Mihai_sandu_-_probleme_de_fizica_pentru.docx

PREFAŢA

în clasele VI, VII şi VIII elevii fac cunoştinţă, pentru prima dată, eu noţiunile elementare, dar fundamentale, ale fizicii. La toate nivelele şi deci şi la nivelul gimnazial, principiile fizicii se îmuşesc mai uşor şi mai corect dacă învăţarea fizicii este însoţită şi de exerciţii numerice — uneori denumite probleme. Aceste exerciţii ajută substanţial ea elenii să se familiarizeze cu valorile uzuale ale diverselor mărimi fizice (masă, viteză, sarcină electrica etc.) şi cu folosirea curentă a unităţilor de măsură. în plus, prin rezolvarea unor astfel de probleme, bine alese, elevii se conving de caracterul practic-aplicativ al relaţiilor şi teoremelor intîlnite în manualele şcolare, dîndu-li-se astfel şi posibilitatea de a se convinge singuri de legătura strînsă ce există între conţinutul fizicii şi diversele ramuri de tehnicii şi tehnologiei contemporane. Această carte de probleme va constitui un preţios ajutor pentru toţi profesorii care predau fizica în gimnaziu, ca alît mai mult cu cîl ea conţine numeroase teme experimentale şi probleme4ntrebări, întrebări recapitulative line gîndite, bine formulate şi de o necontestată eficienţă dida/;tică. Se pune lu dispoziţia şcolii o carte pe baza căreia se poate exersa deprinderea elevilor de a experimenta; se stimulează inieresul lor pentru fenomenul fizic, se dezvoltă puterea lor de judecată şi capacitatea lor de a face legătura cunoştinţelor cu practica. Publicarea cărţii apare şi mai oportună, dacă ţinem seama de faptul că cea mai nuire parte a şcolilor în care vor studia absolvenţii ciclului gimnazial au caracter tehnic. Nttmeroasele figuri referitoare la întrebările şi problemele din text completează în mod fericit conţinutul acestui volum de probleme destinat studiului fizicii în clasele gimnaziale. Prof. dr. doc. VASILE P. MIHU

CLASA A Vl-a

ENUNŢURI

I. CORP. SUBSTANŢĂ.PROPRIETATI ■ FENOMEN FIZIC 1.1. CORP, SUBSTAÎÎŢĂ, PROPRIETĂŢI 1. CLASIFICAREA CORPURILOR

„Lucrurile de care ne interesăm în ştiinţa apar în nenumărate forme şi cu o multitudine de atribute. De exemplu, dacă stăm pe mal şi privim marea, vedem apa, valurile spărgîndu-se, spuma, mişcarea apei, percepem sunetul, aerul, vuitul şi norii. Soarele şi cerul albastru, totul scăldat în lumină; se află acolo nisip şi se află stînci de diverse tării şi durabilităţi, culori şi străluciri... . Orice alt colţ din natură are o bogăţie similară de lucruri şi întrepătrunderi. Este întotdeauna la fel de complicat, oriunde s-ar găsi. Curiozitatea cere să punem întrebări, să încercăm să grupăm lucrurile laolaltă, să încercăm să înţelegem această multitudine de aspecte ca rezultînd poate din acţiunea unui număr relativ mic de corpuri şi forţe elementare, care se pot manifesta într-o varietate infinită de combinaţii. De exemplu: este nisipul altfel decît stîncile? Adică,nu este nisipul altceva de’cît un mare număr de pietre minuscule? Este Luna o stîncă mare? Dacă înţelegem stîncile, vom înţelege de asemenea nisipul şi Luna? Este vîntul o mişcare a aerului analoagă cu mişcarea apei din mare? Ce trăsături comune au diferitele mişcări? Ce este comun diferitelor feluri de sunet? Cîte culori există? Şi aşa mai departe. în acest mod încercăm treptat să analizăm toate lucrurile, să le grupăm laolaltă pe cele care la prima vedere par diferite, în speranţa că vom fi în stare să reducem numărul de lucruri diferite şi prin aceasta să le înţelegem mai bine“* 1. Sînteţi în laboratorul de fizică. Pe masa de lucru a fiecărei grupe sînt puse o mulţime de dispozitive din trusa pentru experimente de fizică. încercaţi să faceţi o clasificaie a corpurilor date, în funcţie de un anumit criteriu. Apoi reluaţi exerciţiul avînd în vedere alte criterii de clasificare. (Temă experimentală.) 2. După ce criterii se pot clasifica următoarele instrumente de măsură: ceas demînă, metru pliant, cronometru, termometru, ceas deşteptător, ruletă, metronom? 3. Clasificaţi corpurile din camera voastră după următoarele criterii: formă, substanţă din care sînt alcătuite, culoare. Faceţi acelaşi lucru cu obiectele din clasa voastră. (Temă experimentală.) 4. Aveţi la dispoziţie un vas cu apă şi următoarele obiecte: o bucată de lemn, o bilă metalică, o minge, o cutie de conserve goală, o foaie de hîrtie, o piatră, o bucată de vată, o cheie, un nasture. Clasificaţi aceste obiecte în funcţie de felul cum se comportă ele atunci cînd sînt puse pe suprafaţa apei din vas. (Temă experimentală.)

Care a fost criteriul pe baza căruia sa făcut următoarea clasificare: 1. avion, elicopter, rachetă; 2. aeroplan, aerostat, balon meteorologic? Cunoscînd sensul de rotaţie al motorului M, să se clasifice roţile din 6 figura VI. 1 după sensul de rotaţie . al acestora. Cîte dintre ele se rotesc în acelaşi sens cu acele unui ceas? 7. Clasificaţi roţile dinţate din figura YI.2 după sensul de rotaţie al acestora. Procedaţi la fel şi cu celelalte roţi. 8. După ce criterii puteţi clasifica următoarele corpuri: barcă, peşte, submarin, pescar, ancoră, năvod, vapor, plută, undiţă? 9. Aveţi la dispoziţie un magnet şi următoarele obiecte: o monedă de aluminiu, o cheie de cupru, o monedă de oţel inoxidabil, un cui de fier, o bucată de plumb. Clasificaţi aceste corpuri în funcţie de comportarea lor în apropierea magnetului. (Temă experimentală.) Care este criteriul după 10 care sînteţi aşezaţi în rînd la ora de educaţie fizică? Clasificaţi precipitaţiile atmosferice în 11 funcţie de starea de agregare în care se află. 12. Clasificaţi corpurile din camera voastră în funcţie de starea de agregare în care se află. 13. Cunoaşteţi obiecte care în timpul utilizării se deformează? In cîte grupe puteţi să le împărţiţi, avînd în vedere comportarea lor din momentul încetării utilizării acestora? 2. PROPRIETĂŢI

Corpurile sînt formate din substanţe 1. 2. 3. 4.

Numiţi corpuri care sînt alcătuitedindouă sau mai multe substanţe naturale. Numiţi corpuri care sînt alcătuite din două sau mai multe substanţe artificiale. Numiţi corpuri care sînt alcătuite din substanţe naturale şi artificiale. Aerul din plămînii unui om constituie un exemplu de substanţă sau de corp în stare gazoasă? â. In corpul omului se pot afla corpuri alcătuite din substanţe artificiale? — ţ. Corpul omului este alcătuit din substanţe naturale sau artificiale?

7. Care dintre expresiile următoare desemnează o substanţă şi care un corp: cerneala din stilou, apa din Marea Neagră, sînge, nisipul de pe plaja de la Constanţa, gheaţa din Groenlanda, gheaţa din frigider, lemn uscat, apa dintr-un pahar, hîrtie, aerul mînat de vînt, ceaţa de deasupra lacului, fier., 8. Este adevărat că următoarele expresii reprezintă numele unor substanţe: manualul de fizică, a 24-a foaie din manualul de fizică, hîrtia din care este făcut caietul pentru notiţe la fizică, creionul cu care luaţi notiţe la fizică? Corpurile au întindere 1. Doi copii primesc cîte un număr egal de cuburi. Fiecare realizează cîte două construcţii. Acestea diferă de la unul la celălalt numai ca formă nu şi ca număr de cuburi (fig. YI.3). Identificaţi construcţiile cu acelaşi număr de cuburi. Cîte cuburi a primit fiecare copil?

3. Cum se poate determina volumul corpului omului? 4. Avînd la dispoziţie un vas paralelipipedic sau un vas cilindric cu apă şi o riglă

gradată determinaţi volumul pumnului vostru. Desfaceţi pumnul în apă. Se va modifica volumul său? (Temă experimentală.) 5. Completaţi lipsurile corpurilor (I) din figura YI.5 cu elementele (II) pe care le consideraţi potrivite, în aşa fel încît să obţineţi corpuri de formă identică.

Fig. VI.6 6. Pe o masă sînt aşezate 6 pahare identice: trei pline şi trei goale (fig. VI.6). Puteţi aranja

paharele astfel încît să nu aveţi două pahare pline sau două pahare goale unul lîngă altul, manevrînd un singur pahar?

A

Fig. VI.G

B

C

D

E

F

9. Confecţionaţi-vă din plastilină un cub cu muchia de 2 cm. Pe marginea exterioară a unui pahar cilindric, în lungul generatoarei acestuia lipiţi o bandă îngustă de hîrtie milimetrică. Gradaţi-vă paharul, trasînd pe hîrtia milimetrică diviziuni din 2 cm3 în 2 cm3. (Temă experimentală.) 10. Trebuie să luaţi 12 cm3 de apă dintr-un pahar cilindric negradat, folosind o pipetă negradată. Aveţi la dispoziţie un cub cu latura de 2 cm şi hîrtie milimetrică. Cum procedaţi? (Temă experimentală.) 11. Pe generatoarea unui pahar cilindric sînt trasate diviziuni din cm în cm. Care este volumul de apă dintre două diviziuni alăturate, dacă aria secţiunii paharului este 5 cm2? 12. Confecţionaţi un paralelipiped din lemn, avînd secţiunea un pătrat cu latura de 2 cm. Marcaţi pe lungimea paralelipipedului segmente de 0,5 cm. Cum veţi proceda pentru gradarea unui vas cilindric în unităţi de volum, folosindu-vă de acest paralelipiped? (Temă experimentală.) 13. O bară de formă cilindrică are aria secţiunii transversale 1 cm 2. Pe bară sînt trasate semne astfel ca porţiunea de bară cuprinsă între două diviziuni consecij? tive să aibă volumul de 1 cm3. Care este distanţa dintre două diviziuni consecutive? 14. Cum se poate determina volumul unei picături de apă, folosind o mensură şi o pipetă? 15. Se poate determina volumul unei bucăţi de zahăr folosind o mensură cu apă? Corpurile au inerţie 1. Dacă ne-am spălat pe mîini şi nu avem la dispoziţie un prosop, ne scuturăm de cîteva ori mîinile şi acestea se vor usca mai repede. Cum explicaţi? 2. După ce a trecut prin apă, pentru a se usca mai repede, un cîine se scutură de cîteva ori. Cum explicaţi? 3. După ce s-a jucat în nisip, o pasăre se scutură de cîteva ori şi tot nisipul din pene cade. Puteţi explica de ce? 4. Corpul omului are inerţie? în ce situaţii se manifestă? 5. Ce urmări ar avea oprirea mişcării de rotaţie a Pămîntului? 6. Pentru ca efectele inerţiei să nu fie neplăcute, cum trebuie să plece un autobuz din staţie şi cum trebuie să oprească atunci cînd ajunge în staţie? 7. Un băiat, avînd o sacoşă cu mere, a urcat într-un autobuz. S-a aşezat pe o bancă din spate, iar sacoşa a pus-o jos, fără să mai ţină de ea. Datorită unei frînări bruşte a autobuzului, sacoşa s-a răsturnat, iar merele s-au răspîndit prin autobuz. Spre ce parte a autobuzului au ajuns Cele mai multe mere? De ce? Cum credeţi că I-a ajutat şoferul pe băiat să-şi strîngă merele? 8. Cum poate fi fixat un topor în coada sa? 9. De ce transportul corpurilor lichide cu trenul sau cu maşina trebuie să se facă în vase închise? 10. în interiorul rezervorului unui autoturism se află nişte pereţi despărţitori (spărgăr tori de valuri), dispuşi transversal. Care este rolul acestora? 11. Atunci cînd un automobil se izbeşte de un obstacol, şoferul şi pasagerii sînt aruncaţi spre parbriz, putînd fi accidentaţi. Cum explicaţi? Ce rol pot avea în astfel de situaţii centurile de siguranţă? 12. Cum explicaţi îndepărtarea prafului din covoare prin batere?

9

Corpurile au proprietatea numită divizibilitate 1. Vă este cunoscut desigur vestitul monument al naturii „Babele" din Munţii Bucegi. Formele ciudate pe care le-au luat de-a lungul anilor aceste stînei s-au datorat acţiunii ploilor, vîntului, arşiţei şi frigului. Dar efectul lor a fost posibil numai datorită unei proprietăţi pe care o au toate corpurile. Care este această proprietate? 2. Ce proprietate a corpurilor este pusă în evidenţă de posibilitatea obţinerii mălaiului din boabele de porumb şi a făinei din boabele de grîu? 3. Ce proprietate a corpurilor este evidenţiată de posibilitatea prelucrării metalelor prin pilire? 4. Ce proprietate a corpurilor este pusă în evidenţă de tocirea pingelelor de la pantofi, sau a anvelopelor roţilor unui automobil? 5. Atunci cînd valurile mării izbesc stîncile colţuroase ale ţărmului se sparg de parcă ar fierbe. Ce proprietate a corpurilor face posibil acest lucru? f 6. Ce proprietate a corpurilor regăsiţi în posibilitatea turnării apei dintr-un borcan în mai multe pahare? 7. Ce proprietate evidenţiază faptul că apa dintr-un pahar poate fi băută din mai multe înghiţituri? 8. Ce proprietate a corpurilor recunoaşteţi în faptul că între două inspiraţii consecutive există şi o expiraţie? Orice corp se află în una din stările de agregare: de solid, de lichid, de gaz 1. Nevăzătorii au un alfabet special alcătuit din semne în relief, pe care ei le recunosc prin pipăire. Ce proprietate a corpurilpr solide permite acestor oameni să „citească" prin acest procedeu? 2. Dacă sîntem legaţi la ochi, sau în cameră este întuneric, putem deosebi un corp solid de altul? Pe baza cărei proprietăţi? 3. Cînd este mai mare volumul substanţei din care este făcut un balon: atunci cînd balonul este plin cu aer sau atunci cînd balonul este gol? 4. Avînd la dispoziţie un cilindru gradat şi apă, determinaţi volumul unei bucăţi de plastilină. Scoateţi bucata de plastilină, daţi-i altă formă şi determinaţi-i din nou,volumul. Veţi găsi altă valoare? De ce? (Temă experimentală.) 5. Cînd'este mai mare volumul corpului omului: atunci cînd stă în picioare sau atunci cînd este ghemuit? 6. Ce proprietate a corpurilor solide este pusă în evidenţă de faptul că folosind o bucată de lemn nu putem zgîria o bucată de sticlă, pe cînd folosind o bucată de geam putem zgîrîia o bucată de lemn? 7. Pentru a bate un cui de fier este necesar un ciocan de fier. De ce nu poate fi folosit în acest scop un ciocan de lemn? Ce proprietate a corpurilor solide evidenţiază acest exemplu? 8. O lingură de oţel inoxidabil poate constitui o oglindă, pe cînd o lingură de lemn, nu. Rezultă de aici o proprietate caracteristică unui anumit grup de corpuri solide. -Despre ce proprietate este vorba şi care sînt în general substanţele care au această proprietate? *9. Ce proprietate a corpurilor lichide este pusă în evidenţă de comportarea apei dintr-un vas, atunci cînd vasul se sparge? 10. Cum dovediţi că suprafaţa liberă a apei dintr-un vas este plană şi orizontală chiar dac-ă vasul este înclinat? (Temă experimentală.) 11. Ce proprietate a corpurilor lichide este evidenţiată de comportarea uleiului turnat p-rste apa dintr-un vas? Dar din comportarea mercurului turnat peste apa din vas?

12. Ce proprietate a corpurilor lichide este evidenţiată de comportarea unui lichid colorat (cerneală) turnat peste apa dintr-un vas? (Temă experimentală.) Dar din faptul că în Dunăre este imposibil să mai ştim care este apa provenită din fiecare afluent al său? 13. Pe suprafaţa apei dintr-un vas a fost pusă o bucată de metal, care s-a scufundat. Ca urmare, nivelul apei din vas a crescut. Ce s-a întîmplat cu volumul apei din vas? 14. Ce proprietate a corpurilor lichide este pusă în evidenţă de faptul că rufele puse pe culme se usucă? 15. Pe suprafaţa unei mese este aşezat un vas cu apă. Cum vom stabili că suprafaţa mesei este sau nu orizontală? (Temă experimentală.) 16. Observaţi cum se scurge mierea dintr-un borcan şi cum se scurge apa dintr-un robinet. Ce deosebiri constataţi în comportarea celor două lichide? Ce proprietate a corpurilor lichide este pusă în evidenţă? Ce se întîmplă cu deosebirea constatată dacă mierea este mai întîi bine încălzită? *17. Este corect spus că după ce am băut apa dintr-un pahar acesta este gol? 18. Ce avantaje prezintă pentru activitatea umană faptul că toate corpurile gazoase sînt

compresibile? 19. Dacă pereţii cabinei unei nave cosmice sau costumul de protecţie al unui cosmonaut nu ar avea asigurată o etanşeitate perfectă, rezervele de oxigen necesare respiraţiei ar fi epuizate repede. De ce? 20. într-o butelie este oxigen, iar în alta este hidrogen. Cele două butelii sînt legate printr-un furtun prevăzut cu un robinet. După deschiderea robinetului, care va fi conţinutul fiecărei butelii? Ce proprietate a corpurilor gazoase descoperiţi în acest exemplu? 21. Ce proprietate a corpurilor gazoase este pusă în evidenţă de imensele mase de aer, care în mişcare formează vîntul? 22. Corpurile gazoase se pot deforma? In ce condiţii? 23. Aţi auzit de corpuri care se sprijină pe aer? Daţi exemple? Ce avantaje prezintă ele? 24. Aţi clătinat vreodată o butelie de aragaz? în ce stare de agregare se află corpul din butelie? Dar dacă deschideţi robinetul buteliei? 25. Există corpuri care se pot afla în toate cele trei stări de agregare? ^26. Există fier în stare lichidă? Dar în sture gazoasă? 27. Există aer în stare lichidă? 28. Cunoaşteţi corpuri în a căror alcătuire sînt incluse corpuri solide, lichide şi gazoase? Interacţiunea corpurilor 1. Daţi exemple de corpuri care interacţionează şi precizaţi efectul interacţiei asupra fiecărui corp. 2. Corpul omului poate fi în interacţie cu alte corpuri? Daţi exemple. Care sînt efectele acestor interacţii? 3. Un balon umflat cu aer cald şi apoi lăsat liber începe să urce. Este aceasta urmarea unei interacţii? între ce corpuri? 4. O minge scufundată în apă şi apoi lăsată liberă începe să urce. Ca urmare a interacţiei cu ce corp? 5. Producerea sunetului prin vorbire, transmiterea acestuia şi recepţionarea sa de către urechea omului sînt rezultatul unor interacţii. Xumiţi-le. 4 6. Posibilitatea mersului omului este efectul unor interacţii. între cine şi cine? 7. Punerea în mişcare a unui corp se poate face fără o interacţie? Dar oprirea unui corp?

8. Dacă acul unei busole se orientează, pe o anumită direcţie, este aceasta rezultatul unei interacţii? Cu cine? 9. Din interacţia a două corpuri trebuie să rezulte consecinţe pentru ambele corpuri. Numiţi aceste consecinţe în cazul următoarelor interacţii: Pămînt — Lună; automobil — copac; Pămînt — ac magnetic; piatră — geam; minge — picior; creion — hîrtie; vapor — barcă. 10. Ce consecinţe are asupra unei bile interacţia sa cu resortul de care a fost suspendată? 11. Daţi exemple de interacţii din care, pentru fiecare corp, să rezulte două consecinţe. 12. Daţi exemple de interacţii din care, pentru fiecare corp, să rezulte trei consecinţe. 13. Există vreun corp care să nu participe la cel puţin o interacţiune? 1.2. PROPRIETĂŢI FIZICE MĂSURABILE. MĂRJME FIZICĂ v 12

if

(

'

1. DIN ISTORIA MĂSURĂTORILOR Activitatea practică a impus, încă din cele mai vechi timpuri, ca oamenii să stabilească unităţi de măsură pentru diferite mărimi cu care lucrau, sau care le condiţionau existenţa. De exemplu, pentru măsurarea lungimilor s-au folosit ca unităţi de măsură lungimile diferitelor părţi ale corpului omenesc, cum sînt: cotul, palma, piciorul, degetul; pentru măsurarea volumelor: vadra, ocaua, litra; pentru măsurarea duratelor: ziua, noaptea. _ Primele încercări de a stabili unele principii pentru elaborarea unor etaloane au apărut abia în secolul al XVII-Iea. Atunci s-a stabilit ca etaloanele să aibă o mărime invariabilă şi să ' ofere posibilitatea de a fi oricînd refăcute. La 10 decembrie 1799, Adunarea Naţională a Franţei a adoptat, printr-un decret, prototipurile de platină ale metrului şi kilogramului şi cu aceasta primul sistem de unităţi. Metrul, ca unitate de măsură pentru lungimi, reprezenta a 40-a milioana parte din lungimea meridianului pămîntesc care trece prin Paris, iar kilogramul, ca unitate de măsură pentru mase, reprezenta masa unui decimetru cub de apă distilată la temperatura de 4°C. Ambele etaloane au fost depuse la Arhivele Naţionale ale Franţei, motiv pentru care au primit numele de „metrul de la Arhive11 respectiv „kilogramul de la Arhive". Poporul român a avut de-a lungul veacurilor atît etaloane proprii, cît şi etaloane împrumutate de la alte popoare cu care a stabilit legături comerciale. Cu un secol în urmă măsurarea lungimilor se făcea cu cotul, stînjenul, palma, pasul, funia, iar măsurarea capacităţilor se făcea cu găleata, vadra, ocaua, baniţa, chila. Aceste etaloane, transmise la început prin obicei, au început să fie reglementate la noi începînd cu secolul al XVII-lea. în anul 1830 s-a înfiinţat în Ţara Românească „Comisia îndestulării şi îndreptării cumpenilor şi măsurilor". Primele încercări de a se introduce şi la noi sistemul metric zecimal au apărut în timpul Revoluţiei Franceze, dar au fost respinse de autorităţile de atunci, pe motiv că introducerea lor va produce „împiedicare şi învălmăşală". Abia în anul 1864, în timpul domniei lui Alexandru Ioan Cuza a fost adoptat sistemul metric, obligativitatea lui fiind legată de data de 1 ianuarie 1866. O dată memorabilă în istoria extinderii sistemului metric de unităţi a constituit-o ziua de 20 mai 1876, cînd la Conferinţa diplomatică a metrului, un număr de 17 state au adoptat uimitoarele măsuri: 1, îr’riîirea prototipului internaţional al metrului etalon şi al kilogramului etalon. i. Biroului Internaţional de Măsuri şi Greutăţi, ca instituţie ştiinţifică internai. 3. Crearea unui Comitet Internaţional, care avea în componenţa sa oameni de ştiinţă din diferite ţări şi care trebuia să conducă activitatea Biroului Internaţional de Măsuri şi Greutăţi. 4. Convocarea o dată la 6 ani a Conferinţei Generale de Măsuri şi Greutăţi în vederea „discutării şi luării de măsuri necesare pentru extinderea şi perfecţionarea sistemului metric". Ţara noastră a aderat oficial la această convenţie în anul 1881, deşi sistemul metric a fost adoptat încă din timpul lui Al. I. Cuza. Karl Friedrich Gauss este primul savant care a observat că pentru efectuarea tuturor măsurătorilor fizice este suficient a se adopta un număr limitat de unităţi de măsură arbitrare, independente unele de altele, celelalte fiind determinate cu ajutorul primelor. Astfel el a propus încă din anul 1832 principiile de alcătuire a unui sistem de unităţi, considerind că pentru a se putea efectua măsurarea mărimilor fizice era suficient a se adopta trei unităţi independente şi anume: unitatea pentru lungime, unitatea pentru masă şi unitatea pentru durată. La primul Congres Internaţional al Electrotehnicienilor ţinut la Paris în anul 1881, s-a hotărît adoptarea primului sistem de unităţi ştiinţific, denumit sistemul CGS, bazat pe unitatea de măsură pentru lungime (Centimetrul), unitatea de măsură pentru masă (Gramul) şi unitatea de măsură pentru durată (Secunda). La cea de-a X-a Conferinţă Generală de Măsuri şi Greutăţi din 1954 s-a hotărît stabilirea următoarelor unităţi fundamentale pentru sistemul practic i.e unităţi folosit în relaţiile internaţionale: metrul pentru lungimi, kilogramul pentru masă şi secunda pentru durată (sistemul MKS). In perioadele sesiunilor ordinare ale Comitetului Internaţional de Măsuri şi Greutăţi din 1956 şi 1958 s-au discutat rezultatele anchetei efectuate pentru proiectul unificării internaţionale a sistemelor de unităţi şi s-a stabilit: 1. Denumirea de Sistem Internaţional de Unităţi pentru sistemul bazat pe unităţile fundamentale

stabilite: metrul, kilogramul, secunda, kelvinul, amperul şi candela. 2. însemnarea prescurtată a sistemului cu iniţialele: SI. Hotărîrea definitivă privind denumirea şi iniţialele prescurtate ale Sistemului Internaţional de Unităţi, adoptarea listei unităţilor fundamentale, modul de formare a multiplilor şi submultiplilor unităţilor de măsură, a fost luată la cea de-a Xl-a Conferinţă Generală de Măsuri şi Greutăţi, ţinută la Paris în luna noiembrie 1960. maţ:3i;^ de : ■' ci L.' .giferat to ţ*ra noatU 1 prii: Consiliului ''.i-. H i r J . -->0 din 30 ac: : (tăriie stabi’ te , , U \ noastră silteiaul o iăiiură legal şi obliga le Sistemul Intem&ţioi de Unităţi. 2. MĂSURĂRI DE LUNGIME 1. Ce înseamnă a măsura o lungime? 2. Unitatea de măsură pentru lungime în Sistemul Internaţional de Unităţi . (prescurtat SI) este

metrul. Aceasta se notează: si = m. Care sînt multiplii şi submultiplii metrului? 3. Cum se poate determina grosimea unei foi din manualul de fizică folosind o riglă gradată în milimetri? Dar grosimea unei sîrme subţiri, folosind aceeaşi riglă? (Temă experimentală.) 4. Ce înălţime aveţi? Cum trebuie procedat pentru ca determinarea să fie corectă? (Temă experimentală.) 5. Lungimea unui corp, grosimea unui corp, depărtarea dintre două corpuri trebuie exprimate în unităţi de măsură cît mai convenabile. Analizaţi următoarele exemple şi spuneţi dacă sînteţi de acord cu unităţile folosite pentru fiecare caz în parte. a. Distanţa de la Pămînt la Soare este de 149 600 000 000 000 mm. b. Grosimea unui fir de păianjen este de 0,00000001 km. c. înălţimea unui om este de 0,00185 km.

d. Distanţa de la Pămînt la Lună este de 384 400 0(30 000 mm. e. Raza Pămîntului este de 6 370 km. f. Lungimea unui creion este de 20 om. g. Diametrul unei mingi de fotbal este de 0,00024 km. h. Grosimea unui caiet este de 6 mm. 6. Ce condiţie trebuie îndeplinită pentru a putea compara două lungimi? Ce condiţie trebuie să îndeplinească mai multe lungimi pentru a le putea aduna? Ce condiţie trebuie să îndeplinească două lungimi pentru a le putea scădea? 7. Se pot desena pe o foaie dintr-un caiet de matematică segmentele următoare: AB = 2 cm; CD = 0,00002 km; EF — 20 mm; GH = 0,2 dm; KH = 0,02 m? Care este segmentul cel mai lung? 8. Să se efectueze următoarele operaţii, exprimîndu-se de fiecare dată rezultatul în metri: 0, 004 km + 27 dm = ?; 456 mm — 2 dm = ?; 98,4 cm + 2,09 km + + 3 769 mm + 349 dm = ?; 1 mm + lcm + ldm + lm + lkm = ? 9. Cu cît este mai înalt cel mai înalt elev din clasă faţă de cel mai scund elev din clasă? (Temă experimentală.) 10. Fiecărui şurub îi este caracteristic un anumit pas, definit ca reprezentînd distanţa cu care înaintează şurubul la o rotaţie completă. Determinaţi lungimea pasului unui şurub. (Temă experimentală.) 11. Măsurînd grosimea unui corp cu un şubler, s-au găsit valorile: 13,85 mm; 13,9 mm; 13,75 mm. Calculaţi valoarea medie a grosimii corpului precum şi eroarea fiecărei măsurări. 12. Numiţi segmentele din figura VI.7 în ordinea crescătoare a lungimii acestora.

A B C DE F G > ----------------- ^ -------- —> ---------------- -< ------------ > ----------------- «S----------->

13. Cu un covor lung de 4 m pot fi acoperite treptele reprezentate în figura VL8? 14. Un tren cu 10 vagoane (fig. VI.9) intră pe un pod. Ştiind că lungimea unui vagon este egală cu lungimea

locomotivei (10 m), calculaţi: a) cîte vagoane rămîn în afara podului, cînd capătul din faţă al locomotivei ajunge in punctele B, C, D; b) cîte vagoane sînt pe pod, cînd capătul din faţă al ultimului vagon este în B; c) cîte vagoane sînt pe pod, cînd locomotiva a ieşit de pe pod; d) ce vagon se află în C, cînd mijlocul vagonului 4 este în D.

15. Ştiţi de la geografie că orice hartă este trasată la o anumită scară. De exemplu, 1 : 6 000 000. Semnificaţia acestei reprezentări la scară este următoarea: unui segment cu lungimea de 1 cm măsurat pe hartă, îi corespund în realitate pe teren 6 000 000 cm, adică 60 km. Cunoscînd valoarea scării se poate determina distanţa reală dintre oricare două localităţi reprezentate pe hartă. Cu ajutorul unei rigle măsuraţi pe o hartă distanţa dintre două localităţi. Exprimaţi rezultatul în centimetri şi apoi determinaţi distanţa reală dintre cele două localităţi, ţinînd cont de scara hărţii. 16. Aţi văzut cum arată un nai? Tuburile sale de diametre egale emit sunete diferite atunci cînd suflăm în ele. Ce proprietate a tuburilor determină obţinerea unor sunete' diferite? 17. Există fenomene fizice a căror desfăşurare este condiţionată de valorile lungimilor unor corpuri. De exemplu, ridicarea sau coborârea cursorului de pe tija metalică a unui metronom determină scăderea şi respectiv creşterea ritmului bătăilor acestuia. Numiţi şi alte fenomene fizice a căror desfăşurare este condiţionată de lungimile unor corpuri. 18. Pe coarda re a unei viori se pot obţine sunetele: re, mi, fa, sol. Se modifică lungimea corzii atunci cînd fixăm degetele în diferite locuri pe coardă? Cum explicaţi posibilitatea obţinerii mai multor sunete pe aceeaşi coardă? 3. MĂSURĂRI DE SUPRAFEŢE 1. Ce înseamnă a determina aria unei suprafeţe? 2. Unitatea de măsură pentru aria unei suprafeţe în Sistemul Internaţional de Unităţi este metrul pătrat. Aceasta se notează <4>si = m2. Care sînt multiplii şi submultiplii metrului pătrat? 3. Aria suprafeţei unui corp, sau a unei figuri geometrice trebuie exprimată în ’ unităţi de măsură cît mai convenabile. Analizaţi următoarele exemple şi spuneţi dacă sînteţi de acord cu unităţile folosite pentru fiecare caz în parte. a. Aria suprafeţei ţării noastre este de 237 500 000 000 000 000 mm 2. b. Aria suprafeţei Pămîntului este de 510 101000 000 000 000 000 mm2. c. Aria suprafeţei unui nasture este de 0,0000000001 km2. d. Aria suprafeţei unui pătrăţel de pe foaia unui caiet de matematică este de 0, 000000000025 km2. e. Aria suprafeţei unei camere este de 25 m2. f. Aria suprafeţei unui oraş este de 16 km2. g. Aria suprafeţei unui teren de sport este de 5 000 m2. 4. Ce condiţie trebuie îndeplinită pentru a putea compara două arii? Ce condiţie trebuie să îndeplinească mai multe arii pentru a le putea aduna? Dar pentru a le putea scădea? 5. Aşezaţi ariile următoare în ordine crescătoare: 2 000 cm2; 0,0000002 km2; 20 dm2; 0, 2 m2; 200 000 mm2. 6. Să se efectueze următoarele operaţii, exprimîndu-se mai întîi fiecare arie în m2. a. 4 mm2 + 0,2 cm2 = ? b. 456,123 cm2 + 579,237 mm2 = ? c. 0,003 km2 + 45 098 dm2 = ? d. 1 mm2 + 1 cm2 + 1 dm2 + 1 m2 + 1 dam2 -f 1 hm2 + 1 km2 = ?

7. Trebuie să. determinaţi aria suprafeţei unei bucăţi de hîrtie al cărei contur are o formă geometrică neregulată,. Aveţi la dispoziţie pătrăţele de carton cu latura de 1 cm şi pătrăţele cu latura de 2 cm. Pe care le veţi folosi pentru o determinare mai precisă? (Temă experimentală.) 8. Unui elev i-au fost distribuite cartonaşe de forma unor pătrate cu latura de 10 cm. Altui elev i-au fost distribuite cartonaşe de forma unor pătrate cu latura de 20 cm. Primul constată că, are nevoie de 72 de cartonaşe pentru a acoperi suprafaţa băncii sale, iar al doilea constată că are nevoie de numai 18 cartonaşe pentru a acoperi suprafaţa băncii sale. Care bancă are aria suprafeţei mai mare? 9. Determinaţi aria suprafeţei unui cerc folosind mai întâi o foaie dintr-un caiet de matematică şi apoi folosind hîrtie milimetrică. în ce caz eroarea determinării este mai mică? Comparaţi cu rezultatul pe care îl obţineţi folosind formula de calcul a ariei suprafeţei cercului A = 3,14 • R2, unde R este raza cercului. (Temă experimentală.) 10. Desenaţi un trapez pe o foaie dintr-un caiet de matematică şi altul identic pe hîrtie milimetrică. Determinaţi aria «suprafeţei trapezului în fiecare caz. Comparaţi cu valoarea găsită aplicînd formula de calcul a ariei suprafeţei trapezului. (Temă experimentală.) 11. Pe suprafaţa unui lac cresc nuferi. Ei îşi dublează aria suprafeţei în fiecare zi, iar în 20 de zile acoperă în întregime suprafaţa lacului. în cîte zile nuferii acoperă jumătate din suprafaţa lacului? 12. Pe masa din bucătărie este întins aluatul pentru gogoşi. Grosimea acestuia este uniformă, iar conturul este neregulat. Aveţi la dispoziţie un pahar şi hîrtie milimetrică. Determinaţi aria suprafeţei aluatului. (Temă experimentală.) 13. Determinaţi aria suprafeţei din interiorul conturului neregulat reprezentat în figura VI.10. 14. Mai mulţi elevi au fost puşi să determine aria suprafeţei dreptunghiulare a terenului şcolii. Folosind o ruletă, fiecare a măsurat lungimea şi‘lăţimea terenului şi după ce au înmulţit valorile găsite, au anunţat următoarele rezultate: A1 = 120,44 m2; A2 = = 121,36m2; 43=120,00m2; 44=120,24m2; As = 178,44 m2; Ae — 120,98 m2; A1 = = 121,08 m2. Calculaţi aria medie a suprafeţei terenului, precum şi eroarea fiecărei măsurări. Ce părere aveţi de valoarea A5? 15. Trasaţi conturul unei frunze pe hîrtie milimetrică în cinci locuri diferite. Măsuraţi aria suprafeţei din interiorul fiecărui contur şi notaţi valorile găsite: A^, A2\ A3; A4\_A5. Calculaţi aria medie şi eroarea fiecărei determinări. 16. Determinaţi-vă aria suprafeţei palmei mai întîi cu degetele lipite, apoi cu degetele depărtate. Folosiţi de fiecare dată o foaie dintr-un caiet de matematică şi hîrtie milimetrică. Comparaţi rezultatele. (Temă experimentală.) 17. Legaţi cele două capete ale unei bucăţi de sîrmă şi obţineţi un contur închis. Aşezaţi-1 pe o foaie de hîrtie milimetrică şi daţi-i forma unui cerc, apoi trasaţi cu un creion conturul cercului. Modelaţi sîrma dîndu-i forma unui pătrat şi apoi forma unui triunghi echilateral. Cele trei figuri geometrice au acelaşi perimetru. Cum sînt ariile lor?

16

18. Din nişte bucăţi de pînză cu forme diferite (fig. VI.11), trebuie să se confecţioneze batiste de forma unor pătrate. Croitoreasa execută, în fiecare caz, o singură tăietură în linie dreaptă astfel ca apoi alăturînd bucăţile obţinute să realizeze pătratul dorit. Cum trebuie tăiată fiecare bucată?

ig. VI.11

Fig. VI. k

19. Completaţi lipsurile din suprafeţele pătratelor alăturate cu elemente pe care le consideraţi necesare (fig. VI.12). 20. Dacă pentru unitatea de măsură a lungimii a fost nevoie să se construiască un etalon, de ce nu s-a construit un etalon şi pentru unitatea de măsură a ariei unei suprafeţe? 21. Dacă o mărime fizică se defineşte cu ajutorul altor mărimi fizice, se spune, despre ea, că este o mărime fizică derivată, iar despre unitatea sa de măsură se spune că este o unitate derivată. Dacă o mărime fizică nu se defineşte cu ajutorul altor mărimi fizice, se spune că ea este o mărime fizică fundamentală, iar unitatea sa de măsură se numeşte unitate fundamentală. Stabiliţi ce fel de mărimi fizice sînt lungimea şi aria unei suprafeţe, precum şi ce fel de unităţi de măsură sînţ metrul şi metrul pătrat. 22. Mărimea suprafeţei unui corp este un factor care condiţionează desfăşurarea unor fenomene din natură. Iată un exemplu: rufele se pun la uscat, pe culme, întinse, în acest fel suprafaţa rufei în contact cu aerul fiind mare, evaporarea apei este intensă, deci uscarea se face repede. Numiţi alte fenomene a căror desfăşurare este condiţionată de aria unei suprafeţe. 23. Apa dintr-un pahar cilindric se va evapora mai repede dacă paharul este înclinat, sau dacă paharul stă drept? 24. Unele animale care trăiesc în regiunile reci ale Pămîntului au urechile sau picioarele mai scurte decît animalele din aceeaşi specie, dar care trăiesc în regiunile cu un climat cald. Cum explicaţi această adaptare la mediu? 25. Aţi văzut vreodată pe cineva care fiindu-i cald să se ghemuiască, sau fiindu-i frig să stea întins? De ce? 26. Dacă o hartă este reprezentată la scara 1 : 6 000 000, se poate trage oare concluzia că suprafaţa ţării ar putea fi acoperită punînd una lîngă alta 6 milioane de asemenea hărţi? Nu. Scara indică doar în ce raport au fost micşorate lungimile, ori la acoperire este vorba de aria suprafeţei, iar aria nu se modifică în aceeaşi măsură ca lungimea. 17 Cum se modifică aria unei suprafeţe, dacă toate lungimile se modifică la aceeaşi

scară? Ewmplu. Un pătrat cu latura L ~ 1 cm are aria A —■ 1 cm1. Dacă latura sa se dublează (L = 2 cm), atunci aria sa devine A = 2*2 cm2 — 2* cm2 = 4 cm2. Dacă latura se triplează (L = 3 cm) atunci aria este A — 3-3 cm2 = 32 cm2 = = 9 cm2. în general dacă latura creşte de n ori, atunci aria creşte de n2 ori, sau dacă latura se micşorează de n ori, atunci aria se micşorează de n2 ori. Dacă pe o hartă trasată la scara 1 : 6 000 000 este marcat un pătrat cu latura de L cm, deci cu aria de 1 cm2, el corespunde în teren unui pătrat cu latura de 60 km, deci cu aria de. 3 000 km2. Avînd la dispoziţie o hartă a ţării noastre, trasată la o scară cunoscută şi folosindu-vă de indicaţiile anterioare, determinaţi aria suprafeţei judeţului vostru şi a ţării noastre. 4.

10. 11. 12. 13.

14.

MĂSURĂRI DE VOLUME L

Ce înseamnă a măsura volumul unui corp? 2. Unitatea de măsură pentru volum în Sistemul Internaţional de Unităţi este metrul cub. Aceasta se notează:
1 — Probleme de fizică pentru gimnaziu

18

plastilină diferite forme. Notaţi valorile găsite: Vv V2, V3t V4, V5. Calculaţi apoi volumul mediu şi eroarea fiecărei măsurări. 15. Volumul unui corp este un factor care condiţionează desfăşurarea unor fenomene. Iată un exemplu, ilustrat în figura VI.13, 111 care vedeţi două baloane de sticlă astupate cu dopuri de cauciuc, prin care sînt trecute tuburi de sticlă. în fiecare tub se află o coloană de apă colorată, care închide în fiecare vas un anumit volum de aer. încălzind cele două baloane, ţinîndu-le pe fiecare în cîte o mînă, se va observa că apa colorată se va ridica mai mult în tubul vasului A. însemnează că volumul aerului din vasul A s-a dilatat mai mult decît volumul aerului din vasul B. De ce? Numiţi şi alte fenomene fizice a căror desfăşurare este condiţionată de volumul unor corpuri.

Fig. VT.13

Fie. VI.14

16. Un excavator încarcă cu pămînt un autocamion din 10 cupe pline. Alt excavator încarcă un autocamion identic din 15 cupe pline. De ce? 17. Aveţi în şcoală un glob geografic. Examinîndu-1 cu atenţie veţi deascoperi undeva notată scara la care a fost realizat, precum şi diametrul globului. Cu aceste elemente calculaţi diametrul real al Pămîntului. Apoi folosind formulele de mai jos calculaţi aria suprafeţei şi volumul Pămîntului: A = 3,14 • D2; V = 3,14 • Z)3/6, unde D este diametrul Pămîntului. 18. Pentru măsurarea volumului unui corp lichid, în practică se foloseşte un aparat numit contor. îl putem întîlni în staţiile de distribuţie a apei potabile către consumatori, sub numele de apometru, măsurînd volumul apei consumate. îl întîlnim în staţiile de benzină, măsurînd volumul de benzină pusă în rezervorul fiecărei maşini etc. în desenul din figura VI.14 este prezentat schematic principiul de funcţionare al unui apometru. Urmăriţi desenul. în conducta prin care este pompată, apa întîlneşte paletele unei mici turbine T, pe care o roteşte împreună cu axul

19 2*

pe care este montată.0 Axul melcat al turbinei antrenează rotiţa dinţată R, pe al cărei ax se mai află şi rotiţa dinţată Bv De aici, printr-un sistem de roţi dinţate, este pus în mişcare de rotaţie un ac indicator A, permiţînd citirea pe un cadran a numărului care reprezintă volumul de apă care s-a scurs printre paletele turbinei. în desenul din figura VI. 15 este prezentat în detaliu cadranul unui apometru. Să presupunem că iniţial cele şase ace indicatoare de pe cadranul de afişare al contorului sînt la zero. Odată cu punerea în mişcare a turbinei, acul indicator A începe să se rotească. 05 în tabelul alăturat este dat numărul Fig. VI.15 de rotaţii complete efectuate de acele a, i, c, d şi e în funcţie de numărul de rotaţii ale acului A. Rotaţii A

Rotaţii a

0

0

î

1/10 1 10 100 1000 10 000

10 100 1000 10 000

1 000 000

Kot&ţii b

Rotaţii

0

0

0 1/10 1 10 100 1000

0 0 1/10 1 10 100

C

Ko taţii d 0 0 0 0 1/10 1 10

Rotaţii e 0 0

e 0 0

1/10 î

Volumul de apă înregistrat de contor se află citind indicaţia fiecăxui ac, începînd cu e. Citiţi volumul de apă înregistrat pe cadranul apometrului din figura VI.15. 5. MĂSURĂTORI DE DURATĂ (timp) 1. Ce înseamnă a măsura o durată? 2. Unitatea de măsură pentru durată în Sistemul Internaţional de Unităţi este secunda. Aceasta se notează (t}SI = s. Care sînt multiplii şi submultiplii secundei? 3. Durata este o mărime fizică fundamentală sau derivată? Secunda este o unitate de măsură fundamentală sau derivată? 4.. Durata unei acţiuni sau a unui eveniment trebuie exprimate în unităţi de măsură cît mai convenabile. Analizaţi următoarele exemple şi spuneţi dacă sînteţi de acord cu unităţile folosite pentru fiecare caz în parte: а. Vîrsta medie a unui om este de 2 207 520 000 s. б. Un meci de fotbal durează 0,0625 zile. c. Durata unei pauze este de 10 minute.

20

5. Pentru a putea compara două durate trebuie îndeplinită o anumită condiţie? Ce

condiţie trebuie îndeplinită pentru a putea aduna mai multe durate? Dar pentru a le scădea? 6. Aşezaţi următoarele durate în ordine crescătoare: 0,2 minute; 12 000 milisecunde (ms); 1/30 ore (h); 12 s. 7. Efectuaţi următoarele operaţii, exprimîndu-se de fiecare dată rezultatul în unităţi ale Sistemului Internaţional (s): а. 20 min + 236 s = ? б. 0,234 h + 59 min = ? c. 1 ms + 1 s + 1 min + lh + lzi = ? 8. Două cronometre trebuie declanşate simultan şi apoi trebuie oprite simultan de către un singur om. El ar putea face această operaţie acţionînd butonul fiecărui cronometru cu cîte o mînă. Pentru a asigura simultaneitatea acestor evenimente el poate proceda altfel. Ştiţi cum? 9. Ştiţi cum se înregistrează pulsul unui om? Durata unui puls poate fi aleasă ca unitate de măsură pentru durate? 10. Ştiind că durata unei pauze este de 10 minute şi că în fiecare zi aveţi cîte cinci obiecte la clasă, cît timp staţi în pauză? 11. Unui pădurar i s-a oprit odată ceasul deşteptător, fiindcă uitase să-i întoarcă la timp. Pădurarul I-a potrivit cu aproximaţie şi, lăsîndu-1 acasă, a pornit spre un sat apropiat unde avea treabă. A apucat-o pe potecă înspre sat, pe un drum drept care nu urca şi nici nu cobora. Pădurarul făcuse drumul acesta de nenumărate ori cu pasul lui domol, obişnuit, care-i asigura acelaşi timp pentru parcurgerea distanţei, atît la ducere cît şi la întoarcere. Totuşi pădurarul nu socotise niciodată de cît timp avea nevoie pentru a parcurge acest drum. în sfîrşit, cînd a ajuns la săteanul cu care avea treabă, ceasul acestuia arăta ora zece. A stat pădurarul aici pînă aproape de ora prînzului, după care, aruncîndu-şi ochii la ceasul gazdei a pornit spre casă, unde şi-a potrivit ceasul cu precizie. Bănuiţi cum a reuşit să facă acest lucru? 12. Un lucrător îşi începe programul în fiecare zi la ora la care îşi încheiase programul cu o zi înainte. Care este programul de lucru şi cîţi lucrători sînt necesari pentru a asigura funcţionarea neîntreruptă a locului de muncă respectiv? 13. în fiecare seară, la ora culcării (ora 22), un elev îşi dă ceasul înainte cu o jumătate de oră şi îl pune să sune la ora 6. în acest fel, el a dormit mai mult sau mai puţin, decît dacă nu-şi dădea ceasul înainte? 14. Pentru că era foarte obosit, un om s-a culcat foarte devreme. Nu era decît ora 18. El şi-a pus ceasul să-i trezească a doua zi la ora 7 dimineaţa. Cît timp a dormit omul? 15. La ora 12, cele două limbi ale unui ceas se află suprapuse. De cîte ori se vor mai afla una peste alta în timp de 24 de ore? La ora 6 cele două limbi ale ceasului se află una în prelungirea celeilalte. De cîte ori se vor mai afla în situaţia aceasta în timp de 24 de ore? (Temă experimentală.) 16. Ceasul A este înainte faţă de ceasul B cu atît cu cît ceasul B este în urmă faţă de ceasul C. Care sînt ceasurile care indică aceeaşi oră? 17. Daţi exemple de acţiuni a căror durată trebuie bine precizată. 18. Mai mulţi elevi au primit cîte un cronometru şi li s-a cerut să cronometreze durata căderii unui corp. Iată rezultatele lor: ^ = 1,8 s; <2 = 2 s; <3 = 1,8 s; tt — 3 s; f, = 2,2 s. Calculaţi durata medie a căderii corpului, precum şi eroarea fiecărei determinări. Cum apreciaţi determinarea f4?

