Čas gibanja in ustrezne hitrosti ter pospeške prikaži v preglednici. 5. Raketa se po startu giblje s pospeškom 45 m2 . s a) Kolikšno hitrost ima 4 sekunde po vzletu? b) Koliko km je to? h 6. Kolesar se s hitrostjo 6 m pripelje na vrh s klanca in se brez zaviranja spusti po njem. Pri tem ima pospešek 1 m2 , vožnja po klancu s pa traja 3 sekunde. Kolikšno hitrost doseže
jig
4. Kroglica
kn
i
6
f
ob vznožju klanca?
7. Sanja
po tleh telovadnice zakotali žogo. Žoga se kotali s hitrostjo 0,3 m , s po 5 sekundah pa se ustavi. Izračunaj pojemek žoge, če se ji hitrost zmanjšuje enakomerno. 8. Avtomobil se s hitrostjo 20 m zaleti v oviro in se ustavi. Trk z oviro traja 0,05 sekunde. s Predpostavimo, da je to gibanje enakomerno pospešeno. S kolikšnim negativnim pospeškom se avto ustavlja?
Enakomerno pospešeno gibanje moja prva fizika 2 ucb 001-032.indd 15
15 05/05/16 14:01