21

19. Durata unei rotaţii complete efectuată de un corp în jurul unei axe se numeşte perioadă a mişcării respective. Care este perioada minutarului unui ceas? Care este perioada orarului unui ceas? 20. Realizaţi montajul din figura YI.16. Un pendul are lungimea de 100 cin, iar celălalt 25 cm. Deplasaţi pendulele în aşa fel încît firele lor să formeze cu verticala unghiuri egale, mici. Eliberaţi simultan cele două pendule. După cîte oscilaţii ale pendulului scurt cele două pendule vor reveni simultan în poziţia iniţială? (Temă experimentală.) 21, în interiorul unui cronometru sînt o mulţime de rotiţe şi arcuri, a căror angrenare asigură o funcţionare normală a acestuia. Puteţi explica modul de funcţionare al acestuia urmărind schema de principiu din figura VI.17?

22. Aţi auzit de ceasornice biologice? Daţi exemple. 23. Despre un ceas cu pendul, sau despre un metronom se spune că „bat secunda". Care este perioada de oscilaţie a fiecăruia? 6. DETERMINAREA OREI EXACTE Activitatea oamenilor se petrece în timp şi necesită cunoaşterea cit mai precisă a orei. Din aceste motive, în fiecare ţarăs-a organizat un serviciu a] orei exacte, ale cărui sarcini sint: — determinarea orei exacte; — menţinerea orei exacte; — transmiterea orei exacte. Determinarea orei exacte se face la observatoarele astronomice, observînd niişcarea unui astru pe bolta cerească cu ajutorul unui instrument numit lunetă meridiană. Menţinerea orei exacte se face cu ajutorul unor pendule speciale, numite pendule astronomice. Transmiterea orei exacte se face cu ajutorul unor staţii de radio automate, care transmit ora dată de pendule, sincronizate cu pendula unui observator astronomic.

22

5. Variaţia temperaturii aerului atmosferic este un fenomen fizic complex, care are numeroase cauze. La staţiile meteorologice există dispozitive de înregistrare automată şi continuă a temperaturii, numite termografe. Pe o hîrtie specială, o peniţă înregistrează variaţia temperaturii pe durata a 24 de ore începmd de la ora 13 a zilei pînă la ora 13 a zilei următoare, obţinînd astfel o termogramă. în tabelul de mai jos au fost notate valorile temperaturii din oră în oră la o staţie meteorologică. Folosind hîrtie milimetrică trasaţi graficul termogramei, înscriind pe o axă orele de înregistrare, iar pe cealaltă temperatura. Din tabel şi din termogramă aflaţi temperaturile maximă şi minimă, precum şi orele la care s-au înregistrat aceste temperaturi. ora (h) |

13

c)

31

1

2

21

21,9

ie

17

32,1

32,2

32

31,7

29,3

3

4

5

6

7

8

9

10

-

20

19,7

18,8

19,1

21,2

24

26

27

28,7

14

31,7

15

18

19

20

21

27,7

26

22

24,9

23

23,8

12

29,5

24

22,7

13

30

6. Folosind un termometru de laborator, montat într-un loc ferit de razele solare şi de ploaie, înregistraţi temperatura aerului atmosferic din oră în oră pe durat» unei zile. Trasaţi apoi graficul termogramei. (Temă experimentală.) 7. Priviţi printr-o prismă optică spre un bec aprins. Veţi observa ceva asemănător unui fenomen natural ce se desfăşoară în atmosferă. Despre ce fenomen este vorba? (Temă experimentală.) 8. De ce apa stinge focul? Iată un exemplu de fenomen fizic foarte des întîhnt, dar care nu primeşte întotdeauna explicaţia cuvenită. încercaţi voi să o daţi.

II. FENOMENE FIZICE 2.1. FENOMENE MECANICE 1. MIŞCAREA MECANICĂ A CORPURILOR Poziţie — reper. Stare mecanică. Repaus — mişcare 1. Ce element trebuie precizat pentru a putea afirma despre un corp că este în mişcare sau că este în repaus? 2. Este posibil ca în timp ce un observator afirmă despre un corp că se află în repaus, altul să afirme că acelaşi corp este în mişcare? Puteţi da exemple? Care dintre cei doi observatori are dreptate? în ce stare mecanică se află un observator în raport cu celălalt, considerat ca reper? 3. Dintr-un avion sare la un moment dat un paraşutist. Un observator aflat în acel moment pe sol afirmă că faţă de el paraşuta este în mişcare. Cum apreciază para- şutistul starea paraşutei în raport cu el?

24

4. Stabiliţi un referenţial faţă de care un creion este în stare de repaus în timp ce cu ajutorul său trasaţi o linie pe caiet. 5. Puteţi stabili un referenţial faţă de care şcoala voastră se află la un anumit moment în repaus şi un alt referenţial faţă de care în acelaşi moment ea se află în mişcare? 6. Pentru transmiterea unor programe de radio-televiziune sau a unor convorbiri telefonice intercontinentale se folosesc sateliţii geostaţionari. Un astfel de satelit este plasat la o anumită înălţime, rămînînd tot timpul deasupra aceluiaşi punct de pe suprafaţa Pămîntului. Acest satelit este în mişcare faţă de Pămînt? Dar faţă de Lună? 7. Pămîntul este în mişcare sau în repaus? Faţă de cine? Luna este în mişcare sau în repaus? Faţă de cine? 8. Care din piesele unei biciclete sînt în repaus şi care sînt în mişcare faţă de biciclist? 9. Care din elementele corpului omului sînt în mişcare faţă de întregul corp, atunci cînd sîntem în repaus faţă de Pămînt? 10. în timp ce sîntem în mişcare faţă de Pămînt, cum este urechea stîngă faţă de urechea dreaptă? 11. Un om care stă în primul vagon al unui tren este în repaus sau în mişcare faţă de un om care stă în ultimul vagon? 12. Un tren cu zece vagoane este în mişcare faţă de sol. Care dintre vagoane sînt în repaus faţă de locomotivă? Dar locomotiva, cum este faţă de vagoane? 13. Dacă un corp A este în repaus faţă de un corp B, cum este B faţă de A? 14. Dacă un corp A este în mişcarea faţă de un corp B, iar B este în repaus faţă de un corp C, în ce stare este A faţă de C? 15. Dacă un corp A este în mişcare faţă de un corp B, iar B este în mişcare faţă de un corp C, în ce stare este A faţă de C? 16. Pe două linii paralele apropiate se află două trenuri, Tx şi T2. Precizaţi starea fiecărui tren faţă de un observator O aflat pe sol, faţă de un observator Ox aflat în trenul şi faţă de un observator 02 aflat în trenul T2, considerînd pe rînd următoarele cazuri: a) ambele trenuri staţionează; I b) un tren staţionează; c) trenurile se mişcă în acelaşi sens, la fel de repede; d) trenurile se mişcă în sensuri opuse, la fel de repede; e) trenurile se mişcă în acelaşi sens, unul mai repede ca celălalt; f) trenurile se mişcă în sensuri diferite, unul mai repede decît celălalt. Mobil. Traiectorie 1. Fotografia obţinută prin fotografierea la intervale egale de timp a unui corp în mişcare se numeşte fotografie stroboscopică. în figura VI.18 :fc este reprezentată fotografia stroboscopică a , unei bile suspendată de un resort, lăsată liberă ................ -.ti WMn să oscileze. Puteţi să-i reconstituiţi traiectoria?

Fig. VI.20

2.

Una din fotografiile stroboscopice din figurile VI.19 şi VI.20 reproduce forma traiectoriei unui punct de pe roata unui cărucior în mişcare faţă de sol, aşa cum apare ea unui observator care se deplasează alături de cărucior, în acelaşi sens, la fel de repede. (Fotografia respectivă a fost executată cu aparatul montat pe un cărucior alăturat, care; se deplasa in acelaşi sens cu primul, la fel de repede.) Cealaltă fotografie reproduce forma traiectoriei aceluiaşi punct, aşa cum apare ea unui observator v , ' aflat în repaus pe sol. (Fotografia a fost executată JjL-jj .T * cu aparatul în repaus pe sol.) Identificaţi cele două f. *. * “ * ■ & Ipwi’ ^5 * fotografii. Vă veţi convinge în acest fel că forma ‘A ’ jj: ~ traiectoriei unui corp depinde de sistemul de referinţă ' '■'V ■:'•■- *s#iaw*a«.«*Mfc. - ** ^■v-!i • *‘«rk«j$iiqpptf|^*. . .ţ vejfc«a

hfaliifrfriri'firJ

din care a fost observat corpul. 3. în figura VI.21 sînt prezentate fotografiile strobof j§_ _ scopice ale unui corp lăsat să cadă liber. Una din ţ II' ‘ fotografii a fost executată cu aparatul montat pe sol (observator în repaus), iar cealaltă a fost executată cu aparatul montat pe un cărucior în mişcare pe sol (observator în mişcare). Identificaţi cele două situaţii. " ~ 4. Două automobile se deplasează pe aceeaşi direcţie, în ' ^ t, __ acelaşi sens, la fel de repede, unul alături de celălalt. Apreciaţi forma traiectoriei ventilului unei roti fată de un observator aflat pe sol, faţă de un observator aflat J . în maşina respectivă şi faţă de un observator aflat în ,v; maşina vecină. V'

26

5. Ce element al mişcării unui iepure este reconstituit de un cîine de vînătoare după miros? 6. Care este forma traiectoriei axului roţii unei biciclete faţă de un observator de pe sol? Dar faţă de biciclist? 7. Decupaţi din placaj două discuri identice cu raza de 5 cm. Avînd la dispoziţie două creioane identice ascuţite, montaţi cele două discuri aşa cum se vede în figura VL 22. Cu acest dispozitiv puteţi determina forma traiectoriei axului unei roţi şi forma traiectoriei unui punct de la periferia roţii, faţă de un observator în repaus şi faţă de un observator în mişcare. Ştiţi cum? (Temă experimentală.)

Fig. VI.22

Fig. VI.23

8. Daţi exemple de corpuri în mişcare faţă de sol, ale căror traiectorii rămîn ca urme vizibile. 9. Daţi exemple de corpuri în mişcare faţă de sol, ale căror traiectorii nu rămîn ca urme vizibile. 10. Ce element al mişcării unui avion cu reacţie este pus în evidenţă de urma de condensare care rămîne pe cer în spatele avionului? 11. Unde ajunge un călător care merge mereu spre Nord-Est? 12. Pe o foaie de hîrtie milimetrică reconstituiţi la o scară convenabilă forma drumului urmat de acasă pînă la şcoală. (Temă experimentală.) 13. în desenul din figura VI.23 este reprezentat un labirint cu o singură ieşire. Consi- derînd că vă aflaţi în punctul P, trasaţi cu un creion drumul care v-ar scoate dintre zidurile întortochiate ale labirintului. 14. Presupunem că în timp ce călătorim cu trenul plouă. Picăturile de apă care se scurg pe geam lasă o urmă reprezentînd traiectoria acestora. Ce formă are această traiectorie, în raport cu un călător? 15. Ce formă are traiectoria Pămîntului în mişcarea sa în jurul Soarelui? 16. Ce formă are traiectoria Lunii în mişcarea sa în jurul Pămîntului? 17. Este posibil ca traiectoria unui corp să fie un punct? în ce caz? Deplasare. Graficul mişcării mecanice 1. De la kilometrul 10 al unei autostrăzi, la ora 9 şi 15 minute, s-a dat startul într-o cursă ciclistă. Primul concurent trece linia de sosire de la kilometrul 130 la ora 12 şi 23 de minute. Calculaţi deplasarea caravanei cicliştilor (spaţiul parcurs) şi durata mişcării învingătorului. 2. Un tren accelerat pleacă din Bucureşti la ora 23 şi 40 de minute şi ajunge la Căli- măneşti la ora 5 şi 2 minute. Cît a durat călătoria cu acest tren? 3. Ştiind că „ora Franţei1' este cu 1 oră în urmă faţă de „ora României1' şi ştiind că un avion a decolat din Bucureşti la ora 7 şi a aterizat la Paris la ora 9, cîttimp a durat călătoria cu avionul de la Bucureşti la Paris?

27

4. Doi băieţi se găsesc la 10 m unul faţă de celălalt. Ei privesc în sensuri opuse: unul către Est şi altul către Vest. Ei au hotărît să facă ocolul Pămîntului mergînd fiecare în sensul în care priveşte. Ce distanţe au parcurs pînă cînd s-au întflnit? 5. Fiecare automobil are un dispozitiv care înregistrează lungimea drumului (spaţiul) străbătut de acesta. Numărul maxim pe care îl poate indica acest dispozitiv este de 99 999 km. Ce număr va apărea pe cadranul kilometrajului după ce maşina va mai parcurge 1 km?

6. Pe pista unui stadion se dă startul într-o probă atletică: alergare pe distanţa de 1000 m. Locurile de start sînt indicate în figura VI.24. Care dintre alergători este avantajat din start? 7. Cum se poate determina deplasarea unui automobil cu ajutorul kilometrajului instalat la bordul său? 8. Parcurgeţi următoarele distanţe, una după alta, în orice ordine doriţi: 3 m spre Est, 3 m spre Nord şi 3 m spre Vest. Unde vă veţi găsi de fiecare dată faţă de punctul de plecare? 9. Un om pleacă pe următorul traseu: de la casa lui, 4 blocuri spre Est, 3 spre Nord, 3 spre Est, 6 spre Sud, 3 spre Vest, 3 spre Sud, 2 spre Est, 2 spre Sud, 8 spre Vest, 6 spre Nord, 2 spre Est şi 2 spre Nord. Cît de departe de casa lui se va afla? (Indicaţie: utilizaţi o foaie dintr-un caiet de matematică, unde lungimea unui pătrăţel să reprezinte lungimea unui bloc. Toate blocurile au aceeaşi lungime.) 10. Fiind plecat în misiune, un echipaj al miliţiei trebuie să comunice dispeceratului central datele importante care influenţează desfăşurarea circulaţiei. Dar înainte de orice altă informaţie, echipajul trebuie să precizeze „unde“ se află. Cum se va face această precizare? 11. O maşină pleacă de la kilometrul 24 al unei autostrăzi la ora 23 h 50 min 26 s şi după o staţionare de 2 min 14 s la kilometrul 60, ajunge la kilometrul 110 la ora 1 h 44 min 56 s. Calculaţi deplasarea mobilului şi durata mişcării sale. 12. Ce semnificaţie au bornele kilometrice instalate pe marginea şoselelor? 13. Pentru localizarea unui mobil pe o dreaptă Mobilul d,(m) | d,(m) este necesar să alegem pe dreapta respectivă un reper (origine) şi să cunoaştem o coordonată de poziţie în raport cu originea A 5 8 stabilită. Coordonatele punctelor aflate la stînga originii se B 7 —2 consideră .negative, iar cele aflate la dreapta originii C —5 —2 pozitive. D 15 12 Calculaţi deplasările mobilelor A, B, C, D, E, F, O, cunoscînd din tabelul alăturat coordonatele punctelor de E 0 2 plecare şi coordonatele punctelor de sosire. 'F —6 —8 :G

—5

0

14. Care este unitatea de măsură pentru deplasare în Sistemul Internaţional de Unităţi? Dar pentru durata mişcării? 15. Un mobil se află pe o dreaptă la 10 m faţă de un reper ales ca origine şi la 13 m faţă de alt reper ales ca origine. Cele două repere, coincid? 16. La ora 7 şi 30 minute, un autocamion şi un autoturism pleacă de la borna kilometrică 10 a unei autostrăzi, mergînd în acelaşi sens. Automobilul depăşeşte fiecare bornă kilometrică la intervale de 1 minut, iar autocamionul la intervale de 2 minute. Trasaţi graficele celor două mişcări mecanice pe acelaşi sistem de axe. Comparaţi cele două grafice. 17. La ora 14 şi 15 minute un automobil pleacă de la borna kilometrică 15, iar altul de la borna kilometrică 30, mergînd în acelaşi sens cu primul. Fiecare din cele două mobile depăşeşte bornele kilometrice întîlnite la intervale de 1 minut. Trasaţi graficele celor două mişcări mecanice pe acelaşi sistem de axe şi apoi comparaţi-le. 18. La ora 10 şi 5 minute un automobil pleacă de la borna kilometrică 40, iar altul pleacă de la aceeaşi bornă la ora 10 şi 10 minute. Cele două automobile depăşesc bornele kilometrice întîlnite la intervale de 1 minut. Trasaţi graficele celor două mişcări mecanice pe acelaşi sistem de axe de coordonate. Comparaţi-le. 19. La ora 12 şi 10 minute, pleacă unul spre celălalt două automobile. Unul se afla la borna kilometrică 10, iar celălalt se afla la borna kilometrică 30. Automobilele trec pe lîngă bornele întîlnite la intervale de 1 minut. Trasaţi cele două grafice pe acelaşi sistem de axe. Cele două mobile se vor întîlni. Unde? La ce oră? Viteza mişcării. Mişcarea uniformă şi rectilinie 1. în fotografiile stroboscopice din figura VI.25 sînt prezentate în imagini succesive poziţiile a Cinci mobile aflate în mişcare. Intervalele de timp la care au fost înregistrate poziţiile fiecărui mobil sînt: 1) 0,74 s; 2) 0,3 s; 3) 0,36 s; 4) 0,26 s; 5) 0,2 s. Folosind o riglă gradată puteţi măsura deplasarea fiecărui mobil între două poziţii alăturate sau între oricare două poziţii. a) Trasaţi graficele celor cinci mişcări în acelaşi sistem de a Ce observaţi? b) Calculaţi viteza fiecărui mobil, exprimînd-o în cm/s. Care dintre mobile au avut viteze egale? c) Cum sînt graficele mişcărilor mobilelor ale • * ' •tţ*. căror viteze sînt egale? 2. Folosind dispozitive din trusă, realizaţi montajul din figura VI.26, avînd grijă ca distanţa dintre cele două motoraşe să fie cît mai mare. Barele verticale A, B, C, care vor servi ca puncte de referinţă, aşezaţi-le la distanţe de 2 m una faţă de cealaltă. Puneţi în mişcare unul din motoraşe şi urmăriţi mişcarea nodului N. Folosind un cronometru, determinaţi durata mişcării nodului N între oricare două bare. Fig. V1.25

29

Fig. VI.26 a) Trasaţi graficul mişcării mecanice a nodului N. Calculaţi viteza medie a nodului, precum şi eroarea fiecărei determinări. h) Măriţi tensiunea electrică de la bornele motoraşului şi reluaţi aceleaşi determinări. Comparaţi-le cu rezultatele anterioare. (Temă experimentală.) 3. Viteza este o mărime fizică fundamentală sau o mărime fizică derivată? Dar unitatea sa de măsură în SI? 4. Realizaţi montajul din figura VI.27. Suportul inelelor trebuie să fie cît mai înalt, pentru ca distanţele dintre inele să fie de 30 cm. Puneţi motoraşul în funcţiune şi cronometraţi durata deplasării bilei B între oricare două inele. a) Trasaţi graficul mişcării mecanice a bilei. b) Determinaţi viteza medie a bilei şi eroarea fiecărei determinări. 5. în acelaşi moment trec, printr-o localitate A, un automobil cu viteza constantă de 20 m/s, o motocicletă cu viteza, constantă de 72 km/h şi un autocamion cu viteza de 1 200 dm/min. Care va fi ordinea sosirii lor în localitatea B? 6. Privind la indicatorul kilometrajului automobilului pe care-l conducea, un şofer a văzut că acesta arăta numărul 15 951 km. Curios număr — îşi spuse şoferul. Şi de la stînga la dreapta şi de la dreapta la stînga, oricum l-ai citi, numărul este acelaşi. Cine ştie cîtă vreme va mai trece pînă voi mai întîlni pe indicator un astfel de număr?! Şi totuşi, numai după două ore, şoferul a avut din nou prilejul să citească pe indicator un număr asemănător. Care a fost acel număr? Ce distanţă a mai parcurs maşina pînă în acel moment? Cu ce viteză s-a deplasat maşina?

30

7, Doi ciclişti se mişcă unul spre celălalt, fiecare avînd faţă de sol viteza de 15 kmli. Cînd distanţa dintre ei este de 30 km, o muscă de pe ghidonul primei biciclete pleacă în zbor spre celălalt ciclist cu viteza de 20 km/h faţă de sol. Cînd ajunge la acesta se întoarce şi execută această mişcare pînă la întâlnirea cicliştilor. Care este distanţa parcursă de muscă? £8, Cu ce viteză a trecut o maşină prin dreptul kilometrului 25, la ora 10, dacă la ora 10 şi 30 minute ajunsese la borna kilometrică 65? Viteza maşinii, între cele două borne, se consideră constantă. ţ£9. Dacă o maşină pleacă din Bucureşti la ora 9 şi merge cu viteza regulamentară de 80 km/h, va ajunge ea la Piteşti la ora 10 şi 15 minute? Distanţa dintre cele două oraşe - este de 110 km. fio. La ce oră va ajunge în dreptul kilometrului 74 o maşină, dacă de la kilometrul 34 unde se afla la ora 10 şi 45 minute a mers cu viteza constantă de 80 km/h? 11. într-un tunel cu lungimea de 20 m intră o locomotivă lungă de 20 m, cu viteza de 20 m/s. După eît timp locomotiva părăseşte tunelul? 12. Pentru a ţine pasul cu tatăl său, un copil trebuie să alerge. Care dintre ci merge cu viteză mai mare? 13. Un agent de circulaţie a oprit un autoturism şi s-a adresat conducătorului acestuia: „Aţi depăşit viteza legală, circulînd cu viteza de 100 km/h“. Imposibil, răspunse conducătorul, n-am plecat de acasă decît de 10 minute! Dacă aţi fi fost în locul agentului de circulaţie, cum l-aţi fi convins pe şofer că într-adevăr a încălcat regulile de circulaţie? 14. Distanţa dintre două localităţi M şi N este parcursă de trei excursionişti în felul următor: — Ex merge tot timpul cu viteza de 5 km/h; — E.t merge pînă la jumătatea drumului cu viteza de 4 km/h şi apoi cu viteza de 6 km/h; — E3 merge pînă la jumătatea drumului cu viteza de 6 {km/li şi apoi cu viteza de 4 km/h. Care a fost ordinea sosirii în localitatea N? 15. O bandă transportoare urcă cu viteza de 3 m/s. Pe bandă este pusă o cărămidă care alunecă în jos cu viteza de 2 m/s faţă de bandă. Va ajunge cărămida sus? După cît timp? Lungimea benzii este de 20 m. 10. Pe platforma deschisă a unui vagon tras de o locomotivă cu viteza de 18 km/h se deplasează o bicicletă. Cu ce viteză trebuie să se deplaseze aceasta faţă de vagon şi în ce sens, pentru ca să rămînă tot timpul în dreptul unui copac de lîngă calea ferată? Schimbarea stării de mişcare, rezultat al interacţiunii 1. Pe o masă puneţi în mişcare două mingi identice, astfel încît să se rostogolească una spre cealaltă. Ce schimbări vor rezulta din interacţiunea lor? Dar în cazul în care mingile nu sînt identice? (Temă experimentală.) 2. Confecţionaţi-vă, din plastilină, două bile identice. Puneţi-le în mişcare astfel încît să se îndrepte una spre cealaltă. Dacă bilele interacţionează, ce schimbare se produce în mişcarea lor? 3. Faptul că paletele unei mori de vînt se mişcă însemnează că ele interacţionează cu un alt corp. în ce constă această interacţiune? Dar dacă este vorba despre o moară de apă?

4. La un meci de fotbal se acordă o loviturăde

la 11 m.Executarea loviturii presupune trecerea mingii din starea de repaus în starea de mişcare.Ca urmare acărei interacţiuni se realizează schimbarea acestei stări? 5. Prinderea unei mingi însemnează schimbarea stării de mişcare a acesteia? în urma cărei interacţiuni? 6 Oprirea unui automobil este efectul unor interacţiuni? > . O ţiglă smulsă de vînt de pe acoperişul unei case este rezultatul unei 7. interacţiuni? Ce schimbări, în starea de mişcare a ’unui om, pot interveni, 8 ca urmare a interac- ţiei sale cu vîntul care bate în rafale puternice? . Consideraţi următoarele cazuri» «• stăm pe loc; b. mergem şi vîntul bate din spate; c. ' mergem şi vîntul bate din faţă; d. mergem şi vîntul bate din partea stîngă; e. mergem şi vîntul bate din partea dreaptă. 2. INERŢIE. MASĂ. DENSITATE Inerţia

1. Dacă un stilou a fost uitat deschis prea mult timp, nu mai scrie. De aceea sînt necesare cîteva mişcări de scuturare, după care stiloul va scrie din nou. Cum explicăm acest rezultat? 2. Cum explicaţi îndepărtarea prafului din covoare prin batere? 3. Cum explicaţi desprinderea fructelor de pe ramurile unui pom atunci cînd acesta este scuturat? 4. Dacă motorul unei mişcări s-a oprit, aceasta îşi mai continuă mişcarea. De ce? 5. înainte de a intra în casă, la trepte ne scuturăm pantofii, lovind de cîteva ori cu talpa în trepte. în acest fel, zăpada sau noroiul de pe pantofi, se desprind. Datorită cărei proprietăţi? 6. Pe o sapă s-a lipit pămîntul şi din cauza aceasta mînuirea ei este greoaie. Cum dăm jos pămîntul de pe sapă? 7. Un om vrea să spargă un trunchi de lemn. Dă cu toporul în el, dar acesta nu se sparge. Toporul s-a înţepenit în lemn şi n-are cum să-i scoată. Atunci el ridică toporul cu trunchi cu tot, îl roteşte în aer şi izbeşte cu muchia toporului în alt lemn aflat jos. După cîteva lovituri de acest fel, ei reuşeşte, să spargă trunchiul. Cum explicaţi? 8. Un om a făcut o tăietură cu ferăstrăul într-un lemn, aşa cum indică figura VI.28. După cum vedeţi, tăietura nu este completă. Pentru separarea celor două bucăţi el lasă trunchiul să cadă peste un alt lemn aflat jos. Credeţi că s-au separat cele două bucăţi? De ce? 9. Dintr-un teane de caiete, trebuie scos Fig. VI.2; un caiet, fără a le da la o parte pe celelalte. Cum procedaţi? Cum explicaţi? (Temă experimentală.) 10. Pe masă este aranjată o stivă de monede. Cum scoatem ultima monedă fără a dărîma stiva? (Temă experimentală.) 11. Pe suprafaţa orizontală a unei mese, în jurul unui ax vertical, se roteşte o sferă legată de acesta cu un fir. Cu un chibrit aprins daţi foc 32

firului de legătură. Pe ce direcţie va pleca sfera? (Temă experimentală.)

33

12. Aruncaţi o bilă metalică pe suprafaţa unei mese orizontale. Apoi încercaţi s-o opriţi. în care din cele două, cazuri (la aruncare sau la oprire) bila se opune acţiunii voastre? Ce proprietate a bilei este pusă. în evidenţă în acest Densitatea corpurilor exemplu? (Temă experimentală.) 13. De ce după trecerea liniei de sosire, alergătorii nu se opresc brusc? Ce proprietate a corpurilor este pusă astfel în evidenţă? .Masa corpurilor 1. Ce înseamnă a determina masa unui corp? 2. Masa unui corp este o mărime fizică fundamentală sau derivată? Kilogramul este 0 unitate de măsură fundamentală sau derivată? 3. Ce condiţie trebuie îndeplinită pentru a putea compara masele a două corpuri? Dar pentru a le putea aduna sau scădea? )C4. Să se efectueze următoarele operaţii: a. 4 kg + 345 mg = ? X i. 235 g — 235 000 mg = ? c. lmg + lcg + ldg + lkg + ldag + lhg + lt = ? 5. Care este criteriul după care se stabilesc categoriile de luptă la box? 6. Ce înţelegeţi prin masa voastră? Cît este masa voastră? 7. Se poate determina masa unei picături de apă? Cum? (Temă experimentală.) 8. Cu numai patru etaloane marcate trebuie să se facă, pe o balanţă obişnuită, cîntă- riri de la 1 kg la 40 kg, fără diviziuni fracţionare. Ce masă trebuie să aibă fiecare etalon marcat? 9. Avînd la dispoziţie numai un etalon marcat de 2 kg şi o balanţă, trebuie luat 1 kg de orez, dintr-un sac. Cum este posibil? 10. O scrisoare trimisă de o fabrică de rulmenţi unui depozit, menţionează: „Datorită unei defecţiuni tehnice, fabrica noastră v-a expediat luna trecută o ladă cu rulmenţi avînd caracteristici tehnice necorespunzătoare. Rulmenţii pot fi identificaţi cu uşurinţă: în loc de 1 kg, ei au doar 950 g. Vă rugăm să identificaţi lada şi să o înapoiaţi fabricii." — N-o să avem mare bătaie de cap, spuse un magaziner. Luna trecută am primit numai şase lăzi, care ştim unde se află. Luăm din fiecare cîte unrulment şi din cîteva cîntăriri am depistat lada. —De ce să facem cîteva cîntăriri, răspunse tovarăşul său. Eu mă angajez ca numai dintr-o singură cîntărire să aflu lada cu pricina. Se lăuda oare cel de-al doilea magaziner? Voi ce credeţi? Cum. a procedat? 11. Determinaţi lungimea sîrmei dintr-un val de sîrmă, fără să desfăşuraţi sîrma. Aveţi la dispoziţie o balanţă. Cum veţi proceda? (Temă experimentală.) 12. Cum se poate determina aria suprafeţei unei foi de tablă cu o formă geometrică neregulată, avînd la dispoziţie o balanţă? (Temă experimentală.) 13. într-un pachet sînt 1000 coaie de scris, avînd dimensiunile: 210 mm şi respectiv 296 mm. Determinaţi masa pachetului, fără balanţă, folosind notaţia de pe pachet: 70 g/m*. ^ 14. Masa Pământului este de 5,977 • IO24 kg, iar masa Lunii este de 7,347 • 1022 kg. De cîte ori este mai mare masa Pămîntului decît masa Lunii? Cu cît este mai mare masa Pămîntului decît masa Lunii? 1. Rupeţi o bucată, de plastilină, în bucăţi de mărimi diferite. Determinaţi 34 masa şi volumul fiecărei bucăţi şi apoi făcînd raportul acestora calculaţi densitatea fiecărei bucăţi. Rezultatele fiind exprimate în aceleaşi unităţi de

măsură, trebuie să fie reprezentate prin numere apropiate. Calculaţi apoi densitatea medie a bucăţii de plastilină, precum şi eroarea fiecărei determinări. (Temă experimentală.) 2. Dintr-un vas cu apă puneţi într-un cilindru 20 cm2, în alt cilindru puneţi 50 cm3, iar în altul 80 cm3. Măsuraţi masa apei din fiecare pahar şi apoi determinaţi densitatea apei din fiecare pahar. Calculaţi apoi densitatea medie a apei şi eroarea fiecărei determinări. (Temă experimentală.) *3. Densitatea unui corp de aluminiu este 2 700 kg/m3, iar densitatea uriui corp de fier este 7,9 g/cm3. Care corp are densitatea mai mare? 4. Ce condiţie trebuie să îndeplinească două densităţi pentru a le putea compara? Analizaţi tabelul 3 de la sfîrşitul cărţii şi numiţi substanţele solide în ordinea crescătoare a densităţii lor. 5. Ce semnificaţie atribuiţi faptului că densitatea unui corp este mai mare decît densitatea altui corp? *6. Densitatea este o mărime fizică fundamentală sau derivată? Dar unitatea sa de măsură în SI? 7. Dintre două corpuri cu masele egale, are densitatea mai mare a) corpul cu volumul mai mic; b) corpul cu volumul mai mare. 8. Un cub de oţel cîntăreşte cît 1 cm3 de apă. Care este volumul cubului de oţel? Densitatea oţelului este 8 g/cm3, iar densitatea apei 1 g/cm3. 9. Pe o mensură diviziunile reprezintă centimetri cubi. Ce lichid trebuie turnat în mensură pentru ca diviziunile să reprezinte grame? /< 10. O bucată de plumb cîntăreşte 2,26 kg. Care este volumul său? Densitatea plumbului este 11,3 g/cm3. *11. Un cilindru de fier are volumul de 4 dm3. Care este masa sa? Densitatea fierului este 7 800 kg/m3. fJL2. Două corpuri făcute din substanţe diferite au masele egale pentru că: f>) Pi = p2; \) Pl^l = P2^2* _ 13. într-un vas se amestecă 5 cm3 de alcool cu 5 cm3 de apă. în alt vas se amestecă 5 g de alcool cu 5 g de apă. în care din cele două vase amestecul are densitatea mai mare? 14. Se dau 6 cuburi identice ca volum din fier, sticlă, aluminiu, plumb, cupru, argint. Aşezaţi aceste corpuri în ordinea crescîndă a masei lor. (Pentru formularea răspunsului consultaţi tabelul 3 de la sfîrşitul cărţii.) ^15. Două sfere una din cupru, cealaltă din sticlă au aceeaşi masă. a. Vor avea ele acelaşi volum? b. Care este mărimea raportului VjJV2? (Pentru formularea răspunsului consultaţi tabelul 3 de la sfîrşitul cărţii.) 3.

DEFORMAREA CORPURILOR. GREUTATEA

CORPURILOR Deformarea corpurilor

1. în cîte moduri puteţi deforma elastic o bucată de cauciuc? (Temă experimentală.) î. Ce fel de deformări capătă ramurile unui copac atunci cînd bate vintul? 2 — Probleme de fizică pentru gimnaziu

35

Densitatea corpurilor

■C Care dintre afirmaţiile următoare sînt adevărate: ’s-/ a. o sirmă de cupru este un corp elastic;

36

h. o sîrmă de cupru este un corp plastic; e. o sîrmă de oţel este un corp elastic; d. o sîrmă de oţel este un corp plastic. 4. Este adevărat că acelaşi corp poate să fie elastic sau plastic? în funcţie de ce? 5. Ce fel de deformare realizează plămînii omului în timpul respiraţiei? 6. O riglă din material plastic este un corp elastic sau plastic? 7. Ridicîndu-ne de pe o canapea sau o dormeză nouă, suprafaţa acestora rămine perfect netedă. Nu acelaşi lucru se întîmplă după cîţiva ani de utilizare a acestora. De ce? 8. Dintr-un lingou de oţel trebuie realizată o şină de cale ferată. Ce fel de deformare reprezintă transformarea lingoului în şină de cale ferată? Forţa. Măsurarea forţei

1. Dacă schimbăm arcul unui dinamometru, păstrăm notaţiile de pe tija

acestuia sau este necesară o reetalonare? (Temă experimentală.) 2. Este necesară verificarea periodică a etalonării unui dinamometru? De ce? 3. Din neatenţie, pe tija unui dinamometru, notaţiile au fost trasate în ordine inversă. Dinamometrul indică 0,5 N, atunci cînd nu este solicitat. Putem folosi acest dinamometru? Care este forţa care trage de el, dacă indică 0,2 N? 4. Arcul unui dinamometru este blocat Ia mijloc, astfel că trăgînd de el se va alungi numai jumătatea de jos a sa. Mai sînt valabile diviziunile de pe dinamometru, sau acesta trebuie reetalonat? (Temă experimentală.) 5. Un dinamometru în interiorul căruia este un singur arc elastic are trasate diviziuni cu valoarea de 0,05 N. Ce va reprezenta fiecare diviziune, dacă se mai introduce în interiorul dinamometrului un arc identic eu primul? (Temă experimentală.) Greutatea corpurilor

1. Doi elevi au primit fiecare cîte un dinamometru şi cîte un corp, pentru a le

determina greutatea. Corpurile sînt identice. Modul în care ei au utilizat dinamometrele este redat în figura VI.29. Care elev a procedat corect? (Temă experimentală.) 2. Ce înţelegi prin greutatea ta? Care este greutatea ta? Care este masa ta? 3. De pe tija unui dinamometru s-au şters notaţiile. Poate fi folosit el pentru determinarea greutăţii corpurilor? Dar pentru a compara greutăţile a două corpuri? it4. Greutatea unui om este 686 K' Care este masa y////////z. ■ acestuia? i 5. Care este greutatea unui cub cu latura de 10 cm, a cărui densitate este 0,5 g/cm3? *,6. Care este greutatea unui decimetru cub de apă? Dar a unui centimetru cub .de apă? Dar a unui metru cub de apă? Densitatea apei este 1000 kg/m3. <7. Suspendînd de un arc un corp cu greutatea de 10 N, acesta s-a alungit cu 4 cm. Cît se va alungi resortul, dacă suspendăm de el un corp cu greutatea de 12 N? fji. Suspendînd de un arc un corp cu greutatea de 20 N, acesta s-a alungit cu 5 cm. Ce greutate are corpul Fig. vi.29 adăugat, dacă resortul s-a mai întins cu încă 3 cm?

37 3*

^ 9. Pentru fiecare corp cu masa de 10 g adăugat pe suportul suspendat de un resort, acesta se alungeşte cu 1 cm. Pentru fiecare corp cu masa de 10 g adăugat pe suportul suspendat de un alt resort, acesta se alungeşte cu 2 cm. Sînt identice cele două resorturi? Reprezentaţi grafic în acelaşi sistem de axe (Al;G) legile deformărilor elastice ale celor două resorturi, f-10. Două resorturi se alungesc cu aceeaşi cantitate dacă greutăţile suspendate de ele sînt în relaţia: = 2 • G2. în ce relaţie vor fi alungirile resorturilor dacă greutăţile suspendate de resorturi sînt egale? 2.2. FENOMENE TERMICE 1. ÎNCĂLZIRE-RĂCIRE 1. Schimbarea stării termice a unui corp este posibilă fără interacţiunea cu un alt corp? 2. Din interacţiunea termică a două corpuri rezultă schimbarea stării termice a ambelor corpuri? Daţi exemple. 3. Starea termică a Pămîntului se poate modifica? Ca urmare a interacţiei sale cu cine? 4. Adăugind o picătură de apă într-un vas cu apă se modifică starea termică a apei din vas? Dar a vasului? Dar a picăturii? Rolul hainelor groase, pe care le purtăm în timpul iernii, este de a schimba starea termică a corpului nostru, sau de a menţine o anumită stare termică a corpului nostru? Ce sînt conductorii termici? Dar izolatorii termici? Daţi exemple. 7. Dacă prin punerea în contact termic a două corpuri nu se modifică stările lor termice, ce puteţi spune despre cele două stări termice? 8. Două corpuri cu aceeaşi stare de încălzire, pot fi apreciate cu ajutorul simţurilor ca avînd stări de încălzire diferite. Iată un exemplu: Scoateţi din frigider, cu o mînă, un vas metalie şi cu cealaltă o farfurie. Veţi avea senzaţia că vasul metalie este mai rece. De ce? 9. De pe tija unui termometru s-au şters indicaţiile care marcau diferite temperaturi. Ştiind că cel mai mic interval reprezenta 1 grad Celsius, să se precizeze la ce mai poate fi utilizat acest termometru? ^ 10. Un termometru arată în cameră temperatura 0X = + 20°C, iar afară temperatura 2 = —10°C. €are este diferenţa dintre temperatura aerului din cameră şi cel de afară? 11. Folosind un termometru gradat în scara Celsius, determinăm temperatura aerului din cameră şi găsim + 20°C. Dacă am construi un termometru la care cele două notaţii ale punctelor fixe să fie schimbate între ele, cît ar trebui să spunem că este temperatura aerului din cameră?

38

3. Pentru ase asigura o îmbinare perfectă a două piese . metalice cu ajutorul unui nit, acesta se introduce mai întîi în foc pînă se înroşeşte şi imediat se face nituirea. De ce? 4. Desenul a din figura VI.30 reprezintă o foaie de tablă de forma unui pătrat avînd în mijloc un orificiu circular. Identificaţi din restul desenelor pe acela care reprezintă aceeaşi foaie de tablă, dar încălzită, precum şi desenul care reprezintă foaia de tablă răcită. X & O foaie de tablă de aluminiu, avînd forma unui dreptunghi, prin încălzire îşi modifică forma sau dimensiunile? 6. Ştiind că o foaie de tablă metalică cu aria suprafeţei de 1 m3, prin încălzire cu 95°C îşi măreşte aria suprafeţei cu 0,05 cm4, cum trebuie împărţită în trei suprafeţe dreptunghiulare o foaie de tablă din acelaşi material avînd forma unui dreptunghi cu laturile de 2 m şi respectiv 6 m, în aşa fel încît încălzite cu 95°C, acestea să-şi mărească aria suprafeţei cu 0,1 cm2, cu 0,2 cm2 şi respectiv cu 0,3 cm2? 7. Cîte lamele bimetalice (cupru-zinc) vă trebuie, pentru a construi un cadran dreptunghiular ale cărui laturi să rămînă drepte atît în timpul încălzirii cît şi în timpul răcirii? *8. Pentru funcţionarea normală a unor piese metalice rotative, este necesar să se construiască axul de rotatie si lagărele de rotatie din acelaşi material. De ce? x9- O bilă metalică poate trece printr-un inel metalic, care are acelaşi diametru interior. încălzind bila, aceasta nu mai are loc prin inel. Ce s-ar întîmpla dacă am încălzi inelul în locul bilei? Dar dacă încălzim simultan în aceeaşi flacără şi inelul si bila? (Temă experimentală.) XI». Se dau două bile sferice: una de aluminiu şi alta de cupru goală în interior, vopsite identic. Ambele au aceeaşi greutate şi acelaşi volum. Cum pot fi identificate? 11. Pe un fir întins între două suporturi este intercalat un dinamometru. Indicaţiile acestuia vor fi afectate de variaţia temperaturii firului? Cum explicaţi? >12. Ce se întîmplă cu densitatea unei sfere de fier prin încălzire? Dar prin răcire? 13. Tumînd apă fierbinte într-un pahar rece, sau turnînd apă rece într-un pahar fierbinte, acesta se poate sparge. De ce? 3 DILATAŢIA

1. Un resort metalic are 10 spire. Cîte spire va avea resortul dacă îl încălzim? Ce se întîmplă cu lungimea resortului dacă îl încălzim? Dar dacă îl răcim? 2. Ştiind că 1 m de sîrmă prin încălzire cu 125°C s-a dilatat cu 0,005 mm, cum trebuie tăiată în trei bucăţi o sîrmă făcută din acelaşi material cu lungimea de 12 m, în aşa fel încît încălzindu-le cu 125°C, prima bucată să se alungească cu 0, 01 mm, a doua bucată să se alungească cu 0,02 mm, iar a treia bucată cu 0, 03 mm? 4 EVAPORAREA. CONDENSAREA. FIERBEREA

1. Care sînt factorii care favorizează evaporarea unui corp lichid? H 2. Introduceţi o mînă în apă şi cealaltă în alcool. Scoateţi-le în acelaşi moment. Care din mîini se va usca mai repede? Ce dovedeşte aceasta? Cum trebuie lăsată o umbrelă după ploaie? Cum trebiue puse rufele la uscat? Ce dovedeşte aceasta? 39

14. Un vas este plin cu apă care are temperatura de + 4°C. Ce se întîmplă cu nivelul apei dacă încălzim vasul? Dar dacă îl răcim?

40

f~i. Un balon mare de săpun se sparge mai repede decît un balon mic. De ce? j 5. Vasele reprezentate în figura VI.31 conţin cantităţi egale de apă. în care din vase apa se va evapora mai repede? Numerotaţi vasele în ordinea evaporării complete a apei din fiecare.

Fig. VI.31

6. Cele două vase comunicante din figura V1.32 conţin apă pînă la acelaşi nivel. a) Considerînd robinetul R închis, cum va evolua nivelul apei în cele două vase? b) Considerînd robinetul R deschis, cum va evolua nivelul apei în cele două vase? *7. Mîinile se usucă mai repede, dacă le vînturăm prin aer. Ce dovedeşte aceasta? *8. Dacă bate vîntul, rufele se usucă mai repede. De ce? Două vase identice conţin cantităţi egale de apă. Unul se află la umbră, iar celălalt la soare, în care din vase apa se evaporă mai repede? Ce dovedeşte aceasta? 10. în încăperile unde se lucrează cu mercur trebuie să se asigure o aerisire permanentă. De ce? 11. Pe culmile înalte ale munţilor, simpla fierbere a alimentelor într-un vas deschis le lasă pe acestea crude. De ce? Dar dacă fierberea s-ar face într-un vas închis? 12. într-o eprubetă este apă pînă la jumătate. Cum putem da afară aerul din eprubetă, aflat deasupra apei? ^Ll3. Pentru a se asigura păstrarea îndelungată a diferitelor produse conservate, în vasele care le conţin, nu trebuie să rămînă aer. Cum procedează în acest scop gospodinele? Cum explicaţi? 14. Alcoolul fierbe la 78°C, iar apa la 100°C. Descrieţi fierberea unui amestec de apă cu alcool. într-un sistem de axe (temperatură; timp) reprezentaţi diagrama de fierbere a acestui amestec de corpuri lichide. (Temă experimentală.) 15. Un pahar conţine un amestec de apă cu alcool. Cum ar putea fi separate cele două componente ale amestecului?

41

a) determinaţi temperatura aerului în apropierea unui rîu; b) determinaţi temperatura aerului departe de rîu. Comparaţi rezultatele. Vor fi identice? De ce? (Temă experimentală.) 3. Mercurul este singurul metal care în condiţii normale de presiune şi temperatură este în stare lichidă. Aceasta însemnează că el nu poate fi şi în stare solidă? 4. înainte de a se topi, o bucată de gheaţă se moaie, sau trece direct în stare lichidă? Comparaţi comportarea gheţii în timpul topirii cu comportarea naftalinei sau cu comportarea unei bucăţi de ceară în timpul topirii. (Temă experimentală.) 5. Topiţi într-o cutie o cantitate oarecare de ceară. Suprafaţa liberă a lichidului obţinut este plană şi orizontală. Lăsaţi apoi ceara să se solidifice. Ce formă va avea suprafaţa cerii după solidificare? (Temă experimentală.) 6. Cum este posibil ca un gheţar să treacă prin strîmtorile dintre stînci fără ca el să se spargă? *7. Aţi auzit de expresia: „Frig de crapă pietrele." Oare la ce se referă? 8. într-o cameră cu temperatura de — 10°C, aducem un bloc de gheaţă şi îl aşezăm pe două scaune, aşa cum se vede în figura VI.33. Pesţe blocul de gheaţă trecem o sîrmă subţire, dar rezistentă,care are la capete două greutăţi identice. După cîtva timp revenim în cameră şi constatăm: a) cele două greutăţi şi cu sîrma se află Fig. VI.83 1 sub blocul de gheaţă; b) blocul de gheaţă este întreg. Oare cum a fost posibil? Să fi trecut sîrma prin blocul de gheaţă? De ce n-am găsit atunci două bucăţi de gheaţă? Oare s-a topit gheaţa în calea sîrmei? Cum era posibil acest lucru, că doar temperatura camerei este de — 10°C? (Temă experimentală.) 2.3. FENOMENE ELECTRICE ŞI MAGNETICE 1. ELECTRIZAREA

Al. Precizaţi în care din cele trei cazuri prezentate în figura VI. 34, bobiţele pendulului electrostatic pot fi: A. Ambele pozitive. ţ B. Ambele negative. C. Ambele neutre. D. Una pozitivă, cealaltă negativă. '///Z/S,

'/////A

0 1

Fig. VI.34

2. De ce nu se recomandă ştergerea cu o ţesătură obişnuită, de mai multe ori şi

apăsat a discurilor de picup? Se dau 4 sfere metalice electrizate A, B, C, D. Se ştie că A este electrizată pozitiv iar C este negativă. Se ating sferele A cu B şi C cu D. Cum vor interacţiona după aceea sferele: a) A cu D; b) B cu C; c) A cu B; d) C cu D? 4. Cum puteţi neutraliza un baston de sticlă electrizat? Dar o plăcuţă de PCV? (Temă experimentală.) 5. Apropiaţi o baghetă electrizată de un jet subţire de apă ce curge de la un robinet. Cum explicaţi deviaţia jetului? (Temă experimentală.) 6. De sfera unui electroscop se apropie, fără să se atingă, o plăcuţă de PCV electrizată. Foiţele se depărtează. Puteţi preciza semnul sarcinii electrice a foiţelor? Dar a sferei? (Temă experimentală.) 7. Cum veţi proceda pentru a stabili cu ce fel de sarcină electrică este electrizată o riglă din plastic, avînd la dispoziţie o plăcuţă de PCV şi electroscopul? (Temă experimentală.) 8. Apropiind o baghetă electrizată de un electroscop electrizat pozitiv fără a-l atinge, foiţele acestuia încep să se apropie. Care este semnul sarcinii de pe baghetă? (Temă experimentală.) 9. De ce nu pot fi electrizate vergelele metalice ţinute în mînă? Cum ar trebui procedat pentru a le putea totuşi electriza? 10. Concepeţi un experiment prin care să dovediţi că prin frecarea a două corpuri unul se electrizează + iar celălalt —. (Temă experimentală.) 11. De ce atunci cînd hainele se curăţă cu benzină acasă, este indicat ca operaţia să se execute afară şi nu în încăperi? 12. Cînd apropiem mîna de curelele de transmisie ale unor agregate, adesea se produc scîntei electrice, care sînt în general periculoase. (Atenţie, nu apropiaţi mîna de aceste curele.) Cum explicăm producerea acestora? 13. Cine are dreptate: cei care susţin că trăznetul îl loveşte pe om de sus sau cei care susţin că îl loveşte de jos, din pămînt? 14. Două sfere metalice identice aşezate pe suporţi izolatori sînt electrizate cu sarcini de semne contrarii. Este posibil ca punîndu-le în contact să nu se neutralizeze? r 15. Cum explicaţi atracţia dintre un corp electrizat şi un corp neutru? 7^16. De ce în timpul furtunilor, este periculos să te adăposteşti sub arbori înalţi? 17. Cum explicaţi faptul că deşi tunetul şi fulgerul sînt fenomene ce se produc simultan, ele sînt recepţionate la momente diferite? ^ 18. După ce s-a produs fulgerul, tunetul s-a auzit la un interval de timp de 4 s. La ce distanţă de observator s-a produs fulgerul? Veţi considera că lumina se propagă instantaneu, iar sunetul are în aer viteza de 340 m/s. 2. MAGNETIZABEA 1. Se dau bile identice ca dimensiuni din: aluminiu, fier, cupru, sticlă, oţel, lemn, ebonită, vopsite toate în aceeaşi culoare. Avînd la dispoziţie o busolă, indicaţi un procedeu prin care le putem separa pe cele din fier şi oţel de celelalte. (Temă experimentală.)

43

2. în bobina din trusă, conectată la o baterie de 4,5 V sau la alimentatorul didactic reglat la tensiunea de 6 VCc, introduceţi pe rînd vergele din fier, aluminiu, oţel, cupru, sticlă, lemn. Apropiaţi un capăt al acestor vergele de pilitură de fier şi observaţi care din vergele se magnetizează şi care nu. (Temă experimentală.) 3. Vi se dă o bară metalică şi nu ştiţi dacă este magnetizată. Nu aveţi la dispoziţie decît un fir de aţă. Cum veţi proceda pentru a stabili dacă este magnetizată sau nu? (Temă experimentală.) 4. Cum se poate magnetiza o bară de oţel avînd la dispoziţie un magnet? (Temă experimentală.) 5. Apropiaţi un magnet de o monedă de 15 bani din aluminiu. Veţi constata că magnetul nu o atrage. Avînd la dispoziţie o altă monedă de 15 bani dintr-un aliaj ce conţine fier, cum veţi proceda pentru ca magnetul să o atragă şi pe prima? (Temă experimentală.) 6. în ce punct sau puncte de pe suprafaţa Pămîntului, un ac magnetic indică nordul magnetic cu oricare dintre vîrfuri? 7. în ce punct sau puncte de pe suprafaţa Pămîntului, un ac magnetic indică sudul magnetic cu oricare dintre vîrfuri? 8. în ce punct sau puncte de pe suprafaţa Pămîntului un ac magnetic indică cu acelaşi vîrf sudul magnetic şi nordul geografic? p(9. în ce punct sau puncte de pe suprafaţa Pămîntului, un ac magnetic indică cu acelaşi vîrf nordul magnetic şi sudul geografic? 10. Un cort de formă pătrată are toate cele 4 laturi orientate către sud. Cătrecort se îndreaptă un urs. a) Unde este situat cortul? b) Ce culoare are ursul? 11. Cu ajutorul unei busole se poate determina direcţia polului Nord geografic, dacă ne aflăm la polul Sud magnetic? 12. Puneţi un mic magnet în formă de bară pe un dop şi aşezaţi sistemul pe-suprafaţa apei dintr-un pahar. Se va orienta sistemul la fel. ca atuncicînd magnetul este suspendat în aer cu un fir? (Temă experimentala^) 13. Cineva are doi magneţi identici în formă de bară. Folosind unul singur el a putut ridica 50 g cuie de fier. Folosindu-i pe amîndoi el povesteşte că n-a putut ridica nici măcar un cui. Oare este posibil? (Temă experimentală.) 14. Suspendaţi un magnet bară cu un fir de aţă şi apoi introduceţi magnetul într-un vas cu apă. Se va orienta acesta la fel ca şi în aer? (Temă experimentală.) jf 15. Cîţi magneţi se obţin dacă tăiaţi magnetul din figura VI.35: a) în lungul axei A'B'? b j în lungul axei A"B"?

A* Fig. V1.35

N

IA' i

! B

' 16. Rugaţi colegul de bancă să aşeze pe masă un magnet bară şi să-i acopere cu o foaie de carton, fără a vedea poziţia magnetului. Avînd la dispoziţie pilitură de fier cum veţi proceda pentru a găsi poziţia polilor magnetului? Se poate preciza care este polul nord şi sud al magnetului? (Temă experimentală.)

44

17. Magnetizaţi o bilă de oţel introducînd-o într-o bobină, conectată la tensiunea de 6—12 Voe. Căutaţi o metodă de determinare a locului în care se află polii bilei magnetizate, avînd la dispoziţie numai o placă de fier. (Temă experimentală.) 18. Avînd la dispoziţie un dinamometru şi o tijă pentru discuri crestate, cum veţi proceda pentru a identifica polii unui cub magnetizat? 19. Sub o foaie de carton, aşezaţi un magnet, iar pe foaie puneţi cîteva cuişoare din fier. Mişcaţi magnetul şi observaţi comportarea cuişoarelor. înlocuiţi foaia de carton cu una din fier sau de oţel şi mişcaţi din nou magnetul. Ce constataţi în fiecare din cele două cazuri? 20. Ţinînd seama de observaţiile din problema precedentă, puteţi spune dacă întrun submarin cu pereţii din oţel, se poate folosi pentru orientare, busola? 3. CURENTUL ELECTRIC. EFECTE 1. Indicaţi tensiunile furnizate de bateriile pe care le folosiţi pentru alimentarea unor aparate de radio, casetofoane, jucării electrice etc. 2. Ce greşeli puteţi remarca în circuitul din figura YI.36? 3. în figura VI.37 becul (1) s-a ars. Circuitul este închis sau deschis? Dar dacă se arde becul (2)?

4. în figura VI.38 becul (2) s-a ars. Circuitul, în acest caz, este închis sau deschis? Dar dacă se arde becul (J)? 5. între punctele M şi N ale circuitului din figura VI.39, se introduc pe rînd vergele din următoarele materiale: sticlă, aluminiu, cupru, lemn, plastic, oţel, ^ plumb, fier, grafit. Care din materialele introduse permit aprinderea becului? (Temă experimentală.) (1)

45

46

6. Orice substanţă introdusă în apa distilată o face conductoare? Daţi exemple de substanţe care introduse în apa distilată o fac conductoare. (Temă experimentală.) 7. Un cablu bifilar (format din două fire metalice izolate dispuse paralel) are unul din fire rupt, fără ca locul defecţiunii să poată fi sesizat vizual sau prin palpare. Avînd la dispoziţie un bec de 3,5 V şi o baterie, cum veţi proceda pentru a depista firul defect? (Temă experimentală.) 8. O baterie, un dinam, constituie dispozitive care produc curent electric. Ele se mai numesc şi generatoare de curent electric, după unii autori, sau generatoare de tensiune, după alţii. Dacă ţinem seama de rolul lor în circuitele electrice, care din cele două denumiri consideraţi că este mai potrivită? 9. Aţi văzut că o baterie de 4,5 V este formată din 3 elemente de 1,5 V legate într-un anumit mod. Pe baza observaţiei făcute, completaţi desenul din figura VI.40 astfel încît schiţa să reprezinte o baterie de 4,5 V. 10. Valorile înscrise pe un bec se numesc şi valori nominale. Printre ele se indică şi tensiunea pentru care este destinat becul a funcţiona. Ce efect are alimentarea becului la o tensiune mai mare decît cea nominală? Dar dacă tensiunea este mai mică? 11. Bucuroşi că le-am adus bateriile mult aşteptate, Mihaela şi Daniel s-au grăbit să le monteze în caseta maşinuţei Daciei 1300 (fig. VI.41). Dar surprinză... jiaşinuţa nu mergea. Am desfăcut capacul casetei şi... dar mai bine să vă las pevtii §ă descoperiţi cauza defecţiunii!

IM

n

*m-o

1,5 V

Fig. VI.42

12. Unele din aparatele de radio fabricate la noi în ţară sînt alimentate la o tensiune de 7,5 V, folosindu-se în Fig. VI.41 acest scop 5 baterii de 1,5 V, introduse într-o casetă ca în figuraVI.42, a. Utilizînd ca simbol al bateriei semnul din figura VI.42, b, introduceţi cele 5 baterii în casetă astfel ca aparatul să funcţioneze normal. 13. Se dă circuitul din figura VI.43. Arătaţi ce se observă, dacă se fac următoarele acţionări: a) se închide Kx, iar K2 rămîne deschis; b) se închide K2, iar Kx se deschide. c) se închid ambele întrerupătoare. (Temă experimentală.) 14. Precizaţi care din circuitele din figura VI.44 sînt realizate corect.

47

B

c Fig. VJ.44

15. în care din situaţiile prezentate în figura VI. 44 închiderea întrerupătorului determină un scurtcircuit foarte periculos pentru generator? 16, Care din situaţiile prezentate în figura VI. 45 reprezintă: A. becuri legate în serie; B. becuri legate în paralel; C. becuri legate mixt? ° ---- ®---------- 1 --- I----- 1

O --- 0o-(gHgHg>-o

—CB)—®—

—

o—(gh —

■O

17.

Urmăriţi circuitul din figura VI.46 şi precizaţi care din becuri se aprinde dacă: a. se închide Kx (K2 deschis); b. se închide K2 (i£x deschis); c. ambele întrerupătoare sînt închise. 18. Cum sînt grupate becurile folosite pentru iluminatul clasei voastre? încercaţi să întocmiţi schema instalaţiei de iluminat şi să o verificaţi experimental.

B2

+

K2

-0 ----------------------------------- --------- 0 + Ct H B, Fig. VI.46

Fig. VI.47

19. în ce situaţie mai multe becuri se leagă în serie? Daţi exemplu. Ce dezavantaj prezintă acest mod de legare al lor? 20. în ce situaţii, mai multe becuri se leagă în paralel? Daţi exemplu. Ce avantaj prezintă acest mod de legare a lor? 21. Cum sînt grupate două consumatoare alimentate de la o singură priză? 22. Circuitul din figura VI.47 permite: A. Aprinderea celor două becuri numai dacă: a) Kx închis, K2 închis; b) Kx deschis, K2 deschis; c) K\ închis, Ka deschis; A) Kx deschis, K2 închis; e) imposibil. B. Stingerea Celor două becuri numai dacă: ' a) Kx închis, K2 închis; b) Kx deschis, K2 deschis; c) Kx încins, K2 deschis; d) K% deschis, K2 închis; e) imposibil. C. Aprinderea becului Bx şi stingerea becului B2 dacă: a) Kx închis, K2 închis; b) Kx deschis, K% deschis; c) Kx închis, K2 deschis; d) Kx deschis, K2 închis; e) imposibil. D. Aprinderea becului B2 şi stingerea becului Bx dacă: a) Kx închis, K2 închis; b) Kx deschis, K2 deschis; c) Kx închis, K2 deschis; d) Kx deschis, K2 închis; e) imposibil. (Temă experimentală.)

45

23. între doi suporţi izolatori, se întinde un fir de nichelină (AB) de mijlocul căruia se suspendă o tijă pentru discuri crestate (fig. VI.48). Firul se conectează la un generator de tensiune, prin intermediul unui întrerupător. La închiderea circuitului, se observă că tija coboară, lucru remarcat cu ajutorul riglei gradate. Cum explicaţi această observaţie? Ce efect al curentului evidenţiază ea? (Temă experimentală.), 24. Realizaţi dispozitivul experimental din figura YI.49, avînd grijă ca sîrmuliţa S dintre punctele AB să fie din nichelină. Prin dop, treceţi tijele metalice a, b şi un tub de sticlă T în care se găseşte o picătură de lichid colorat. Conectaţi Kig. VI.48 dispozitivul la un generator de tensiune. Observaţi comportarea picăturii de lichid şi explicaţi cele constatate, dacă în vas se găseşte aer. 25. Văzînd rupt firul metalic spiralat al unui reşou, Bogdan s-a gîndit că nu e prea greu să-i înlocuiască cu altul. A luat o sîrmă de cupru la fel de lungă şi groasă ca a celei înlocuite, a modelat-o în formă de spirală şi a introdus-o prin canalele plăcii de şamotă. A legat-o la cele două borne ale reşoului şi I-a introdus în priză. Dar... vă lăsăm pe voi să remarcaţi greşeala făcută de Bogdan şi consecinţele ei.

Fig. VI.50

26. Pînă la ce temperatură se poate încălzi apa dintr-un calorimetru cu ajutorul unei sîrme de nichelină? Dar cu una din fier? 27. Pe un bec există inscripţia 100 W —220 V. Ce mărimi caracteristice semnifică această inscripţie? 28. Două becuri legate în paralel luminează diferit. Care din ele are o putere mai mare? 29. De ce se recomandă să nu utilizăm busolele în apropierea conductoarelor parcurse de curent? 30. în apropierea unui tub de sticlă închis la ambele capete, se aşază un ac magnetic (fig. VI. 50). Acul va devia atunci cînd a. tubul se umple cu mercur; b. tubul se umple cu apă, distilată; e. tubul se umple cu soluţie apoasă de sare de bucătărie. (Temă experimentală.) 31. O bobină străbătută de curent se comportă ca un magnet bară. Se pot schimba polii ei? Justificaţi-vă răspunsul pe cale experimentală. 32. Luaţi o bobină cu sîrmă de cupru şi conectaţi-o la o baterie. Apropiaţi bobina de un ac magnetic suspendat pe suport. Observaţi comportarea acului magnetic. Care din răspunsurile următoare consideraţi că este cel corect: a) sîrma de cupru se magnetizează cînd trece curentul prin ea; bj sîrma nu se magnetizează dar curentul acţionează asupra magnetului; ti bobina străbătută de curent se comportă ca un magnet?

Un elev vrea să demonstreze că bobina parcursă de curent este capabilă să devieze un ac magnetic de la direcţia N — S. Bobina a realizat-o din fir bifilar de cupru izolat ca în figura VI.51. A reuşit el să demonstreze ceea ce dorea? (Temă experimentali)

b

34. De ce

ni

miezul

electromagneţilor se confecţionează de obicei Fig. VL52

35. 36.

37.

38.

din fier şi nu din oţel? Qum justificaţi faptul că electromagneţilor li se mai spune „magneţi temporari"? în figura VL 52, vi şe prezintă un model de releu electromagnetic, la care L este o lamă de oţel elastică. încercaţi să explicaţi funcţionarea în următoarele situaţii: a) întrerupătorul K închis; b) întrerupătorul K deschis. Cînd se lucrează la unele maşini-unelte, strunguri, polizoare etc., < este obligatorie purtarea ochelarilor de protecţie, pentru a se evita accidente nedorite prin pătrunderea în ochi a unor particule metalice. Dacă totuşi s-a produs accidentul, cum credeţi că procedează medicii pentru a extrage corpul metalic (din fier sau oţel) pătruns în ochi? Ştiţi că apa în stare pură nu conduce curentul electric. Cum explicaţi faptul că prin cufundarea a două conductoare legate la polii unei surse de curent într-un vas cu apă de la robinet (apă potabilă) pe acestea apar bule de gaz indicînd producerea efectului electrochimic? 2.4. FENOMENE OPTICE

1. SURSE DE LUMINĂ. CORPURI TRANSPARENTE ŞI CORPURI OPACE Xl. în condiţii obişnuite care din următoarele corpuri sînt surse de lumină şi care sînt corpuri luminate: Soarele, cartea, licuricii, Luna, peretele, becul electric, tabla, flacăra unei lumînări? jţi Csm am putea şti dacă un obiect este sursă de lumină sau este un corp luminat? 3. Sirt încăperi în care lumina produsă de surse cade întîi pe tavan şi pe părţile superioare ale pereţilor. Care sînt avantajele acestui mod de iluminare a încăperii? 4. Prî .lşi un bec electric, atunci cînd tensiunea electrică la care este conectat scade. 47

Ce puteţi «pune despre lumina produsă? (Temă experimentală.)

48

%.o. în ce condiţii un fir metalic poate fi sursă de lumină. i■ 6. Daţi exemple de surse de lumină care să nu fie corpuri incandescente. 7. Dintr-o bucată de sticlă neutilizabilă, tăiaţi cîteva plăcuţe. Priviţi un obiect printr-o plăcuţă şi apoi observaţi-1 printr-un număr mai mare de plăcuţe. Ce puteţi spune despre transparenţa sticlei? (Temă experimentală.) 8. Un marinar aflat într-un submarin, la adîncimea de 300 m, priveşte spre suprar faţa apei. Poate el observa lumina zilei? Justificaţi răspunsul. 2. PROPAGAREA RECTILINIE A LUMINII. FASCICUL LUMINOS. RAZĂ DE LUMINĂ. VITEZĂ DE PROPAGARE

■ţ. 1. Pentru a verifica dacă o scîndură a fost netezită bine cu rindeaua, tîmplarul o ridică la înălţimea ochilor. Cum explicaţi acest lucra? 2. Un om se deplasează cu viteză constantă astfel încît: timp de două minute umbra sa este în partea dreaptă; în următoarele 2 minute umbra este în urma sa; apoi timp de 2 minute umbra este în stînga sa; ultimele 2 minute umbra este în faţa sa. Executaţi un desen în care să marcaţi traiectoria omului. 3. Un disc opac cu diametrul de 2 cm este aşezat între o sursă luminoasă punctiformă şi un ecran paralel cu discul. Dacă distanţa între sursă şi ecran este 10 em şi discul se află la jumătatea distanţei, să se reprezinte printr-un desen modul în care se formează umbra discului pe ecran şi să se determine diametrul umbrei. 4. în ce moment al zilei umbra unui corp este cea mai mică? Dar cea mai mare? 5. Priviţi-vă umbra pe suprafaţa pămîntului. Umbra picioarelor este conturată net iar umbra capului este mai ştearsă. Ţineţi mina în faţa unei foi de hîrtie. Veţi observa o umbră netă. îndepărtaţi mîna de hîrtie şi umbra fiedlrui deget devine din ce în ce mai îngustă. Cum explicaţi aceasta? Pe un stadion, la un meci în nocturnă, în jurul unui jucător există patru umbre. Cum justificaţi această observaţie? 7. în ce condiţii este posibilă observarea unei eclipse de Lună? 8. Conturul umbrei Pămîntului pe suprafaţa Lunii, în timpul unei eclipse, este un arc de cerc. Ce fel de eclipsă este şi ce semnificaţie atribuiţi conturului circular? f. 9. Ştiind că lumina se propagă în aer cu viteza de 300 000 000 m/s, ce distanţă va parcurge ea în 10 secunde? X10. în cît timp parcurge lumina distanţa mijlocie de la Pămînt la Lună de 384 000 km? f 11. Lumina de la Soare ajunge pe Pămînt după 8 minute şi 18 secunde. Care este distanţa medie de la Soare la Pămînt? f 12. Dacă lumina străbate o distanţă, în aer în 2,25 secunde, în cît timp va străbate aceeaşi distanţă în apă? (Viteza luminii în apă se ia de 225 000 m/s.) 13. Distanţele astronomice se măsoară adesea în ani — lumină (a.l.). (Un an lumină este distanţa parcursă de lumină în timp de un an.) Determinaţi această distanţă în miliarde de kilometri. 14. în anul 1632 Galileo Galilei publica cea mai importantă lucrare a sa intitulată „Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii — sistemul lui Ptolemeu şi sistemul lui Copemic“. Personajele lucrării, Salviati, Sagredo şi Simplicio, întreţin un dialog de-a lungul a patru zile: în prima zi ei discută despre unitatea Pămîntului cu celelalte planete; în ziua a doua ei vorbesc despre mişcarea de rotaţie a Pămîntului ; ziua a treia este consacrată mişcării Pămîntului în jurul Soarelui, iar în ziua a patra subiectul discuţiilor este fluxul şi refluxul. Discuţia lor se referea la întrebările: Viteza luminii este sau nu este infinită? Putem indica o metodă de determinare experimentală a vitezei luminii?

49

Iată’un fragment din discuţia lor: Simplicio: Cînd vedem trăgînd un tun la o distanţă mare, lumina flăcării ajunge la ochii noştri fără pierdere de timp, pe cînd sunetul ajunge la urechi după un interval de timp. Sdlviati: Ei, signore Simplicio, din această experienţă foarte importantă, nu. deducem altceva decît că sunetul ajunge la urechea noastră, într-un timp mai lung decît ajunge lumina la ochi, dar nu mă asigură că propagarea luminii este instantanee... Sagredo cere explicaţii suplimentare şi apoi îşi exprimă acordul cu unul dintre cele două personaje de mai sus, personaj care îl reprezintă în dialog pe Galileo Galilei. Care personaj îl reprezintă pe Galileo Galilei şi care este răspunsul la cele 'două întrebări? 15. Analizaţi conţinutul fizic din următoarele versuri ale poeziei „La steaua" de Mihai Eminescu: La steaua care a răsărit E-o cale atît de lungă, Că mii de ani i-au trebuit ■ Luminii să ne-ajungă. Poate de mult s-a stins în drum în depărtări albastre, Iar raza ei abia acupn Luci vederii noastre. Icoana stelei ce-a murit încet pe cer se suie Era pe cînd nu s-a zărit Azi o vedem şi nu e.

3. FENOMENUL DE REFLEXIE. OGLINZI PLANE ŞI OGLINZI SFERICE 1. 2. a) b)

Care este unghiul de reflexie şi care este unghiul de incidenţă, în figura VI.53? Cîte raze reflectate sînt posibile pentru o rază incidenţă dată care cade pe o oglindă: mai multe; una singură? /3. Ce valoare are unghiul de reflexie dacă raza incidenţă este perpendiculară pe o oglindă plană: a) 90°; b) 45°; c) 0°. j^4. Ce valoare are unghiul de incidenţă, dacă raza reflectată de o oglindă plană face un unghi de 60° cu raza incidenţă: a) 0°; b) 30°; c) 60°? Fig. VI.68

4

— Probleme de fizică pentru gimnaziu

50

^ 5. Eaza incidenţă face cu oglinda plană un unghi de 30°. Ce valoare va avea unghiul de incidenţă: a) 30°; b) 60°; c) 0°? «.6. Ce valoare va avea unghiul de incidenţă pe o oglindă plană, pentru ca raza reflectată să fie perpendiculară pe cea incidenţă: a) 0°; b) 45°; c) 90°? 7. Dacă un om vede într-o oglindă plană ochiul altui om, cel de-al doilea om poate să vadă în oglindă pe primul? Explicaţi fenomenul făcînd şi o schiţă cu mersul - razelor de lumină. ^8. Un obiect se află la distanţa de 1 m de o oglindă plană. a) La ce distanţă se va afla el de imaginea sa în această oglindă? b) Dacă obiectul se depărtează cu 50 cm de oglindă, cu cît se va depărta de imaginea sa? 9. Care va trebui să fie poziţia unei oglinzi plane astfel ca direcţiile razelor incidenţă şi reflectată să fie cele din figura VI.54? 10. Aveţi la dispoziţie o oglindă plană formată dintr-o plaeă de sticlă argintată pe una din feţe şi un creion ascuţit. Deplasaţi creionul cu vîrful spre oglindă şi perpendicular pe aceasta, observînd imaginea lui în oglindă. Ce puteţi spune despre această lungime? 11. Desenul din figura VI.55 reprezintă imaginea cadranului unui ceas într-o oglindă plană. Puteţi spune ce oră indică? 12. De ce luceşte mai tare un obiect bine lustruit decît unul cu asperităţi? 13. Folosindu-vă de două oglinzi plane, imaginaţi un dispozitiv (numit periscop) astfel încît, după reflexia pe a doua oglindă, raza obţinută să fie paralelă cu^ raza incidenţă pe prima oglindă.

Fig. VI.

VI.

14. Cum trebuie situate două oglinzi plane astfel ca razele de lumină să fie reflectate ca în figura VI.56. 15. Două oglinzi plane care fac între ele un unghi de 90° sînt aşezate perpendicular pe o masă. Dacă între ele se aşază un obiect, cîte imagini se formează în cele două oglinzi? Desenaţi imaginile formate. 16. Care sînt literele mari de tipar din alfabet care apar scrise corect şi atunci cînd sînt privite într-o oglindă plană în următoarele cazuri: a) oglinda aşezată în stingă literei; b) oglinda aşezată în dreapta literei; c) oglinda aşezată deasupra literei; d) oglinda aşezată sub literă. 17. Două oglinzi plane formează un unghi drept. Arătaţi că o rază de lumină, în urma reflexiei pe cele două oglinzi, rămîne paralelă cu raza incidenţă, indiferent de valoarea unghiului de incidenţă. ÎS. Enumeraţi cîteva aplicaţii practice ale reflexiei luminii pe oglinzi plane.

51

19. Pentru ca imaginea reală a unui corp într-o oglindă concavă să fie mai mare decît obiectul acesta trebuie situat: a) între focar şi dublul distanţei focale; b) dincolo de dublul distanţei focale; c) între focar şi oglindă. 20. Pentru ca imaginea reală a unui corp într-o oglindă concavă să fie mai mică decît obiectul acesta trebuie situat: a) între focar şi dublul distanţei focale; b) dincolo de dublul'distanţei focale; c) între focar şi oglindă. 21. O oglindă concavă are distanţa focală de 10 cm. Ce puteţi spune despre imaginea unui obiect în această oglindă dacă: a) obiectul se află la 30 cm de oglindă; b) obiectul se află la 15 cm de oglindă; c) obiectul se află la 5 cm de oglindă. 22. O oglindă convexă are distanţa focală de 10 cm. Ce puteţi spune despre imaginea unui obiect în această oglindă dacă: a) obiectul se află la 30 cm de oglindă; b) obiectul se află la 15 cm de oglindă; c) obiectul se află la 5 cm de oglindă. 23. Priviţi-vă chipul în scobitura unei linguri metalice. Rotiţi apoi lingura şi priviţi din nou. Ce puteţi spune despre cele două imagini? 24. în ce situaţii imaginile în oglinz; sferice pot fi văzute pe un ecran: a) oglinzi concave şi obiecte între focar şi oglindă; b) oglinzi concave şi obiecte dincolo de focar; c) oglinzi convexe.

25. în ultimul deceniu al secolului trecut, pe baza unor fenomene de reflexie, a fost construită o jucărie denumită impropriu „aparat roentgen*' (fig. VI.57). Se observă că, indiferent de obiectele opace situate între cele două componente ale aparatului, observatorul poate vedea floarea aşezată în zona A. Cum explicaţi acest lucru? 4. FENOMENUL DE REFRACŢIE 1. Introduceţi, jumătate dintr-o riglă, oblic în apă. Cum puteţi explica frîngerea aparentă a riglei în punctul în care intră în apă? 2. în două pahare, unul gol şi celălalt plin cu apă, introduceţi două monede identice şi priviţi-le de deasupra. Cum explicaţi faptul că moneda din paharul cu apă pare a fi mai aproape de ochi şi mai mare? 52

it 3. Ce valoare are indicele de refracţie al unui mediu transparent în care viteza de propagare a luminii este de 123 967 km/s? X 4. Indicele de refracţie al glicerinei este 1,47. Care este valoarea vitezei de propagare a luminii în acest mediu? 5. Care din cele două, medii din figura VI.58 este apa şi care este aerul? 6. O rază de lumină trece din glicerină, în sticlă (waticiă = 1,50, wgn0erină = 1.47) (fig. VI.59). Care este raza incidenţă: a) raza 1; b) raza 2? 7. Care este unghiul de incidenţă şi care este unghiul de refracţie, în figura YI.60?

Kig. V1.59

Fig. VI.60

A 8. Dacă raza incidenţă este perpendiculară pe suprafaţa de separare a două medii transparente, care va fi valoarea unghiului de refracţie: a) 90°; b) 45°; c) 0°? 9. O rază de lumină trece prin trei medii transparente, suprafeţele de separare fiind paralele (fig. VI.61). Care dintre cele trei medii are indicele de refracţie cu cea mai mică valoare? 10. La ce fenomen fizic se referă zicala populară: „Apele limpezi sînt adinei"? 11. într-un vas cu apă este fixat în poziţie verticală un creion, pe suprafaţa apei căzînd un fascicul luminos (fig. YI.62). Cînd lungimea umbrei este mai mare, cînd în vas este apă sau cînd se scoate apa din vas? Cum explicaţi această afirmaţie?

12. într-un vas, în care apa are nivelul din figura VI.63, razele solare determină umbra marginii bazinului AB pe fundul acestuia. Cum trebuie să fie nivelul apei din vas, pentru ca umbra să aibă lungime mai mică: a) mai sus; r; mai jos? Cum explicaţi aceasta?

5. REFRACŢIA LUMINII PRINTR-0 LAMĂ TRANSPARENTĂ CU FEŢE PLANE ŞI PARALELE 1. La traversarea unei lame transparente cu feţele plane şi paralele, cîte fenomene de

refracţie au loc şi în ce puncte? 2. Care din cele două desene din figura VI. 64 este corect, lamele transparente fiind din

sticlă şi situate în aer: A. desenul a; B. desenul b?

Fig. VI.65

Fig. VI.64

B. O rază de lumină cade perpendicular pe o lamă transparentă cu feţele plane şi paralele (fig. VI.65). Trasaţi mersul razei de lumină în continuare. 4. Pe o lamă transparentă cu feţele plane şi paralele, situată în aer, cade oblic o rază de lumină (fig. VI.66). Trasaţi în continuare mersul razelor de lumină. 5. Priviţi printr-un acvariu plin cu apă obiecte situate dincolo de acesta, la diferite înălţimi (fig. VI.67). Diferă poziţiile pe care le observăm de cele din realitate? x\j --*b

Fig. VI.66

Fig. Yl.67

6. REFRACŢIA OPTICĂ

LUMINII

PRINTR-0

PRISMĂ

1. O rază incidenţă cade pe o prismă optică de secţiune ABC (fig. VI.68), în punctul de incidenţă I. Trasaţi razele refractate şi indicaţi unghiul de incidenţă. 2. Pentru prisma optică a cărei secţiune ABC este reprezentată în figura VI.69, raza emergentă are direcţia dată în desen. Completaţi desenul şi indicaţi unghiul de incidenţă. 3. O rază de lumină cade perpendicular pe faţa unei prisme de secţiune ABC (fig. VI.70). Trasaţi în continuare mersul razelor de lumină.

54

“f

55

4. La trecerea printr-o prismă optică, raza emergentă este perpendiculară pe faţa prismei (fig. VI.71, a). Trasaţi direcţia razei emergente, dacă pe, faţa AB se lipeşte faţa altei prisme din acelaşi material (fig. VI.71, b). 5. Procuraţi-vă o cuvă din sticlă şi u'mpleţi-o cu apă. Aşezaţi oblic în apa din cuvă o oglindă de buzunar dreptunghiulară, rezemînd-o de unul din pereţii acesteia (fig. VI. 72). Potriviţi înclinarea oglinzii pînă ce razele de la Soare, căzînd pe A

A

suprafaţa apei, sînt proiectate pe un perete sub forma unor benzi colorate în culorile curcubeului. în acest experiment, prisma este alcătuită din apă. Care sînt feţele laterale ale prismei? (Temă experimentală.) 7. CULOAREA CORPURILOR 1. Dacă veţi privi printr-o sticlă roşie o inscripţie făcută cu roşu pe un fond alb, atunci veţi vedea doar un fond roşu. Nu veţi distinge nici urmă de inscripţie. Privind prin aceeaşi sticlă o inscripţie făcută cu albastru pe alb, ce veţi observa? (Temă experimentală.) 2. Observaţi, în lumină albă, o faţă de masă verde pe care se află o vază transparentă ce conţine un lichid roşu şi flori. Priviţi-le printr*o sticlă colorată în roşu şi apoi printr-o sticlă colorată în verde. Ce veţi observa? (Temă experimentală.) 3. Faceţi un experiment uşor de efectuat, într-o zi de iarnă. Pe zăpada iluminată de soare, aşezaţi două fragmente de pînză: una de culoare deschisă şi una de culoare închisă. După un timp, veţi observa că, pînza de culoare închisă s-a afundat în zăpadă, în timp ce fragmentul de culoare deschisă a rămas la acelaşi nivel. Cum puteţi explica acest lucru? Această experienţă a fost făcută pentru prima dată de Benjamin Franklin, inventatorul paratrăznetului. El scria: ,,Am luat de la croitor cîteva pătrăţele de stofă de culori diferite. Printre ele erau: negru, bleu, albastru deschis, verde, roşu, alb şi diferite alte culori şi nuanţe. într-o dimineaţă Însorită, am aşezat aceste pătrăţele de stofă pe zăpadă. După cîteva ore, bucăţica neagră, încălzindu-se mai puternic decît celelalte s-a afundat adine în zăpadă iar cea albă a rămas la suprafaţă. Oare din aceste observaţii nu s-ar putea trage anumite foloase?

Imaginaţi-vă aplicaţii ale acestui fenomen. 4. într-o sală de spectacol, uneori observaţi schimbarea culorii fasciculelor luminoase ale proiectoarelor. Cum se realizează acest lucru? o. Un corp alb în lumină albă, va deveni roşu în lumină roşie. Un corp care este negru in lumină albă, cum va apărea în lumină roşie?

56

1. Cum puteţi defini lentila: a) corp transparent mărginit de două suprafeţe plane; b) corp transparent mărginit8.deREFRACŢIA două suprafeţe, sferice; LUMINII PRIN LENTILE c) corp transparent mărginit de două suprafeţe sferice sau una sferică şi una plană? 2. Cum puteţi defini lentila convergentă: a) lentila care transformă un fascicul luminos paralel într-un fascicul divergent; b) lentila care transformă un fascicul luminos paralel într-un fascicul convergent; c) lentila care transformă un fascicul convergent în fascicul divergent? 3. Aşezaţi pe masă o sticlă de un litru goală. De cealaltă parte aşezaţi un pahar. Prin pereţii sticlei, priviţi paharul. Apreciaţi locul şi mărimea imaginii paharului în raport cu locul şi mărimea paharului. Umpleţi sticla cu apă şi faceţi aceleaşi observaţii. Constataţi vreo deosebire? (Temă experimentală.) 4. Repetaţi experienţa anterioară introducînd sticla în alt vas cu apă (fig. V1.73). în această situaţie obser- vaţiile diferă de cele anterioare? De / ^ ce? (Temă experimentală.) i( Q 5. Focarele unei lentile convergente se v. -5 află: ^ a) de aceeaşi parte a lentilei; b) de o parte şi de alta a lentilei. 6. Cînd obiectul este situat la o distanţă de lentila convergentă mai mare decît distanţa focală: a) imaginea obiectului estevirtuală şi dreaptă; b) imaginea obiectului este reală şi răsturnată; c) imaginea obiectului este reală şi dreaptă. 7. Cînd obiectul este situat între o lentilă convergentă şi focarul ei: a) imaginea, este virtuală şi dreaptă; b) imaginea este reală şi răsturnată; c) imaginea este reală şi dreaptă. 8. Pentru o lentilă divergentă imaginile sînt: a) virtuale şi drepte; b) reale şi răsturnate; c) reale şi drepte. 9. Un obiect se află la 40 cm de focarul unei lentile convergente cu distanţa focală 20 cm. La ce distanţă faţă de al doilea focar al lentilei se va forma imaginea? 10. Un obiect aflat la 8 cm de primul focar alunei lentileconvergente îşi formează imaginea la 2 cm de cel de-al doileafocar al aceleiaşi lentile. Determinaţi distanţa focală a lentilei. 11. într-o lentilă convergentă cu distanţa focală de 6 cm, se formează imaginea unui obiect la distanţa de 4 cm de al doilea focar. Calculaţi distanţa de la obiect la primul focar al lentilei. 12. în romanul lui Jules Yeme „Insula misterioasă11 Gedeon Spilett a aprins focul cu două geamuri de ceas. Cum a procedat? 13. Ştiaţi că puteţi obţine focul cu ajutorul gheţii? Pentru aceasta trebuie să vă confecţionaţi o lentilă biconvexă din gheaţa transparentă, sau prin şlefuirea gheţii, sau prin turnarea apei într-un vas în care prin îngheţare să obţinem forma dorită. Experienţe care au avut drept scop aprinderea lemnului cu ajutorul unei lentile de gheaţă au fost realizate cu mult timp înainte. (Temă experimentală.)

INDICAŢII ŞI RĂSPUNSURI

I.

CORP. SUBSTANŢĂ. PROPRIETĂŢI. FENOMEN FIZIC

1.1. CORP, SUBSTANŢĂ, PROPRIETĂŢI 2. PROPRIETĂŢI Corpurile sînt formate din substanţe 8. Exemplele date reprezintă numele unor corpuri. Corpurile au întindere 3. Umplem un vas mare cu apă. Intrăm în vas. Volumul apei care s -a scurs din vas este egal cu volumul omului. 7. Umplem cu apă vasul de 9 litri şi din el îl umplem pe cel de 4 litri, astfel că în primul rămîn 5 litri. Golim vasul de 4 litri şi turnăm din nou în el din cel de 9 litri, pînă îl umplem. în vasul de 9 litri a mai rămas astfel 1 litru.-Vărsăm iar vasul de 4 litri şi punem în el litrul rămas în vasul de 9 litri. Umplem vasul de 9 litri şi apoi din el turnăm în cel de 4 litri, pînă îl umplem. Astfel în vasul de 9 litri rămîn 6 litri. 8. Cu ajutorul riglei împărţim lungimea coloanei de apă în 5 părţi egale. Fiecare parte reprezintă 1 cm5. împingem pistonul pînă cînd în seringă rămîne 1 cm3. 9. Marcăm pe hîrtia milimetrică nivelul apei din pahar. Introducem cubul de plastilină în apă şi marcăm noul nivel al apei. Diferenţa de nivel, care corespunde unui volum de 8 cm3, o împărţim în 4 părţi egale. Fiecare interval corespunde unui volum de 2 cm3. Trasăm apoi, pe hîrtia milimetrică, diviziuni la distanţe egale cu intervalul astfel obţinut. 10. Se rezolvă asemănător cu problema 9. 11. 5 cm3. 14. Determinăm volumul unui număr cît mai mare de picături şi împărţim la numărul picăturilor. Corpurile au inerţie 5. Corpurile de pe suprafaţa Pămîntului ar fi proiectate în spaţiu cu diferite viteze. Aceasta deoarece ele ?ar manifesta tendinţa de a-şi păstra starea de mişcare. Orice corp se află în una din stările de agregare: de solid, de lichid, de gaz 1. Corpurile solide au formă proprie. 3. Volumul substanţei din care este făcut balonul rămîne constant. 6. Corpurile solide au durităţi diferite. 8. Corpurile metalice au un luciu caracteristic. 9. Corpurile lichide curg. Sînt fluide. 10. Aşezăm un echer în aşa fel încît una din catetele sale să fie paralelă cu suprafaţa apei din vas. Cealaltă catetă trebuie să fie verticală, oricum am roti echerul în jurul ei. 11. Nu toate lichidele sînt miscibile. 13. A rămas acelaşi. 14. Corpurile lichide se evaporă. 16. Corpurile lichide sînt vîscoase. Unele mai mult, altele mai puţin. 18. Pot fi îmbuteliate. 19. Corpurile gazoase sînt expansibile. 21. Corpurile gazoase curg. Sînt fluide. Interacţiunea corpurilor 3. Aerul din atmosferă şi balon. 56

1. A măsura o lungime înseamnă a o compara cu o altă lungime, aleasă prin convenţie

4. Apa din vas şi minge. 5. Producerea sunetelor prin vorbire este rezultatul interacţiilor dintre aerul respirat şi corzile vocale ale omului. Transmiterea sunetelor este rezultatul interacţiilor dintre straturile de aer vecine. Recepţionarea sunetelor este rezultatul interacţiilor dintre aerul din. atmosferă şi timpanul urechii noastre. 7. Punerea unui corp în mişcare, sau oprirea acestuia nu sînt posibile decît dacă acel corp interacţionează cu un alt corp. 8. Acul busolei şi Pămîntul. 10. Bila nu este lăsată să cadă. 11. Din interacţiunea unei rachete de tenis cu mingea de tenis rezultă: pentru rachetă — deformarea racordajului şi micşorarea vitezei rachetei; pentru minge — deformarea şi schimbarea direcţiei mişcării acesteia. 12. Prin ciocnirea a două bile de plumb, identice, fiecare se deformează, se încălzeşte şi îşi schimbă starea de mişcare. 13. Nu există. 1.2. PROPRIETĂTI FIZICE MĂSURABILE. MĂRIME FIZICĂ 1. A afla aria unei suprafeţe înseamnă a o compara cu aria altei suprafeţe, aleasă prin convenţie ca unitate de măsură. 11. Prima jumătate a fost acoperită în 19 zile, iar a doua jumătate într-o zi. 13. 9,5 cm2. 23. Dacă paharul este înclinat, aria suprafeţei libere este mai mare decît atunci cînd paharul este drept. Deci în primul caz evaporarea este mai intensă. 4. MĂSURĂRI DE VOLUME

1. A măsura volumul unui corp înseamnă a-l compara cu volumul altui corp, ales prin convenţie ca unitate de măsură. 12. Diviziunile de pe mensură cilindrică sînt echidistante. 18. 7 = (1 x 10 000 + 3 x 1 000 + 9 x 100 + 2x 10 + 7 x 1 + 0,5) dm3 = - 13 927,5 dm3. 5. MĂSURĂTORI DE DURATĂ

1. A măsura o durată înseamnă a o compara cu altă durată, aleasă prin convenţie ca unitate de măsură. 11. Cînd a plecat de acasă pădurarul şi-a potrivit ceasul la o oră oarecare. Ajuns la sătean a privit ceasul acestuia. Acelaşi lucru I-a făcut şi la plecare, determinînd în acest mod cît timp a stat în sat. Sosit acasă s-a uitat la ceasul său şi a socotit cît timp a lipsit de acasă. Din acest timp a scăzut timpul petrecut în sat, găsind astfel durata drumului dus şi întors. împărţind acest rezultat la doi a găsit durata unui drum. Adăugind acest rezultat la ora arătată de ceasul săteanului cînd pădurarul a plecat spre casă, el şi-a potrivit cu exactitate ceasul. 12. Sînt necesari 3 lucrători. Fiiecare lucrează 12 ore şi este liber 24 ore. 16. A şi C. 19. Perioada minutarului Tm — 1 h; perioada orarului T0 — 12 h. 20. în timp ce pendulul lung efectuează o singură oscilaţie completă,cel scurtefec tuează două oscilaţii complete. 21. Urmăriţi desenul din figura VI. 17. Rotiţa dinţată R este antrenată într-o mişcare de rotaţie în sensul indicat de săgeata S, datorită arcului elastic Av Un capăt al arcului este fixat pe axul rotiţei, iar celălalt este fixat pe corpul crono- metrului. Pe axul rotiţei R este fixat şi acul indicator al cronometrului, al cărui vîrf marchează secundele pe cadranul cronometrului. Rotiţa B se poate roti în jurul axului său, fiind sub influenţa arcului elastic A2. Un capăt al arcului este fixat pe axul rotiţei, iar celălalt este fixat pe corpul cronometrului. în stare normală, arcul A2 este nedeformat, avînd forma indicată în figură. Dacă rotiţa B este deplasată din poziţia sa în sensul indicat prin săgeata Sv atunci arcul A2 se deformează. Fiind un corp elastic, arcul va 57

3. MĂSURĂRI DE SUPRAFEŢE

reveni la forma iniţială, aducînd cu el şi rotiţa B. La revenire, rotiţa B se va deplasa în sensul indicat prin săgeata Sz, dar nu se va opri în poziţia iniţială, ci va trece dincolo de ea, determinînd o nouă deformare a arcului Â2. Trebuind să revină la forma iniţială, arcul A2 va antrena din nou rotiţa B, dar acum în sensul săgeţii Sv întor- cîndu-se, rotiţa B nu se opreşte în poziţia iniţială, ci o depăşeşte puţin, realizînd 0 nouă deformare a arcului Â2. Apoi lucrurile se repetă. Deoarece rotiţa B oscilează, rotindu-se cînd într-un sens, cînd în sens invers, adică efectuează un balans, 1 se spune balansierul cronometrului. în mişcarea sa, balansierul antrenează un mecanism numit ancoră. în desen este reprezentată ancora A prevăzută cu cîrligele a şi b. Dacă vârfurile cârligelor n-ar pătrunde între dinţii rotiţei R, atunci arcul Ax sar destinde brusc, rotiţa R s-ar învîrti cu repeziciune, iar mersul uniform al acului indicator al cronometrului ar fi imposibil. Dacă rotiţa B se deplasează în sensul 8lf vîrful a iese dintre dinţii rotiţei R, eliberînd dintele 3, iar vîrful b intră între dinţii rotiţei. Datorită arcului A1 rotiţa R înaintează pînă cînd dintele 4 este oprit de vîrful b. în acest mod R a înaintat cu un dinte, iar acul cronometrului a indicat pe cadran 1 s. Apoi balansierul se va deplasa în sensul S2. Vîrful b va debloca rotiţa R, ieşind dintre dinţii săi, iar vîrful a va intra între dinţii rotiţei, blocînd-o, după ce aceasta s-a mai rotit cu un dinte. 22. După studii îndelungate, oamenii de ştiinţă au dovedit că multe plante sînt adevărate ceasornice, ele vestind o anumită oră, prin închiderea sau deschiderea florilor lor. închiderea sau deschiderea corolei unei flori, datorită variaţiei intensităţii luminii se numeşte fotonastie. într-un anumit loc pe suprafaţa Pămîntului, fotonastiile se produc întotdeauna la aceeaşi oră. Iată cîteva exemple: floarea de dovleac, floarea de mac şi zorelele se trezesc la ora 5 dimineaţa; păpădia, susaiul şi cicoarea îşi deschid florile la ora 6; vulturica şi luceafărul se deschid la ora 7; calcea calului la ora 8; măcrişul de iarbă la ora 10; laurul la ora 18; opăţelul de noapte se deschide la ora 19; regina nopţii îşi deschide floarea la ora 20. 23. T = 2 s. 1.3. FENOMEN FIZIC 4. Raportul dintre variaţia temperaturii apei din vas şi durata acestei variaţii are o valoare constantă: 3°C/minut. 8. Atingînd obiectul care arde, apa se transformă în vapori. Pentru aceasta este necesară căldură, pe care apa o preia de la corpul aprins. Vaporii de apă formaţi izolează corpul de aierul din atmosferă, care prin oxigenul conţinut întreţinea arderea.

58

2.1. FENOMENE MECANICE 1. MIŞCAREA MECANICĂ A CORPURILOR Poziţie — reper. Stare mecanică. Repaus —

mişcare 3. în raport cu paraşutistul poziţia paraşutei nu se schimbă, deci faţă de acesta paraşuta este în repaus.

59

O

16.

O,

Ox T*

Tt

T*

a

R

Ta R

Ti R

R

R

R

b

R

M

R

M

M

R

e

M

M

R

R

R

R

d

M

M

R

M

M

R

e

M

M

R

M

M

R

f

M

M

R

M

M

R

Cu R s-a notat starfea de repaus şi cu M starea de mişcare. Mobil. Traiectorie 2. Figura VI. 19 reprezintă traiectoria unui punct de pe o roată în mişcare, văzută de un observator aflat în repaus pe sol. Figura VI. 20 reprezintă traiectoria aceluiaşi punct, văzută de un observator în mişcare faţă de sol, în acelaşi sens cu roata şi la fel de repede. 3. Traiectoria este o linie dreaptă pentru observatorul aflat în repaus pe sol. Traiectoria este o parabolă pentru observatorul aflat- în mişcare faţă de sol. 11. La Polul Nord. 17. Atunci cînd corpul este în repaus faţă de un anumit reper. Deplasare. Graficul mişcării mecanice 3. 3 ore. 4. 5 m. 10. Trebuie comunicat numărul bornei kilometrice în apropierea căreia se află echipajul. Numărul acestei borne reprezintă o coordonată de poziţie. 13. A(3 m); B(9 m); C(3 m); D(3 m); E(2 m); F(3 m); G{5 m). Viteza mişcării. Mişcarea uniformă şi rectilinie 1.

V, V, =

0,74 cm

cm

- -0,74 - - s- = 1 0,9 cm __ g cm 0,3 s

— !

0,65 cm ^ g cm 0,36 s ~ ’ s 0,45 cm

s '

0,26 s

— 1,7 —

= 2,5-. 0,2 s

6. Numărul citit pe kilometraj a fost 16 061. d = 110 km; v = 55 km/h. 7. 20 km. 8. 80 km/h. 9. Mergînd cu viteza de 80 km/h ajunge la 10 h 22 min 30 s. Ca să ajungă la 10 h 15 min trebuia să meargă cu viteza de 88 km/h. 10. 11 h 15 min. 11. 2 s.

I-L Af- = - h; Af2 = At3 «= - h > A^. 5

60

24

15. Viteza cărămizii faţă de sol este 1 m/s. Cărămida va ajunge sus după 20 s. 16. Viteza bicicletei trebuie să fie de 18 km/h faţă de vagon, în sens invers sensului de mişcare a trenului faţă de sol.

2. INERŢIE. MASĂ. DENSITATE Inerţia 11. Arderea sforii presupune încetarea interacţiunii dintre sferă şi axul vertical. Ca urmare a inerţiei sale, sfera va continua mişcarea pe o linie dreaptă, a cărei direcţie coincide cu tangenta la cercul descris pînă atunci de sferă. Masa corpurilor

10.

11.

12.

13.

1. A măsura masa unui corp înseamnă a o compara cu masa altui corp, aleasă prin convenţie ca unitate de măsură. Corpul a cărui masă a fost aleasă ca unitate de măsură se numeşte etalon. 2. Masa este o mărime fizică fundamentală, iar unitatea de măsură pentru masă în Sistemul Internaţional de Unităţi (kg) este o unitate de măsură fundamentală. 6. Masa fiecăruia dintre noi este o măsură a inerţiei noastre. 7. Determinăm masa unui număr mare de picături şi o împărţim la numărul acestora. 8. 1 kg; 3 kg; 9 kg; 27 kg. Din prima ladă luăm 1 rulment; din Iada a doua luăm 2 rulmenţi; din lada a treia luăm 3 rulmenţi; din lada a patra luăm 4 rulmenţi; din lada a cincea luăm 5 nilmenţi; din lada a şasea luăm 6 rulmenţi. în total 21 de rulmenţi, pe care îi aşezăm pe un cîntar. Dacă rulmenţii ar cîntări fiecare 1 kg, ar trebui să găsim 21 kg. în cazul în care cîntarul indică 20,950 kg însemnează că prima ladă este cea cu rulmenţii defecţi, deoarece lipsesc 50 g pînă la 1 kg, adică un singur rulment din cei 21 este defect. Dacă rulmenţii cîntăresc 20,900 kg, atunci rulmenţii defecţi sînt în lada a doua. Dacă din 21 kg lipsesc 3 x 50 g rulmenţii defecţi sînt în lada a treia, şi aşa mai departe. Cîntărim mai întîi toată sîrma şi notăm valoarea găsită (m). Tăiem apoi o bucată de sîrmă cu lungimea de 1 m, o cîntărim şi notăm valoarea găsită (mx). Exprimăm cele două mase în aceleaşi unităţi de măsură. împărţim apoi masa totală la masa bucăţii cu lungimea de 1 m. Va rezulta, în metri, lungimea întregii bucăţi de sîrmă. Cîntărim bucata întreagă şi notăm valoarea găsită (m). Desenăm pe foaia de tablă un pătrat cu latura de 1 dm, deci cu aria suprafeţei de 1 dm2, îl decupăm , îl cîntă- tărim şi notăm valoarea găsită (mj). Exprimăm cele două mase în aceleaşi unităţi de măsură. împărţim masa totală la masa pătratului decupat. Rezultă aria suprafeţei exprimată în dm2. 4351,2 g.

DENSITATEA CORPURILOR 7. a. 8. 0,125 cm3. 9. apă.

10. 200 cm3. 11. 31,2 ke. 12. c.

61

< _ ^ ____ W*i 4- _____ ______________________ px^i 4~ pa^a . y

v ~ v1 + y2 ~ y, + ya ’

1

8

y

13. Cazul 1 (Se amestecă, volume egale .! Pi din + Pa lichide p = _ _ . diferite.) Cazul II (Se amestecă mase egale din lichide diferite.)

_ m __ rw, + ms

»»,.+ m2 . _ P — zr — ——— — ---------------- » mi — m2 V

V1 + y a

w*i + w*a

Pi Pa SpxPa

P =•

Pi + P*

O b s e r v a ţ i e : £l±-^.>

;

2

(px

+ p2)2

>

4pxp2;

Pi + Pa

Pi + Pl + 2pip2 > 4pxpa; pf + pi — 2p1pa > 0; (px — p2)2 > 0. Deci: p' > p".

8. DEFORMAREA CORPURILOR. GREUTATEA CORPURILOR Deformarea corpurilor 4. Dacă intensitatea interacţiunii nu depăşeşte o anumită valoare atunci corpul considerat revine la forma iniţială, după încetarea interacţiunii. Deci este un corp elastic. Dacă intensitatea interacţiunii depăşeşte o anumită valoare, numită limită de elasticitate, chiar dacă interacţiunea încetează, corpul considerat nu mai revine la forma iniţială. Deci acelaşi corp, acum, este un corp plastic. 5. Deformare elastici 8. Deformare plastică. Forţa. Măsurarea forţei 3. 0,3 N. 4. Dinamometrul trebuie reetalonat, deoarece alungirea unui corp elastic sub acţiunea aceleiaşi forţe, este proporţională cu lungimea iniţială a corpului elastic. 5. 0,025 N. Greutatea corpurilor 4. 70 kg. 5. 4,9 N. 6. 9,8 N; 0,0098 N; 9 800 N. 7. 4,8 cm. S. 12 ’>*. 9. t = 9,8 N?m; fc2 = 4,9 N/m.

= — ; A= 2GZ; . kţ

_

G ţ , j. _ oi.

Cazul II q± ^1 ___

_ ________

Jţ^ t A

7

A?g

Ml"- G 1~ k 1~ h ' V fc, 62

2.2. FENOMENE TERMICE 1. ÎNCĂLZIRE — RĂCIRE

1. Nu.

1

2. Dacă masele corpurilor sînt comparabile, atunci prin interacţiunea lor termică se schimbă stşjea de încălzire a ambelor corpuri. 3. Starea termică a Pămîntului se poate modifica prin interacţiunea termică cu aerul atmosferic, sau prin interacţiunea termică cu razele solare. 10. Cazul I (Mi = AZs): 7. Sînt identice. 8. Vasul metalic fiind conductor termic preia repede căldura degetelor, dîndu-ne senzaţia de rece. 9. Pentru măsurat variaţii de temperatură. 2. DILATAŢIA

2. 2m; 4m; 6m. 6. Trebuie decupate trei dreptunghiuri cu dimensiunile: lm x 2m == 2m2; 2m X 2m = 4m2; 3m x 2m = 6m2. 7. 8 lame bimetalice. 10. încălzindu-le pînă la aceeaşi temperatură, se vor dilata diferit. Bila cu volumul cel mai mare este bila de aluminiu. 11. Cînd temperatura scade, firul se scurtează. Ca urmare tensiunea din fir (forţa măsurată de dinamometru) creşte. 12. Prin încălzire, densitatea sferei scade, iar prin răcire densitatea sa creşte. (Amintim că p = mjV.) 13. Dilatarea neuniformă sau contracţia neuniformă a peretelui de sticlă, generează tensiuni (forţe) interne care pot determina spargerea paharului. 14. în ambele situaţii apa din vas se dilată, deci va curge din vas o cantitate de apă corespunzătoare dilatării apei din vas. 8. EVAPORAREA. CONDENSAREA. FIERBEREA 4. Balonul mare are aria suprafeţei libere mai mare decît balonul mic. Evaporarea este nai intensă. 10. Vaporii de mercur rezultaţi prin vaporizarea mercurului lichid sînt toxici. 11. Creşterea altitudinii este însoţită de scăderea presiunii atmosferice. La valori scăzute ale presiunii atmosferice, temperatura de fierbere a apei scade, fiind sub 100°C. Deoarece alimentele fierbeau bine dacă temperatura apei era de 100°C, acum ele vor rămîne crude. 12. Prin fierberea apei, vaporii de apă vor împinge aerul din eprubetă afară din aceasta. 4. TOPIREA. 8OLIDIFICAREA

1. Corespunzător presiunii atmosferice normale, apa îngheaţă la 0°C, iar gheaţa se topeşte la 0°C. 2. Ca să se poată topi, gheaţa absoarbe căldură de la aerul din jur. Ca urmare acesta se răceşte. Temperatura aerului va fi mai mică în apropierea rîului, decît departe de el. 6. Greutatea unui gheţar fiind mare, presiunea cu care el acţionează asupra colţurilor de stîncă pe care se află, este foarte mare. La presiune ridicată, topirea gheţii se realizează la temperaturi inferioare lui 0°C. Ca urmare gheţarul alunecă peste stînci, trecînd prin strîmtori, fără ca el să se spargă. în mod asemănător se explică alunecarea patinelor pe gheaţă. 8. La contactul sîrmei cu gheaţa, presiunea întrece cu mult valoarea presiunii atmosferice normale. La presiune ridicată punctul de topire a gheţii coboară. Deci gheaţa din calea bucăţii de sîrmă se va topi, chiar dacă temperatura este— 10°C. Apa rezultată din topire se află la presiune atmosferică normală şi la temperatura de — 10°C. Deci va îngheţa imediat. 2.3.

FENOMENE ELECTRICE ŞI MAGNETICE

1. ELECTRIZAREA 1 .(A)b;(B)b;(C)a;(D)c. 2. Prin frecare discul se electrizează, atrăgmd firicelele de praf din încăpere. 3. A cu D se atrag, B cu C se atrag, A cu B se resping, C cu D se resping. 63 4. Se plimbă mîna în lungul bastonului, respectiv al plăcuţei de PCV. 5. Jetul este deviat ca urmare a electrizării lui prin influenţă de către bagheta electri-

zată. 6. Foiţele se electrizează negativ, iar sfera pozitiv. 7. Se electrizează plăcuţa, se încarcă electroscopul şi apoi se atinge de el rigla electrizată. în funcţie de comportarea foiţelor după atingere, se poate formula concluzia referitoare la semnul sarcinii riglei. 8. Bagheta este electrizată cu sarcină negativă. 9. Vergelele metalice sînt conductoare. Ele pot fi electrizate dacă sînt introduse în mînere izolatoare. 11. în timpul curăţirii hainelor acestea se pot electriza şi produc scîntei ca urmare a descărcărilor electrice. Vaporii de benzină se pot aprinde, provocînd incendii. 13. Dacă partea inferioară a norului este negativă iar corpul de pe suprafaţa pămîntului pozitiv (electrizat prin influenţă) atunci trăznetul „loveşte“ de sus în jos. Dacă partea inferioară a norului e pozitivă iar corpul de pe suprafaţa pămîntului negativ trăznetul „loveşte" de jos în sus. 14. Da. în cazul cînd corpurile au sarcini de semne contrarii şi mărimea acestor sarcini este diferită, după contact, cele două corpuri rămîn electrizate cu sarcina corpului care a avut iniţial sarcina mai mare. 15. Corpul neutru în prezenţa celui electrizat se electrizează prin influenţă astfel încît atracţia se produce de fapt tot între două corpuri electrizate cu sarcini de semn contrar.

64

16. Arborii se electrizează puternic prin influenţă de către nor, şi astfel pot fi mai uşor loviţi de trăznet. 17. Tunetul şi fulgerul se percep la momente, diferite, deoarece sunetul şi lumina se propagă cu viteze diferite (vs = 340 m/s, vt = c = 300 000 km/s). 18. ă = vs • t = 340 - • 4s = 1 360 m. s

2. MAGNETIZAREA 3. Se suspendă bara metalică, cu ajutorul firului astfel încît ea să fie orizontală. Dacă se constată că ea se orientează mereu pe aceeaşi direcţie (N—S) tragem concluzia că bara este magnetizată. 5. Se aşază moneda din aluminiu peste cea din aliaj cu fier şi se apropie magnetul. Acesta le va atrage pe amîndouă. 8. în toate punctele de pe meridianul care trece prin sudul magnetic şi nordul geografic. 11, La polul sud magnetic ambii poli magnetici ai acului magnetic de la busolă indică polul nord magnetic. în acest fel polul nord geografic aflat în vecinătatea polului sud magnetic nu poate fi determinat. 13. Da, alăturînd magneţii cu polii de nume diferite unul lîngă celălalt. 15. în ambele cazuri, se obţin doi magneţi. 16. Se presară pilitură cît mai uniform şi se observă forma spectrului. Nu se pot însă preciza numele polilor. 18. Se apropie tija suspendată de dinamometru de feţele cubului magnetizat. Polii vor fi situaţi acolo unde se găseşte forţa de atracţie maximă. 20. într-un submarin cu pereţii din oţel nu se poate folosi pentru orientare busola. Pereţii constituie un ecran magnetic care împiedică interacţiunea dintre dmpul magnetic terestru şi cel al acului magnetic.

8. CURENTUL ELECTRIC. EFECTE 2. Ambele fire conductoare sînt conectate la cilindrul filetat al becului, iar polaritatea bateriei esta greşit indicată. 3. Arderea oricărui bec determină întreruperea circuitului. 6. Nu orice substanţă introdusă în apă şi dizolvată în ea o face conductoare. Dintre substanţele care introduse în apă o fac conductoare amintim: sarea de bucătărie, sulfatul de cupru (piatra vînătă), soda de rufe, soda caustică, sarea amară etc. 9. Realizarea corectă a legăturilor o puteţi urmări în figura VI.74. 10. Dacă becul este alimentat la o tensiune mai mare decît cea nominală există pericolul să se ardă. Dacă tensiunea este mai mică, becul luminează mai slab. 11. Bateriile au fost montate greşit în casetă. MonFig. VI.74 tajul corect este indicat în figura VI.75. 1,5 V I 1,5 v '////, li. «/ Nu se aprinde nici un bec; h) se aprind ambele A W//7////J7////77Z becuri; c) se aprinde doar becul 2. I-L Corect sînt realizate circuitele: B, F. le. 5 - produce scurtcircuit periculos dacă se închide 0— intrcrnp&tornl din poziţia D.

5—

ie

pentrugimnaziu

Fig. VI.76

16. 17. 21. 22.

A. a, d; B. c, g, h; C. b, e, f.

a. Se aprinde J3r b- Nu se aprinde nici unul. e. Se aprind ambele becuri. Două sau mai multe consumatoare alimentate la o singură priză sînt grupate în paralel. 4. d; B. b, c; C. imposibil; D. a. 25. Sîrma de cupru nu poate înlocui pe cea din nichelină, ea avînd o rezistenţă mică. Introducerea reşoului în priză a provocat un scurtcircuit care, în cel mai fericit caz, determină topirea (arderea) siguranţei fuzibUe. 26. Apa poate fi încălzită pînă la temperatura ei de fierbere (în jur de 100°C pentru apa potabilă). 27. 100 W reprezintă puterea exprimată în waţi, iar 220 V tensiunea nominală de funcţionare a becului. 28. Putere mai mare are cel care luminează mai puternic (intens). 30. Acul magnetic deviază în situaţiile a şi c. 31. Polii pot fi schimbaţi prin inversarea legăturilor la bornele generatorului, deci prin schimbarea sensului curentului prin bobină. 32. Răspuns corect: e. 33. Nu a reuşit să demonstreze, deoarece prin cele două fire, curentul avea sensuri contrarii încît efectele lor magnetice se anulează reciproc. 34. Oţelul rămîne magnetizat, pe cînd fierul se magnetizează doar cît timp trece curentul prin bobina electromagnetului. 37. Se folosesc electromagneţi foarte puternici care extrag corpul metalic pătruns în ochi. 38. Apa potabilă conţine unele săruri dizolvate în ea, ceea ce o face conductoare.

2.4. FENOMENE OPTICE 1. SURSE DE LUMINĂ. CORPURI TRANSPARENTE ŞI CORPURI OPACE

2. Privindu-1 în întuneric. 3. Lumina este reflectată de tavan şi pereţi şi ochii nu mai sînt orbiţi de lumina puternică produsă de incandescenţa filamentului becului electric. Umbrele determinate în acest caz sînt mult mai slabe. 4. La scăderea tensiunii electrice va scădea şi temperatura filamentului şi se schimbă coloraţia luminii produsă. Sursa luminoasă va fi mai puţin intensă şi va avea o culoare roşiatică (de la alb, trece prin galben strălucitor şi apoi spre roşu închis). 5. în condiţii de incandescenţă, la temperaturi peste 800°C. 6. Tuburile cu neon şi tuburile fluorescente care nu se încălzesc în timpul funcţionării şi la care culoarea nu se modifică. 7. Transparenţa sticlei depinde de grosimea stratului de material. 8. Nu poate observa lumina zilei, stratul de apă cu grosimea mai mare de 100 m fiind un strat opac.

* PROPAGAREA RECTILINIE A LUMINII. FASCICUL LUMINOS. RAZĂ DE LUMINĂ. VITEZĂ DE PROPAGARE 2. Presupunînd o anumită direcţie pe care vine lumina de la Soare, omul se va deplasa pe distanţe egale pentru fiecare din intervalele de 2 minute. Ţinind cont de orientările umbrei se ajunge la concluzia că deplasările alcătuiesc laturile unui pătrat (punctul final coincide cu punctul iniţial— punctul A din fig. VI. 76). ---------------3. Diametrul umbrei este de 4 cm. 6. Stadionul este dotat cu 4 surse de lumină dispuse în zone diferite ale stadionului. 9. d = 3 000 000 km. A B 10. « = 1,28 s. 11. d = 149T400000km. 12. Aur — taer ' Vatr dapă — tapă * Vapăî daer — dapă\ taer ' ^aer ~ ^apă ' V„pă j Uter Vaer 2,25 X 300 000 n

*

Vapă ~

225 000

13. 1 a.l. = 365 x 24 X 3 600 X 300 000 = 12 460,8 miliarde km. 14. Salviati. Nu este infinită. Să se măsoare cu precizie distanţe mari şi timpul în care

sînt parcurse aceste distanţe de raza de lumină, v = y.

3. FENOMENUL DE REFLEXIE. OGLINZI PLANE ŞI OGLINZI SFERICE 7. Cunoaştem faptul cătrimiţînd o rază de lumină pe direcţia razei reflectate, aceasta se va reflecta după direcţia razei incidente, fenomen cunoscut în optică sub nu* mele de reversibilitatea razelor de lumină (fig. VI.77) 8. 2 m. I ii

Fiiţ. VI.77

FJe. V<78

9. Figura VI.78. 10. Oglinda este alcătuită din placa de sticlă ce are pe una din feţe depus un strat de argint metalic. Vîrful creionului nu poate fi în contact cu această faţă şi de aceea imaginea vîrfului va fi la o distanţă de vîrf egală cu dublul grosimii plăcii de sticlă (fig. VI. 79). 12. Suprafeţele cu asperităţi reflectă razele în toate direcţiile. în acest caz la ochi ajunge un număr mult mai mic de raze decît în cazul suprafeţelor lustruite. 14 Figura VI.80.

67 5*

Fig. VI. 79 15. Obiectul se reflectă în cele două, oglinzi (fig. VI. 81) şi formează imaginile At şi Az,

aceste imagini formînd în cele două oglinzi imaginea A3. Deci în cele 2 oglinzi se văd trei imagini. 16. a) A, H, I, M, 0, T, Ţ, U, V, X; b) A, H, I, M, O, T, Ţ, U, V, X; c) B,C, D, E, H, I, K, O, X; d) B, C, D, E, H, I, K, O, X.

SrrT

Ai

Fig. VL80 *

i

*

I i >-

—1-------

A2

Fig. VI.82

i

Fig. VI.81 17. Din figura VI.82 se observă, că, pentru cele două fenomene de reflexie, normalele la

19. 20. 21. 22. 23. 24.

suprafeţele de reflexie (Al şi AI')iac între ele un unghi de 90° deci i\ + i3 — = 90°. Cum din legea reflexiei: ^ = i[ şi i2 = i’2 rezultă it + i'2 = 90°. Prin urmare % + i[ + iz + i'2 = 90+.90 = 180°. în aceste condiţii putem afirma că raza de lumină, după cele 2 reflexii, rămîne paralelă cu cea incidenţă. a. b. a) Imagine reală, răsturnată şi mai mică decît obiectul; b) imagine reală, răsturnată şi mai mare decît obiectul; c) imagine virtuală, dreaptă şi mai mare decît obiectul. în toate cazurile imaginea este virtuală, dreaptă şi mai mică decît obiectul. Indicaţie: scobitura unei linguri bine lustruite joacă rolul unei oglinzi concave iar partea bombată cel al unei oglinzi convexe. b.

4. FENOMENUL DE REFRACŢIE 3. 4. 5. 9. 10. 11.

2,42. 204 081 km/s. Mediul 2 este apa şi mediul 1 aerul. Mediul 2. La fenomenul de refracţie. Cînd se scoate apa din vas, umbra este determinată de direcţia fasciculului luminos în aer. Cînd în vas este apă, umbra este determinantă de razele refractate, care fac un unghi mai mic cu direcţia creionului. Deci, lungimea umbrei este mai mare cînd se scoate apa din vas.

68

12. Pentru ca lungimea umbrei să fie mai mică, nivelul apei din vas trebuie să fie mai ridicat. Razele refractate în acest caz străbat un strat de apă mai înalt (fig. VI.83) şi determină umbra AB'.

5. REFRACŢIA LUMINII PRINTR-0 LAMĂ TRANSPARENTĂ CU FEŢE PLANE ŞI PARALELE 5. Stratul de apă din acvariu se comportă ea o lamă transparentă cu feţele plane şi paralele, razele de lumină provenite din punctele a, b şi c fiind prezentate în figura YI.84. Obiectele situate deasupra liniei privirii (Ob) se văd mai sus decît în realitate, iar cele situate sub această linie se văd mai jos decît în realitate. ' * s 6. REFRACŢIA LUMINII PRINTR-0 PRISMĂ OPTICĂ 4. Deoarece raza de lumină iese din prima prismă şi intră în a doua după direcţia normalei la feţele în contact, ea nu-şi va schimba direcţia în interiorul acesteia, dar la ieşire se depărtează de normală. 5. Suprafaţa liberă a apei şi faţa oglinzii 7. CULOAREA CORPURILOR 1. Se vor observa litere negre pe fond roşu. Sticla roşie, nepermiţînd trecerea razelor albastre, dă literelor culoarea neagră, iar fondul alb privit prin sticla roşie va apărea roşu. 2. Faţa de masă verde în lumină roşie va deveni mov-închis, lichidul îşi păstrează culoarea roşie, iar florile îşi modifică culorile. 3. Fragmentul de pînză de culoare deschisă reflectă lumina soarelui, iar cel de culoare închisă o absoarbe încălzindu-se. Pe baza acestei observaţii se pot construi dispozitive care să utilizeze energia solară în diverse scopuri. 8. REFRACŢIA LUMINII PRIN LENTILE 3. Sticla plină cu apă se comportă la fel ca o lentilă convergentă. Dacă paharul se află

dincolo de dublul distanţei focale, imaginea acestuia va fi răsturnată, mai mică •şi mai apropiată de sticlă decît paharul. 4, în această situaţie sticla nu mai joacă rol de lentilă, şi stratul de apă din vas, împreună cu cel din sticlă, poate fi considerat o lamă transparentă. 2 9. i = 40 cm; d • d' = f ; f = 20 cm; d' = ?- = = lOcm. 11

d

40 cm

10. i = S em; A' = 2 cm; d • d' — fz; f = 4 cm. 11. i = 9 cm. li. A cele două geamuri de ceas înaşa fel încît să formeze o lentilă convergentă, iii htroducînd apă.

69

CL AS A A Vll-a

ENUNŢURI

I. PROCESE MECANICE. MĂRIMI MECANICE. ECHILIBRUL MECANIC 1.1. FORŢA

1. EFECTELE INTERACŢIUNII 1. Dacă, plouă şi nu bate vîntul, picăturile de ploaie nu bat în fereastră. Dacă bate vîntul, picăturile de apă nu mai cad pe verticală şi vor lovi în geam. Ce efect al unei interacţiuni este pus în evidenţă prin acest exemplu? 2. Un meci de fotbal se desfăşoară pe un vînt puternic. Ce efecte poate avea acesta asupra mingii? 3. Cine obligă o locomotivă să se abată de la drumul drept, atunci cînd intră într-o curbă? 4. O locomotivă poate sări de pe linie? Oare ce interacţiune ar putea determina o astfel de situaţie? Recunoaşteţi şi în acest exemplu efectul dinamic al unei interacţiuni? 5. Dacă mingea de baschet trimisă spre coş de la distanţă s-ar mişca pe direcţia pe care a fost aruncată ar mai putea intra în coş? Care sînt corpurile cu caxe mingea interacţionează şi ce efecte ale acestor interacţiuni recunoaşteţi? 6. Priviţi figura VILI. Mingea trimisă din piciorul jucătorului A a parcurs pe gazon drumul reprezentat punctat în desen. Constituie această minge un pericol pentru poartă? Cînd?

7. Un paraşutist' sare dintr-un elicopter în aşa fel încît el cade pe direcţie verticală. Ce interacţiune I-ar putea abate de la această direcţie? S, Deschiderea unei paraşute este rezultatul unei interacţiuni? Ce efect are această interacţiiine asupra paraşutistului? 9. Se pot efectua salturi cu paraşuta pe Lună? De ce?

70

10. Desenul din figura VII.2 reprezintă suprafaţa unei mese văzută de deasupra ei. In punctul C este bătut un cui, iar de el este legat un fir subţire avînd la celălalt capăt o bilă metalică M. Firul este întins. Lovind bila perpendicular pe direcţia firului, aceasta se va pune în mişcare pe unul din drumurile schiţate punctat. Pe ce drum se va deplasa bila? Ce interacţiuni au intervenit şi ce efecte ale acestora aţi recunoscut? (Temă experimentală.)

rlg. Vi;... 11. Priviţi desenul din figura VII.3. El reprezintă o piatră legată cu o sfoară şi rotită în plan vertical. a. în ce punct al traiectoriei ax trebui să se rupă sfoara pentru ca piatra să fie aruncată pe verticală în sus? b. în ce punct sau puhcte ar trebui să se rupă sfoara, pentru ca piatra să fie aruncată pe verticală în jos? c. în ce punct sau puncte ar trebui să se rupă sfoara, pentru ca piatra să fie aruncată pe orizontală spre stînga? d. în ce punct sau puncte ar trebui să se rupă sfoara, pentru ca piatra să fie aruncată pe orizontală spre dreapta? 12. Ce fel de mişcare execută Pămîntul în jurul Soarelui? Dar Luna în jurul Pămîntului? Sînt acestea rezultatul unor interacţiuni? Ce efect al acestor interacţiuni recunoaşteţi? 13. O barcă cu pînze este dusă cu viteza de 25 km/h de vîntul care bate pe direcţia N—E. După un timp, vîntul începe să bată pe direcţia N—F, fără a slăbi din intensitate. Ce se întîmplă cu direcţia de mişcare a bărcii? Este acest efect rezultatul unei interacţiuni? 14. Primul vagon al unui tren este pus în mişcare' ca urmare a interacţiunii sale cu locomotiva. Cine pune în mişcare ultimul vagon? 15. Uneori, din cauza vîntului puternic, copacii sînt rupţi sau smulşi din rădăcini, firele telefonice rupte, iar ţiglele de pe case aruncate şi sparte. Despre ce interacţiuni este vorba şi care au fost efectele lor? 16. Din relatarea unui crainic reporter prezent la desfăşurarea unui meci de fotbal am reţinut: „Atacantul central ridică balonul în careu, unde sar la cap mai mulţi jucători. Portarul, ieşit în întîmpinarea balonului, nu reuşeşte să-i reţină ci numai să-i respingă, dar pînă în piciorul unui adversar, care şutează necruţător spre poartă şi mingea se opreşte în plasă. Gol! Gol! Unul dintre jucători este căzut la pămînt; se pare că în învălmăşeala din faţa porţii el a fost accidentat. Acesta nu mai poate continua jocul, acuzînd o întindere de ligamente şi în acest moment este ajutat să părăsească terenul." Care au fost corpurile care au interacţionat şi care au fost efectele acestor interacţiuni?

71

17. Ce efect al unei interacţiuni este ilustrat în figura VII.4? " 18. Din interacţiunea a două, corpuri se pot produce simultan un efect dinamic şi un efect static? Daţi exemple.

Fig. VII.5

f'ig. VII.4 2.

FORŢA

VECTORIALĂ

—MĂRIME

1. Ce înseamnă a măsura o forţă? 2. Pentru reprezentarea grafică a unei forţe cu modulul F = 200 N, vă propunem următoarea scară: 1 cm, pe caiet, să reprezinte 1 N. Este convenabilă scara propusă dacă reprezentarea se face pe caiet? 3. în figura VII.5 sînt reprezentate grafic la aceeaşi scară mai multe forţe. Care dintre ele are modulul mai mare? Ce elemente comune au aceste forţe? Aceste forţe pot fi considerate egale? De ce? 4. Fie o notaţie de forma F = 20 N şi desenul din figura VII.6. Care dintre ele conţin informaţii complete referitoare la forţa care acţioneazăasupra unui corp? 5. Peîitru desenul din figura VII.7 se ştie că: • a. scara: 1 cm

F-L este'reprezentată grafic la = 30 N;

b. scara: 1 cm două forţe are

F2 este reprezentată grafic Ia = 20N. Care dintre cele modulul mai mare? - --------x-

--------------------------------------*' Fig. V1I.6

O

Fig. VII.'/ I- ----6. Pentru desenul din figura VII.8 se ştie că: | ---------------------- yl --------a. reprezentată grafic la scara: 1 cm = 30 N;

Fig. VII.8

F1

este

b. F2 este reprezentată grafic la scara: 1 cm = 20 N. Care dintre cele două forţe are modulul mai mare? 7. Pentru desenul din figura VII.9 se ştie că: a.

—^

F1 este-reprezentată grafic la scara: 1 cm = 20 N;

b. Fj este reprezentată grafic la scara: 1 cm = 20 N. Care dintre cele două forţe are modulul mai mare? 72

8. Un eleV a găsit într-o carte desenul reprezentat în figura VII.10 însoţit de indicaţia: o unitate (un segment) reprezintă, 10 N. Analizând desenul şi scara utilizazată, el a adăugat: = 20 N, Fa = 20 N. Apoi a tras concluzia că Fx — F2. Este corectă?

3. COMPUNEREA FORŢELOR CONCURENTE 1. Pe suprafaţa orizontală a unei mese aşezaţi un corp de care legaţi două fire, O A şi OB (figura VII.11). —^

a) Trageţi de firul O A cu o forţă Fv Pe ce direcţie se va deplasa corpul? —>

’

b) Trageţi de firul OB cu o forţă Fz. Pe ce direcţie se va deplasa corpul? c) Trageţi în acelaşi timp de ambele fire, în aşa fel îndtFig. unghiul Fig. VII.9 VII.10 AOB să rămînă constant. Pe ce direcţie se va deplasa corpul? —*■ . d) Ce element comun observaţi la forţele Fx şi F2? e) r putea fi înlocuite cele două forţe cu o singură forţă? Pe ce direcţie ar trebui să acţioneze aceasta? (Temă experimentală.)

2. în desenele din figura VII.12 este reprezentat un dinamometru în diferite situaţii. I. De dinamometru este suspendat un corp cu greutatea G. II. De dinamometru sînt suspendate unul sub altul două corpuri cu greutatea G fiecare. III. De dinamometru sînt suspendate aceleaşi două corpuri, dar cu fire diferite, trecute peste cîte un scripete fix. Scripeţii sînt aşezaţi la acelaşi nivel şi simetric faţă de axa dinamometrului.

73

A. Ce reprezintă indicaţia dinamometrului în fiecare caz? B. Apropiaţi cei doi scripeţi din figura III în mod egal faţă de axa dinamometrului. Indicaţiile dinamometrului vor fi: a) din ce în ce mai mari; b) din ce în ce mai mici; c) neschimbate. C. Depărtaţi cei doi scripeţi în mod egal faţă de axa dinamometrului. Indicaţiile dinamometrului vor fi: a) din ce în ce mai mari; b) din ce în ce mai mici; c) neschimbate. D. Deplasaţi cei doi scripeţi pînă cînd dinamometrul indică aceeaşi valoare ca dinamometrul din figura I. Dacă măsuraţi unghiul dintre cele două fire, valoarea sa este: a) 90°; b) 30°; c) 120°. E. Menţineţi cei doi scripeţi la aceeaşi distanţă faţă de dinamometru, dar la nivele diferite. Se vor modifica indicaţiile dinamometrului? F. Ce va indica dinamometrul din desenul III, dacă se rupe unul din fire? (Temă experimentală.) 3. Reprezentaţi grafie la aceeaşi scară două forţe concurente ale căror module au valorile: Fx — 40 N şi F2 = 30 N şi care formează între ele unghiurile de: 30°; 45°; 90°. Determinaţi, prin măsurare, pentru fiecare caz, valoarea rezultantei celor două forţe. 4. Direcţia forţei rezultată din compunerea a două forţe concurente este: a) bisectoarea unghiului dintre direcţiile forţelor date; b) mai apropiată de direcţia forţei cu modulul mai mic; c) mai apropiată de direcţia forţei cu modulul mai mare. 5. Pentru două forţie concurente perpendiculare, valoarea rezultantei se poate determina atît pe cale grafică cît şi prin calcul cu ajutorul teoremei lui Pitagora. Fiind date forţele Fx = 3 N şi F2 = 4 N, ale căror direcţii sînt perpendiculare, determinaţi valoarea rezultantei mai întîi pe cale grafică. Apoi verificaţi rezultatul folosind teorema lui Pitagora. Care dintre metode conduce la un rezultat fără erori? 6. Atunci cînd se determină valoarea rezultantei a două forţe concurente prin metoda grafică, rezultatul este afectat de erori. Care sînt cauzele acestor erori? 7. Credeţi că este posibil ca prin compunerea a două forţe concurente egale să rezulte o forţă a cărei valoare să fie egală cu valoarea uneia dintre forţele date? Care din cazurile reprezentate în figura VII.13 conduc la un astfel de rezultat?

S. Adăugaţi în desenul din figura VII.14 o forţă F2, concurentă cu forţa Fu în aşa fel încîtcompunîndu-le, să obţineţi'forţa rezultantă F. 9. O sferă metalică cu greutatea G = 40 N este suspendată de un fir. Asupra sferei acţionează o forţă F = 30 N pe direcţie orizontală. a, C« poziţie va avea firul de suspensie? b. Ce valoare va avea forţa care întinde firul?

74

10. Cei doi oameni din figura VII.lo vor să doboare un copac. Ei trag cu forţe egale de capetele sforilor pe care le au în mînă. a. Au procedat corect pentru a preveni orice accident? b. Unde va cădea copacul?

^ 11. în vîrful O al unui cub acţionează trei forţe egale, avînd fiecare valoarea de 100 N (fig. VII.16). Desenaţi şi calculaţi rezultanta celor trei forţe. ^ 12. Care este rezultanta celor trei forţe concurente reprezentate în figura VII.17?

Fi(f. VI].'-

ţt 13. Rezultanta celor trei forţe concurente din figura VII.18 este nulă. în cîte moduri puteţi dovedi aceasta?

4. TIPURI DE FORŢE Forţa de greutate 1. Consideraţi că vă aflaţi la Polul Nord şi aveţi în mînă un fir cu plumb. De aici

plecaţi într-o excursie în jurul Pămîntului mergînd în lungul meridianului. Care va fi poziţia firului pentru punctele din emisfera nordică, pentru punctul de pe Ecuator, pentru punctele din emisfera sudică şi pentru Polul Sud? Care va fi poziţia voastră în toate aceste puncte? 2. Daţi exemple de efecte dinamice şi efecte statice ale unor interacţiuni gravitaţionale. 3. Forţa necesară decolării unei rachete este mai mare, cînd baza de lansare este pe vîrful unui munte sau cînd este pe malul mării? O rachetă decolează mai uşor de la poli sau de la ecuator? 4. Reprezentaţi grafic, la scară, forţa de greutate a corpului vostru. Consideraţi că staţi în picioare şi apoi consideraţi că sînteţi culcat.

75

5. în ce punct de pe suprafaţa Pămîntului ar trebui să plecaţi, pentru ca acolo greutatea voastră să fie reprezentată grafic printr-un vector cu sensul invers faţă de locul unde vă aflaţi acum? Cum ar fi modulele greutăţii corpului vostru, în cele două puncte considerate? ii. în desenul din figura VII.19 am reprezentat grafic la aceeaşi scară greutatea unui corp în diferite puncte. Care sînt greşelile din desen? 7. Prin ce se deosebeşte masa unui corp de greutatea aceluiaşi corp?

isc

Fig. VII.19

■act

Hi Fig. VII.21

Fig. VII.20

8. Cu ajutorul unei frînghii care poate suporta cel mult greutatea unui corp a cărui masă este 100 kg, trebuie ridicat un corp cu masa de 200 kg. Cum? 9. Care este greutatea fiecărui dinamometru din figura VII.20, dacă indicaţiile acestora sînt: Z)5 = 0 N; Z)4 = 0,5 N; Ds = 1,5 N; D2 = 2 N; Dx = 3 N? 10. Două corpuri avînd greutăţile egale cu cîte 0,01 N sînt legate de un dinamometru, aşa cum indică figura VII.21. Indicaţia dinamometrului va fi: a) 0 N; b) 0,01 N; e) 0,02 N. (Temă experimentală.) Forţa elastică 1. .Forţa care aruncă piatra dintr-o praştie este oare forţa cu care noi tragem de praştie? 2. Cum trebuie grupate două resorturi identice pentru ca acţionînd simultan asupra lor, unul să se alungească în timp ce al doilea se scurtează? (Temă experimentală.) 3. Pe un ghidaj rigid este montat un resort elastic şi o sferă metalică legată de capătul liber al resortului (fig. VII.22). Care din desene reprezintă resortul: comprimat, întins şi nedeformat?

Fig. VII.22

4. Un resort elastic este un corp care s-a deformat plastic? 5. Măsuraţi lungimea iniţială a unui resort elastic nedeformat, suspendat de un suport. De capătul liber al resortului suspendaţi unul sub altul două corpuri identice. Măsuraţi lungimea finală a resortului. Desfaceţi unul din corpuri şi suspendaţi-1 de mijlocul resortului. Măsuraţi iar lungimea resortului. în care din cele două cazuri resortul s-a intins mai mult? (Temă experimentală.) 6. Care este rolul trambulinei pe care gimnaştii o folosesc pentru executarea săriturii peste un obstacol? 7. Care este forţa care îl aruncă pe săritorul cu prăjina peste ştacheta ridicată la o anumită înălţime? 8. Pentru a-i obişnui pe viitorii cosmonauţi cu starea de imponderabilitate, în antrenamentele acestora este inclus un exerciţiu deosebit. Viitorul cosmonaut este aşezat într-un scaun special, ridicat pînă la o anumită înălţime, după care scaunul este lăsat liber şi cade în gol. în acest timp cosmonautul este în stare de imponderabilitate. Dacă scaunul ar atinge solul, cosmonautul s-ar accidenta. Cum credeţi că se evită asemenea accidente? 9. De un resort este suspendat un corp a cărui greutate are valoarea de 45 N. Care este forţa elastică din resort, cînd corpul este în repaus? 10. Dacă, într-o menghină, prindem un capăt al unei lame elastice iar pe celălalt îl lovim lateral, aceasta începe să vibreze. Mişcarea lamei este efectul unei forţe. Care este această forţă? 11. Un corp suspendat de un resort elastic oscilează pe verticală, de o parte şi de alta faţă de poziţia de echilibru. Desenaţi forţa elastică din resort atunci cînd corpul este sub poziţia de echilibru şi atunci cînd corpul este deasupra poziţiei de echilibru. 12. între două resorturi elastice identice este legată o bilă, care poate oscila în lungul direcţiei verticale, deasupra şi sub poziţia de echilibru (fig. VII.23). Desenaţi forţele elastice din resorturi, atunci cînd bila este deasupra poziţiei de echilibru, atunci cînd bila este sub poziţia de echilibru şi atunci cînd bila trece prin poziţia de echilibru.

Fig. VII.23 Forţa de frecare 1. Cînd deplasăm un corp pe un drum orizontal avem nevoie de o forţă mai mare sau mai mică decît greutatea sa? (Temă experimentală.) 2. Deplaând uniform un corp pe o suprafaţă orizontală, trăgînd de el cu un fir orizontal pe care am intercalat un dinamometru, acesta indică valoarea 0,35 N. Reprezintă aceasta greutatea corpului?

77

3. Atunci cînd un corp alunecă pe suprafaţa altui corp, fiecare corp exercită o forţă de frecare asupra celuilalt, paralelă cu suprafeţele lor în contact. Analizaţi desenul din figura VII.24 şi desenaţi forţele de frecare care apar la suprafeţele de contact ale celor două corpuri A şi B. _____ B

^zzr^-0

V

Fie.

VI 1.2

4. Un băiat aleargă pe gheaţă pînă cînd ajunge la o viteză pe care el o consideră maximă şi din acel moment alunecînd pe ambele picioare cronometrează timpul pînă la oprire. La întoarcere procedează în mod asemănător, cu singura deosebire că acum se sprijină pe un singur picior, pe celălalt ţinîndu-1 sus. El declară că timpul cronometrat pînă la oprire a fost acelaşi. Ce credeţi? Amintiţi-vă că, în al doilea caz, aria suprafeţei de sprijin era de două ori mai mică decît în primul caz. Puteţi trage vreo concluzie în privinţa dependenţei forţei de frecare de mărimea ariei suprafeţei de contact? (Temă experimentală.) 5. Un băiat aruncă pe gheaţă, cu viteze egale, două pietre ale căror greutăţi sînt diferite. Care dintre ele s-a oprit mai repede? Puteţi trage o concluzie privind dependenţa forţei de frecare de greutatea corpului? 6. La viteza de 70 km/h, un autoturism frînează brusc. Se constată că distanţa pe care el o parcurge din acest moment pînă la oprire are o anumită valoare, dacă asfaltul este uscat, şi altă valoare, dacă asfaltul este umed. Ce rezultă din această constatare? 7. Pentru a verifica concluziile desprinse din problemele 4, 5 şi 6, vă propunem să folosiţi elementele reprezentate în figura VII.25. Cum veţi proceda? Ceea ce veţi verifica constituie de fapt legile frecării. Le puteţi formula? (Temă experimentală.) 8. Un pachet cu medicamente este lansat dintr-un avion cu ajutorul unei paraşute. Un alt pachet este lansat în condiţii identice dar cu două paraşute. Care dintre pachete va atinge solul în condiţii de siguranţă sporită? 9. Dinamometrele şi corpurile din figura VII.26 sînt identice. Trăgînd de dinamo—y

metrul Dx cu o forţă F sistemul se deplasează rectiliniu şi uniform. a. Care dintre dinamometre se va întinde mai mult? b. Ce reprezintă indicaţia fiecărui dinamometru? 10. Reprezentaţi grafic forţele de frecare care apar în timpul mersului omului.

D2

Da

5. PRINCIPIUL ACŢIUNILOR RECIPROCE

1. Sprijiniţi mîinile într-un perete şi împingeţi în el. Presupuneţi că purtaţi patine ' cu rotile. Ce vi se întîmplă,? Dar peretelui? Cum explicaţi? 2. Un copil aleargă pe suprafaţa platformei unui cărucior. Ce se întîmplă cu căruciorul? De ce? 3. O bilă este suspendată cu un fir de un suport. în cîte interacţiuni este implicată bila? Ce forţe acţionează asupra bilei şi care este efectul lor? Care sînt reacţiunile acestor forţe şi care sînt efectele lor? 4. Un corp este angajat în interacţiuni cu alte trei corpuri. Cîte forţe apar? Cîte forţe acţionează asupra corpului considerat? 5. Fiecare planetă din sistemul nostru solar este în interacţiune cu toate celelalte planete din acest sistem. Cîte forţe acţionează asupra fiecărei planete ştiind că în sistemul nostru solar sînt 9 planete? 6. Puneţi piciorul pe o minge şi apăsaţi pe ea. Ca urmare a cărei interacţiuni se deformează partea inferioară a mingii? Dar partea superioară? 7. Umflaţi un balon cu aer şi apoi, fără să-i legaţi, lăsaţi-1 liber. Explicaţi comportarea balonului. (Temă experimentală.) 8. încercaţi să explicaţi înaintarea unei bărci cu vîsle? Dar a unui vapor? 9. Doi copii trag de capetele unei sfori, încercînd fiecare să-i învingă pe celălalt. Care sînt forţele care acţionează asupra fiecărui copil? 10. Dacă dispare una din cele două forţe care apar în orice interacţiune, ce se întîmplă cu cealaltă forţă? Mai interacţionează cele două corpuri? 11. Forţa elastică este o forţă de reacţiune? Cum puteţi dovedi? 12. Ştim cu toţii că Pămîntul atrage un ac. Dar acul atrage Pămîntul? 13. Este adevărat că înaintarea unui om în mers este efectul reacţiunii Pămîntului asupra omului? Care este efectul acţiunii omului asupra Pămîntului? 14. Desenaţi forţele care acţionează asupra unei sfori suspendate de un suport, atunci cînd un om se caţără pe ea. Desenaţi apoi forţele care acţionează asupra omului. 15. La unul din capetele unei sfori trecută peste un scripete fix este suspendată o oglindă, iar la celălalt capăt este agăţată, la acelaşi nivel, o maimuţă. Greutatea maimuţei este egală cu a oglinzii. Speriindu-se de imaginea sa din oglindă, maimuţa începe să se caţere pe sfoară. Credeţi că a reuşit să se depărteze de oglindă? 16. Un copil sprijinit pe patine trage de capătul unei sfori legate de o săniuţă. Ştiind că masa copilului este egală cu masa săniuţei, că frecările sînt neglijabile şi că lungimea sforii este de 10 m, precizaţi unde s-a întîlnit copilul cu săniuţa? 17. Pe suprafaţa apei dintr-un vas puneţi două bucăţi de lemn. Pe una aşezaţi un magnet, iaf pe cealaltă o bucată de fier. Ce observaţi? Cum explicaţi? (Temă experimentală.) 18. Din interacţiunea fiecărei roţi a unei locomotive cu şina de cale ferată, trebuie să rezulte o acţiune şi o reacţiune. Desenaţi aceste forţe şi precizaţi efectul fiecăreia, atunci cînd calea ferată este dreaptă. 19. Un automobil staţionează. Cîte forţe rezultă din interacţiunea roţilor sale cu solul? Cîte forţe acţionează asupra automobilului şi care este rezultanta acestora? 20. Pe suprafaţa mesei sînt puse trei cărţi, una peste alta. Desenaţi forţele care acţionează asupra fiecărei cărţi, precum şi asupra mesei. 1. MIŞCAREA MECANICĂ. DEPLASAREA 1. Pe masă sînt aşezate cinci corpuri paralelipipedice identice a căror lungime este L, legate între ele cu fire identice de lungime l (fig. VII.27). Dar firele nu sînt întinse, astfel că distanţa dintre două corpuri vecine este la. începem să tragem de primul corp cu viteza v. A. După cît timp porneşte fiecare corp? B. Ce distanţă a parcurs fiecare corp pînă în momentul întinderii ultimului fir? , C. Care este distanţa de la primul corp pînă la ultimul cprp, atunci cînd toate

firele s-au întins?

Fig. VII.27 2. Călătorind cu un tren a cărui viteză era de 90 km/h, am observat că numărul de stQpi pe care-i vedeam într-un minut reprezintă exact a zecea parte din viteza trenului. Care este distanţa dintre doi stîlpi? 3. Un mobil se deplasează pe o traiectorie rectilinie plecînd din punctul A de coordonată —2 m pînă în punctul B a cărui coordonată de poziţie este +2 m. Un alt mobil pleacă din punctul C de coordonată —8 m şi ajunge în punctul D a cărui coordonată de poziţie este —12 m. Comparaţi sensurile de mişcare ale celor două mobile. Comparaţi deplasările celor două mobile şi ţinînd cont de sensurile de mişcare ale mobilelor, formulaţi o concluzie în legătură cu semnul deplasării unui mobil., 4. Un alergător Ax ia startul într-o competiţie din punctul de coordonată dv iar un alergător A2 ia startul în aceeaşi competiţie din punctul de coordonată d2- Care este coordonata de poziţie a unui alergător Aa, care ia startul din punctul situat la jumătatea distanţei dintre Ax şi A2? 5. Coordonata poziţiei finale a unui mobil este d2 = —15 m. Care a fost coordonata poziţiei iniţiale (dj) dacă deplasarea mobilului este âd =—5 m? * 2. LUCRUL MECANIC 1. Atunci cînd direcţia unei forţe care acţionează asupra unui corp este perpendiculară pe direcţia deplasării sale, lucrul mecanic al forţei respective este zero. în care din situaţiile reprezentate în figura VII.28 putem afirma despre forţa de greutate a unui corp că a efectuat un lucru mecanic? F;

..... 1G

Fig. VII.28

*G

TG

Fig. VII.29

2. Care din forţele reprezentate în figura VII.29 efectuează un lucru mecanic în timpul deplasării corpului? 8. Lucrul mecanic este o mărime fizică scalară sau vectorială? Ce elemente sînt necesare pentru definirea sa? 4. Lucrul mecanic este o mărime fizică fundamentală sau derivată? Unitatea de măsură pentru lucrul mecanic în Sistemul Internaţional de Unităţi este o unitate fundamentală sau derivată?

81

5. Ce înseamnă a măsura un* lucru mecanic? 6. Forţa care acţionează asupra unui corj) în timpul deplasării acestuia este reprezen-

tată grafic în funcţie de deplasare în figura VII.30. Ce semnificaţie fizică atribuiţi anei suprafeţei haşurate?

Fig. VII.30 7. Forţa care a acţionat asupra unui corp este reprezentată grafic în funcţie de depla-

sarea «orpului, în figura VII.31. a. Ce puteţi afirma despre valoarea acestei forţe? b. Ce valoare a avut lucrul mecanic efectuat de forţa respectivă pînă în momentul în care corpul a parcurs 10 m? 8. Observaţi graficele din figura VII.32. în ce caz este vorba de o forţă care a executat un lucru mecanic mai mare? ,F(N)

IF(N)

1,5

LA

i i

i I lb

l!11

!
d(m)

Fig. VII.329. Calculaţi lucrurile mecanice executate de forţele ale căror

reprezentări grafice în • funcţie de deplasări sînt redate în VII.33.

figura

Fig. V 11.33 10. Urcînd un corp pe o pantă pe distanţa d — 2 m şi ştiind că forţa de frecare repre-

zintă 10% din greutatea corpului O = 120 N, să se calculeze.lucrul mecanic al forţei de frecare. Ce valoare va avea luorul mecanic al forţei de frecare dacă apoi lăsăm corpul să alunece singur spre baza pantei pe aceeaşi distanţă?

S — Probleme de fizică pentru gimnaziu

82

11. Priviţi desenul din figura VII.34. El reprezintă două, sfere ale căror raze sînt diferite, dar ale căror greutăţi sînt egale. Cele două sfere trebuie ridicate pe un suport la înălţimea h. Pentru ridicarea cărei sfere se va efectua un lucru mecanic mai mare? 12. Desenele din figura VII.35 reprezintă:

a. un bloc cu greutatea O care se deplasează cu viteză constantă pe o suprafaţă fără frecare; b.

o bilă cu greutatea G, care descrie un cerc într-un

plan orizontal sub acţiunea forţei F;

c.

un cilindru cu greutatea G suspendat de un fir;

d.

un cilindru cu greutatea G aflat în repaus într-un

şanţ.

' G

Kig. V 11.36 în care din aceste situaţii este vorba despre forţe care efectuează lucru mecanic? 13. Pe un cadru de sîrmă aşezat în plan vertical şi îndoit ca în figura VII. 36, trebuie dusă o bilă cu greutatea G din A pînă în F (se presupune că bila poate trece peste - coturile B, C, D, E şi că AB = BC = CD = DE = EF = h). I. Desenaţi vectorul care reprezintă greutatea bilei pe fiecare porţiune a cadrului, în timpul deplasării sale. II. Calculaţi lucrul mecanic al forţei de JD greutate pe fiecare porţiune a cadrului. III. Calculaţi lucrul mecanic total al forţei de greutate, atunci cînd bila este dusă din A pînă în F. IV. Considerînd că din cadrul ABCDEF prin îndreptare obţinem o sîrmă

Fig. VII.36

dreaptă AF, cum ar trebui aşezată aceasta pentru ca lucrul mecanic al forţei de greutate în timpul deplasării ei din A în F să fie maxim? Dar ca să fie minim? 14. O macara efectuează lucru mecanic numai atunci cînd ridică un corp, sau şi atunci cînd îl coboară?

83

3. PUTEREA MECANICĂ

1. Pentru a putea compara între ele două maşini sau un om şi o maşină, din punct de vedere al lucrului mecanic pe care pot să-i efectueze, trebuie să ne interesăm şi de intervalul de timp în care pot să-i efectueze. Astfel nu ne vom grăbi să spunem că un om este în stare să înlocuiască o macara pentru motivul că în timp de 2 ore el poate căra cărămizi cu o găleată de la parter la etajul zece efectuînd un lucru mecanic de 100 000 J, iar o macara în timp de 50 secunde a ridicat cărămizi la acelaşi etaj efectuînd un lucru mecanic de numai 10 000 J. O concluzie justă se obţine comparînd lucrurile mecanice efectuate într-o unitate de timp. în acest scop s-a definit mărimea fizică numită putere mecanică. Pentru valorile numerice date mai sus calculaţi puterea mecanică a omului şi a motorului macaralei. 2. Puterea mecanică este o mărime fizică fundamentală sau derivată? Unitatea de măsură pentru puterea mecanică în Sistemul Internaţional de Unităţi este o unitate fundamentală sau derivată? 3. Ce înseamnă a măsura o putere* mecanică? ■0. Care este puterea mecanică a unui om, dacă în timp de 2 minute el execută un lucru mecanic de 2 400 J? i-5. Un om efectuează un lucru mecanic de 1000 J în 100 s, iar altul efectuează un lucru mecanic de 100 J în 10 s. Care din ei are o putere mecanică mai mare? ■^6. Dacă forţa de tracţiune a unei locomotive este de 60 000 N pentru o viteză de 72 km/h, determinaţi puterea mecanică a locomotivei. yj7. Un automobil are puterea de 100 CP şi se mişcă cu viteza constantă de 72 km/h. Care este forţa de tracţiune exercitată de motor asupra automobilului? (1 CP = 736 W.) 8. Care este mărimea fizică a cărei unitate de măsură în Sistemul Internaţional este N • m/s? 9. Doi copii cu aceeaşi înălţime şi cu aceeaşi greutate încep să urce în acelaşi moment scara unui bloc. Primul urcă din treaptă în treaptă, iar al doilea din două în două trepte. a. Care dintre ei a executat un lucru mecanic mai mare, dacă cel care a mers din treaptă în treaptă a ajuns la etajul 10 cu o întîrziere de 5 secunde? b. Care dintre cei doi copii are puterea mecanică mai mare? ■ţ.10. Un băiat a cărui masă este de 50 kg se caţără cu viteză constantă pe o sfoară verticală cu lungimea de 5 m în 10 s. Calculaţi puterea mecanică a băiatului. 4. MECANISME SIMPLE Pîrghia 1. Un colţ al unui covor trebuie introdus sub piciorul unui dulap sau al unei dormeze. Dulapul sau dormeza sînt grele şi nu pot fi ridicate. Dar aveţi la îndemînă un baston sau o scîndură. Credeţi că veţi reuşi mai uşor? Cum veţi proceda? Poate fi considerat bastonul o pîrghie? i Pentru scoaterea apei dintr-o fîntînă, se foloseşte, uneori, cumpăna fîntînii i'fig. VII.37). Poate fi socotit acesta un exemplu de pîrghie? Care sînt elementele . sale? 3. IXL modul de utilizare a unui cuţit, a unei linguri sau a unei furculiţe, distingeţi existenţa unei pîrghii? 4. Ir timp ce scrieţi cu un creion, este acesta o pîrghie? Care sînt elementele sale? i Temă experimentală). 5. Luaţi în mînă o carte şi ţineţi-o aşa cum vă indică figura VII.38, Consideraţi că aveţi de a face cu o pîrghie? Cum sînt dispuse elementele sale? (Temă experimentală.) 6. De la cîmp se întorc lucrătorii purtînd pe umeri uneltele pe care le-au folosit: sape, topoare, furci, greble, coase. * a. Care dintre ele au jiost folosite ca pîrghii în timpul lucrului? b. Care dintre ele este o pîrghie şi în timpul transportului pe umăr? e. Acolo unde este cazul comparaţi dispunerea elementelor. 7. Cu un cleşte se poate scoate un cui dintr-o scîndură, sau se poate tăia un cui. în ambele cazuri este vorba de o pîrghie? (Temă experimentală.)

8. Vă propunem să descoperiţi pîrghiile din textul următor şi să le grupaţi pe

*

Y

cele care se aseamănă. „Plecînd într-o excursie în pădurea din apropiere, doi băieţi au încărcat într-o roabă cîteva obiecte de care socoteau că vor avea nevoie, printre care: un termos cu ceai cald, un cleşte pentru scos cuie, o lanternă, o balanţă cu două talere, un cleşte pentru spart nuci, un cleşte pentru luat jar, o pensetă. Toate obiec tele le-au dus pînă la camionul care îi aştepta la marginea grădinii, bine frînat cu frina de mînă. Ar fi vrut să ia cu ei apă, dar mînerul pompei de apă din curte era defect. Au scos apă abia în pădure, folosind cumpăna fîntînii de lîngă casa pădurarului. Din cauza drumului foarte greu, şoferul a fost obligat să acţioneze * foarte des pedala de frînă, cea de acceleraţie, ambreiajul şi maneta de la schimbătorul de viteze.“ 9. în desenul din figura VII.39 am reprezentat o pîrghie metalică echilibrată la temperatura de +10°C. Ce se va întîmplă cu echilibrul pîrghiei dacă temperatura creşte, ştiind că alungirea barei este direct proporţională cu lungimea sa iniţială şi cu variaţia temperaturii? Dar dacă temperatura scade?

Fig. VII.39

10.

Fig.

YII.40

O bară foarte uşoară, cu lungimea L = lm, este articulată fără frecare în capătul -1, iar la celălalt capăt, B, are ataşată o sferă metalică cu greutatea O şi cu diametrul de 20 cm (fig. VII.40). în ce punct al barei trebuie să acţioneze o forţă F = 4G, pentru a menţine bara în poziţie orizontală?

Fig.din VII.37 VII.38 fix sînt 6. La fiecare capetele unui fir subţire trecut peste unFig. scripete

suspendate una sub alta cîte patru bile identice. La intervale egale de timp, se desprinde cîte o bilă în mod alternativ de la un capăt şi de la celălalt. Se va schimba sensul de mişcare al sistemului? 7. Cum va fi forţa de tracţiune necesară ridicării unui corp cu un scripete fix, dacă la un moment dat discul scripetelui se blochează? 8. Este posibil să ridicăm un corp utilizînd în acest scop o forţă mai mică decît greutatea acestuia? Aţi văzut vreun dispozitiv care să permită o astfel de acţiune? Cum se numeşte el? 9. Ce fel de mişcări execută un scripete mobil în timpul utilizării sale? 10. Care sînt avantajele unui scripete fix în raport cu un scripete mobil? Care sînt avantajele unui scripete mobil în raport cu un scripete fix? Care sînt asemănările dintre un scripete fix şi un scripete mobil? 11. Prin cuplarea unui scripete fix cu un scripete mobil se realizează un scripete compus. Ce avantaje oferă acesta faţă de cele două tipuri de scripeţi? 12. Cu ce forţă apasă pe suprafaţa solului corpul B din figura VII.47, dacă ml = 40 kg şi m2 = 100 kg?

Fig. Vu.4i

Fia. VII.49

48

18. Găsiţi valorile forţelor Fx şi F2 necesare echilibrării grinzii paralelipipedice din figura YII.48, ştiind că greutatea sa este de 1000 N. 14. Corpul A din figura VII.49 urcă cu viteza constantă de 1 m/s. Cu ce viteză coboară corpul J5? 15. Ce puteţi spune despre cele două greutăţi din figura VII.50, dacă sistemul este în echilibru? 16. Corpul A din figura VII.51 coboară cu viteza de 2 m/s. Cu ce viteză se deplasează corpul B?

86

Fig. mei

Planul înclinat 1. După ce aţi descompus greutatea unui corp aflat pe un plan înclinat, în două componente perpendiculare, răspundeţi la întrebările ce urmează: a. Care dintre componente are modulul mai mare decît modulul greutăţii corpului? Puteţi argumenta răspunsul vostru printr-o teoremă învăţată la geometrie? b. Care dintre cele două componente are modulul mai mare? Ca să răspundeţi corect la această întrebare vă propunem să descompuneţi greutatea aceluiaşi corp pe trei plane înclinate cu unghiuri diferite faţă de orizontală: 30 de grade, 45 de grade şi 60 de grade. c. Care dintre componente trebuie învinsă atunci cînd ridicăm un corp pe un plan înclinat? d. Care dintre componente obligă corpul să alunece spre baza planului înclinat? e. Care dintre componente acţionează asupra planului înclinat? f. Care dintre componente formează cu direcţia greutăţii un unghi egal cu unghiul de la baza planului înclinat? (Bazaţi-vă răspunsul pe o teoremă învăţată la geometrie.) g. Care dintre componente se anulează atunci cînd corpul ajunge la baza planului înclinat? h. Care dintre cele două componente. se anulează atunci cînd corpul cade pe verticală? 2. Cele două forţe care acţionează asupra corpului din figura VII.52 reprezintă oare cele două componente ale forţei de greutate a corpului? a. Da, pentru că sînt perpendiculare. b. Nu, pentru că rezultanta lor nu este verticală. 3. Un şofer a oprit maşina într-o pantă. Frîna de mînă Fig. Vll.6; flefiind trasă, maşina a pornit singură din loc. Cineva a făcut armatoarele afirmaţii: a. Maşina s-a pus în mişcare datorită greutăţii sale. b. Urmele adînci lăsate de maşină pe pămîntul moale al pantei se datoresc greu* tăţii maşinii. Sînteţi de acord cu ambele afirmaţii? 4. Cele patru desene din figura VII.53 reprezintă acelaşi corp în patru situaţii diferite: a) ridicare pe verticală; b) deplasare pe orizontală; c) ridicare pe un plan înclinat; d) coborîre pe un plan înclinat. Reprezentaţi în fiecare desen forţa sau forţele care trebuie învinse. Ce condiţie trebuie să îndeplinească, în fiecare caz, valoarea forţei de tracţiune pentru ca mişcarea să fie posibilă?

A

87

5. Analizînd figura VII.54, puteţi spune care dintre corpuri coboară şi care urcă? 6. Ce semnifică desenul din figura VII.55? a. Un corp care urcă pe un plan înclinat, pentru că forţa de tracţiune Ft este orientată pe plan în sus. b. Un corp care coboară pe un plan înclinat, pentru că sensulFig. forţei de frecare Ff este Fig. VII.64 VII.65 întotdeauna invers faţă de sensul alunecării corpului.

Fig. VII.5? Fig. VI 1.66

7. Analizaţi desenele din figura VII.56 şi figura VII.57 şi răspundeţi la următoarele întrebări: a. Care din desene se referă la un corp în mişcare de la baza unui plan înclinat spre vîrful acestuia? b. Care dintre desene se referă la un corp în mişcare de la vîrful unui plan înclinat spre baza acestuia? 8. Sistemul mecanic din figura VII.58 este în echilibru. Ce relaţie există între forţa de tracţiune şi componenta tangenţială a greutăţii? Se neglijează frecările. F,

9. Cu ce forţă apasă un corp pe suprafaţa unui plan înclinat, ştiind că greutatea sa este de 500 N, iar forţa necesară ridicării sale pe planul înclinat în lipsa frecării este de 400 N? Care este forţa de reacţiune a planului?

Fig. VIJ.58

10.Un om trebuie să treacă peste un şanţ adînc. Pentru aceasta el are la dispoziţie o scîndură pe care o poate folosi drept punte. Se teme însă că scîndura nu va rezista la greutatea lui. Ştiind că pe unele porţiuni cele două maluri ale şanţului sînt la acelaşi nivel, iar în alte locuri acestea nu sînt la acelaşi nivel, unde credeţi că şi-a .instalat el puntea, pentru a fi scutit de emoţii? De ce?

î,59

11. Un cărucior poate fi urcat pe un plan înclinat în două moduri (fig. VII.59). în ce caz forţa necesară ridicării este mai mare? 12. Cu o sfoară care rezistă la cel mult 401 N putem ridica un corp ca greutatea de 800 N pe un plan înclinat cu înălţimea i = 2m şi lungimea i = 4m? 13. Cînd credeţi că efectuăm un lucru mecanic mai mare: cînd urcăm pe o scară înclinată sau cînd urcăm pînă la acelaşi nivel pe o scară verticală? 14. Despre care dintre cele două componente ale greutăţii unui corp în mişcare pe un plan înclinat, se poate afirma că execută un lucru mecanic? 15. Cele două cărucioare din figura VII.60 sînt în echilibru. Aceasta înseamnă că: a) greutăţile celor două cărucioare sînt egale; b) valorile componentelor tangenţiale sînt egale; c) valorile componentelor normale sînt egale. 16. Utilizarea unui plan înclinat oferă avantajul unei economii de: a) forţă; b) deplasare; e) lucru mecanic. 17. Un corp alunecă uniform spre baza unui plan înclinat. Care este mărimea rezultantei forţelor care acţionează pe direcţia pantei asupra corpului? 18. Cu o bicicletă se poate urca o pantă sau în linie dreaptă, sau în zigzag. în ce caz este necesară o forţă de tracţiune mai mică? în ce caz se economiseşte lucru mecanic? Dar deplasare? 5. RANDAMENTUL MECANIC. 1. Credeţi că putem vorbi despre randamentul unei pîrghii? încercaţi să-i definiţi. Cu ce forţă F trebuie acţionat la capătul unei pîrghii pentru care bFfbR = 4, ca să ridicăm un corp cu greutatea G = R — 900 N? Consideraţi mai întîi că randamentul mecanic al pîrghiei este de 100% şi apoi de 90%. 3. Definiţi randamentul mecanic al unui scripete fix. Dovediţi că valoarea sa este subunitară. 4. Randamentul unui scripete fix este 80%, iar al altui scripete fix este de 90%. a. Ce semnificaţie atribuiţi fiecărui randament? b. Cu care dintre cei doi scripeţi se poate ridica o greutate mai mare folosind aceeaşi forţă de tracţiune?

89

f~(S) Cu ajutorul unui scripete fix este ridicată o greutate de 400 N trăgînd de fir cu o forţă de 500 N. Care este randamentul mecanic al scripetelui? 6. Dintr-o fîntînă se scoate apă folosind un scripete fix cu randamentul de 80% şi un lanţ cu două găleţi identice. Greutatea unei găleţi goale este de 20 N, iar plină cu apă 120 N. Cu ce forţă trebuie să tragă de lanţ un om, pentru a scoate găleata plină cu apă? Se neglijează greutatea lanţului (fig. VII.61).

IF

Fig. VI

1

J

%

i

1.62

7. O grindă cu greutatea de 12 663 N trebuie ridicată folosind trei scripeţi ficşi (fig. VII.62), ale căror randamente sînt: 70%, 80%, 90%. a. Cu ce forţă trebuie tras de fiecare scripete, astfel încît grinda să rămînă în poziţie orizontală? b. Cu ce forţă ar trebui tras de fiecare scripete dacă randamentul mecanic al fiecărui scripete ar fi 100%? c. Cu ce forţe trebuie să se acţioneze pentru coborîrea uniformă a grinzii? 8. Definiţi randamentul unui scripete mobil. Demonstraţi că valoarea sa este subu- nitară. 4-9. Cu ajutorul unui scripete mobil trebuie ridicată o greutate de 500 N. Ce forţă de tractiune este necesară dacă randamentul mecanic al scripetelui este de 80%? Ce putere mecanică trebuie dezvoltată pentru ridicarea unui corp cu greutatea de 500 N la înălţimea de 5 m în 10 s, folosind un scripete mobil cu randamentul mecanic de 80%? 11. O grindă cu greutatea de 12 663 N trebuie ridicată folosind trei scripeţi mobili (fig. VII.63) ale căror randamente mecanice sînt: 70%, 80%, 90%. a. Cu ce forţă trebuie tras de fiecare scripete, astfel încît grinda să rămînă în poziţie orizontală? b. Cu ce forţe ar trebui tras dacă s-ar neglija frecările? e. Cu ce forţe ar trebui tras dacă grinda trebuie coborîtă? 12. Cu un scripete fix al cărui randament este 80%o ridicăm un corp cu greutatea de 400 , N, trăgînd cu o forţă Fr Cu un scripete mobil FJ F2 a avînd acelaşi randament, dacă vrem să ridicăm acelaşi corp este necesară o forţă Fz. în ce wmm raport se află cele două forţe?

î'ie. V 11.63

90

13. Se cuplează un scripete fix cu randamentul de 60%, cu un scripete mobil cu randamentul de 80%. Care va fi randamentul scripetelui compus? 14. Pentru ridicarea unei grinzi cu greutatea de 1000 N se utilizează un sistem de doi scripeţi compuşi, avînd randamentele mecanice de 80% şi respectiv 50% (fig. VII.64). Determinaţi valorile forţelor F1 şi F2. Via. Un corp cu greutatea de 1000 N trebuie ridicat la înălţimea de 2 m folosind un plan înclinat cu lungimea de 4 m şi cu randamentul mecanic de 80%. Calculaţi forţa necesară acestei acţiuni. Ce Fig. VII.fr; valoare ar avea această forţă dacă s-ar putea înlătura frecările? jtl6. Un corp cu greutatea de 1000 N trebuie ridicat la înălţimea de 2 m folosind un scripete fix cu randamentul de 80% şi un plan înclinat cu lungimea de 4 m şi randamentul de 80% (vezi fig. VI1.59, A). Calculaţi forţa necesară acestei acţiuni. Ce valoare ar avea această forţă dacă n-ar exista frecarea? 6. ENERGIA MECANICĂ — MĂRIME DE STARE

O forţă de 10 N acţionează asupra^ unui corp cu masa de 2 kg, aflat iniţial în repaus pe o suprafaţă fără frecare. în timpul acţiunii forţei, a cărei direcţie este orizontală, corpul parcurge 3 m. a) Calculaţi lucrul mecanic efectuat. b) Care va fi energia cinetică a corpului? i-2. Asupra unui corp cu masa ml acţionează pe direcţie orizontală o forţă F1 = 4 N, sub acţiunea căreia corpul se deplasează pe distanţa dx = 10 m. Pe ce distanţă trebluă să acţioneze forţa orizontală F2 — 10 N asupra unui corp cu masa pentru ca în final energiile cinetice ale celor două corpuri să fie egale? ^3. Ştiind că energia cinetică a unui corp se poate calcula cu formula: Ec = mv2/2, determinaţi energia cinetică a unei maşini de 12 t, care se deplasează cu viteza de 72 km/h. ţjIrUn copil are energia cinetică egală cu jumătate din energia cinetică a altui copil» a cărui masă este de două ori mai mare decît a primului. Care dintre ei are viteza mai mare? / 5yUn copil aleargă de două ori mai repede decît altul, dar energiile lor cinetice smt egale. Care dintre ei are masa mai mare? 6. Două avioane identice, cu masele de 101 fiecare, zboară unul lîngă celălalt cu viteza de 144 km/h faţă de sol. a) Care este energia cinetică a fiecărui avion în raport cu celălalt avion? b) Care este energia cinetică a fiecărui avion în raport cu solul? c) Un al treilea avion, identic cu cele două, trece pe deasupra acestora în sens invers, dar cu aceeaşi viteză faţă de sol. Care este energia cinetică a acestuia faţă de primele două avioane? 7. Este posibil ca asupra unui corp să acţioneze o forţă fără să-i modifice energia cinetică? 8. Fiecare dintre noi formează împreună cu Pămîntul un sistem mecanic. a. Care sînt elementele acestui sistem? b. Aceste elemente interacţionează?

9:

9, La sfîrşitul unei întreceri sportive, pe podium au urcat primii trei clasaţi (fig. VII.65). Ei au aceeaşi greutate şi aceeaşi înălţime. A. Fiecare dintre sportivi formează cu Pămîntul cîte un sistem mecanic, elementele sistemelor fiind identice. Putem afirma că aceste sisteme mecanice sînt identice? a) Da, pentru că elementele lor sînt identice. b) Nu, pentru că elementele lor au poziţii relative diferite. B. Pentru a caracteriza deosebirea dintre cele trei sisteme mecanice, vom spune că energiile potenţiale gravitaţionale ale lor sînt diferite. Numiţi cele trei sisteme în Fig. VIL66 III ordinea crescătoare a energiilor potenţiale gravitaţionale. a) I; II; III; b) III; II; I. 10. Cînd afirmăm despre un sistem mecanic că este posesorul unei energii potenţiale? 11. Mărimea fizică prin intermediul căreia caracterizăm trecerea unui sistem mecanic dintr-o stare mecanică în altă stare mecanică se numeşte mărime fizică de proces. O astfel de mărime fizică este şi a) energia potenţială gravitaţională; b) lucrul mecanic. 12. Mărimea fizică prin intermediul căreia caracterizăm starea unui sistem mecanic se numeşte mărime fizică de stare. O astfel de mărime fizică este şi a) energia potenţială; b) lucrul mecanic. 13. Fiecare din obiectele aflate în camera voastră formează împreună cu Pămîntul cîte un sistem mecanic. Numiţi 10 sisteme mecanice în ordinea crescătoare a energiilor potenţiale gravitaţionale.

Un băiat cu masa de 40 kg se caţără cu viteza de 0,5 m/s pe o frînghie, timp de 10 secunde. Cu cît creşte energia potenţială gravitaţională a sistemului băiat — Pămînt? 15. Priviţi desenul din figura VII.66. El reprezintă două bile identice, cu masele de cîte 10 g, aşezate pe treptele unui podium de pe sol. Fiecare treaptă are înălţimea de 20 cm. Calculaţi energia potenţială gravitaţională a fiecărei bile în raport cu Pămîntul. Reluaţi determinarea, după ce aţi rotit desenul cu 180 de grade. Sînt identice rezultatele? De ce? 16. Doi oameni pleacă în acelaşi moment de la parterul unui bloc pînă la etajul 10. Ei au aceeaşi masă şi aceeaşi înălţime. Unul urcă Tig. VII.66 din treaptă în treaptă, iar altul urcă cîte două trepte la fiecare pas. a. Care dintre ei a avut o viteză mai mare, dacă au ajuns în acelaşi moment la ultimul etaj? b. Care sistem mecanic a suferit o variaţie mai mare a energiei potenţiale gravitaţionale? 17. Referitor la un sistem mecanic format dintr-o bilă metalică aflată la etajul 10 al unui bloc şi Pămîntul, s-au făcut următoarele afirmaţii:

92

18. 19. 29. 21. 22. 23.

1) Energia potenţială, gravitaţională a sistemului bilă — Pămînt, faţă de etajul 5 este de 1000 J. 2) Energia potenţială gravitaţională a sistemului faţă de parter este de 2 000 J. a. Care dintre aceste afirmaţii este corectă? b. Care este energia potenţială gravitaţională a sistemului faţă de etajul 10? c. Care ar fi energia potenţială gravitaţională a sistemului faţă de parter, dacă bila ar fi la etajul 5? d. Care ar fi energia potenţială gravitaţională a sistemului faţă de etajul 5, dacă bila ar fi la parter? e. Care ar fi energia potenţială gravitaţională a sistemului faţă de etajul 5, dacă bila ar fi la etajul 5? f. Care ar fi energia potenţială gravitaţională a sistemului faţă de etajul 10, dacă bila ar fi la etajul 5? Pe suprafaţa Pămîntului este aşezată o sferă metalică. Ce se va întîmplă cu energia potenţială gravitaţională a sistemului sferă — Pămînt, atunci cînd încălzim sfera? O sferă metalică este suspendată cu un fir de tavan. Ce se va întîmplă cu energia potenţială gravitaţională a sistemului sferă — Pămînt, atunci cînd încălzim sfera? De un suport atîmă în poziţie verticală un resort elastic. Ce se va întîmplă cu energia potenţială gravitaţională a sistemului resort — Pămînt, atunci cînd tragem de capătul resortului pe verticală în jos? Cînd afirmăm despre un sistem mecanic că este posesorul unei energii potenţiale de deformaţie? Două resorturi elastice nedeformate sînt identice. Unul din ele este alungit cu o cantitate, iar, celălalt este comprimat cu aceeaşi cantitate. Care dintre ele este posesorul unei energii potenţiale de deformaţie mai mare? Energia mecanică este o. mărime fizică fundamentală sau derivată? Unitatea de măsură pentru energia mecanică în Sistemul Internaţional de Unităţi este o unitate fundamentală sau derivată? 7. CONSERVAREA ENERGIEI MECANICE

1. De un resort elastic este suspendat un corp care oscilează în lungul verticalei de suspensie, de o parte şi de alta în raport cu poziţia de echilibru. Identificaţi porţiunile pe care sînt adevărate următoarele afirmaţii: a. energia potenţială gravitaţională (Epg) scade, energia potenţială de deformaţie (EPd) creşte, energia cinetică (Ec) scade. b. Epg creşte, Epd scade, Ec creşte. e. Epg creşte, Epd creşte, Ec scade. d. Epg scade, Epd scade, Ec creşte. 2. Cele cinci corpuri notate mai jos formează împreună cu Pămîntul cîte un sistem mecanic. a. m = 2 kg; v = 4m/s; h = 6 m; b. m = 6 kg; v = 2m/s; h = 4 m. c. m = 4 kg; v = 6m/s; h = 2 m. d. m = 9 kg; v = 0m/s; h = 3 m. e. m = 9 kg; v = 3m/s; h = 0 m. Identificaţi aceste sisteme mecanice în ordinea crescătoare a energiilor cinetice, apoi în ordinea crescătoare a energiilor potenţiale gravitaţionale şi apoi în ordinea crescătoare a energiilor mecanice totale. 3. Dovediţi că viteza unui corp care cade liber în vid în cîmp gravitaţional nu depinde de masa corpului. Pentru aceasta folosiţi-vă de legea transformării şi conservării energiei mecanice într-un sistem mecanic izolat.

93

4. Un corp cade liber în yid de la înălţimea de 10 m. La ce înălţime deasupra solului energia potenţială gravitaţională este egală cu energia cinetică? 5. Un corp care a căzut liber de la înălţimea h = 4,9 m a atins solul cu viteza v = 5 m/s. A întîmpinat el rezistenţă din partea aerului? 6. O minge cade liber în vid de la înălţimea de 2 m. După eiocnirea cu solul s-a ridicat la înălţimea de 204 cm. Este posibil? 7. După un anumit timp de la aruncarea pe verticală în sus a unei pietre, energia sa cinetică a scăzut cu 60%. Ce puteţi spune despre energia potenţială gravitaţională a sistemului piatră — Pămînt? 8. Care sînt transformările energetice care se petrec atunci cînd vă daţi într-un leagăn? 0. Cunoaşteţi vreun mod de înmagazinare a energiei mecanice? Dar un mod de eliberare a energiei mecanice? 10.Urmăriţi desenele din figura VII.67, în ordine alfabetică. Ele reprezintă un corp fixat de un resort elastic, alunecînd la stînga şi la dreapta unei poziţii de echilibru (notată cu o), pe o suprafaţă plană, orizontală, fără frecări. Sistemul corp-re- sort este caracterizat în orice moment printr-o energie cinetică (Ec), o energie potenţială de deformaţie (Epd) şi de o energie mecanică totală Et = Ec + FPd. E e. Epd. E t.

^vwwvvwvn •wwwvwv)

max.

>T hAtfWMAH

[wvwvywwf" ;

VXAAA/WVWTI

Fig. V1I.67

94

95

Unele dintre valorile acestor energii sînt ilustrate lingă fiecare desen prin dreptunghiuri haşurate. Haşuraţi dreptunghiul, corespunzător fiecărei situaţii din desen, rămas nehaşurat. Comparaţi dreptunghiurile care reprezintă energia mecanică totală a sistemului. De cîte ori în timpul unui ciclu Ec este zero? Dar Epd de cîte ori se anulează într-un ciclu? De cîte ori în timpul unui ciclu este îndeplinită relaţia: Ee = Epd? 11. Urmăriţi desenele din figura VII.68. Ele reprezintă o bilă care cade liber în vid. Sistemul bilă — Pămînt este caracterizat în orice moment printr-o energie cinetică, o energie potenţială gravitaţională şi o energie mecanică totală. Valorile acestor energii au fost ilustrate în dreptul fiecărui desen prin dreptunghiuri. Haşuraţi dreptunghiul corespunzător fiecărei situaţii din desen. Comparaţi graficele care reprezintă energia mecanică totală a sistemului. De cîte ori în timpul căderii energia cinetică este egală cu cea potenţială gravitaţională? 1 Pl ---12. Explicaţi care sînt transformările energetice care se 1 produc la săritura în înălţime cu prăjina elastică? 13. Un corp cade liber în vid de la înălţimea H. Vii. 68 Pentru sistemul corp—Pămînt am reprezentat grafic în figura VII.69, variaţia energiei cinetice, a energiei potenţiale gravitaţionale şi a energiei mecanice totale a sistemului în funcţie de drumul parcurs de corp în cădere. Identificaţi graficul care ilustrează variaţia fiecărei forme de energie. 14. O minge cade liber în vid de la înălţimea H = 10 m. Ciocnirile sale cu solul nu sînt perfect elastice, astfel că după fiecare ciocnire cu solul energia cinetică a mingii este cu 20% mai mică decît înaintea ciocnirii. La ce înălţime se va ridica mingea după prima ciocnire cu solul? Dar după a doua ciocnire cu solul? 15. Se aruncă de la sol pe verticală în sus un corp cu viteza iniţială de 10 m/s. La ce înălţime se va ridica? Cu ce viteză va reveni pe sol? (Se neglijează rezistenţa aerului şi sc consideră g = 10 N/m.) 1.3. ECHILIBRUL MECANIC AL SOLIDULUI 1. MOMENTUL FORŢEI. CONDIŢII DE ECHILIBRU. CUPLU DE FORŢE

1. Pentru a pune mai uşor în mişcare de rotaţie o roată de bicicletă trebuie acţionat îrirUE punct situat periferia roţii; bj aproape de axul roţii.

96

2. Există două poziţii ale pedalei unei biciclete în care dacă apăsăm asupra sa pe verticală în jos cu o forţă dată, efectul de rotaţie este nul. Care sînt aceste poziţii? 3. Există două poziţii ale pedalei unei biciclete în care dacă apăsăm asupra sa pe verticală în jos cu o forţă dată, efectul de rotaţie este maxim. Care sînt aceste poziţii? 4. Cum trebuie să fie braţele pedalelor unei biciclete pentru ca momentul forţei de apăsare să fie cît mai mare? 5. Pentru frînarea unei biciclete, un copil apasă pe pedale atunci cînd braţele acestora sînt verticale, iar altul, urmărind acelaşi scop, apasă pe pedale atunci cînd braţele acestora sînt orizontale. Care procedează corect? G. Pentru desfacerea unor piuliţe sau a unor şuruburi, se folosesc diferite chei. Pentru a reuşi această acţiune cu o forţă cît mai mică, cum trebuie să fie lungimea cheii? 7. Mînerul unei maşini pentru rîşnit cafea sau pentru tocat carne trebuie să fie scurt sau lung? De ce? 8. Deschideţi uşa apăsînd pe mînerul de la clanţă. Se poate face acest lucru fie apăsînd . pe mîner în apropierea axului său, fie apăsînd pe mîner aproape de capătul său. în ce caz este mai uşor? De ce?‘ 9. Pentru o manevrare uşoară a unui schimbător de viteze la un automobil, lungimea acestuia trebuie să fie cît mai mare. De ce? 10. Scoaterea unui cauciuc de pe jantă se face cu ajutorul unor leviere. Pentru ca acţiunea să fie cît mai uşoară, ce condiţie trebuie să îndeplinească levierele? 11. Pornirea motorului unei maşini, în anumite situaţii, se face cu ajutorul unei manivele. Ce condiţie trebuie să îndeplinească aceasta pentru ca pornirea să se facă uşor? 1-12. Asupra unui disc acţionează în planul său două forţe, care au tendinţa de a-l roti în sensuri opuse. în care din cazurile de mai jos discul se va roti? A. FJF, = 4; bjbt = 1/4. B. FJF2 = 4; tyft, = 4. C. FJF2 = 1/4; bjb, = 4. D. Fj/Fjj = 1/4; bjb2 = 1/4. 13. Cum trebuie să fie braţul forţei active în raport cu braţul forţei rezistente la o pîrghie, pentru ca forţa activă necesară învingerii forţei rezistente să fie minimă? 14. Calculaţi raportul dintre diametrul roţiiunei fîntîni şidiametrul axului flntînii, ştiind că pentru ridicarea, unei găleţi cu apă estenecesară oforţă egală cu 25% din greutatea găleţii. Se neglijează frecările. -^15. Cu ce forţă trebuie acţionat la capătul firului din figura VII.70, pentru a menţine grinda în echilibru? Greutatea grinzii este de 10 000 N. 16. Precizaţi dacă pîrghia din figura VII.71 este în echilibru. Se neglijează greutatea scripetelui.

Fig. VII.70

Fig. VII.71

97

/ SS/ / / / / , / / / S/ /S"\ ////

AO

%

Fi?. VII.72

vs- VII.73

17. Pîrghia din figura VII.72 este în echilibru? Se neglijeaza greutatea pirghiei, iar Gt = G2. p». Ce forţă F trebuie aplicată Ia cîrligul scripetelui mobil din figura VII.73, pentru ca pîrghia să rămînă în poziţie orizontală? Se cunosc: OB = 8 m; AB = 6 m; 22 = 400 N. 19. Care sînt forţele care acţionează asupra capacului unui stilou, atunci cînd vrem să-i desfacem prin răsucire? Formează ele un cuplu de forţe? 20. Răsucirea unei chei pentru a încuia sau pentru a descuia uşa presupune un cuplu de forţe? 21. Desfacerea unui şurub cu ajutorul unei şurubelniţe este efectul acţiunii unui cuplu de forţe? Reprezentaţi-1 într-un desen. 22. Daţi exemple de corpuri a căror mişcare de rotaţie este efectul acţiunii unui cuplu de forţe. 23. Introducerea tirbuşonului în dopul unei sticle este rezultatul acţiunii unui cuplu de forţe? Reprezentaţi într-un desen acest cuplu. 24. Ce valoare are rezultanta forţelor care formează un cuplu de forţe? 25. Dacă unei forţe numită acţiune îi corespunde o forţă numită reacţiune, unui cuplu de forţe acţiune îi corespunde un cuplu de forţe reacţiune? 26. Asupra unui corp acţionează mai multe forţe. Ce condiţii trebuie îndeplinite, pentru ca acel corp să nu aibă nici mişcare de translaţie şi nici mişcare de rotaţie? 27. Doi oameni cu greutăţile Gx şi G2 trebuie să traverseze un şanţ cu lăţimea de 3 m. Ei au la dispoziţie cîte o scîndură cu lungimea de 2,5 m. Cum au procedat,, considerînd odată că ambii sînt pe acelaşi mal sau că unul este pe un mal, iar celălalt pe malul opus? 2. CENTRUL DE GREUTATE « 1. Dintr-un creion cu lungimea de 20 cm tăiem cîte un centimetru. a. Spre ce capăt al creionului se va deplasa centrul de greutate? b. Pe ce distanţă se deplasează centrul de greutate după fiecare tăiere? e. Pe ce distanţă s-a deplasat centrul de greutate pînă în momentul îndepărtării celui de-al 19-lea centimetru? i. Pe ce distanţă s-a deplasat centrul de greutate pînă în momentul în care lungimea creionului s-a redus la jumătate? (Temă experimentală.) 2. Dintr-un creion cu lungimea de 20 cm se taie simultan 2 cm de Ia un capăt şi 5 cm de Li eelălalt capăt. I. S'TT :e capăt se va deplasa centrul de greutate? b. P? ce diîtanţă s-a deplasat centrul de greutate?

98

w/s/r/ 3. Dintr-un carton dreptunghiular cu lungimea de 20 cm faceţi un cilindru a cărui circumferinţă să fie egală cu lungimea dreptunghiului. Care este distanţa de la vechea poziţie a centrului de greutate pînă la noua poziţie a centrului de greutate? (Temă experimentală.) 4. Dintr-o foaie de carton dreptunghiulară cu lăţimea de 10 cm şi lungimea de 20 cm, se decupează fîşii dreptunghiulare cu lungimea de 10 cm, şi lăţimea de 1 cm. Pe i ce distanţă se deplasează centrul de greutate după fiecare tăietură? (Temă experimentală.) Y-5. Pentru un om cu înălţimea h şi masa m, centrul de greutate se află faţă de sol la 2/3 din înălţimea sa. Energia potenţială gravitaţională a sistemului om — Pămînt este: a) mgh\ b) 2mgh/3\ c) 3mgh[2. 6. Ştiind că centrul de greutate al unui om se află la 2/3 din înălţimea sa faţă de sol, la ce înălţime trebuie să se ridice el pe o scară verticală pentru ca energia potenţială gravitaţională a sistemului om — Pămînt raportată la suprafaţa solului să fie Epg = mgh? (h = înălţimea omului.) Dar dacă scara este înclinată cu 30 de grade faţă de orizontală? 7. Un om cu înălţimea 1,5 m urcă 10 trepte, fiecare avînd înălţimea de 20 cm. Schiţaţi un grafic al variaţiei energiei potenţiale gravitaţionale a sistemului om — Pămînt, în funcţie de poziţia centrului de greutate al omului faţă de suprafaţa Pămîntului. f 8. în timp ce omul merge, lucrul mecanic al forţei de greutate este zero? 8. ECHILIBRUL CORPURILOR SUB ACŢIUNEA GREUTĂŢII 1. Pe bara orizontală din figura YII.74 fac exerciţii de gimnastică trei copii. în ce fel de echilibru se află fiecare?

2. Ce fel de echilibru aveţi atunoi cînd vă urcaţi pe o frînghie? Dar cînd coborîţi? 3. Roţile reprezentate în desenele din figura VII.75 se pot roti în jurul unor axe . orizontale. Ce puteţi spune despre echilibrul fiecăreia? A

C

99

în ce fel de echilibru se află, fiecare din barele reprezentate în desenele din figura VII.76? Dintr-o bucată de placaj sau dintr-o bucată de carton decupaţi un triunghi echilateral. Desenaţi medianele acestuia. Ele se vor intersecta într-un punct. Străpungeţi triunghiul cu un eni prin acest punct. Sprijiniţi cuiul în poziţie orizontală pe două suporturi. Rotiţi triunghiul în jurul axului, aşezîndu-1 în diferite poziţii. în ce fel de echilibru se află placa de placaj? (Temă experimentală.) Desenaţi pe o bucată de placaj, sau pe o bucată de carton un trapez oarecare ABCD, ale cărui dimensiuni le puteţi alege după voie. Construiţi liniile punctate pe care le vedeţi în desenul din figura VII.77, avînd în vedere că: AP = PB; DQ = GQ\ AM = CD; CN = AB. Găuriţi trapezul în punctul de intersecţie al dreptelor MN şi PQ. Decupaţi apoi trapezul. Introduceţi un ac în punctul de intersecţie amintit şi aşezaţi-1 în poziţie orizontală pe două suporturi. Rotiţi trapezul în jurul acestui ax. în ce fel de echilibru se află trapezul?

Fig. VII.77

7. în desenele din figura VII.78 am reprezentat un pahar în două situaţii diferite, ■ susţinut pe vîrful unui creion. Sînt identice cele două stări de echilibru?

C: de echilibru are omul din figura VII.79? 9. B' .1 ■'* riglă aflată în echilibru stabil, ar trece în poziţia de echilibru instabil fără h t r u n e i cauze exterioare, ar fi contrazisă legea conservării energiei mecanice wntru sistemele izolate?

10. O riglă este suspendată în echilibru instabil. Deplasată din această poziţie ea evoluează spre o stare de echilibru stabil. Dacă nu ar exista frecări, ar reveni rigla în poziţia iniţială de echilibru instabil? Ar constitui aceasta o încălcare a legii T F;* vr Rft conservării energiei mecanice în sisteme izolate? *11. Ce fel de echilibru are scripetele mobil din figura YII.80? 12. Pe cele două capete ale unei rigle foarte uşoare, aflată în poziţie orizontală în echilibru indiferent, s-au oprit din zbor, în aceeaşi clipă, două albine. Acestea se deplasează una spre cealaltă cu viteze diferite. Descrieţi comportarea riglei, presupunînd că după ce se întîlnesc albinele se întorc pe acelaşi drum şi, ajungînd fiecare la capătul riglei, zboară. 13. Asupra unui corp aşezat pe o suprafaţă acţionează o forţă orizontală cu tendinţa de a-l răsturna. Ca urmare centrul de greutate se va deplasa. Care dintre afirmaţiile de mai jos sînt adevărate? ~~ a. Dacă centrul de greutate coboară, atunci corpul era în echilibru instabil. i. Dacă centrul de greutate urcă, atunci corpul era în echilibru instabil. c. Dacă centrul de greutate coboară, atunci corpul era în echilibru stabil. d. Dacă centrul de greutate se deplasează pe orizontală, atunci corpul era în echilibru stabil. e. Dacă centrul de greutate urcă, atunci corpul era în echilibru stabil. f. Dacă centrul de greutate se deplasează pe orizontală, atunci corpul era în echilibru indiferent. g. Daoă centrul de greutate coboară, atunci corpul era în stare de echilibru indiferent. 14. Fiind pe schiuri ne putem apleca foarte mult în faţă, fără pericolul de a cădea. Nu acelaşi lucru îl putem face fără schiuri. D.e ce? 15. Un fapt puţin obişnuit pe o şosea (fig. VII.81). într-o pantă, un autocamion care transporta o grindă metalică aflat într-o poziţie ciudată. Să fie vorba de un accident de circulaţie, sau este vorba de altceva? 16. Un om duce un rucsac greu în spate, altul duce un rucsac greu în braţe. Sînt identice poziţiile corpurilor celor doi oameni? De ce? 17. Un om duce un geamantan greu în nuna stîngă, altul duce un geamantan greu pe urmărul drept. Sînt identice poziţiile corpurilor celor doi oameni? De ce?

i

18. Aşezaţi-vă pe un scaun aşa cum stă băiatul din figura VII.82. încercaţi să vă ridicaţi fără a schimba poziţia picioarelor şi fără a vă apleca înainte. Aţi reuşit? Cum explicaţi? (Temă experimentală.)

101

2. PRESIUNEA HIDROSTATICĂ. VASE COMUNICANTE

Fig. V11.83

19. Care dintre corpurile reprezentate în desenele Fig. VII.8: din figura VII.83 şi figura VII.84 sînt în echilibru stabil? Dar în echilibru instabil? Dar în echilibru indiferent? 20. Cum interpretaţi următoarea afirmaţie: „Mersul unui om este un şir de căderi înainte, preîntîmpinate prin sprijinirea la timp pe sol a piciorului care rămîne în urmă.“ 1.4. ECHILIBRUL MECANIC AL FLUIDULUI 1. PRESIUNEA. UNITĂŢI DE MĂSURĂ ALE PRESIUNII

1. O cărămidă poate fi aşezată pe o suprafaţă orizontală cu una din feţele sale. Dimensiunile cărămizii sînt: 40 cm, 20 cm şi 10 cm. Dacă masa cărămizii este de 2 kg, calculaţi presiunea exercitată în fiecare din cele trei cazuri posibile. 2. De ce curelele unui rucsac trebuie să fie late? 3. Doi oameni sapă pămîntul cu cazmale de diferite forme (fig. VII.85). Care din cele două forme permite uşurarea lucrului? De ce? 4. De ce un om se afundă în zăpadă atunci cînd are bocanci în picioare iar cînd este pe schiuri nu se afundă? j(5. Un patinator cu masa de 60 kg foloseşte două patine cu lungimea de 30 cm şi lăţimea de 3 mm. Ce presiune exercită el asupra gheţii? 6. Pentru a salva un elev sub care s-a spart gheaţa se po^,te VII.85 folosi o seîndură. Cum explicaţi acest lucru? 7. Pe o şosea asfaltată, un tanc nu strică asfaltul. De ce acelaşi tanc sfărîmă o cărămidă peste care trec şenilele lui? 8. O viespe acţionează asupra acului cu o forţă de 0,00001 N, aria vîrfului acului fiind 0,000000000003 cm2. De ce acul străpunge uşor pielea animalelor? ^9. Un cal cu masa de 300 kg are aria unei copite de 60 cm2. Ce presiune exercită el asupra pămîntului cînd stă pe picioare? (g « 9,8 N/kg.) MO. Un corp cu masa de 20 kg exercită, datorită greutăţii, o presiune de 19 600 Pa. Ce mărime are suprafaţa pe care se sprijină corpul? (g ~ 9,8 N/kg.) *ai. Un cilindru vertical, cu înălţimea de 40 cm este alcătuit dintr-un material cu densitatea de 7 800 kg/m3. Ce presiune exercită cilindrul pe suprafaţa de sprijin? i= 9,8 N/kg.) 12. Exprimaţi presiunea exercitată de o forţă de 1 200 N normal pe o suprafaţă de 98 cm* în pascali, bari şi în atmosfere normale.

102

1. Două vase conţin apă pînă la acelaşi nivel (fig. VII.86). Ce puteţi spune despre presiunile exercitate pe fundul celor două vase de către apă? 2. Două vase de dimensiuni diferite conţin aceeaşi cantitate de apă. Ce puteţi spune despre presiunile exercitate de apă asupra fundului celor două vase? 3. într-un vas există apă pînă la un anumit nivel. în apă se introduce un corp (fig. VII.87). Ce puteţi spune despre presiunea exercitată de apă asupra fundului, în absenţa corpului şi în prezenţa acestuia?

■

1.8C-

_

■ ■' V"'

4. într-un vas se află apă pînă la un anumit nivel. Dacă vasul are o deschidere (fig. VIE88), cum explicaţi deplasarea jetului de apă în timpul curgerii lichidului? 5. într-un vas, prevăzut cu un robinet, goliţi 10 pahare cu apă. Deschideţi robinetul şi cronometraţi timpul în care acelaşi pahar se umple. Considerînd că acest timp este 2 minute, spre exemplu, în oît timp se va goli vasul? (Temă experimentală.) 6. într-un vas se introduce apă şi intr-altul, identic, se introduce mercur, pînă la acelaşi nivel. Cele două vase sînt prevăzute cu robinete identice. Dacă aceste robinete se descind, care dintre oele două lichide se scurge mai repede, mercurul sau apa? A

A h

B

Vil.8 8

V 15=89

7. Puteţi realiza un vas din care apa să curgă uniform deşi nivelul lichidului scade? Un asemenea vas a fost construit de fizicianul Mariotte (un vas obişnuit prevăzut la partea superioară cu un dop prin care trece un tub de sticlă avînd partea inferioară la nivelul B ca în figura VII.89). a) Cînd nivelul lichidului scade din A în B şi deschidem robinetul din Ct jetul de apă curge uniform. Cum puteţi explica acest lucru? b) Cînd nivelul lichidului scade din B spre C jetul de apă nu mai curge uniform. De ce? c) Dacă între A şi B instalăm un alt robinet şi-i deschidem, va curge apa? (Temă experimentală.)

103

8. într-o sticlă obişnuită, cu dop, se află apă (fig. VII.90). Dacă răsturnăm sticla apa va exeroita asupra dopului aceeaşi presiune ca şi cea exercitată asupra fundului sticlei în poziţie normală? 9. Pe care din pereţii vasului din figura VII.91 se exercită presiunea hidrostatică a lichidului: a) pe baza vasului; b) pe baza vasului şi pe pereţii verticali; e) pe toţi pereţii vasului?

Fig. VII.9U

fig. VII.91

10. Un vas este prevăzut cu deschideri ca în figura VII.92 şi conţine apă pînă la un anumit nivel. A. Faptul că apa va curge prin toate deschiderile dovedeşte că presiunea hidrostatică se exercită: a) numai pe direcţie verticală; b) mimai pe direcţie orizontală; c) pe toate direcţiile. B. Fiecare jet de apă iese perpendicular pe peretele vasului. Aceasta dovedeşte făptui că presiunea hidrostatică se exercită: a) orizontal; b) vertical; c) perpendicular. C. Jetul de apă va avea o viteză cu atît mai mare cu cît: a) deschiderea este mai aproape de baza vasului; b) deschiderea este mai departe de baza vasului. (Temă experimentală.) 11. Apreciaţi care din desenele din figura VII.93 este corect din punct de vedere fizic.

12. Pentru a pune în evidenţă presiunea hidrostatică se folosesc capsule manometrice racordate la tuburi manometrice (tuburi de sticlă în formă de U în care se află diverse lichide). Pentru a putea măsura presiuni cît mai mici, în tuburile manometrice trebuie să introducem apă, alcool sau mercur? Justificaţi răspunsuL

104

13. Două capsule manometrioe racordate la un tub manometrio (fig. VII.94) sînt introduse într-un lichid la diferite nivele. Diferenţa de nivel din tubul manometrio reprezintă: a) presiunea la nivelul capsulei superioare; b) presiunea la nivelul capsulei inferioare; c) suma celor două presiuni; d) diferinţa celor două presiuni.

VI 1.94

Fig. V1I.95

14. O capsulă manometrică este racordată la două tubun manometrice identice (fig. VII.95) şi este introdusă într-un lichid la un anumit nivel. A. Diferenţele de nivel în cele două tuburi manometrice sînt: a) aceleaşi; b) diferite. B. Presiunea hidrostatică la nivelul capsulei manometrice este dată de: a) diferenţa de nivel dintr-un tub manometric; b) suma diferenţelor de nivel din cele două tuburi manometrice. 15. O capsulă manometrică este racordată la trei tuburi comunicante (fig. VII.96) şi este introdusă într-un lichid la un anumit nivel. A. în cele trei tuburi nivelul lichidului va fi: a) acelaşi; „ b) în tubul A nivelul va fi mai mare decît în tubul B şi în tubul B mai mare decît în tubul O; c) în tubul A nivelul va fi acelaşi ca în B şi mai mare decît în tubul G. B. Presiunea hidrostatică va fi dată de: a) diferenţa de nivel între tuburile A şi C; b) diferenţa de nivel între tuburile B şi C\ c) dublul diferenţei de nivel între tuburile B şi C.

V11.97

16. Introduceţi un tub cilindric de sticlă, care la un capăt are un disc uşor prins cu un fir de aţă (fig. VII.97), într-un vas cu apă şi lăsaţi liber firul. a. Se va desprinde discul? De ce?b. Turnaţi apă în cilindru pînă se desprinde discul. Care va fi nivelul apei în cilindru? Cum explicaţi acest lucru? (Temă experimentală.) 17. Barajul unei hidrocentrale este foarte gros la bază şi mai îngust spre partea superioară. De ce? 18. Dacă o sticlă goală, astupată cu un dop, se leagă de o piatră cu o greutate mai mare decît forţa arhimedică şi se aruncă împreună în ocean, ce se va întîmplă cu dopul? a. Rămîne în aceeaşi poziţie. 105 b. Intră în sticlă.

c. Iese din gîtul sticlei. 19. Un cilindru de sticlă este astupat la unul din capete cu un disc uşor susţinut prin intermediul unui fir de care este legat un corp de masă m. Cilindrul este introdus în apă (fig. VII.98). * Dacă masacorpului este m — 20 g, densitatea apei p = 1 g/cm3 şi secţiunea cilindrului 8 = 4 cm2, să se determine înălţimea coloanei de apă ce va trebui introdusă în cilindru (faţă de nivelul apei din vas) pentru ca discul să se desprindă de cilindru.

-:F h

Fig. VII.98

jC20. în două vase comunicante, de forme şi dimensiuni diferite, apa se ridică la acelaşi nivel deoarece faţă de un nivel de referinţă cele două coloane de apă au: a) aceeaşi greutate; b) volume egale de lichid; e) presiuni hidrostatice egale. *21. Ce presiune exercită apa la o adîncime de 100 cm? j(,22. Dacă densitatea mercurului este 13 600 kg/m3, ce presiune va exercita o coloană de mercur înaltă de 1 m? 23. Pentru trasarea unei linii orizontale, pe teren se folosesc două vase comunicante Explicaţi utilizarea acestora. 24. Pentru a cunoaşte nivelul apei, în cazane mari, se folosesc indicatoare de nivel din tuburi de sticlă. Explicaţi construcţia şi funcţionarea acestora. 25. în două vase comunicante (fig. VII.99) se toarnă mercur. Apoi într-una din ramuri se toarnă apă în aşa fel încît diferenţa de nivel a mercurului în cele două ramuri să fie 1 cm. Care va fi înălţimea coloanei de apă?

f

3. Un cilindru de sticlă prevăzut cu un piston este introdus într-un vas cu apă (fig. VÎI.104), în aşa fel încît capătul inferior al cilindrului să fie cufundat în apă. Dacă ridicăm pistonul apa se va ridica după piston. Cum explicaţi acest lucru? Care ar fi înălţimea maximă la care ar putea urca apa în cilindru? 4. Cum explicaţi operaţia de umplere a rezervorului unui stilou cu cerneală? 5. Adăpătorile pentru păsări pot fi formate din stiole pline cu apă, întoarse cu gîtul în jos într-un alt vas cu apă. De ce nu curge toată apa cţjn sticlă? Cum explicaţi funcţionalitatea acestui dispozitiv? 6. De ce pe munte presiunea atmosferică este mai mică decît la nivelul mării? 7. De ce urcă băutura răcoritoare cînd o „tragem" cu paiul din pahar? 8. De ce nu se execută experienţa lui Torricelli cu apă? 9. Pentru a scoate cantităţi mici din lichidul aflat într-un vas, se foloseşte drept pipetă un tub de sticlă umflat la mijloc (fig. VII.105) căruia i se astupă cu degetul capătul superior. Cum explicaţi funcţionarea acesteia? 10. în condiţii normale, presiunea atmosferică determină o forţă de 10 N pe fiecare cm2. Ce forţă se exercită asupra corpului unui om care are o suprafaţă de 1,5 m2? 11. Determinaţi valoarea presiunii atmosferice în N/m2 ştiind că înălţimea coloanei de mercur cu secţiunea de 1 cm2 este de 760 mm. (Se dau p = 13 600 kg/m3, g = 9,8 N/kg.) 12. Ştiind că valoarea presiunii atmosferice normale este de aproximativ 105 N/m2, forţa care va apăsa de sus în jos pe o coală de hîrtie cu aria de 103 cm2 este 10 000 N, o forţă echivalentă cu greutatea unui corp cu masa de 1000 kg. Şi totuşi noi ridicăm foarte uşor coala? Cum explicaţi? 13. Considerînd presiunea atmosferică echivalentă cu presiunea unei coloane de mercur cu înălţimea de 76 cm (se dau p = 13,6 g/cm3, g = 9,8 N/kg) să se afle: a) forţa cu care atmosfera acţionează pe suprafaţa unei uşi de lungime 2 m şi lăţime de 80 cm; b) de ce sub acţiunea acestei forţe uşa nu se deplasează? 14. Un avion urcă la o altitudine la care presiunea atmosferică este echilibrată de o coloană de mercur cu înălţimea de 30 cm. Dacă în interiorul avionului presiunea aerului este echivalentă cu a unei coloane de mercur de 75 cm, se cer: a) presiunile exprimate în N/m2 în interiorul şi în exteriorul avionului; b) forţa care se exercită asupra pereţilor avionului, dacă suprafaţa acestora este de 200 m 2; c) ce s-ar întîmplă dacă o fereastră a avionului s-ar sparge cînd el e la înălţimea respectivă? 15. în anul 1654 Otto Gerike a făcut în oraşul Magdeburg următoarea experienţă: a scos aerul din două emisfere metalice lipite pe care apoi nu le-a putut desprinde cu 8 perechi de cai. Cum explicaţi? 16. Turnaţi apă într-un pahar, acoperiţi-1 ermetic cu o foaie de hîrtie şi ţinînd hîrtia cu mîna întoarceţi paharul cu gura în jos. Dacă luaţi mîna de pe hîrtie, veţi constata că apa nu curge din pahar. De ce? (Temă experimentală.)

107

17. Scoateţi aerul dintr-un tub de sticlă lung de 1 m, închis la un capăt şi prevăzut la celălalt capăt cu un robinet. a. Introduceţi capătul liber în mercur şi deschideţi robinetul. Tubul se va umple complet cu mercur? De ce? b. Introduceţi capătul liber în apă. Tubul se va umple complet cu apă? De ce? 18. Cum explicaţi faptul că la o coborîre rapidă a avionului pasagerii au senzaţie de durere în urechi? y. 19. La poalele unui munte barometrul indică o presiune de 720 mm ooloană de mercur, iar în vîrful lui o presiune de 620 mm coloană de mercur. (Se dau Pmercur = 13 600 kg/m 3, paer = 1,293 kg/m3.) Care este înălţimea acestui munte? 1.5. ECHILIBRUL CORPULUI SCUFUNDAT ÎN FLUID 1. LEGEA LUI ARHI1IEDE

1. Sub unul din talerele unei balanţe pe care aşezaţi un pahar, suspendaţi un corp cu densitatea mai mare decît cea a apei şi echilibraţi balanţa. Introduceţi apoi corpul într-un vas cu apă. a. Se va dezechilibra balanţa? b. Cum veţi proceda pentru a reechilibra balanţa? 2. Apa lacului Ursu din staţiunea Sovata este atît de sărată încît în ea nu te poţi îneca. Cum explicaţi acest lucru? 3. Pe bordul navelor, în apropierea liniei de plutire, există mai multe linii care indică nivelul apei pentru diferite mări sau oceane. Cum se justifică existenţa acestora? 4. Care este rolul vezicii cu aer la peşti? 5. Dacă un corp este pus pe suprafaţa unui lichid cu densitatemai micădecît densi tatea sa, atunci corpul: a) sc scufundă; b) pluteşte la suprafaţa lichidului; c) pluteşte în interiorul lichidului. (Temă experimentală.) 6. Dacă un corp este pus pe suprafaţa unuilichid ou densitatea mai mare decît densitatea sa, atunci corpul: a) se scufundă; b) pluteşte la suprafaţa lichidului; c) pluteşte în interiorul lichidului. 7.. Dacă un corp este introdus într-un lichid cu densitatea egală cu densitatea sa, atunci corpul: a) se scufundă; b) pluteşte la suprafaţa lichidului; c) pluteşte în interiorul lichidului. 8. Un cub de fier pus pe suprafaţa apei se scufundă în timp ce pe suprafaţa mercurului pluteşte. Cum explicaţi acest rezultat? (Pentru a da răspunsul, consultaţi tabelul 3 de la sfîrşitul cărţii.) 9. în figura VII.106 sînt prezentate două vase cu mercur în care sînt introduse două prisme triunghiulare de fier. Ce se va întîmplă cu fiecare prismă, atunci cînd este lăsată liberă? (Piier Pmercut*)

108

10. De un taler al balanţei suspendaţi un pahar plin cu apă şi de celălalt un pahar identic plin şi el pînă la margini, dar în care pluteşte o bucată de lemn. Care din pahare va cîntări mai mult? Cum explicaţi răspunsul? 11. Suspendaţi de talerul unei balanţe un pahar cu apă şi puneţi pe acest taler un corp avînd o greutate mică. După ce stabilim echilibrul balanţei, aşezînd pe celălalt taler mase marcate, introducem corpul în paharul cu apă. Ce se va întîmplă cu balanţa? 12. De braţele unei balanţe, suspendaţi doi cilindri cu aceeaşi greutate: unul de plumb şi altul de aluminiu. Se va dezechilibra balanţa, dacă vom introduce cilindrii în apă? Argumentaţi răspunsul. (paiUminiu< Ppiumv) 13. De braţele unei balanţe sînt suspendaţi doi cilindri din fier, cu volume egale. Se dezechilibrează balanţa dacă introducem un cilindru în apă şi celălalt în alcool? Argumentaţi răspunsul ţinînd cont că paiCooi < p»Pă14. De ce scafandrii au costumele cu plumb? 15. Cum explicaţi faptul că un cui căzut în apă se scufundă în timp ce un vapor

£

16. în figura VII.107 este prezentat un corp care pluteşte in două lichide diferite. Care din lichide are densitatea mai mare? 17. Un ou se scufundă în apă distilată dar pluteşte într-o soluţie concentrată de sare de bucătărie. De ce? (Temă experimentală.) 18. Umpleţi cu apă un vas înalt de sticlă (fig. VII.108) şi introduceţi în acest vas o eprubetă umplută parţial cu apă şi aer astfel ca ea să plutească la suprafaţa apei. închideţi ermetic vasul cu o membrană elastică. Dacă apăsaţi pe membrană veţi observa că eprubetă se scufundă, deplasarea ei în lichid fiind influenţată de apăsarea membranei. Cum explicaţi acest lucru? 19. Experienţa anterioară poate fi făcută cu o sticlă (fig. VII.109) în care introduceţi un mic plutitor şi în care se suflă aer. Explicaţi cele observate pe baza legilor lui Pascal şi Arhimede. 20. în figura VII.110 sînt prezentate două densi- metre (aparate folosite pentru măsurarea densităţii lichidelor): în a un densimetru pentru măsurarea densităţii lichidelor mai puţin dense decît apa şi în figura b un densimetru pentru măsurarea densitătii lichidelor mai dense decît apa (numărul 1000 înscris pe tijă indică densitatea apei).

109

A. Explicaţi cum funcţionează aceste dispozitive. B. Construiţi, din eprubete sau beţişoare de lemn şi bucăţele de plumb, asemenea , dispozitive. * 21. O sferă metalică are în aer greutatea de 1,1 N şi în apă 1 N. Care sînt volumul şi densitatea sferei, dacă pâpă = 1 000 kg/m3 şi g = 9,8 N/kg. *-22. O bucată de aliaj de cupru şi argint cîntăreşte în vid 245,5 g iar în apă 221,6 g. Cît cupru şi cît argint conţine bucata de aliaj dacă densitatea cuprului este 8,79 g/cm 3, a argintului 10,42 g/cm3 şi a apei 1 g/cm3? 23. Un corp cîntăreşte în vid 7,55 g, în apă 5,17 g şi într-un lichid necunoscut 6,35 g. Dacă densitatea relativă a corpului se defineşte ca raportul între densitatea lui şi densitatea apei, calculaţi: a) densitatea relativă a corpului; b) densitatea relativă a lichidului. (Se dă p»P& = 100 kg/m3.) / 24. Un cristal de clorură de sodiu cîntăreşte în vid 21,5 g şi în eter 14,3 g. Dacă densitatea eterului este 0,716 g/cm3 care este densitatea clorurii de sodiu? 25. Aţi văzut că un balon de cauciuc umflat cu aer cald se ridică în atmosferă. a. Cum explicaţi ascensiunea balonului? b. Dacă ascensiunea poate continua nestingherită ce se va întîmplă cu balonul? 26. De ce flacăra unei lumînări, sau a unui chibrit, sînt orientate totdeauna în sus? 27. Primul balon pentru ascensiuni, la care să participe şi oamenii, a fost construit de fraţii Montgolfier în 1783, din pînză cauciucată, balonul fiind umplut cu hidrogen sau heliu. Cum se poate determina urcarea sau coborîrea acestuia? n.

;;

.'

.■ .^îPET*^;'

ii.Prin punerea în contact termic a două corpuri cu stări de încălzire diferite: a) corpul cald se va încălzi mai mult, iar corpul rece se va răci mai mult; b) corpul cald se va răci, iar corpul rece se va încălzi. ■*>2. Un sistem fizic cuprinde trei corpuri aflate în echilibru termic. Prin îndepărtarea unui corp din sistem se va schimba starea de echilibru termic a corpurilor rămase? ^3. Un sistem fizic cuprinde un număr foarte mare de corpuri identice aflate în echilibru termic. Se introduce în sistem un corp identic cu cele date, dar care are o altă stare de încălzire. Se va schimba starea de încălzire a sistemului? 4. Unitatea de măsură pentru temperatură în Sistemul Internaţional de Unităţi este gradul Kelvin. Aceasta se notează astfel: SI = K. Gradul Kelvin este o unitate de măsură fundamentală, sau o unitate de măsură derivată? Temperatura este o mărime fizică fundamentală sau derivată? 5. Un om şi-a pus în acelaşi moment un termometru sub braţul stîng şi altul sub braţul drept. а. Pe cel din stînga I-a scoş după 1 minut, iar pe cel din dreapta după 10 minute. Credeţi că a procedat bine? Cum au fost indicaţiile termometrelor? б. Pe amîndouă le-a scos după 1 minut. Cum au fost indicaţiile termometrelor? Reprezentau ele temperatura corpului? c. Pe amîndouă le:a BCOS după 10 minute. Cum au fost indicaţiile termometrelor? Reprezentau ele temperatura corpului? d. Pe cel din stînga I-a scos după 15 minute, iar pe cel din dreapta după 20 minute. Cum au fost indicaţiile termometrelor? Reprezenta fiecare temperatura corpului său? 6. Se dau două termometre identice. Unul este instalat afară şi indică — 10°C, altul este instalat în cameră şi indică + 10°C. Ducem termometrul din cameră afară, iar pe cel de afară în cameră. a. Ce vor indica termometrele în noile situaţii?

110

■m b. Cineva cronometrează timpul în care termometrul dus în cameră ajunge la echilibru termic cu aerul din cameră, iar altcineva cronometrează timpul în care termometrul dus afară ajunge în echilibru termic cu aerjil atmosferic. Indicaţiile celor două crOnometre vor fi identice? (Temă experimentală.) 7. în observaţiile meteorologice este necesar să cunoaştem temperatura maximă şi temperatura minimă ale unei zile. în acest scop se folosesc termometre speciale numite: termometru de maximă şi termometru de minimă. Termometrul de maximă (fig. VTI.lll, a) este un termometru cu mercur şi are în tubul capilar un mic bastonaş de sticlă colorată, în care s-a înglobat o sîrmă de fier. Ridicarea mercurului îl împinge înainte, iar coborîrea mercurului îl lasă pe loc. Cum aflăm care a fost temperatura maximă a zilei?

C

(

) a

■ )=."."^n= b

Termometrul de minimă (fig. VII.111, b) este un termometru cu alcool, iar bastonaşul de sticlă se află sub nivelul alcoolului din capilar. Cînd coloana de alcool se contractă îl trage spre rezervor, iar cînd coloana de alcool se dilată îl lasă pe loc. Cum aflăm care a fost temperatura minimă a zilei? .Citirea se face pe scala ataşată termometrului. în ce poziţie trebuie aşezate aceste termometre pentru ca bastonaşele să nu se mişte sub acţiunea greutăţii? Pentru o nouă determinare bastonaşele trebuie aduse în poziţiile iniţiale. Se poate folqsi în acest scop un magnet? •f-8. Prin punerea în contact termic a n corpuri cu temperaturile t1
13. Este posibil ca seminţele de grîu puse de toamna în pămînt să degere de frig în timpul iernilor geroase. în ce situaţie? 14. Cum se protejează împotriva îngheţului conductele aeriene? 15. Care plapumă este mai călduroasă: una veche sau una nouă? De ce? 16. Cum se protejează împotriva frigului animalele de la polul nord sau cele de la polul sud? 17. O mănuşă strînsă pe mînă protejează de frig mai bine decît o mănuşă largă? De ce? 18. Pentru a se apăra de frig, eschimoşii îşi fac adăposturi de gheaţă. Cum vă explicaţi că în interiorul unui astfel de adăpost (iglu) se menţine o temperatură superioară celei de afară? 19. Depozitată din timpul iernii în beciuri adînci, gheaţa nu se topeşte, deşi în timpul verii temperatura afară este ridicată. De ce? 20. Aşezarea fînului în podul unui grajd are influenţă asupra temperaturii din interiorul grajdului? De ce? 21. Dacă pe serpentina unui frigider s-a depus un strat gros de gheaţă, atunci frigiderul nu mai răceşte bine. De oe?

22. Dacă s-ar construi o cameră cu pereţii dubli, iar spaţiul dintre pereţi să fie vidat, credeţi că starea termică a aerului din cameră s-ar menţine un timp mai lung? De ce? 23. într-un termos se pune apă rece şi apoi se introduce termosul într-un vas cu apă caldă. Se schimbă starea de încălzire a apei din termos? 24. Ce avantaje oferă în construirea unei locuinţe folosirea unor cărămizi făcute din material poros, faţă de folosirea unor cărămizi făcute din material compact? 25. Două case măsoară aceeaşi înălţime, de la temelie pînă la aooperiş. Dar acoperişurile au înălţimi diferite. Care dintre case este mai călduroasă? De ce?

îi PR0G73E w r todpj.- m*icr 3.1. CĂLDURA. CĂLDURA SPECIFICĂ. CALORIMETRIE *1. Ce semnificaţie atribuiţi faptului că valoarea căldurii specifice a apei este 4 185 J/kg • grad? Comparaţi-o cu căldura specifică a celorlalte elemente din tabelul 4 de la sfîrşitul cărţii. X 2. Cum trebuie împărţite 10 kg de apă cu temperatura de 80°C în două părţi, astfel încît căldura eliberată de o parte prin răcire pînă la temperatura de îngheţare, să fie egală cu căldura necesară celeilalte părţi pentru încălzire pînă la temperatura de fierbere? 3. Cu căldura cedată de 1 kg de fier prin răcire cu 1°C se poate încălzi 1 kg de apă cu 1°C? Cîte kilograme de fier pot ii încălzite cu 1°C folosind căldura eliberată de 1 kg de apă prin răcire cu 1°C? (Indicaţie. Folosiţi tabelul 4 de la sfîrşitul cărţii.) 4. Se amestecă într-un vas trei cantităţi egale de apă cu temperaturi diferite: tx = = 10°C; t2 — 20°C; t3 = 30°C. Care va fi temperatura amestecului? 5. Dacă se amestecă mx kg apă caldă cu m2 kg apă rece, se obţine un amestec cu temperatura tv Dacă se amestecă mx kg apă rece cu m2 kg apă caldă, se obţine un amestec cu temperatura t2. Determinaţi temperatura apei calde şi temperatura apei reci. 6. Se amestecă două cantităţi de apă m1 şi m2 cu temperaturile tx şi respectiv t2, obţinîndu-se un amestec cu temperatura t. a. Determinaţi raportul m1lm2 în funcţie de tv t2 şi t. b. Arătaţi că dacă m1 — m2, atunci t = (tx + y/2. 7. Se amestecă două corpuri lichide cu căldurile specifice cx şi respectiv c2 avînd aceeaşi temperatură iniţială. Determinaţi căldura specifică a amestecului. Caz particular: cx = e2. 8. într-un vas de sticlă cu masa m = 4 kg se găsesc m1 = 3 kg de apă cu temperatura tx = 30°C. în vas se toarnă alcool etilic cu temperatura t2 = 15°C şi se obţine o soluţie cu concentraţia de 75% alcool. Cît alcool etilic s-a adăugat în vas? Care este temperatura finală a amestecului? Se cunosc căldurile specifice ale sticlei, apei şi alcoolului: c8 =836 J/kg* grad; c0 — 4 185 J/kg• grad; ca = 2 482 J/kg • grad. 9. Se încălzesc într-un vas % = 300 g apă şi o bilă de sticlă cu masa m2 — 100 g pînă la fierberea apei. Se pune conţinutul vasului într-un calorimetru cu masa m3 = 300 g, care conţine m4 = 1 kg dintr-un lichid necunoscut, cu temperatura t2 = 10°C. Temperatura finală fiind 0 = 40°C, să se calculeze căldura specifică a lichidului necunoscut (c4). Se cunosc căldurile specifice ale apei, bilei şi calorime- trului: cx = 4 185 J/kg • grad-, c2 = 836 J/kg • grad; c3 = 836 J/kg • grad. 10. într-un vas A se află mr kg de apă cu temperatura tv iar într-un vas B se află m2 kg de apă cu temperatura t2. Dacă într-un vas C se amestecă 1/4 din apa din vasul A cu 1/2 din apa din vasul B se obţine un amestec cu temperatura t3 = 68°C- Dacă într-un vas D s-ar amesteca 1/2 din apa din vasul A cu 1/4 din apa din vasul B, s-ar obţine un amestec cu temperatura <4 = 50°C. Dacă s-ar amesteca apa din C cu apa din D, s-ar obţine 18 kg de apă cu temperatura de 60°C. Ce cantităţi de apă se 113

aflau în vasele A şi B şi ce temperaturi aveau? 3.2. TRANSFORMAREA LUCRULUI MECANIC ÎN CĂLDURĂ 1. De ce se încălzesc saboţii de frînă atunci cînd o maşină frînează? 2. Pe o nicovală sînt puse două bucăţi de sîrmă cu masele identice, una de cupru şi una de aluminiu (cAi > Ccu). Cu ajutorul unui ciocan lovim în acelaşi timp cele două bucăţi de sîrmă. Puneţi apoi mîna pe ele. Vor fi fierbinţi. De ce? Vor fi la fel de fierbinţi? De ce? (Temă experimentală.) 3. Un vas conţine apă, iar altul identic conţine alcool, în cantităţi egale. Efectuînd un lucru mecanic Lx ridicăm temperatura apei cu 1°C, efectuînd un lucru mecanic L2 ridicăm temperatura uleiului tot cu 1°C. a. Sînt egale cele două lucruri mecanice? h. Agităm numai apa efectuînd lucrul mecanic Lx + Lv Va creşte temperatura acesteia tot cu 1°C? 4. Cînd ne frecăm mîinile, cu putere, una de alta, ele se încălzesc, dar în cele din urmă ajung la o temperatură maximă, indiferent de durata frecării. Cum explicaţi această încălzire şi eventuala încetare a creşterii temperaturii? 5; Un autocamion cu masa de 25 • IO2 kg este frînat de la viteza de 72 km/h. Calculaţi căldura de frînare pînă la oprire, considerînd că întreg lucrul mecanic este transformat în căldură. 6. O greutate de 5 N cade de la 1 m înălţime pe o bucată de plumb cu masa de 10 g şi-i cedează sub formă de căldură energia sa cinetică în momentul ciocnirii Cu cît creşte temperatura bucăţii de plumb, ştiind că valoarea căldurii sale specifice este 125 J/kg grad? S - Probleme de fizică. pentru gimnaziu

3.3. TRANSFORMĂRILE IZOBARĂ ŞI IZOCORĂ LA GAZE

1. Exprimaţi legea transformării izobare a unui gaz perfect (ideal) în funcţie de temperatura absolută a gazului. Reprezentaţi apoi grafic această lege în diagrama (F, T). Comparaţi acest grafic cu graficul aceleiaşi transformări din diagrama (F, t). 2. Care din următoarele elemente rămîn constante într-o transformare izobară a unui gaz perfect: a. p = constant; b. F / / = constant; c. F/T = constant? 3. O pompă de bicicletă poate fi folosită pentru studiul transformării izobare a unui gaz perfect? 4. Cîte tipuri de transformări izobare cunoaşteţi? 5. Pentru ca aerul dintr-un cilindru cu piston să-şi menţină aceeaşi valoare a presiunii, cum trebuie să fie pistonul? 6. Cum se numeşte dispozitivul cu ajutorul căruia se măsoară presiunea unui gaz? 7. Definiţi căldura specifică a unui gaz într-o transformare izobară. 8. în diagrama (F, T) trasaţi două izobare ale aceluiaşi gaz perfect. Care izobară corespunde unei presiuni mai mari? 9. Exprimaţi legea transformării izocore a unui gaz perfect în funcţie de temperatura absolută a gazului. Reprezentaţi apoi grafic această lege în diagrama (p, T) şi comparaţi-1 cu graficul aceleiaşi transformări în diagrama (p, <). 10. Care din următoarele elemente rămîn constante într-o transformare izocoră: a. V = constant; 114

b. p/t — constant; c. pjT — constant? 11. Cîte tipuri de transformări izocore cunoaşteţi? 12. Definiţi căldura specifică a unui gaz perfect într-o transformare izocoră. Cum credeţi oă este valoarea sa faţă de valoarea căldurii specifice a aceluiaşi gaz la iresiune constantă? n diagrama (p, T) au fost trasate două izocore ale aceleiaşi mase de gaz. Care dintre ele corespunde unui volum mai mare? 14. Un gaz este încălzit mai întîi izobar şi apoi este încălzit izocor. Reprezentaţi grafic succesiunea acestor transformări în diagramele (F, T) şi (p, T). 15. Un gaz este răcit mai întîi izocor şi apoi este răcit izobar. Reprezentaţi grafic succesiunea acestor transformări în diagramele (F, T) şi (p, T). 16. Un gaz este mai întîi înoăJzit izocor şi apoi răcit izobar. Reprezentaţi grafic succesiunea acestor transformări în diagramele (F, T) şi (p, T).

?

3.4. SCHIMBUL DE ENERGIE PRIN LUCRU MECANIC ŞI CĂLDURĂ 1. Să considerăm un corp oarecare ca fiind format dintr-o mulţime de particule (molecule; atomi) care se găsesc într-o continuă mişcare şi într-o continuă interacţiune. A. Celor două proprietăţi ale particulelor componente le corespunde un anumit tip de energie. a) Mişoării îi corespunde o energie potenţială, iar interacţiunii îi corespunde o energie cinetică. b) Mişcării îi corespunde o energie oinetioă, iar interacţiunii îi corespunde o energie potenţială. B. Suma energiilor tuturor particulelor componente constituie: a) energia cinetică a sistemului; b) energia potenţială a sistemului; c) energia intemă a sistemului. 2. Ştiind că energia internă a unui sistem depinde de temperatură, rezultă că energia intemă este o mărime fizică ce caracterizează: a) starea unui sistem (mărime fizică de stare); b) trecerea unui sistem dintr-o stare în altă stare (mărime fizică de transformare). 3. Vă amintiţi desigur legea conservării energiei mecanice pentru sisteme izolate. Pe baza acestei legi analizaţi şi interpretaţi următorul exemplu: două sfere de plastilină cu masele % = m2 = 100 g se deplasează una spre cealaltă cu viteze egale faţă de sol, % = v2 = 2 m/s. A. Care este viteza unei bile în raport cu cealaltă? B. Care este energia cinetică totală a sistemului celor două bile faţă de sol înainte de ciocnire? C. Prin ciocnire cele două bile au format corp oomun şi s-au oprit. Care este energia cinetică a ansamblului faţă de sol după ciocnire? D. Comparaţi energia cinetică totală a sistemului înainte de ciocnire cu energia cinetică totală a sistemului după ciocnire? Sînt egale? Se respectă legea conservării energiei? a) In acest caz, legea conservării energiei, nu se mai respectă. Ca dovadă energia cinetică totală după ciocnire (0 J) este mai mică decît energia cinetică totală b) înainte de ciocnire (0,4 J). O parte din energia cinetică a celor două bile a fost folosită pentru deformarea acestora, deci s-a transformat îil energie potenţială de deformaţie. Cealaltă parte a energiei cinetice a bilelor a fost preluată de particulele componente, care şi-au intensificat mişcarea de vibraţie. Ca urmare prin ciocnire bilele s-au încălzit. Deci 115

toată energia cinetică pe care o aveau bilele înainte de ciocnire, s-a transformat în energie intemă a sistemului. Deci legea conservării energiei se respectă şi în acest caz. 4. în exemplele care urmează este vorba de cîteva sisteme fizice care la un anumit moment au o anumită energie cinetică sau o energie potenţială. După anumite transformări pe care le suferă sistemele respective, ele se opresc pe suprafaţa solului, încît s-ar părea că energia unor astfel de sisteme nu se mai conservă. Pentru fiecare caz în parte căutaţi unde „s-a ascuns" energia iniţială a sistemului? a. O minge cade de la o anumită înălţime şi după cîteva ciocniri cu solul se opreşte? b. O carte este aruncată pe suprafaţa mesei. După puţin timp se opreşte. c. Frînat brusc, un automobil se opreşte pe distanţa de cîţiva metri. d. Agitaţi cu o linguriţă apa dintr-un pahar. După puţin timp mişcarea apei încetează. e. Puneţi un pendul să oscileze. în scurt timp se va opri. 5. Cum puteţi dovedi că energia intemă a unui gaz ideal a crescut sau a scăzut? 6. Ce semnificaţie energetică atribuiţi faptului că aerul dintr-o cameră este mai cald decît aerul din altă cameră identică cu prima? 7. Care dintre exemplele următoare semnifică transformarea unui lucru mecanic efectuat asupra unui sistem, în energie intemă a acelui sistem? a. Bateţi un cui pe o nicovală cu ajutorul unui ciocan, î. Ridicaţi o piatră de la sol pînă la o anumită înălţime. c. Trageţi de un resort cu o forţă care să depăşească limita de elasticitate a acestuia. ă. împingeţi o barcă pe suprafaţa apei unui lac. e. îndoiţi o sîrmă. f. Freeaţi-vă mîinile, cînd vă este frig. g. Frecaţi două bucăţi de gheaţă. h. Pisaţi o bucată de gheaţă pusă într-un săculeţ. i. Umflaţi o minge cu ajutorul unei pompe de bicicletă, j. Bateţi din picioare, cînd v-au îngheţat de frig. k. Bateţi un ou într-o farfurie pentru omletă, i. Aprindeţi un chibrit. m. Puneţi un chibrit pe o piatră şi-i loviţi cu ciocanul. n. Trageţi de o sanie. j. Aruncaţi o piatră într-un vas cu apă. p. Vă daţi pe gheaţă. v. Ascuţiţi un cuţit cu o pilă. s. întoarceţi un ceas. t. Lustruiţi-vă pantofii. w. Tăiaţi o sîrmă cu o daltă. v. Curăţiţi-vă hainele cu o perie. 8. O minge cade de la înălţimea h şi după ce loveşte solul se ridică pînă la înălţimea h/2. Cît la sută din energia potenţială a sistemului minge — Pămînt s-a transformat în energie intemă a sistemului? 9. Instalaţi un termometru lîngă un ventilator şi citiţi indicaţia sa înainte de a pune în funcţiune ventilatorul. Ce se va întîmplă cu mercurul din termometru, după punerea în funcţiune a ventilatorului? Deci ce puteţi spune despre temperatura şi energia internă a mercurului din rezervorul termometrului? (Gîndiţi-vă la senzaţia de răcoare pe care o aveţi în apropierea unui ventilator. Dar nu vă grăbiţi. S-ar putea ca această informaţie să vă deruteze. Atenţie!) (Temă experimentală.) 10. Sînt numeroase exemplele care dovedesc transformarea unui lucru mecanic efectuat asupra unui sistem în energie intemă a sistemului. Este oare posibilă şi o transformare a energiei interne a unui sistem în lucru mecanic? Adică este posibil ca sistemul să efectueze un lucru mecanic? Pe seama cui? Ca să puteţi răspunde la aceste întrebări, vă oferim un exemplu: atunci cînd apa dintr-un ceainic fierbe, capacul acestuia „joacă“. 11. O bandă de cauciuc devine mâi caldă decît mediul înconjurător, atunci cînd o întindem brusc. Aceeaşi bandă devine mai rece decît mediul înconjurător, atunci cînd o lăsăm să se strîngă brusc. Cum explicaţi? 116

12. Efectuează un gaz vreun lucru mecanic atunci cînd se destinde adiabatic? Dacă este aşa, care este sursa de energie necesară pentru efectuarea acestui lucru mecanic? 13. Exemplele următoare dovedesc posibilitatea efectuării unui lucra mecanic ca urmare a variaţiei energiei interne a sistemului? a. explozia unui cazan cu abur; b. funcţionarea motorului unui automobil. 14. Afirmaţiile următoare se referă la comportarea a două corpuri cu stări de încălzire diferite, puse în contact termic. Care dintre ele sînt adevărate? a. Energia intemă a corpului cald creşte. b. Energia intemă a corpului rece scade. c. Energia intemă a corpului cald scade. d. Energia intemă a corpului rece creşte. e. Energia intemă a celor două corpuri este constană. f. Scăderea energiei interne a corpului cald este egală cu creşterea energiei interne a corpului rece. g. în momentul atingerii echilibrului termic, energia intemă a corpului cald este egală cu energia intemă a corpului rece. h. Temperatura corpului cald creşte. 1. T«mperatura corpului rece scade. j. Temperatura corpului cald scade. k. Temperatura corpului rece creşte. I. Scăderea temperaturii unui corp este egală cu creşterea temperaturii celuilalt. m. La echilibru termic temperaturile sînt egale. 15. Se poate distinge faptul că energia internă a unui corp a fost cîştigată prin absorbţie de căldură sau că a fost cîştigată efectuîndu-se asupra sa un lucru mecanic? 16. Dacă ne-au îngheţat mîinile „suflăm" în ele. Dacă ne-au transpirat mîinile „suflăm" în ele. în primul caz mîinile se încălzesc, în al doilea se răcesc. Explicaţi aceasta. 17. Un alpinist cu masa de 70 kg poate urca, aproximativ 500 m, pe verticală în timp de o oră. a. Cîtă energie potenţială gravitaţională cîştigă alpinistul într-o escaladare de 5 ore a unui munte? b. Corpul omenesc este o maşină chimico-mecanică ineficientă. în cel mai bun caz, muşchii săi eliberează o energie mecanică utilă de numai 25% din energia chimică folosită. Restul de 75% sau mai mult se risipeşte sub formă de căldură. Ţinînd seama de acest randament, cîtă energie chimică foloseşte alpinistul în 5 ore? c. Dacă alpinistul se întoarce de pe munte în fiecare seară, el pierde energia potenţială pe care o cîştigase. De ce nu-i ajută acest lucru la reducerea raţiei de hrană? 3.5. COMBUSTIBILI 1. Se dau: m1 kg de apă cu temperatura tv m2 kg de apă cu temperatura t2 şi m kg de combustibil cu puterea calorică q. a. Se încălzesc cele mt kg de apă prin arderea completă a combustibilului m, apoi se amestecă cu cele m2 kg de apă. b. Se încălzesc cele m2 kg de apă prin arderea completă a combustibilului. Apoi se amestecă cu cele kg de apă. c. Se amestecă cele m1 kg de apă cu cele m2 kg de apă şi apoi amestecul se încălzeşte prin arderea completă a combustibilului. în care din aceste cazuri temperatura amestecului va fi mai mare? 2. Se încălzeşte apă, arzînd o cantitate de combustibil egală cu cantitatea de apă. Să se arate că variaţia temperaturii apei este independentă de cantitatea de apă ce trebuie încălzită. 3. Se încălzesc m1 kg de apă cu temperatura t, prin arderea completă a m2 kg de combustibil cu puterea calorică q. Apoi se încălzesc m2 kg de apă cu temperatura t,

117

prin arderea completă a mx kg din acelaşi combustibil. a. în ce caz va rezulta apă cu temperatura mai mare? Se vor considera cazurile: m1 = m2; m1 > m2. b. Ce temperatură va avea apa obţinută prin amestecul celor două cantităţi după încălzire? Comparaţi-o cu temperatura pe care ar fi avut-o amestecul înainte de încălzire. 4. La un aragaz funcţionează două dintre ochiuri. Pe unul dintre ele este pus un vas cu kg de apă cu temperatura tx, iar pe celălalt un vas identic cu m2 kg de apă cu temperatura t2. Fiecare ochi consumă o cantitate de m kg combustibil cu puterea calorică q. Vor fi egale temperaturile finale ale apei din vase? Se neglijează pierderile de căldură. f b. Ce cantitate de combustibil cu puterea calorică q a fost arsă pentru a încălzi apa dintrun vas, dacă prin răcirea apei de la temperatura finală la cea iniţială s-a eliberat căldura Q? Se neglijează pierderile de căldură. 6. Căldura eliberată de 1 kg de benzină prin ardere completă este suficientă pentru a încălzi cu 1°C cantitatea de 1 kg de benzină? De ce? ^ 7. Ce legătură este între puterea calorică şi căldura specifică a unui combustibil dacă prin arderea completă a unui kilogram din acel combustibil reuşim să încălzim cu 1°C o cantitate de 1 kg din acelaşi combustibil? 3.6. MOTOARE TERMICE. RANDAMENT

1. Este posibilă funcţionarea unui motor termic fără un consum de energie? Pe baza

cărei legi din fizică veţi formula răspunsul la această întrebare? 2. Principiul de funcţionare al unui motor termic se bazează pe posibilitatea transformării: a) unei energii inteme în lucru mecanic; b) unui lucru mecanic în energie intemă. 3. Arderea completă a combustibilului în interiorul unui motor de automobil ar face ca randamentul acestuia: a) să crească; l) să scadă; c) să rămînă neschimbat. 4. în ce condiţii credeţi că s-ar putea construi un motor care să funcţioneze cu un randament de 100%? Oare, este posibil acest lucru? 5. Care dintre exemplele de mai jos reprezintă nişte motoare termice? a. Motorul unei rachete. b. Motorul unui strung. c. Centrala termică. d. Motorul unui automobil Dacia 1300. e. Motorul unei maşini de spălat rufe. f. Motorul unei motociclete. g. Motoraşul unei jucării. h. Motorul unui avion. i. Motorul unui vapor, j. Locomotiva electrică. k. Locomotiva Diesel hidraulică. I. Locomotiva cu abur. m Motorul aparatului de proiecţie cinematografică, n. Motorul maşinii de bărbierit. 6. După ce aspecte exterioare deosebim un motor termic de un motor electric? ^ -7. Un motor Diesel cu randamentul 7] = 27% şi puterea utilă Pu — 100 CP funcţionează timp de 1 h. Cîtă motorină cu puterea calorică q = 44 MJ/kg a consumat? + 8. Ce distanţă poate parcurge un automobil Dacia 1300, consumînd benzina dintr-un rezervor plin, rulînd cu viteza constantă v = 80 km/h, dacă puterea utilă a motorului 118

este Pu = 50 CP, iar randamentul său este t] — 60%? Volumul rezervorului este 7 = 50 dm3, densitatea benzinei este p =700 kg/m3 şi puterea calorică a benzinei folosite este q = 44,16 MJ/kg. 3.7. FORME DE PROPAGARE A CĂLDURII 1. Se poate aprecia conductibilitatea termică diferită a metalelor prin pipăire? Cum explicaţi? 2. Un calorimetru se face din metal? De ce? 3. înveliţi un cilindru de fier ou o foaie de hîrtie şi ţineţi-1 deasupra unei flăcări. Se aprinde hîrtia? De ce? (Temă experimentală.)

119

4. Oţelarii trebuie să lucreze în condiţii grele, avînd de-a face cu metalul incandescent, a

cărui suflare fierbinte frige în adevăratul sens al cuvîntului. S-ar părea că pentru a le înlesni condiţiile de lucru, echipamentul de protecţie al fumaliştiîor ar trebui să fie confecţionat numai din materiale izolante. Cu toate acestea îmbrăcămintea de protecţie a acestora este acoperită cu un strat subţire de metal. Cum justificaţi? 5. Aţi auzit de un vas din hîrtie, care să fie pus direct la flacără şi să nu se aprindă? Pare aproape imposibil de crezut şi totuşi încercaţi. Veţi reuşi, dar mai întîi umpleţi-1 eu apă. (Temă experimentală.) 6. într-o bară metalică cu lungimea de 1 m au fost făcute din loc în loc nişte scobituri în care s-au introdus rezervoarele unor termometre. Se introduce un capăt al barei într-o flacără. Cum vor evolua indicaţiile termometrelor? 7. Un explorator al stratosferei povesteşte: „La două dintre ridicările mele în stratosferă, efectuate la aceeaşi înălţime, am constatat nişte fenomene ciudate. Prima dată, cabina balonului era vopsită jumătate alb şi jumătate negru, eu avînd posibilitatea s-o rotesc. O defecţiune m-a împiedicat, iar după un timp temperatura în cabină a crescut considerabil, ajun- gînd la +35°C. Era de nesuportat! în al doilea caz, cabina balonului a fost vopsită în întregime în alb. Şi am urcat la aceeaşi înălţime ca prima dată. Condiţiile meteorologice erau aceleaşi. Dar să mor de frig, alta nu! Termometrul arăta —15°C. Stau şi mă întreb oare ce se întîmplase?“ Voi ce credeţi? 8. De ce oare, vara ne îmbrăcăm cu haine de culoare deschisă, iar iama cu haine de culoare închisă? 9. Ţevile folosite la construcţia panourilor solare sînt vopsite în negru. De ce? 10. într-o incintă vidată, pe două suporturi izolatoare, sînt puse două sfere metalice cu temperaturi diferite. După un timp îşi vor egala temperaturile. De ce? 11. Cînd ne încălzim mîinile în apropierea unui foc, prin ce procedeu se propagă căldura pînă la noi? 12. Globul de sticlă al unui bec se încălzeşte de la filamentul incandescent al acestuia. Ştiind că el este vidat, cum explicaţi încălzirea sa?

IV. STĂRI DE AGREGARE A SUBSTANfîli

4.1. STRUCTURA SUBSTANŢEI /1. Dacă masa unei molecule de hidrogen este 3,346 • 10~27 kg, care este masa unui atom de hidrogen? / 2. Cunoscînd masa unei molecule de apă (3 • IO-26 kg) şi masa unui atom de hidrogen (1,673 • IO-27 kg), calculaţi masa unei molecule de oxigen. 3. Tumînd 1 cm3 de alcool etilic în apa unui ocean, să considerăm că acesta s-ar distribui uniform în toate mările şi oceanele globului, al căror volum însumează 1,37 • IO 9 km3. Ştiind că fiecare decimetru cub de apă, indiferent de unde am lua-o ar conţine 8 molecule de alcool etilic, cîte molecule conţine 1 dm3 de alcool etilic? Cîte molecule conţine 1 kg de alcool etilic, dacă densitatea sa este 0,8 g/cm3? 4. Punînd unul lîngă altul cei IO20 atomi conţinuţi de 1 mm3 de fier, s-ar obţine un lanţ cu lungimea de 2 • IO7 km. Calculaţi diametrul unui atom de fier? 5. Dilatarea sau contractarea unui corp înseamnă creşterea sau micşorarea dimensiunilor moleculelor care îl compun? 6. Comprimarea sau destinderea unui gaz înseamnă micşorarea sau mărirea dimensiunilor moleculelor care îl compun?

7. Puneţi cîteva picături de apă între două lame de sticlă. încercaţi apoi să depărtaţi lamele. Vă va fi foarte greu. De ce? (Temă experimentală.) 8. Moleculele tuturor corpurilor manifestă două proprietăţi de bază: sînt în continuă mişcare şi în continuă interacţiune. Daţi exemple prin care să evidenţiaţi aceste proprietăţi. 4.2. PROPRIETĂŢILE FIZICE GENERALE ALE SUBSTANŢELOR 120

1. FAZA GAZOASĂ 1. Dacă urechile noastre ar fi de cîteva ori mai sensibile, atunci am auzi un zgomot continuu. Ştiţi cui s-ar datora el? 2. încercaţi să faceţi o analogie între viteza de propagare a unui fenomen de difuzie şi viteza de înaintare a unui om care aleargă printr-o sală plină cu oameni sau printr-o pădure deasă. în acest fel veţi reuşi să înţelegeţi o situaţie aparent paraT doxală: deşi viteza unei molecule este de ordinul 1 km/s, totuşi viteza difuziuni1 moleculare este de ordinul 1 cm/s. 3. Este posibil ca în timpul mişcării dezordonate, moleculele unui gaz să se separe de moleculele celuilalt gaz? 4. O masă de gaz în care există diferenţe de presiune sau diferenţe de temperatură, sau diferenţe de densitate, este o masă în echilibru? 5. Se pot forma curenţi de convecţie într-o masă de aer în echilibru termic? 6. Dacă gazele sînt expansibile, cum explicaţi faptul că Pămîntul şi-a menţinut atmosfera, în timp ce Luna nu are atmosferă? 7. Ce legi cunoaşteţi privind comportarea corpurilor gazoase? 8. La puţin timp după ce trece o maşină simţim că trece pe lîngă noi un curent de aer în acelaşi sens cu sensul de mişcare al maşinii. Cum explicaţi? 9. Viteza vîntului creşte sau scade, atunci cînd altitudinea creşte? De ce? 10. Se dau doi cilindri coaxiali (fig. VII.114). Cel exterior este rotit de un motor, iar cel interior este suspendat de un fir subţire. Ce se va întîmplă dacă punem în mişcare cilindrul exterior? Cum explicaţi? Ce s-ar observa dacă experimentul s-ar face pe Lună? 11. Cum explicaţi creşterea presiunii unui gaz prin încălzire?

2. FAZA LICHIDĂ 1. într-un vas cu apă, lăsaţi să cadă cîteva picături de cerneală. Ce veţi constata? Cum explicaţi? (Temă experimentală.) 2. Care dintre afirmaţiile de mai jos sînt adevărate? a. Viteza apei unui rîu este mai mare la adîncime decît la suprafaţă. b. Viteza apei unui rîu este mai mare la maluri decît la mijlocul rîului. Justificaţi răspunsul vostru. 3. Dacă printr-o conductă curge apă, viteza sa este: a) aceeaşi în orice punct al unei secţiuni transversale a conductei; b) mai mare în punctele laterale decît în punctele centrale; c) mai mare în punctele centrale decît în punctele laterale. 4. Care este forma suprafeţei libere a unui lichid în echilibru într-un vas în repaus, departe de pereţii vasului? 5. Examinaţi forma suprafeţei apei dintr-un vas în apropierea peretelui vasului. Are importanţă faptul că vasul este de sticlă sau din parafină? Examinaţi forma suprafeţei mercurului dintr-un vas în apropierea peretelui vasului. Are importanţă faptul că vasul este de sticlă sau de fier? (Temă experimentală.) 6. Forma suprafeţei unui lichid în apropierea peretelui vasului depinde de: a) natura lichidului; b) natura peretelui vasului; e) natura lichidului şi natura peretelui vasului. 7. Dacă forţele de coeziune moleculară a apei ar fi mai mari decît forţele de adeziune dintre moleculele apei şi moleculele pielii noastre, ne-am mai putea spăla cu apă? 8. De ce nu ne putem spăla pe mîini cu apă, atunci cînd mîinile ne sînt unsuroase? 9. în apropierea unui perete de gheaţă ce formă are suprafaţa apei? Apa udă gheaţa?

121

(Temă experimentală.) 10. Aşezaţi un inel de aţă, pe pelicula de lichid gliceric de pe un cadru de sîrmă. Cu un ac, înţepaţi membrana în interiorul conturului neregulat al firului. Ce formă va lua firul? Dovedeşte acest rezultat faptul că suprafaţa peliculei are tendinţa de a-şi micşora aria, asemenea unei membrane elastice întinsă? (Temă experimentală.) 11. Confecţionaţi un dreptunghi avînd două din laturile paralele din sîrmă, iar celelalte două din aţă subţire. Introduceţi dreptunghiul într-un lichid gliceric. Ce formă va avea pelicula de lichid după ce veţi ridica dreptunghiul? (Temă experimentală.) 12. Confecţionaţi un cub ale cărui laturi să fie făcute din sîrmă subţire. Introduceţi-1 în lichid gliceric. Descrieţi ce se va observa şi motivaţi de ce. (Temă experimentală.) 13. Luaţi două plăci de sticlă, bine curăţite. Puneţi-le în poziţie verticală într-un vas cu apă colorată, la distanţa de 2 mm. Adîncimea apei să fie mai mică decît înălţimea plăcilor. Apa se va afla şi între plăci la acelaşi nivel cu apa din vas? Apropiaţi plăcile. Ce observaţi? (Temă experimentală.) 14. Introduceţi, în ceaşca cu ceai, numai un colţ al unei bucăţi de zahăr. în scurt timp toată bucata de zahăr se umezeşte. Cum explicaţi? 15. Cum explicaţi urcarea umezelii prin pereţi? 16. Puneţi într-un pahar o linguriţă de ulei de bucătărie. Adăugaţi alcool etilic pînă acoperiţi stratul de ulei, apoi turnaţi apă. Ce observaţi pe măsură ce adăugaţi apă? (Temă experimentală.) 17. De ce o picătură de mercur pusă pe masă nu are formă sferică? 18. în absenţa unor forţe exterioare, o picătură de lichid va lua o formă geometrică cu aria suprafeţei minimă, datorită forţelor de tensiune superficială. Pentru un volum dat, corpul care are aria suprafeţei minimă este: a) un cub; b) o sferă; c) un con. 19. Ce consecinţă are, asupra ariei suprafeţei, unirea a două picături de mercur eu raze egale? 20. Pentru unirea a două picături de mercur.este neeeaar un consum de energie? Dar pentru ruperea unui picături? 1. Sînt în mişcare moleculele corpurilor solide? Dar în interacţiune? Comparaţi aceste proprietăţi cu aceleaşi proprietăţi ale moleculelor corpurilor gazoase şi lichide. 2. Toate corpurile (gazoase, lichide, solide) opun rezistenţă la micşorarea volumului. Care dintre ele opun rezistenţă şi la schimbarea formei? 3. Deformarea unui corp solid determină variaţia volumului acestuia? Dar aria . suprafeţei sale se modifică? 4. Prin ce se deosebesc corpurile cristaline de cele amorfe? 5. Presupunînd că moleculele unui corp solid ar fi de forma unor sfere identice, cîte molecule se pot grupa în jurul unei molecule date, pentru a forma o structură compactă, ştiind că centrele sferelor sînt în acelaşi plan. 6. Corpurile amorfe nu au punct de topire bine determinat. Ce importanţă are acest fapt, în industria de prelucrare a sticlei? 7. Există corpuri solide a căror rezistenţă mecanică este mai slabă pe anumite direcţii. Această proprietate se numeşte clivaj. Un corp care are această proprietate este izotrop sau anizotrop? Daţi exemple. 4.3. TRANSFORMĂRI DE STARE DE AGREGARE 1. Cum explicaţi faptul că geamul de la bucătărie se abureşte mai mult decît 122

geamul de la dormitor? 2. Cînd se aburesc ochelarii: cînd trecem de afară în cameră, sau cînd trecem din cameră afară? 3. Cum explicaţi formarea picăturilor de ploaie? 4. Sînt vapori de apă, în aerul pe care îl respirăm? Cînd se observă mai uşor acest lucru? Cum explicaţi? 5. Ce condiţie trebuie îndeplinită, pentru a putea separa două lichide prin distilare fracţionată? 6. Se ştie că difuziunea a două lichide miscibile este un fenomen ireversibil. Şi totuşi, prin distilare, se reuşeşte separarea componentelor amestecate. Această separare s-a realizat de la sine, sau a necesitat un consum de energie? 7. Prin topire, gheaţa absoarbe sau cedează căldură? Ce se întîmplă cu energia intemă a gheţii prin topire? 8. Prin îngheţare, apa absoarbe sau cedează căldură? Ce se întîmplă cu energia intemă a apei prin solidificare? 9. 1 kg de gheaţă cu temperatura de 0°C şi 1 kg de apă cu temperatura de 0°C, sînt în echilibra termic? 10. Este suficient să încălzim o bucată de plumb pînă la temperatura de topire (327°C) pentru ca aceasta să se topeasoă? 11. Căldura necesară topirii unui kilogram de plumb la presiune atmosferică normală este de 20900 J. a. Ce condiţie trebuie îndeplinită pentru ca, absorbind această căldură, bucata de plumb să se topească? £>. Ce căldură va elibera aceeaşi cantitate de plumb în timpul solidificării? " 12. 1 kg de Al aflat la temperatura de topire (660°C) şi 1 kg de Fe aflat la temperatura de topire (1 535°C), vor necesita pentru topire călduri egale? 13. Cunoscînd căldura specifică a gheţii (2 090 J/kg • grd), căldura latentă de topire a gheţii (3,3 • IO5 J/kg) şi căldura specifică a apei (4 185 J/kg • grd), stabiliţi care dintre următoarele transformări necesită un consum mai mare de căldură: a. încălzirea cu 1°C a 1 kg de gheaţă de la temperatura de —10°C pînă la temperatura de —9°C; l. transformarea a 1 kg de gheaţă cu temperatura de 0°C în apă cu temperatura de 0°C; c. încălzirea cu 1°C a 1 kg de apă de la temperatura de +9°C pînă la temperatura de flO°C. 14. Ce căldură este necesară, pentru ca dintr-un bloc de gheaţă cu masa de 5 kg şi cu temperatura de — 10°C să obţinem apă cu temperatura de +10°C? Cîtă căldură ar mai trebui, pentru ca din apa astfel obţinută să rezulte 5 kg de vapori de apă? (c gheaţ&= 2 090 J/kg • grd; h„p. = 3,3 • 105J/kg; capa=4185 J/kg • grd; ^■vaporizare = 23 • IO5 J/kg.)

INDICAŢII ŞI RĂSPUNSURI

1.1. FORŢA 1.

EFECTELE INTERACŢIUNII

3. Şina.

5. Mingea interacţionează numai cu Pămîntul dacă, din aruncare, pătrunde direct în coş. Este vorba în acest caz de un efect dinamic al unei interacţiuni. Mingea poate să interacţioneze şi cu panoul şi cu inelul coşului. în aceste cazuri avem de-a face atît cu efecte dinamice cît şi cu efecte statice. 9. Nu, deoarece Luna nu are atmosferă. 11. a. (.N); b. (L); c. (R); d. (M).

2. FORŢA — MĂRIME VECTORIALĂ 1. A măsura o forţă înseamnă a o compara cu o altă forţă, aleasă prin convenţie ca unitate de măsură. 3. Modulele forţelor sînt egale, punctele de aplicaţie coincid, iar direcţiile sînt diferite. Ca urmare vectorii care reprezintă aceste forţe nu sînt identici. 4. Din notaţia F = 20 N, lipsesc informaţii referitoare Ia orientarea forţei. Din desen, lipsesc informaţii referitoare la modulul forţei. 5. Fx = 177 N; F2 = 118 N. 6. F1 *= 102 N; Ft = 118 N. —>

—>■

^^

8. Nu. Fx =£ Fz, chiar dacă Fx = F2, deoarece orientările lor sînt diferite. 3. COMPUNEREA FORŢELOR CONCURENTE 4. e. 5. F = 5 N. 6. Cele două forţe n-au fost reprezentate la aceeaşi scară, iar unghiul dintre ele n-a fost măsurat exact. 7. Da. Atunci cînd unghiul dintre direcţiile celor două forţe este de 120°. 9. a. Direcţia firului şi direcţia forţei rezultante coincid. b. F = 50 N. 11. Modulul forţei rezultante este F = 100 ]/ 3 N. Direcţia forţei rezultante coincide cu direcţia diagonalei cubului, care pleacă din originea comună a celor trei forţe. 12. F — 0. 13. Compunînd grafic prin regula paralelogramului oricare două forţe, rezultanta este egală în valoare, are aceeaşi direcţie, dar este orientată în sens opus faţă, de cealaltă forţă.

4. TIPURI DE FORŢE Forţa de greutate 5. în punctul de pe Pămînt care este simetricul, faţă de centrul Pămîntului, locului unde ne aflăm. 8. îndoind frînghia. 10. e). Forţa elastică 1. Nu. Este forţa elastică din praştie. .4. Da. 8. în cădere scaunul comprimă un resort. Forţa elastică din resort opreşte scaunul.

124

9. Fe = 45 N. Forţa de frecare 2. Indicaţia dinamometrului reprezintă tensiunea (forţa) din fir. Valoarea sa este egală cu valoarea forţei de frecare. 4. Mărimea forţei de frecare nu depinde de ariasuprafeţei de contact a corpurilor. 5. Mărimea forţei de frecare este direct proporţională cu valoarea greutăţii corpului. 6. Mărimea forţei de frecare depinde de natura suprafeţelor aflate în contact. 9. a. Dv b. Dt indică = Ffl + Ff2 + Ff3 = F; Dz indică F2 = Fft + Ffa; Dz indică Fz = Ff3.

5. PRINCIPIUL ACŢIUNILOR RECIPROCE 1. Forţa cu care omul împinge în perete este acţiunea F. Forţa cu care peretele reacţionează asupra omului este reacţiunea R. Conform principiului acţiunilor reciproce R = — F. Efectele celor două forţe nu sînt comparabile, deoarece masele corpurilor nu sînt comparabile. 2. Căruciorul se deplasează în sens invers. 3. Bila interacţionează cu suportul, prin intermediul firului şi cu Pămîntul. Asupra bilei acţionează două forţe a căror rezultantă este nulă. 4. în total apar 12 forţe. Asupra fiecărui corp acţionează 3 forţe. 6. Partea inferioară a mingii se deformează ca urmare a reacţiunii suprafeţei pe care se află mingea, iar partea superioară se deformează ca urmare a acţiunii piciorului. ■* 9. Acţiunea celuilalt copil (F)\ greutatea sa (O); reacţiunea suprafeţei pe oare se sprijină R. 12. Şi acul atrage Pămîntul, dar masa Pămîntului fiind foarte mare în comparaţie cu masa acului, efectul acestei forţe este neglijabil. 15. Nu. Maimuţa trage de oglindă cu o forţă, iar oglinda reacţionează cu o forţă egală ca valoare dar de sens contrar. 16. La jumătatea distanţei iniţiale dintre copil şi sanie. 1.2. LUCRUL MECANIC ŞI ENERGIA MECANICĂ 1. MIŞCAREAMECANICĂ. DEPLASAREA 1. A.

= 0; t2 = 1=^;

tt = fcis>. V

B-dy = 4(l —10); d2 = 3 d5

V

(Z = 0.

— î0);

V

da

= «Lzlâ. V

= 2 (l— l0); dt

=î

l0\

C.
125

D = v • t = 1 500 m. Distanţa dintre doi stîlpi vecini este: , D 1 500 ra

d = -------- = ---------------- = 187,5 m. N—1

8

3. Mobilele se deplasează în sensuri opuse. Deplasările fiind egale dar de semne opuse, rezultă că deplasarea unui mobil este pozitivă, dacă mobilul se mişcă în sensul pozitiv al axei şi negativă dacă mobilul se mişcă în sens invers. 4. d3 = 3

2

5. dx = —10 m. 2. LUCRUL MECANIC 3. Lucrul mecanic este o mărime fizică scalară. 4. Lucrul mecanic este o mărime fizică derivată. Joulul este o unitate de măsură derivată. 5. A măsura un lucru mecanic înseamnă a-l compara cu alt lucru mecanic, ales prin convenţie ca unitate de măsură. 6. Aria suprafeţei haşurate este egală cu lucrul mecanic al forţei respective: L = 10 N • 2 m = 20 J. 7. a. Mărimea forţei ce acţionează asupra corpului este variabilă. ,T

lON-lOm

b. L -- ---------------

cn T

50 J.

2

8. = Zrg = 4 J. 9. Lx = 40 J; L2 = 60 J. 10. Lf = 24 N. 11. Lucrurile mecanice sînt egale. 12. Nici una din forţele reprezentate nu efectuează lucru mecanic. 13. II. LAB — 0; LBC = Gh\ Lcn = 0; L^ = Gh; LEp = 0. III. Laf = G • 2h. (Lucrul mecanic al forţei de greutate depinde de diferenţa de nivel dintre cele două puncte. Acest lucru mecanic nu depinde de lungimea drumului între cele două puncte.) IV. Dacă sîrma este aşezată în poziţie verticală, atunci LAF = G • 5ft = Lmax. Dacă sîrma este pusă în poziţie orizontală, atunci LAF = 0 = Lmin. 14. în ambele cazuri. 3. PUTEREA MECANICĂ 1?om = yWî Pmacara = 200 W.

2. Puterea mecanică este o mărime fizică derivată. Wattul este o unitate de măsură derivată. 3. A măsura o putere mecanică înseamnă a o compara cu altă putere mecanică, aleasă prin convenţie ca unitate de măsură. 4. P = 20 W. 5. Px = Pz = 10 W. 6. P = - = — = F • v = 12 • IO5 W. tt

7. F = 3 680 N. 9. a. Lx — L2; b. Px < P2. 126

10. P = 245 W. 4. MECANISME SIMPLE Pîrghia 9. Echilibrul pîrghiei se păstrează. 10. AC-F = [ĂB + ^-G-,AC = ^AB + |]-|; 4C = 27,5 cm. 11. F = 4500 N. 12. Pîrghia nu este corect folosită. Forţa activă va trebui să fie mai mare decît forţa rezistentă, deoarece braţul forţei active este mai mic decît braţul forţei rezistente. 13. Nu. Seripetele

2 .F=GX~ Gt. 3. Nu. 4 Gx = G2 — 2 548 N; mx = m2 = 260 kg. F = G + YF\ + F'i = 239 N. 7. datorită frecării, forţa de tracţiune va fi mai mare decît greutatea corpului. ?. şi translaţie, li F = ff, —2*G1 = 196N. lî. F- = - = 500 N; F2 = — = 250 N. 2 4 14. v — 2 m/s. 15. jfy; Fc > Gt + F^; Fp > F/— (?t. 5. A coboară; B urcă. 6. b. 8. c. 9. F = R = 300 N. 11. FA = Gf; FB = GJ2. 12. Ft = Gt = G-j — 400 N. 13. în ambele cazuri lucrul mecanic este acelaşi. 15. b. 16. a. 17. R=Gt-Ff = 0. 18. în cazul urcării în zigzag forţa de tracţiune este mai mică dar creşte deplasarea. 5. RANDAMENTUL MECANIC

1. Lucrul mecanic al oricărei forţe rezistente se numeşte lucru mecanic util (Lu). Lucrul mecanic al oricărei forţe active se numeşte lucru mecanic consumat (Lc). Raportul acestora se numeşte randament mecanic: „ Ar 2. Cazul 1: F = R' — = 225 N. bp

^~LC~ Lp'

„

127

Cazul2: ’/} = — =

unde

Lp F-dp

dR şi dF reprezintă deplasările punctelor de aplicaţie ale forţei rezistente şi respectiv forţei active. Dacă rotaţia pîrghiei se face cu un unghi mic, atunci: ; dp 3 y) = — =

bp’

7J N.

= R' h.R...p = ?-• F •bp’

7)'

hlL

bp

du

L c L p F • d p Pentru scripetele fix, dR — dp,

deci 7] = R/F. Datorită frecării F > R, rezultă că vj < 1. 5. r; = 80%. 6. v; =

Ga + F

G0 + F = F = ——G0 = 130 N. 7)

7. a. F-, = —= 6030 N; F2 3rrt

8

= —

Lc

Y)

=— = 5276,25 N; F3

=£

3>)8

=— Lp

= 4 690N.

3r]3

=^‘

F • ăp

Jt

Deoarece dF = 2 ■ dR, rezultă: r\ = — . Deoarece > Rj2, rezultă: 73 < 1. 9. Y] = —; 2^ = —= 312,5 N. 2F

2-TJ

10. 7J = ^

= AL^S; p = *1^5. = 312,5 W.

Lc P c - <

11. a.

Pc-t

71

F,

= — == 3 015

2-TH

F2 = —^ = -2— = 879,375 N; 2-712

-t

N; 6

6 •

' "02

F3 = ~~ = t—'= 781,8(6) N. 2-7)3

b. Fx —

6-7)3

— Fş = 2 110,5 N.

12. — = 2. F

13. 7] =7h-7]2 = 48%. 14. Fx

1

=

— = 312,5

47),

N;F. = — = 500 N. 2

4 7)2

15. Ca*wZ 1: F = — = 625 N.

y

1

Cazul 2: F = — = 500 N. I 16. Cazul 1: F = -

—

l-7)s-7)p

CazwZ 2: F =

-

= 500

=781,25

N.

N.

6. ENERGIA MECANICĂ — MĂRIME DE STARE 1. a) L = F - d ^ 30 J; b) EC = L = 30 J. 2. F1-d1 = F2- d2; dt = 3. Ec = 24 • IO5 J. 4. ^ = u2. 5. WÎ2 = 4 mv

6 Fl=F2 = F3 = Qj3 = 4221 N. 128

== 4 m.

=

250

6. «; 0; ftj 8-IO6 J; e) 32 • IO8 J. 7. Dacă direcţia forţei este perpendiculară pe direcţia deplasării corpului, atunci energia cinetică a acestuia nu se modifică. 9. A. b; B.b 14. AEz^ = m • g • Ah = m • g ■ v • M = 490,5 J. 17. j. ambele; b. 0; c. 1000 J; d. — 1 000 J; e. 0; f. — 1000 J. 1*. Crerre. deoarece centrul de greutate se ridică. 19. Scîdr. deoarece centrul de greutate coboară. 20. Scade

gimnaziu

3. Considerăm un corp la înălţimea \ deasupra solului, în repaus faţă, de acesta. Energia mecanică a sistemului corp — Pămînt, corespunzătoare acestei st&ri este: Et = mghv Lăsat liber, corpul cade pe verticală. In momentul în care corpul se află la înălţimea h2 deasupra solului, energia mecanică totală a sistemului corp — Pămînt este: c

e2

= 'mK + — •

Dacă mişcarea corpului s-a efectuat în vid, atunci energia mecanică a sistemului s-a conservat, adică: Ex — Et. Rezultă: mg\ = mgh2 + y; v7 = 2g(k1—h2)\ v = j/ 2g(hl—h2). Concluzie: cînd un corp cade în vid în cîmp gravitaţional viteza sa nu depinde de masa acestuia, c 4. h — 5 m. 5. Căzînd de la înălţimea de 4,9 m ar ajunge la sol cu viteza vx = ]/2gh = 9,8 m/s. Cum v < vv înseamnă că el a întîmpinat rezistenţă din partea aerului. 7. Energia potenţială gravitaţională a crescut cu 60%. 13. 1 — graficul variaţiei energiei mecanice totale; 2 — graficul variaţiei energiei cinetice; 3 — graficul variaţiei energiei potenţiale gravitaţionale. 14. = 8 m; h2 = 6,4 m; 15. I = 5 m ; v = 10 m/s. 1.3. ECHILIBRUL MECANIC AL SOLIDULUI 1. MOMENTUL FORŢEI. CONDIŢII DE ECHILIBRU. CUPLU DE FORŢE

12. în cazurile A şi C discul nu se roteşte, deoarece momentele celor două forţe sînt egale în valoare. în cazurile B şi D discul se roteşte, deoarece momentul uneia din forţe este mai mare decît al celeilalte.

15. F = - = 5 000 N. 2

16. Deşi forţele care acţionează asupra capetelor pîrghiei sînt egale (368), momentele lor faţă de punctul de sprijin nu sînt egale. Pîrghia nu este în 7 PRESIUNEA HIDROSTATICĂ. VASE COMUNICANTE

2. Presiunea exercitată pe fundul vasului este mai mare în vasul în care înălţimea coloanei de lichid este mai mare. 818. ~OB = R- O A; F = 2 ■ # • — = 200 N. 2 ' OB

129

echilibru. Centrul de greutate 1. a. Spre capătul din care n-am tăiat; b. 0,5 cm; e. 9,5 cm; d. 5 om. O- , L 10

%. d — — = - - cm. 2K 71 4. La decuparea unei fîşii, centrul de greutate se deplasează pe o distantă de 0,5 cm. 5. b. 8. în timp ce omul merge, centrul său de greutate urcă şi coboară, deci lucrul mecanic al forţei de greutate a omului nu este zero. 3. ECHILIBRUL CORPURILOR SUB ACŢIUNEA GREUTĂŢII 1. şi B2 echilibru instabil; B3 echilibru stabil. 8. Echilibru instabil. 11. Echilibru stabil. 20, Plecînd din repaus, aplecăm puţin corpul înainte, ridicăm un picior de pe sol şi-i ducem înainte. în această situaţie, perpendiculara coborîtă dm centrul de greutate al omului va cădea în afara suprafeţei de sprijin a piciorului rămas pe sol şi deci ar trebui să cădem în faţă. Preîntâmpinăm acest fapt, punînd pe sol piciorul pe care l-am dus înainte. 1.4.ECHILIBRUL MECANIC AL FLUIDULUI 1. PRESIUNEA. UNITĂŢI DE MĂSURĂ ALE PRESIUNII

5. S = 30 X 0,3 X 2 = 18 cm9 = 0,0018 m2; O = m • g = 60 X 9,8 = 588 N; p = Q/s = 326 667 Pa. 7. Tancul apasă pe o suprafaţă mult mai mică, în cazul cărămizii, decît în cazul asfaltului. Presiunea fiind mult mai mare în primul caz, cărămida se sparge. 8. Presiunea exercitată de ac este foarte mare. 9. P = 122 500 Pa. 10. 8 = 0,01 m2. 11. P = 30 576 Pa. 12. P = 122 449 Pa = 1,22449 bar = 1,208 atm.

pra lichidului, în aşa fel încît pe nivelul B presiunea să fie egală eu presiunea

130 9*

atmosferică. Jetul de apă curge uniform, viteza lui depinzînd numai de grosimea stratului de apă BC. b) Cînd nivelul apei scade sub nivelul punctului B, jetul de apă nu mai curge uniform, viteza fiind din ce în ce mai mică, pe măsură ce nivelul se apropie de C. c) Prin robinetul situat între A şi B intră aer, în această parte a vasului presiunea fiind mai mică decît presiunea atmosferică din exterior. 9. c. 10. A (c); B (e); C (a). 11. c. 12. Pentru a putea măsura presiuni cît mai mici, în tubul manometric trebuie să introducem alcoolul, care are densitatea mai mică decît apa sau decît mercurul. 13. ă. 14. A (a); B (a). 15. A. (c); B. (c). 16. a. Discul nu se va desprinde datorită presiunii hidrostatice pe care o exercită apa asupra discului. b. Discul se va desprinde atunci cînd nivelul apei în cilindru va fi acelaşi ca şi în vas. în acest caz, la nivelul discului, presiunea hidrostatică a apei din cilindru este egală cu presiunea hidrostatică a apei din vas. 17. La bază presiunea hidrostatică este mult mai mare şi de aceea grosimea barajului trebuie să fie mai mare. 18. b. 19. Masa coloanei de apă aflată în cilindru deasupra nivelului apei din vas, trebuie să fie egală cu masa corpului: m = pSh; h = m/pS = 5 cm. 20. e. 21. 9 800 Pa. 25. 13,6 cm. 3. LEGEA LUI PASCAL

3. Apa din vasul superior curgînd în vasul inferior determină o creştere a presiunii aerului, presiune care se va exercita şi asupra lichidului din vasul mijlociu. Datorită acestei presiuni apa urcă prin tubul ce face legătura cu vasul superior şi ţîşneşte atîta timp cît mai există apă în vasul mijlociu. 4. înălţimea la care va fi aruncat jetul de apă va depinde de diferenţa de nivel a eelor două vase situate spre baza desenului. 5. F2jF1 = 100. 6. = 12. 4. PRESIUNEA ATMOSFERICĂ

3. Apa urcă în cilindru datorită presiunii atmosferice exercitate asupra lichidului din vasul

deschis. înălţimea maximă la care ar urca jetul de apă ar fi aceea oare ar determina o presiune hidrostatică egală cu presiunea atmosferică. 5. Presiunea atmosferioă exercitată pe suprafaţa lichidului din vas se transmite şi asupra lichidului din sticlă, menţinînd apa în aceasta. Cînd nivelul apei din vas scade, apa curge din sticlă pînă ce nivelul atinge din nou gîtul sticlei. 8. Presiunea atmosferică este echilibrată de presiunea unei coloane de apă cu înălţimea mai mare de 10 m. în aceste condiţii tubul Torricelli ar trebui să aibă o lungime de peste 10 m.

9.

10. 11. 12. 13. 14. 16. 17.

Se introduce pipeta într-un lichid şi se astupă capătul superior. în acest fel presiunea atmosferică va menţine coloana de apă rămasă în pipetă. 150 000 N. 101 292 N/m2. Presiunea atmosferică se exercită pe ambele feţe ale colii. a) 162 068 N; i) Presiunea se exercită pe ambele feţeale uşii. ■ a) 40 800 N/n*2; 102 000 N/m2; b) 12 240 000 N; c) Datorită presiunii mai mici din afara avionului, aerul ar ieşi cu viteză mare din avion spre exterior, Datorită presiunii atmosferice. 131 a. Tubul nu se va umple complet cu mercur, presiunea atmosferică putînd echili bra o coloană de mercur de aproximativ 76 cm. b. Tubul se va umple complet cu apă, presiunea atmosferică putînd echilibra o coloană de apă cu lungimea mai mare de 1 m.

19. 1054 m.

1.5. ECHILIBRUL CORPULUI SCUFUNDAT ÎN FLUID 1. LEGEA LUI ARHIMEDE a. Balanţa se va dezechilibra. b. Pentru a reechilibra balanţa, în paharul aflat pe talerul de care a fost suspendat corpul, trebuie să turnăm o cantitate de apă egală cu cea pe care o dezlocuieşte corpul. 2. Densitatea apei sărate fiind mai mare decît densitatea medie a corpului, forţa arhimedică va avea valoare mai mare decît greutatea corpului şi acesta, va pluti. 3. în diversele mări sau oceane, densitatea apel este diferită şi forţele arhimedice fiind diferite, vaporul va avea diferite nivele de plutire. 9. în primul caz, baza prismei fiind lipită de fundul vasului, mercurul va exercita presiune numai asupra feţelor laterale. în aceste condiţii prisma rămîne lipită de fundul vasului. în al doilea caz, presiunea hidrostatică exercitîndu-se pe toate feţele prismei, a cărei densitate e mai mică deeît a mercurului, prisma se ridică la suprafaţa mercurului. 10. Paharele vor avea aceeaşi masă, bucata de lemn va deslocui un volum de apă cu aceeaşi masă şi care va curge din pahar. 12. Cilindrii avînd aceeaşi greutate şi densităţi diferite Vor avea şi volume diferite. Introduşi în apă vor dezechilibra balanţa, forţele arhimedice fiind diferite. 13. Balanţa se dezechilibrează deoarece, pentru volume egale, densităţile diferitr ale lichidelor determină forţe arhimedice diferite. 16. Lichidul din vasul (a) are densitatea mai mare, volumul de lichid dezlocuit de corp fiind mai mic. 20. Densimetrul din figura VII.110, a indică în apă nivelul de plutire la 1 000 kg/m3, densitatea apei. Pentru lichide cu densitatea mai mică, dispozitivul va pătrunde in lichid cu atît mai mult cu cît densitatea lui este mai mică. Pentru măsurarea densităţilor mai mari decît ale apei (fig. VIL 110, b), dispozi- Tiv-.il are, pentru apă, nivelul de plutire în partea superioară a tubului. Cu cît lichidului este mai mare decît a apei cu atît corpul densimetrului se -dxi mai mult. 3- ~ = - - 2nJ: : = 11 g/cm3 = 11 • 103 kg/m3. 22. Dacă notăm cu Vx volumul cuprului şi cu V2 volumul argintului: 1.

+

w = FiPi + 7ap2; ma=m~(Vl 72) p8pî; / 245,5 = 8,79 Vx + 10,42 V2 \ 221,6 = 245,5 - (Fx + 72)-l Rezolvînd acest sistem de ecuaţii se obţine Yx = 25 cm3; V2 = 1,1 cm3. Cunoscînd volumele şi V2 şi densităţile cuprului şi argintului se obţin masele: Wj = 229,75 g; m2 — 11,46 g. 23. Pcorp = 3,17 g/cm3; pHcMd =0,50 g/cm3. 24. p = 2,15 g/cm3. 25. b. Pe măsură ce balonul urcă, valoarea presiunii atmosferice scăzînd, balonul îşi măreşte volumul,

II. ECHILIBRUL TERMIC. TEMPERATURA 4. Temperatura este o mărime fizică fundamentală. Gradul Kelvin este imitate de măsură 132

fundamentală.

.

8 b.

ffl. PROCESE TERMODINAMICE

3.1. CĂLDURA. CĂLDURA SPECIFICĂ. CALORIMETRIE 2. mx = 2 kg; m2 = 8 kg. 3. Căldura cedată de 1 kg de fier prin răcire cu 1°C este căldura specifică a fierului: cFe =459,8 J/kg • grad. Căldura care trebuie pentru a încălzi 1 kg de apă cu 1°C este căldura specifică a apei: capd = 4185 J/kg • grad. 4. 0 = *i...±A_±i? = 20°C.

3

5. Notînd tc — temperatura apei calde; tr— temperatura apei reci, avem: mx(tc ^i) = m2(ix tr) m$c =

De unde:

*1(^8 b)

j

—wa<2

•

A<’ «n2* A<’.

j mt

2 x

% . ; tr ---------------------------------— ma m2 ■— . 7 c = Q . e =_______________

m- Al’

1

— m1t2

Q = Qi + Q2; m = mx + m2\ c ^ m\ci + m2et ^ mx -f wîa Qced = (m • cs + mj.Ce) — 6); Qabs = t»2en(0 — /2); Qced =

Qg68; 6 =

+ "W»_ m ■ cs + %«# + msca

=

21,2°C,

9- Qced = («A + m2ca) (
3.3. TRANSFORMĂRILE IZOBARĂ ŞI IZOCORĂ LA GAZE

133

1. V =

F0(l + «• 0 - F0«^ +

ij = V0 •«•(< + 273,15).

T= t + 273,15 deci V = V0 • a- T. Graficul V = f(T) este o dreaptă care pleacă din origine. 2. a şi c. 4. încălzire izobară şi răcire izobară. 7. Se numeşte căldură specifică a unui gaz la presiune constantă, o&idura necesară unui kilogram de gaz pentru a-şi ridica temperatura cu 1 grad, Ia presiune con stantă: ? e = -^2—. p

9* P = %(1 + *0 =

j

m • A< = Po *

7

(* + 273,16);

T = f-f-273,15; p = p0xT. Graficul p — f(T) este o dreaptă care pleacă din origine. 19. ; •: 11. izocoră şi răcire izocoră. 12. Se numeşte căldură specifică a unui gaz la volum constant, căldura necesară unui kilogram de gaz pentru a-şi ridica temperatura cu 1 grad, la volum constant:

încălzirea unui gaz la volum constant necesită căldură numai pentru ridicarea temperaturii acestuia. încălzirea unui gaz la presiune constantă necesită căldură pentru ridicarea temperaturii, dar şi pentru efectuarea unui lucru mecanic. Rezultă: ev < ep. 3.4. SCHIMBUL DE ENERGIE PRIN LUCRU MECANIC ŞI CĂLDURĂ 1. A. b; B. c. 2. a. 3. A. v12 — 4 m/s; B. Ec = 0,4 J; C. Ec = 0; D. b. 5. Dovada variaţiei energiei interne a gazului ideal este variaţia temperaturii sale. 8. 50%. 11. Lucrul mecanic efectuat pentru întinderea benzii se transformă în energie internă a acesteia. Ca urmare temperatura sa creşte. Lăsînd banda să revină la forma iniţială, lucrul mecanic efectuat este datorat nnei forţe interne — forţa elastică. Acest lucru mecanic este efectuat pe seama energiei interne, care se va micşora. Prin urmare temperatura benzii scade. 12. Cînd un gaz se destinde adiabatic, el efectuează lucru mecanic pe baza variaţiei energiei sale interne. Drept urmare energia sa intemă scade, lucru dovedit de scăderea temperaturii sale. 15. Nu. » 17. AEp - mg Ah; Ec = 4AEp.

3.5. COMBUSTIBILI

1. Temperatura amestecului va fi de fiecare dată aceeaşi: 2. At = 1.

t = m 'q + ^”*1 + ”*2^ e(m1 + m,) c 3.6. MOTOARE TERMICE. RANDAMENT

8. a. t1=^-g +1; tz = S* + t. vn\C

m2c

Dacă mx < )n2, atunci ^ > ta. Dacă m1 = m2, atunci ^

= — -f t.

Dacă ml > m2, atunoi ^ < l2.

e

C

5. 6. 7.

m = Qfq. Da, deoarece pentru benzină q> c. q = e.

135

=

Zjili = JVJ. ■

*v,.y»_TT .n

}c m-q p-V-q

1Pu

d =

n

v.t

10

= bW km.

ii. ?iz~ unirea a două picături de mercur nu este necesar un consum de energie

3.6. MOTOARE TERMICE. RANDAMENT IV. STĂRI DE AGREGARE A SUBSTANŢEI 4.1. STRUCTURA SUBSTANŢEI 1. mH = 1,673 • IO"27 kg. 2. mo == W*H2O — 2 • J»H = 26,664 • IO-27 kg. 3. 1 dm11 de alcool conţine 1096 • IO22 molecule;

1 kg de alcool conţine 1360 • IO22 molecule. 4. d = 2 • 10“10 m = 2 • IO-7 mm.

4.2. PROPRIETĂŢILE FIZICE GENERALE ALE SUBSTANŢELOR 1. FAZA GAZOASĂ 1. Moleculele aerului sînt în continuă mişcare. Ele lovesc şi timpanul urechii noastre. Ca urmare, dacă organul auditiv al omului ar fi de cîteva ori mai sensibil atunci am auzi zgomotul produs de ciocnirile moleculelor cu timpanul urechii. 2. Difuzia gazelor este un fenomen ireversibil. 9. Viteza vîntului creşte atunci cînd altitudinea creşte. 11.încălzirea unui gaz determină creşterea vitezelor moleculelor. Ca urmare presiunea exercitată de gaz asupra peretelui recipientului creşte.

6. c. 137

8. PROPRIETĂŢILE CORPURILOR SOLIDE

8. Deformarea unui corp solid nu modifică volumul acestuia, dar modifică aria suprafeţei sale. 5. 6 molecule. 6. Muindu-se înainte de topire, sticla poate fi prelucrată astfel încît să i se dea diferite forme. 4.3. TRANSFORMĂRI DE STARE DE AGREGARE

5. Să aibă temperaturi de fierbere diferite. 13. QA — % 090 J; QB = 3,3-105 J; Qc = 4185 J. 14. Q1 = m- cjbtop — t0) + m• hop + m • ejt — 0,oî>) Qx = 1963 750 J; Qz = m- ca (6vap - t) + m■ Kap; Qz = 13 383 250 J.

CL AS A A VI I I -A

ENUNŢURI

I. ELECTRIZAREA CORPURILOR PRIN FRECARE, CONTACT, INFLUENŢĂ. SARCINA ELECTRICĂ 1. Dezbrăcînd o cămaşă din material sintetic (nylon, P.N.A. etc.) se aud nişte pîrîi- turi caracteristice şi dacă în cameră e întuneric se pot observa şi mici schiţei. Stabiliţi următoarele elemente: a) corpurile care interacţionează; l) denumirea fenomenului observat; c) starea corpurilor după producerea fenomenelor descrise. 2. Care din afirmaţiile de mai jos sînt adevărate? A. Prin frecarea a două corpuri acestea se electrizează: a) ambele pozitiv; b) ambele negativ; c) unul pozitiv, celălalt negativ. B. Prin contactul unui corp electrizat negativ (—) cu unul neelectrizat, cel de al doilea se electrizează: a) negativ; b) pozitiv; e) nu se electrizează. C. Prin apropierea unui corp electrizat pozitiv deo vergea metalică neelectrizată: a) oparte din vergea se electrizează negativ (cea dinspre corp), cealaltă pozitiv; b) o parte din vergea se electrizează pozitiv (cea dinspre corp), cealaltă negativ; e) întreaga vergea se electrizează pozitiv; d) întreaga vergea se electrizează negativ;

e) vergeaua nu se electrizează. 3. Despre un număr de şase mărgele de sticlă electrizate {A, B, C, D, E, F) se ştie că: 1) C este pozitivă; 2) G şi F se atrag; 3) F şi A se atrag; 4) B şi D se resping; 5) B şi C se atrag; 6) A şi E se resping. a. Ce fel de sarcină are fiecare mărgea de sticlă? b. Cum vor interacţiona perechile de mărgele: Acu B, A cu C, D cu F, F cu E? ■L Pentru patru bobiţe de polistiren (A, B, C, D) se ştie că: li B şi C se atrag; '2> Â şi D nu interacţionează. Se pun in contact bobiţele A cu B şi C cu D: Cum vor interacţiona după aceea de bobiţe: A şi B, A şi C, A şi D, C şi D? o. A p r i a n , o baghetă electrizată, de suprafaţa apei dintr-un sistem de vase comuriesz.:?- Ce se va întîmpla cu nivelul apei din vase? (Temă experimentală.)

140

6. De sfera unui electroscop, se atinge o plăcuţă de PCV electrizată negativ. Ce sarcină capătă sfera? Dar foiţele? 7. De sfera unui electroscop, se apropie fără să se atingă o plăcuţă de PCV electrizată negativ. Ce sarcină capătă sfera? Dar foiţele? 8. Dîndu-se două sfere de aluminiu identice, aşezate pe suporturi izolatoare, găsiţi o metodă de a le electriza cu sarcini egale şi de semne opuse, avînd la dispoziţie o baghetă de sticlă şi o bucată de mătase. Apoi încercaţi să le electrizaţi cu sarcini egale şi de acelaşi semn. (Temă experimentală.) 9. O baghetă de ebonită atrage bobiţa unui pendul electrostatic situat în vecinătate. Se poate spune că bobiţa a fost electrizată în prealabil cu sarcină de semn contrar celei de pe baghetă? Dacă bagheta respinge bobiţa pendulului, se poate afirma că bagheta şi bobiţa au sarcini de acelaşi semn? Comentaţi răspunsurile. 10. Cum poate fi neutralizat un corp metalic electrizat? Dar un baston de sticlă electrizat? 11. De ce nu poate fi electrizată o vergea metalică ţinută în mînă? Cum veţi proceda totuşi pentru a o putea electriza? (Temă experimentală.) 12. Un corp neutru, nu conţine particule încărcate cu sarcină electrică? 13. Consideraţi că un corp electrizat negativ, conţine şi particule cu sarcină pozitivă? 14. Cum se modifică sarcina electrică a unui corp, dacă jumătate din electronii aflaţi în exces părăsesc corpul? 15. Electrizaţi cu sarcină pozitivă o sferă conductoare. Masa ei va creşte, va scădea sau va rămîne constantă? Dar dacă electrizaţi sfera cu sarcină negativă? 16. Trei cilindri metalici identici şi neutri din punct de vedere electric sînt puşi cap la cap pe gura a 3 pahare. De fiecare din extremităţile ansamblului, apropiaţi două sfere electrizate cu sarcini de acelaşi semn. Separaţi apoi cei trei cilindri. Ce fel de sarcină va purta fiecare dintre ei? Ce s-ar fi întîmplat dacă cele două sfere ar fi avut sarcini de semn contrar? Dar dacă numai o sferă ar fi electrizată? (Temă experimentală.) 17. Sferele a două electroscoape neutre identice sînt puse în legătură printr-un fir metalic (fig. VIII.1). In prezenţa unei baghete electrizată pozitiv, repartiţia sarcinii pe elementele celor două electroscoape este: a) St negativă, S2 pozitivă; Fx pozitive, F2 pozitive. b) Si pozitivă, S2 negativă; Ft negative, F2 negative. c) Sv S2, F2 negative. d) Sv S2, Flt F2 pozitive. 18. Cele trei electroscoape identice din figura VIII.2, legate printr-un fir conductor, au fost iniţial neutre. Care este repartiţia sarcinii de pe acestea, în prezenţa celor două baghete electrizate? a) Sv $3 negative, S2 pozitivă; Fv Fs pozitive, F2 negativă.

o© -----------

A Fi

ris,

£3 © --------------------------------------- © ------------ ® O

A F2

A Fi

A F2

A F3 Fig. VI1I.2

141

b) Sv Ss pozitive, S2 negativă; Fv F3 negative, F2 negativă. c) S„ ~ ~ Fv F

S2, negative; “'a, F3 pozitive. d) Sv (S'2, «S'a pozitive; Fx, F2, FZ negative. 19. Apropiind o plăcuţă de PCY electrizată negativ de un electroscop electrizat, foiţele acestuia se apropie. Care este semnul sarcinii cu care a fost electrizat elec- troscopul? 20. Apropiind o baghetă electrizată de un electroscop electrizat pozitiv, foiţele sale mai întîi se apropie, apoi se depărtează. Care este semnul sarcinii de pe baghetă? (Temă experimentală.) 21. Pe cale experimentală, s-a demonstrat că la un corp electrizat sarcina electrică se distribuie numai pe suprafaţa exterioară. Ţinînd seama de acest fapt, cum trebuie să procedaţi pentru ca punînd în contact doi cilindri metalici identiei izolaţi, goi în interior, electrizaţi cu sarcini egale şi de semn contrar, ei să nu se neutralizeze? 22. Două cutii metalice de forma unor cilindri sînt electrizate cu sarcini egale şi de semn contrar. Acestea pot fi puse în contact în diferite moduri (figura VIII.3). A. în ce caz sau în ce cazuri cele două cutii se vor neutraliza? B. în ce caz sau în ce cazuri cele două cutii nu se vor neutraliza? l5

+

+ -]

-

■ —

+

+ + + + +

++ ++ +

— ~

+ + + + +

+ + + + +

+ + + + + •+

—

I-l

_

. — — — -

— _ -_III _ -

■+■ + ■+• "f + +■ + + + + + +

+ + + + + +

— —

_ —

—

—

—

—

—

—

—

—

+ + +-!■ + -f

Fi*. VII 1.3 / 28. O bilă metalică are un deficit de IO16 electroni, iar alta un exces de 1014 electroni. Stabiliţi semnul sarcinii de pe fiecare bilă şi mărimea sarcinii electrice a fiecăreia. Sarcina electronului este q = —1,6 • IO-19 C. y24. Despre două corpuri metalice se ştie că: primul are un deficit de 2 • 1013 electroni; al doilea are sarcina de —3,2 jj.C. a) Ce sarcină electrică are primul corp? Sarcina unui electron q = —1,6 • 10-19C. b) Cîţi electroni are în exces, al doilea corp? e) Care va fi efeotul punerii în contact a celor două corpuri ? iS. Se dă o bilă metalică electrizată negativ cu sarcina Q, aşezată pe un suport izola- ;:T. Se atinge bila de o alta identică neelectrizată, după care se depărtează. Care 5 sarcina electrică finală de pe cele două bile? î*. . •: zl metalice identice au sarcinile şi —Qs. Ce relaţie trebuie să existe î’Tiă sarcini pentru ca după contact ele să devină: c iti-r?; ; ambele pozitive; c) ambele negative.

IV

27. Două bile metalice identice au sarcinile Qi şi QÎ> ambele pozitive. Ce sarcină va avea fiecare din ele după contact? 28. Două bile metalice identice au sarcinile +Qi şi —Q2(l Qi I > I Q& !)• a. Ce sarcină va avea sistemul format din cele două bile, în momentul contactului? b. Ce sarcină va avea fiecare din bile, după depărtarea lor? 7-29. Trei bile identice au sarcinile Qt = +2fzC, Q2 = —6 jaC şi Qa = -f 4fiC. Care va fi sarcina fiecărei bile după ce vor fi puse în contact? f, 30. Trei bile metalice identice au sarcinile Qx = +5fxC, Q2 = —4 ţiC şi Q3 = —7fxC. Care va fi sarcina fiecărei bile după ce vor fi puse în contact? ^31. Două bile metalice identice au sarcinile Qi = +l,6f*C şi Q2 — —4,8 fxC. a. Care va fi sarcina celor două bile după ce au fost puse în contact? b. Cîţi electroni au trecut de pe o bilă pe cealaltă? 32. Există pericol de electrocutare, pentru persoanele aflate într-un tramvai, dacă firul sub tensiune s-a rupt şi a căzut pe tramvai? 33. Pentru protejarea depozitelor de explozive împotriva trăznetelor., acestea se înconjură cu o plasă metalică legată la pămînt. Justificaţi utilizarea acestui procedeu.

11. INTERACŢIUNEA SARCINILOR ELECTRICE. LEGEA LUI COULOMB. CÎMP ELECTRIC. POTENŢIAL ELECTRIC 1. Se ştie că două corpuri electrizate pozitiv se resping. Care din situaţiile reprezentate în figura VIII.4 ilustrează în mod corect rezultatul acestei interacţiuni? 2. Se ştie că două corpuri electrizate cu sarcini de semne contrare se atrag. Care din situaţiile reprezentate în figura VIII.5 ilustrează în mod corect rezultatele acestei interacţiuni?

<1

2q

q

-6-0 -------------------------- 0—A

2q

OA

^_0 ------------- * ■- © B «-© ------------------------------------------------------------- ©—* B ■< -" -©- --------------------- C

Q-—

© -' 5» *- — © F

Fig, VIII.4

—

c

° jb---------------------------------------- ° B

—

j©------------------ —®r ° ---------------- ©

Q

©

—

*

—

*

<■

<

3

E

- Q ---------------------------------------------------------------- O—► F

Fig.

VIIL5

3. Două corpuri electrizate pozitiv au sarcinile q şi 3 q. Asupra căruia dintre ele se exercită o forţă de respingere mai mare? 4. Dacă distanţa dintre două corpuri punctiforme electrizate cu sarcini identice se reduce la jumătate, atunci forţa electrostatică: a) se reduce la jumătate; l) se dublează; c) creşte de patru ori; d) scade de patru ori; e) rămîne neschimbată. i’i 4 două sfere (corpuri punctiforme) aflate la distanţă fixă 5. Dacă sarcina electrică de pe se reduce la jumătate, atunci forţa electrostatică : 143

a) se reduce la jumătate; b) se dublează; c) creşte de patru ori; d) scade de patru ori; e) rămîne neschimbată. 6. Două sfere metalice identice electrizate cu sarcinile = q şi Q2 == 3q diferite ca mărime şi de acelaşi semn, aflate la distanţa r una de alta, se apropie pînă la atingere apoi se readuc la distanţa iniţială. Se modifică în urma acestei acţiuni forţa de interacţiune dintre ele? 7. Ce puteţi spune despre semnul sarcinii electrice a două corpuri punctiforme, dacă măsura interacţiunii lor este o forţă cu valoarea de —10 N? 8. Ce puteţi spune despre semnul sarcinii electrice a două corpuri punctiforme, dacă măsura interacţiunii lor este o forţă cu valoarea de 10 N? 9. La ce depărtare ar trebui să se afle în vid două corpuri punctiforme electrizate cu cîte 1 C, pentru ca forţa de interacţiune electrostatică să fie de 1 N? 10. Trei corpuri electrizate cu sarcinile identice gx = q2 — q3 — q sînt aşezate în vid ca în figura VIII.6. Forţa exercitată de A asupra lui B este de 4 ■ IO-5 N. a) Cu ce sarcină sînt electrizate corpurile? b) Care este forţa exercitată de C asupra A

lui B? c) Care este forţa rezultantă asupra lui B? „ 11. O bilă metalică are un deficit de 1014 elec- qi 2 3 troni, iar altă bilă metalică un exces de 1014 V1IL6 electroni. a) Ce fel de forţă se va exercita între cele două bile? b) Ce valoare va avea forţa de interacţiune dintre cele două bile, dacă acestea sînt situate în vid, la distanţa de 1,6 m. Sarcina unui electron este de —1,6 -10"19C. 12. O sarcină q se distribuie pe două corpuri punctiforme astfel: 9 ~» h

„

V

Si - 3*

? ?2 — 2 ! „ — 2î .

îl

-3,

în ce caz forţa de interacţiune electrostatică dintre corpuri este maximă, conside- rînd distanţa dintre ele, de fiecare dată, aceeaşi? 13. Comparaţi forţa de interacţiune dintre două sfere electrizate cu sarcinile qx şi q2, situate în vid la distanţa r, cu forţa de interacţiune dintre:

144

14. în fiecare colţ al unui pătrat este fixată cîte o mică sferă electrizată. Stabiliţi semnele acestor

sarcini, cunoscînd orientările forţelor de interacţiune dintre acestea (fig, VIII. 7). Admiteţi că prima sferă este electrizată pozitiv.

Fig. VIII.7

15. Patru sfere electrizate identice sînt aşezate în colţurile unui pătrat (fig. VIII. 8). Asupra

fiecărei sfere acţionează trei forţe din partea celorlalte trei. Pentru care din cele patru sfere au fost reprezentate corect forţele de interacţiune electrostatică?

\/✓

S /

/

/ Fig. V1II.8

\

\

\

\

-'©B

Fig. VIII.9

16. în punctele A şi B situate în vid la distanţa d — lm, sînt fixate două sfere electrizate negativ (qt = = — 10"8C) ca în figura VIII. 9. De resort este suspen dată o bilă cu masa m — 46,2 g, electrizată cu sarcina pozitivă q9 — 10~8C. Ştiind că triunghiul isoscel ABC este dreptunghic în C, determinaţi forţa care întinde resortul. Se va considera g — 10 —.

N

* kg

17. Două pendule electrice cu mase şi sarcini identice, formează între ele un unghi de 30°. Ce unghi formează fiecare pendul cu verticala care trece prin punctul de suspensie? 18. Două pendule electrice cu mase identice şi cu sarcini de acelaşi semn, dar cu valori diferite, formează între ele un unghi de 30°. Ce unghi formează fiecare pendul cu verticala care trece prin punctul de suspensie? 19. Două pendule electrice cu sarcini identice, dar cu mase diferite, formează între ele un anumit unghi. Ce puteţi spune despre unghiul format de fiecare pendul cu verticala punctului de suspensie? a) Unghiurile sînt egale.

145

b) Pendulul mai greu formează cu verticala un unghi mai mic decît pendulul mai uşor. c) Pendulul mai greu formează cu verticala un unghi mai mare decît pendulul mai uşor. 20. Două sfere mici, electrizate cu sarcini de acelaşi semn, au în total sarcina 5 • 10 -5C. Fiind situate în vid la distanţa de 3 m, ele se resping cu o forţă de 0,6 N. Cum este distribuită sarcina electrică pe fiecare sferă? 21. Interacţiunea dintre două corpuri electrizate se face prin intermediul: a) materiei sub formă de substanţă; b) materiei sub formă de cîmp; c) numai în absenţa materiei substanţă (vid). 22. Pe colectorul generatorului electrostatic Van de Graaff, lipiţi fîşii subţiri de foiţă, la distanţe aproximativ egale unele de altele. încărcaţi generatorul prin învîrtirea manivelei şi ohservaţi orientarea foiţelor.Ce semnificaţie atribuiţi direcţiilor după care se orientează foiţele? (Temă experimentală.) 23. Pe două vergele metalice dispuse paralel la distanţa de 2—3 cm, lipiţi fîşii subţiri de foiţă (lăţimea 1—1,5 mm şi lungimea de aproximativ 2 cm). Puneţi în contact prin fire metalice, cele două vergele cu colectorul generatorului electrostatic (fig.VIII.10). încărcaţi generatorul prin învîrtirea manivelei şi observaţi orientarea fîşiilor. Conectaţi apoi una din vergele la polul + al generatorului electrostatic (eclator). Observaţi poziţia fîşiilor. Ce semnificaţie atribuiţi direcţiilor după care se orientează fîşiile în cele două cazuri? (Temă experimentală.) 24. Ce formă are corpul electrizat despre al cărui cîmp electrostatic se poate spune că este radial convergent? Dar radial divergent? 25. Cîmpul electrostatic al unui corp punctiform electrizat are influenţă asupra: a) corpului electrizat care I-a produs; b) altui corp electrizat, situat în vecinătate. 26. Calculaţi intensitatea cîmpului electrostatic al unui corp punctiform electrizat cu sarcina q = +HT9C în vid la distanţa de lm. în cîte puncte din jurul corpului, intensitatea cîmpului electrostatic are o valoare egală cu valoarea calculată de voi? Care este locul geometric al punctelor care satisfac această proprietate? 27. Dacă în toate punctele egal depărtate de o sferă electrizată, modulele intensităţii cîmpului electrostatic au aceeaşi valoare, se poate afirma că şi vectorul intensitate a cîmpului electrostatic este acelaşi în oricare din aceste puncte? «. Da, pentru faptul că modulele sînt egale. b. Nu, pentru faptul că orientările sînt diferite. 28. Valoarea intensităţii cîmpului electrostatic al unui corp punctiform electrizat, în vid, la o distanţă dată, se reduce Ia jumătate dacă: a) sarcina electrică se dublează; b) sarcina electrică se înjumătăţeşte; e) sarcina electrică rămîne constantă. aloarea intensităţii cîmpului electrostatic al unui corp electrizat cu o sarcină dată, într-un punct în vid, se reduce la un sfert dacă: a j distanta se reduce la jumătate; b) distanţa se reduce la 1/4 din valoarea iniţială; 10 — Probleme de fizică pentru gimnaziu

c) distanţa creşte de două ori; d) distanţa creşte de patru ori; e) rămîne constantă. +30. Ce valoare are o sarcină electrică distribuită pe un corp punctiform, dacă la distanţa de 1 m produce un cîmp electrostatic cu intensitatea de 900 N/C, în vid? ■f 31. Cîţi electroni ar trebui îndepărtaţi de pe o bilă metalică, pentru ca în vid la distanţa de 1 m să producă un cîmp electrostatic cu intensitatea de 14,4 N/C? Sarcina electronului este q = — 1,6 • 10-19C. 32. Cum trebuie plasate două corpuri punctiforme electrizate cu sarcini egale ca va* loare în aşa fel încît intensităţile cîmpurilor lor electrostatice create de fiecare sarcină în punctul O să A fie reprezentateprinvectoriiindicaţiînfiguraVIII.11? ■f.33. Două corpuri punctiforme electrizate cu sarcinile B qt = 3 •IO-9 C şi q% = 10"* C sînt situate în vid la distanţa de 1 m. Care este intensitatea cîmpului electrostatic produs de fiecare corp în punctul în care se află celălalt corp? 34. Un

ansamblu de două plăci conductoare, plane şi paralele, electrizate cu sarcini egale şi de semn contrar. formeiază un condensator plan. Sensul liniilor de cîmp între cele două plăci (armături) se determină urmărind sensul de deplasare în cîmpul respectiv a unei sarcini pozitive. Cu această precizare se poate spune că sensul liniilor de cîmp este: , a) de la placa încărcată pozitiv la cea încărcată negativ; b) de la placa încărcată negativ la cea încărcată pozitiv. 35. între două plăci plane paralele (condensator plan) electrizate cu sarcini egale şi de semn contrar, cîmpul electric este uniform, adică vectorul intensitate a cîm- pului electric este constant în orice punct al său. Ce puteţi spune despre forţa cu care este acţionat un corp punctiform cu sarcina + q aflat în acest cîmp? 38. într-un punct al unui cîmp electrostatic creat de o sarcină Q se aduc pe rînd sarcinile punctiforme qlt q2, q3, ... etc. Se găsesc forţele F^ F2, F3,... cu care sînt acţionate sarcinile de probă. Trasînd graficul F = f(q) se obţine dreapta din figura VIII.12. Puteţi preciza valoarea intensităţii cîmpului electrostatic în punctul dat? 37. O mică sferă metalică electrizată, de masă 1 g este suspendată cu fir lung de nylon. Cînd este plasată într-un cîmp electric uniform şi orizontal (fig. VIII.13), firul Fig. VIJI.ll

147

formează un unghi de 12° cu direcţia verticală, deplasarea efectuîndu-se în sens contrar cîmpului. a. Ce semn are sarcina sferei? b. Ce valoare are forţa coulombiană

careacţionează asupra sferei?|se va lua

g=

= 10^ şi tg 12° = 0,212. J * 38. Un electron este lăsat liber, între două plăci plane paralele electrizate cusarcini egale de semn contrar (fig. VTII.14). Discutaţi posibilităţile de mişcare a electronului pentru fiecare caz. Nu neglijaţi greutatea electronului.

++++

+

‘"1 - 1~

'~~P I

lI

TT $ !

+++++++

$ I _i __i ____ t

Fig. VIII.14 Fig. VIII.15

Care din săgeţile indicate în figura VIII.15 reprezintă corect sensul în care se va deplasa un electron, lăsat liber? Neglijaţi existenţa gravitaţiei. 40. Ce valoare şi cum trebuie să fie orientat un cîmp electric, pentru a echilibra greutatea unui electron? Dar pentru echilibrarea unui proton? 41. O sarcină electrică pozitivă q se găseşte în eîmpul unei alte sarcini pozitive Q. Cîmpul o deplasează între două puncte A şi B, avînd potenţialele VA şi VD. a) Scrieţi expresia lucrului mecanic efectuat de cîmp pentru deplasarea sarcinii electrice q între cele două puncte. b) Scrieţi expresia lucrului mecanic efectuat de cîmp pentru deplasarea unei sarcini punctiforme egală cu unitatea. Ce mărime fizică exprimă relaţia scrisă? 42. Prin punerea în contact a două sfere conductoare identice electrizate se realizează: a) egalarea potenţialelor dar sarcinile rămîn diferite; b) egalarea sarcinilor dar potenţialele rămîn diferite; c) egalarea potenţialelor şi a sarcinilor. Se ştie că potenţialul unei sfere este direct proporţional cu sarcina sferei şi invers proporţional cu raza ei. 43. Prin punerea în contact a două sfere conductoare electrizate diferite ca dimensiuni se realizează: a) egalarea potenţialelor dar sarcinile rămîn diferite; b) egalarea sarcinilor dar potenţialele rămîn diferite; c) egalarea potenţialelor şi a sarcinilor. 44. Credeţi că este posibil să punem în contact două sfere conductoare, electrizate cu îarehu diferite qx + q2 şi să nu se producă un transfer de sarcină între ele? în ce :îz ' Pentru a putea răspunde, folosiţi precizarea de la problema 42. f 45. O far punctiformă q = IO-6 C se deplasează în cîmpul -creat de sarcina Q, izzri S:ul puncte cu potenţialele yA = 50 V şi Va — 20 V. Ce lucru mecanic se pentru deplasarea sarcinii q?

io*

46. Potenţialele electrice a două. puncte sînt: a) VA = 100 V, VB = —100 V; b) VA — 50 V, VB =0 V; e) VA = 40 Y, VB = 10 V; d) FA = 25 V, FB = 2 5 V ; e; fa = o v, fb = —io V; f) FA = —50 V, Fb = —150 V. Cît de mare este în fiecare caz diferenţa de potenţial între perechile de puncte date? ■V 47. Diferenţa de potenţial între două extremităţi ale unui nor este de 5 • 107V, iar sarcina medie care se scurge în timpul descărcării este de circa 1,5 C. Ce lucru mecanic se efectuează în timpul descărcării electrice? ^48. După produoerea fulgerului, tunetul s-a auzit la un interval de timp de 4 s. Ştiind că viteza sunetului în aer este de 340 m/s, aflaţi distanţa dintre observator şi locul producerii fulgerului. Se neglijează timpul necesar propagării luminii fulgerului.

in. CURENTUL ELECTRIC. REŢEAUA ELECTRICĂ 3.1. PRODUCEREA CURENTULUI ELECTRIC. GENERATOARE DE ENERGIE 1. Deplasarea purtătorilor de sarcină electrică prin circuitul exterior al unui generator electric se realizează sub acţiunea unor forţe de natură: a) electrică; b) neelectrică. 2. Deplasarea purtătorilor de sarcină electrică prin circuitul interior al unui generator electric se realizează sub acţiunea unor forţe de natură: a) electrică; b) neelectrică. 3. Deplasarea electronilor prin circuitul exterior al unui generator electric presupune: a) un consum de energie din exterior; b) furnizarea unei energii către exterior. 4. Deplasarea electronilor prin circuitul interior al unui generator electric presupune: a) un consum de energie din exterior; b) furnizarea unei energii către exterior. 5. Deplasarea electronilor prin circuitul exterior al unui generator electric este: a) cauza unei diferenţe de potenţial; b) efectul unei diferenţe de potenţial. 6. Deplasarea electronilor pe circuitul interior al unui generator electric este: a) cauza unei tensiuni electrice; b) efectul unei tensiuni electrice. 7. Electronii liberi din conductorii metalici, la trecerea curentului electric printr-un circuit, sînt furnizaţi de: a) generatorul electric; b) atomii metalului. 8. Toţi electronii din conductoarele metalice sînt electroni de conducţie? 9. Un cilindru metalic este puternic accelerat din poziţia sa de repaus. Experimental se constată că, datorită inerţiei, electronii se îngrămădesc la un capăt al cilindrului

149

care va căpăta potenţial negativ, celălalt capăt devenind pozitiv. Aceasta dovedeşte că: a) electronii de conducţie sînt liberi; b) electronii de conducţie sînt legaţi. 10. Putefi face o analogie între joaca unui copil pe un tobogan şi deplasarea purtătorilor sarcinilor electrice într-un circuit? 3.2.se EFECTELE CURENTULUI ELECTRIC 11. în curtea şcolii joacă, alergînd în toate părţile, un număr egal de băieţi şi de fete. La un anumit semnal sonor, toţi băieţii încep să alerge într-o parte, iar fetele în sens opus. Considerînd că suprafaţa curţii este mică, iar numărul copiilor este foarte mare, încercaţi să descrieţi mişcările acestora. Puteţi face o analogie între acest exemplu şi mişcarea purtătorilor într-un anumit tip de conductori electrici? a. Despre ce conductori poate fi vorba? b. Care ar fi corespondentul electric al semnalului sonor? c. Care ar fi corespondentul băieţilor? d. Care ar fi corespondentul fetelor? 12. Un elev vrea să realizeze un generator chimic de curent. Introduce un electrod de Cu şi unul din Fe, într-o soluţie acidă. Va reuşi el să realizeze un generatorelectric? în caz afirmativ, care este polul pozitiv (+)al generatoruluişi care este cel negativ (—)? 13. Două sfere conductoare A şi B au potenţialele: a) VA = +10 V, FB=-5V; b) FA = —15 V, e) VB = + 2 0 V ; VA = + 40 V, VB = + 4 0 V ; d ) FA = + 20 V, VB = - 2 0 V ; e ) VA = -20 V, FB=-20 V; f ) VA = 0 V, FB = 5 V ; g) VA ~ - VB = 0 V. = -bOV, Se unesc sferele A şi B cu un conductor metalic. In care caz, prin conductorul metalic va circula curent electric? Pînă cînd va dura trecerea curentului prin conductor? în ce caz potenţialul final al sistemului va fi nul (0 V)? 14. Generalizaţi observaţiile şi răspunsurile din problema anterioară, formulînd o concluzie referitoare la posibilitatea stabilirii unui curent electric printr-un conductor metalic. 15. Trecerea curentului electric printr-un conductor lichid, determină schimbări în concentraţia ionilor acestuia? 16. Curentul electric printr-un electrolit este un curent: a) electronic; b) ionic. 17. Mercurul este un conductor lichid: a) electronic; b) ionic. 18. într-un vas cu apă sînt introduse două plăci metalice legate prin fire conductoare la bornele unei baterii electrice (fig. VIII.16). Puneţi pe suprafaţa apei o bucăţică de burete îmbibat în soluţie de KMn04 (permanganat de potasiu). în jurul lui, apa se va colora violet. Explicaţi comportarea regiunii colorate în următoarele situaţii: a. Întrerupătorul k deschis; b. Întrerupătorul fc închis. (Temă experimentali.)

150 rlg»*"

1. Precizaţi pe baza căror efecte funcţionează următoarele aparate: temroplon- jor, uscător electric de păr, reşou, motor electric (electromotor), plită electrică, baie de argintare, bec cu incandescenţă, aerotermă, incubator, fier de călcat. 2. Un fir de nichelină se încălzeşte cînd: a) este străbătut de un curent continuu; b) este străbătut de un curent alternativ; c) este străbătut de curent, indiferent dacă este alternativ sau continuu. (Temă experimentală.) 3. Se degajă căldură la trecerea curentului electric printr-o soluţie apoasă de NaCl? Verificaţi experimental răspunsul. 4. Pentru încălzirea unei» incinte se foloseşte un bec, iar pentru menţinerea unei temperaturi constante în incintă se foloseşte un dispozitiv numit termostat. Elementul principal al unui termostat îl constituie o lamă bimetalică. Descrieţi funcţionarea termostatului din figura VIII.17. 5. Care din efectele curentului electric se manifestă, la trecerea curentului printr-un electrolit?

Fig. VIII. 18 6. Deasupra unui ac magnetic orientat pe direcţia N — S, se aşază, paralel cu el, un conductor rectiliniu ce face parte dintr-un circuit care mai cuprinde o baterie electrică şi un întrerupător (fig. VIII.18). Se fac următoarele acţionări: a. se închide întrerupătorul; b. se deschide întrerupătorul; c. se mută conductorul sub acul magnetic şi se închide întrerupătorul; d. se deschide întrerupătorul. Pe baza observaţiilor făcute de voi în timpul experimentului, arătaţi ce elemente influenţează sensul deviaţiei acului magnetic de la direcţia N—S. (Temă experimentală.) 3.3. INTENSITATEA CURENTULUI ELECTRIC 1. Trecerea curentului electric printr-un conductor metalic presupune o deplasare dirijată a electronilor liberi. Credeţi că în acest mod numărul

151

3.2. EFECTELE CURENTULUI ELECTRIC electronilor liberi din conductor scade? 2. Se ftie că intensitatea curentului electric este o mărime fizică. Cum puteţi justifica afirmaţia.'

152

3. Pentru a ajunge la mărimea fizică denumită intensitate s-a pornit de la o analogie formală între un circuit electric şi o instalaţie hidraulică prin care apa este pompată şi recirculată. De ce analogia este formală? Puteţi preciza unele deosebiri între cele două situaţii? 4. Deplasarea dirijată a purtătorilor de sarcină electrică printr-un conductor ar putea fi comparată cu mişcarea unei bilo care: a) cade în vid de la o anumită înălţime; b) se rostogoleşte cu freoare pe nişte trepte. 5. Pentru un circuit neramificat care conţine un conductor metalic, un conductor lichid şi un conductor gazos, intensitatea curentului este: a) aceeaşi prin fiecare conductor; b) mai mare prin conductorul metalic; e) mai mare prin conductorul lichid; d) mai mare prin conductorul gazos. 6. Trei conductori din Cu, Al şi nichelină se leagă în circuit ca în figura Cu Al Ni+F* r-vmmr-’ — VIII.19. Prin care din ei curentul va avea cea mai mare intensitate? 7. Un fir conductor are secţiunea variabilă. i@= -------------------------Intensitatea curentului este: Fig. VIII.19 a) mai mare acolo unde secţiunea e mai mare; b) mai mare acolo unde secţiunea e mai mică; c) aceeaşi în orice secţiune a conductorului. 8. Două becuri identice conectate fiecare la cîte un generator luminează diferit. v" Curentul mai intens trece f)rin: a) becul care luminează mai intens; b) becul care luminează mai slab; cJ intensitatea curentului este aceeaşi prin fiecare bec. xfl>rPrintr-un reşou trece o sarcină electrică de 720 C în timp de4 minute, iar prin
= —■ i(ri9cI-

L l i r e i_ situaţiile prezentate în figura VIII.20 sînt posibile? (Cereuleţele sînt

153

C

d

Fig. VIII.20

Graficul funcţiei q = f(t) la intensitate constantă este o linie dreaptă care trece prin origine şi care formează un unghi de 45° cu axa Ot. Ce intensitate are curentul pentru care a fost trasat graficul din figura VIII.21?

/•

S-a trasat graficul funcţiei q = f(t) la intensitate constantă pentru doi curenţi (fig. Vffl.22). Care din dreptele reprezentate în figură se referă la un curent cu intensitate mai mare? Ce semnificaţie fizică atribuiţi suprafeţelor haşurate în figura YIII.23?

Fig. VIII.23

'1^ Variaţia intensităţii curentului electric în funcţie de timp, pentru două circuite / electrice diferite este redată în graficele din figura VIII.24. Calculaţi sarcina electrică ce traversează secţiunea fiecărui circuit: a) în patru secunde; b) în a patra secundă.

Fig. VIII.24 154

155

xiC într-o secundă printr-o secţiune transversală, jijîraieLunui reşou trec 2 • 101# electroni (qe = —1,6 • 10~19C). Ce intensitate are curentul electric prin reşoul dat? Dintr-un număr de 10 ampermetre unul este defect. Cum îl determinaţi dintr-o singură încercare? SI. Se dau trei voltampermetre conectate în trei circuite ca ampermetre. Primul este conectat prin bornele 0—2A, al doilea prin bornele 0—10 mA, iar al treilea la bor» nele 0—2A (fig. VIIL25). Care este intensitatea indicată de fiecare aparat?

O secţiune transversală a unui conductor a fost străbătută de 5 • IO19 electroni, în cît timp au trecut ei prin această secţiune, dacă curentul a fost de 2 A? Sarcina electronului este qe = —1,6 • 10~19C. 3.4. TENSIUNEA ELECTRICĂ 1. Cînd spunem că două porţiuni ale unui circuit se găsesc în aceeaşi stare eîectrocinetică? 2. Deplasarea ordonată a purtătorilor de sarcină electrică printr-un conductor presupune efectuarea unui lucru mecanic. Cine efectuează acest lucru mecanic? 3. Ce semnificaţie fizică atribuiţi raportului L/q? K 4. Care este tensiunea dintre două puncte ale unui circuit, dacă pentru deplasarea unui electron s-au cheltuit 1,6 • 10~19 J? Sarcina electronului este qe — =

—1,6 • i
K 5. Tensiunea la bornele unui bec este de 5 V. Cîţi electroni au trecut prin filamentul becului, dacă lucrul mecanic efectuat de cîmpul electric a fost de 8 J? (Se dă qe — = —1,6 • 10-19C.) 6. Se dă circuitul din figura VIII.26. Avînd la dispoziţie un voltmetru, cum veţi proceda pentru a măsura: ■0-0-o—o a) tensiunea electromotoare a generatorului; l) tensiunea la bornele generatorului; c) căderea de tensiune pe consumator (bec); d) tensiunea internă a generatorului? K Fig. VIII.26 (Temă experimentală.) f-1. în circuitul electric din figura VIII.26, la bornele bateriei se conectează un voltmetru. Cînd circuitul este deschis, volt- metrul indică 4,5 V, iar la închiderea circuitului 4,3 V. Cît de mare este [căderea de tensiune in interiorul generatorului? 8. Ce semnificaţie fizică atribuiţi suprafeţei haşurate din figura VIII.27?

Fig. VIII.24 156

Fig. VIII.27

Fig.' VIII.28

9. La tensiune constantă,, graficul funcţiei L — f(q) este o linie dreaptă care trece prin origine (L =* V • q). Care dintre dreptele repreaentate în figura YIII.28 a fost trasată pentru, o tensiune mai mare? Ce semnificaţie fizică au tg a şi tg (}? 10. Care dintre voltmetrele din figura VIII.29 a înregistrat o tensiune mai mare?

11. între două puncte ale unui circuit, se leagă în paralel două voltmetre: unul pe soa- la de (0; 12 V), altul pe scala de (0; 24 V). Care va înregistra o tensiune mai mare? "(Temă experimentală.) '■*12» Cum trebuie conectate într-un circuit un ampermetru şi un voltmetru pentru ca: A. voltmetrul să indice tensiunea la bornele ampermetrului: a) în serie; h) în paralel? B. ampermetrul să indice intensitatea curentului prin voltmetru: a) în serie; în paralel? ® -------------------©— b) 13. Ce va indica un voltmetru, dacă ambele borne ale saie vor fi conectate în acelaşi punct al unui circuit electric? (Temă experimentală.) 14. în circuitul unei baterii cu tensiunea electromotoare de 4,5 V, se introduce un bec de lanternă cu filamentul rupt. Care este tensiunea electrică Fig. VIH.30 între cele două capete ale filamentului? • 15. Ce valori vor indica voltmetrele din figura VIII.30? <16. Prin circuitul exterior al unei baterii cu tensiunea electromotoare de 110 V, trec 5 • 101# electroni în timp de 10 s. Ştiind că tensiunea intemă a generatorului este de 10 V, calculaţi: a) tensiunea la bornele bateriei; Ij intensitatea curentului prin baterie; e) lucrul mecanic efectuat pe circuitul exterior şi pe cel interior al bateriei. (Se dă sarcina electronului qe = —1,6 • 10"19C).

3.5. REZISTENŢA ELECTRICĂ 1. Coneetînd, pe rînd, la acelaşi generator, două fire conductoare, prin ele trec curenţi cu intensităţile de IA şi respectiv 3 A. Care din ele are o rezistenţă electrică mai mare? 2. S-a definit rezistenţa unui conductor ca fiind raportul constant dintre tensiunea existentă la capetele conductorului şi intensitatea curentului prin el (R — Ujl). - Care dintre afirmaţiile următoare este corectă: a ^rezistenţa electrică a unui conductor este direct proporţională cu tensiunea exis- ^tentă la capetele sale; ^b) rezistenţa electrică a unui conductor este invers proporţională cu intensitatea curentului prin conductor. 3. Ce semnificaţie fizică atribuiti cotangentei unghiului a din graficul prezentat în figura VIII.31? 4. în graficul prezentat în figura VIII.31 unghiul a este de 45°. a. Ce relaţie există între U şi I pentru situaţia dată? b. Ce valoare are rezistenţa rezistorului pentru care s-a trasat graficul? 4 5. Pe trei rezistoare sînt înscrise următoarele valori ale rezistenţelor: 1 k £ 2 ; 0 , 1 1 1 0 ; 100 £2. Care din ele are cea mai mare rezistenţă? 6. Care din următoarele relaţii între unităţi de măsură sînt adevărate: • /-,— = Q;b) in' c-a

—

c d) J - s = Q - C 2 ? 7. Dublarea lungimii unui conductor face ca rezistenţa sa electrică: a) să se dubleze; b) să se reducă la jumătate; c) să rămînă constantă. 8. Dublarea razei unui conductor cilindric face ca rezistenţa sa electrică: a) să se dubleze; b) să se reducă la jumătate; c) să se mărească de patru ori; d) să se micşoreze de patru ori; e) să rămînă constantă. 9. Prin întindere, un fir conductor îşi triplează lungimea. în acest caz rezistenţa sa electrică: a) rămîne constantă; b) scade de trei ori; c) creşte de nouă ori; d) scade de nouă ori; e) creşte de trei ori. 10. Doi conductori cilindrici din acelaşi metal, cu razele diferite au lungimile egale cu razele. Vor avea rezistenţele electrice egale? 11. D j-aâ plăci din tablă de Al de formă pătrată, c j ăce-eiîi grosime şi cu laturile l şi L sînt cocectati- într-un circuit electric (fig. VIII.32). Care din ele are rezistenţa electrică mai mare? = e) V • A = Q; V

155

12. Mercurul aflat într-o mensură cu secţiunea 8lt pînă la înălţimea hx este turnat în altă mensură cu secţiunea S2. în ambele situaţii coloana de mercur face parte dintr-un circuit electric, contactele făcîndu-se prin baza coloanei şi prin suprafaţa liberă a mercurului. Fiind vorba de aceeaşi cantitate de mercur, credeţi că în cele două situaţii rezistenţele electrice vor fi egale? Cîte cazuri sînt posibile? 13. Este corect să afirmăm că rezistenţa unui fir de nichelină este mai mare decît rezistenţa electrică a unui fir identic din cupru? (14J Două conductoare confecţionate din acelaşi material, au razele în raportul r1/r2 = = —. iar lungimile în raportul \jl2 — 1 / 4 . 3

*

a. Calculaţi valoarea raportului rezistenţelor lor R^R^. b. Dacă se aplică aceeaşi tensiune la capetele celor două conductoare, care va fi raportul intensităţilor curenţilor care trec prin ele 15. Avînd la dispoziţie o baterie, un voltmetru, conductori de legătură, un rezistor cu valoarea rezistenţei R cunoscută, concepeţi şi descrieţi o metodă prin care se poate determina valoarea rezistenţei Rx a unui rezistor necunoscut. 10. Avînd la dispoziţie o baterie, un ampermetru, conductori de legătură, un rezistor cu valoarea rezistenţei R cunoscută, concepeţi şi descrieţi o metodă prin care se poate determina valoarea rezistenţei R a unui rezistor necunoscut. 17. Un conductor cu lungimea l şi secţiunea S se îndoaie la mijloc, astfel încît cele două jumătăţi să se suprapună exact. Să se stabilească cum se modifică rezistenţa lui, calculînd raportul RJR2. 18. Ce credeţi că se întîmplă cu rezistenţa electrică a firelor electrice aeriene, în timpul iernii? Dar în timpul verii? 19. Pe un conductor cu lungimea l„ = 100 cm şi rezistenta Ra, alunecă două contacte mobile cu vitezele constante v, = 6 AC

156

Considerând că ele pornesc simultan unul către celălalt de la si v, = 4 (fig. VIII.33). capetele A şi B ale conductorului, să se stabilească: a) după cît timp rezistenţa electrică a barei se reduce la jumătate faţă de valoarea iniţială; b) relaţia care exprimă rezistenţa porţiunii MN în funcţie de timpul cît s-au deplasat contactele; r) timpul t' de la punerea lor în mişcare, după care intensitatea curentului devine maximă. Dintr-un fir de nichelină cu diametrul de 0,5 mm, trebuie confecţionat un rezistor cu rezistenţa de 2 1 0 . Ce lungime trebuie să aibă firul, ştiind că rezistivitatea nichelinei este 42 • 10~8 O • m? Dacă alimentăm, de la reţeaua de curent, un reşou legat în serie cu un ampermetru, observăm că la început curentul absorbit are o intensitate mare, apoi scade. Cum explicaţi fenomenul descris?

DB

-+€>=— Fig. VIII.33

* 0 21

^.6. LEGEA LUI OHM 1. Analizaţi-gralicul I — f(U) din figura VIII.34 şi- răspundeţi la următoarele întrebări: a. Pe ce porţiune sau porţiuni ale graficului, intensitatea curentului a crescut? b. Pe ce porţiune sau porţiuni ale graficului, intensitatea curentului a scăzut?

157

Fig. VIII.34

c. Pe ce porţiune sau porţiuni ale graficului intensitatea curentului a rămas constantă? d. Pe ce porţiune sau porţiuni ale graficului, rezistenţa conductorului a fost constantă? e. Pe ce porţiune sau porţiuni ale graficului, tensiunea la bornele conductorului a fost constantă? 2. Pe un beculeţ de lanternă sînt înscrise următoarele date: 2,5 V şi 200 mA. Ce rezistenţă are filamentul becului? 3. Scala unui aparat de radio este luminată de un bec de 6,3 V şi 2 1 Q . a. Ce intensitate are curentul prin bec? b. Ce sarcină electrică trece prin bec în timp de 8 ore? c. Cîţi electroni au trecut printr-o secţiune a filamentului în acest interval de timp? (Se cunoaşte sarcina electronului qe — —1,6 • IO-19 C.) /O baterie cu tensiunea electromotoare de 4,5 V, are tensiunea la borne de 4 V j cînd debitează un curent de 1 A. Determinaţi valoarea rezistenţei circuitului ^exterior şi a celui interior. ''O baterie cu tensiunea electromotoare de 1,5 V alimentează un rezistor cu rezis- ^ tenţa de 40. Dacă tensiunea la bornele rezistorului este de 1 V, determinaţi: \ a) tensiunea la bornele bateriei; b) intensitatea curentului prin circuit; j c) rezistenţa interioară a bateriei. /1fc)VUn reziştor R aflat în circuitul unei baterii cu Ex = 20 V şi rx — 1Q este parcurs de acelaşi curent ca şi în circuitul altei baterii cu = 19 V şi r2 = 0,5 Q. Determinaţi rezistenţa rezistorului. 7. Un generator cu tensiunea electromotoare de 9 V, are un curent de scurtcircuit Ise— 4,5- A. Un consumator legat la bornele acestui generator face ca tensiunea la bornele lui să fie de 8 V. a. Ce rezistenţă internă are generatorul? b. Ce rezistenţă are consumatorul? 8. în circuitul din figura VIII.35, R2 = 2 Rv Să se completeze tabelul cuprinzînd indicaţiile aparatelor de măsură pentru cele 4 poziţii ale comutatorului K. Se consideră rezistenţa ampermetrului neglijabilă.

1 }

Indicaţia ampermetrului

Indicaţia voltmetrului

a

1A

6v

b

4A

Poziţia comutator

s

8V

£

158

Fig. VIIL39

Fig. Vlll.4‘2

159

9. Intre capetele unui fir metalic cu lungimea de 20 m se măsoară, o tensiune de 30 V. Care va fi tensiunea dintre două puncte situate la 3 m, respectiv la 15 m faţă de acelaşi capăt? 10. Un circuit este alimentat de un generator cu tensiunea electromotoare E — 9 V şi r = 0,5 Q. La bornele lui se leagă un rezistor cu rezistenţa variabilă (reostat) între 0 -i~ 17,5 £î. S-a trasat graficul I = f(Rhlai) şi s-a obţinut curba din figura VIII. 36. Ce valori au coordonatele (a, b) ale punctului M şi coordonatele (c, d) ale punctului N? I(A)A

K

Fig. VIII.37

Fig VIII.36

11. Atunci cînd întrerupătorul K din figura VIII. 37 este deschis, voltmetrul indică 12 V, iar cînd întrerupătorul este închis, voltmetrul indică 11 V. Determinaţi rezistenţa interioară a bateriei. 12. Un rezistor cu = 10 £2, legat la bornele unei baterii, este parcurs de un curent cu intensitatea de 1 A. Un rezistor cu = 4 Q montat în circuitul aceleiaşi baterii este parcurs de un curent cu intensitateade 2,2 A. Determinaţi tensiunea electromotoare şi rezistenţa interioară ale bateriei. 13. Rezistenţa exterioară a unui circuit este de n ori mai mare decît rezistenţa interioară a unui generator. Va fi mai mică tensiunea la bornele generatorului decît tensiunea M electromotoare? De cîte ori? 14. între punctele A şi B ale circuitului exterior al sursei de curent cu tensiunea electromotoare E (fig. VIII.38), voltmetrul arată o tensiune ' V volţi. în ce parte trebuie să deplasăm cursorul reostatului intercalat în acelaşi circuit, pentru a mări tensiunea pe A B porţiunea AB: către M sau către N? Fig. VIII.3fc

3.7. LEGEA LUI JOULE . 1. în care dintre cele trei vase identice reprezentate în figura VIII.39 va fierbe mai repede apa? Temperatura iniţială a apei este aceeaşi în toate vasele. i. în care din cele patru vase identice reprezentate în figura VIII.40 va fierbe mai repede apa? Temperatura iniţială a apei este aceeaşi în toate vasele. 3. Dintr-un fir de nichelină tăiaţi trei bucăţi de lungimi diferite (l, 21,31) ca în figura VTII.41. Care din ele se va încălzi mai tare?

160

ion.

~3CI5T

Fig. VIIL39

A

2oA

B

10

40 A

20 XI C

D

-IM -1—^

Fig. VIII.40 31

----------- vmnr> ----------- -------------

Fig. VIII.41

4. De ce picioruşele metalice care susţin filamentul unui bec nu devin incandescente cînd curentul electric trece prin bec? 5. Două fire conductoare cu rezistenţele şi R2 (R2 > RJ sînt legate în serie şi apoi în paralel. Care din ele degajă o căldură mai mare, în cele două cazuri? y( 6. Cît timp trebuie să treacă un curent de 10 A printr-un conductor de Al cu secţiunea de 10 mm2 pentru ca acesta să se încălzească cu 100°C? Se cunosc: rezistivi- tatea aluminiului p —2,7 ■ IO-9 Q • m; densitateadAi = 2,7 g/cm3; căldura specifică c = 900 J/kg • grd. / 7. Cîtă apă este într-un calorimetru, dacă după ce rezistorul aflat în calorimetru este pus sub tensiune variaţia temperaturii apei este l°C/s? Se cunosc: R = 41,8 £2; 1 = 2 A; c = 4 1 8 0 J/kg • grd. 8. într-un timp t, un reşou poate fierbe m kg de apă. Un alt reşou, într-un timp 2 t, poate fierbe numai wi/2 kg apă cu aceeaşi temperatură iniţială. între rezistenţele celor două reşouri, reşourile fiind conectate la aceeaşi priză, există relaţia: a) R-L = R2; b) R1 = 2Ri: e) R1 = 4R2; d) Ri = 2R1:

y

pr$T|-

9. în care din cazurile prezentate în figura YIII.42 apa se încălzefte mai repede cu un Fig. Vlll.4‘2

161

acelaşi număr de grade? (Fierbătoarele sînt identice, tensiunea de alimentare este aceeaşi, vasele sînt identice, masa totală de apă încălzită este aceeaşi în fiecare caz, iar temperatura iniţială a apei din vase este aceeaşi.) flO. Ce randament vj axe un fierbător electric care fiind conectat la 220 V şi avînd o rezistenţă R — 40 £2 (la cald), încălzeşte într-o oră 10 litri de apă de la 0,= 20° pînă la fierbere? Se dă: papă = 1000 kg/m3 şi capă = 4 1 8 0 J/kg • grd. 3.8. ENERGIA ŞI PUTEREA ELECTRICĂ 1. Energia electrică este energia asociată purtătorilor de sarcină electrică aflaţi în: a) mişcare dezordonată; b) mişcare ordonată. 2. Două becuri identice: a) consumă, în intervale de timp egale, energii diferite; b) consumă, în intervale de timp egale, energii egale; e) consumă, în intervale de timp diferite, energii egale. X 3. Două rezistoare au rezistivităţile, lungimile şi secţiunile transversale, pl5 respectiv pa, l2, S2. Care va fi raportul puterilor, atunci cînd rezistoarele sînt legate: a) în serie; b) în paralel? 4. într-un atelier ard zilnic (pe timp de iarnă) cîte 5 ore, 3 becuri cu puterea nomi- nală de 100 W fiecare, la o tensiune de 220 V. Ştiind că becurile sînt conectate în paralel, calculaţi: a) intensitatea curentului prin fiecare bec; b) rezistenţa unui bec; c) energia totală consumată timp de 3 luni (o lună = 24 zile lucrătoare). ă) Ce energie se economiseşte în acelaşi interval de timp prin renunţarea la un bec? e) Costul energiei economisite, dacă 1 kWh costă 0,90 lei. fi 5. Două rezistoare au rezistenţele Rx = 5 O şi R2 = 10 £2. Calculaţi raportul energiilor consumate de ele într-un interval de timp t dat, atunci cînd ele sînt legate: . a) în serie; b) în paralel. \n€. Dintr-un conductor de nichelină, ce lungime veţi tăia pentru a confecţiona un încălzitor cu puterea de 1 kW la o tensiune de 220 Y? Diametrul firului de niche- lină este de 0,5 mm şi rezistivitatea ei este egală cu 42 • 10“8 £2 • m. 7. Folosind indicaţiile unui contor electric (aparat pentru măsurarea energiei electrice consumate) şi ale unui ceas, puteţi determina intensitatea curentului care trece prin filamentul unui bec? (Temă experimentală.) 8. Stabiliţi relaţia de echivalenţă dintre 1 kWh şi joule (J). X-9. Ce relaţie trebuie să existe între R şi r pentru ca puterea disipată pe circuitul exterior să fie egală cu puterea absorbită de circuitul interior? 10. Ce se întîmplă dacă, din greşeală, punem în contact, printr-un obiect metalic, două puncte ale spiralei unui reşou aflat în funcţiune? Un generator electric produce printr-o rezistenţă de 16 £2 o putere electrică. Ce rezistenţă interioară are generatorul dacă el produce aceeaşi putere printro rezistenţă de 25 £2? li Energia electrică totală disipată într-un circuit parcurs de un curent constant ^ de 5 A este de 216 000 jouli în timp de două ore. Calculaţi puterea generatorului şi tensiunea sa electromotoare.

162

3,9. REŢELE ELECTRICE. LEGILE LUI KIRCHHOFF 1, Cîte noduri şi cîte ochiuri au reţelele din figura VIIL43 a,i,cţ

Fig. VIII.43

2. Cîte ochiuri şi oîte noduri are circuitul din figura VIII.44?

Fig. VIII.44

8. în nodul O al reţelei din figura VIII.45, se întîlnesc 5 curenţi. Prin firul 5 curentul intră sau iese? Ce intensitate va avea el? 4. Ce vor indica ampermetrele Alt A2, A7 din figura YIII.46, cînd întrerupătorul K este deschis? Dar cînd se închide întrerupătorul?

IX — Proîtene

ygntr-

î^zrtaiiu

Fig. VIII.46

163

164

165

5. Determinaţi intensitatea curenţilor necunoscuţi din circuitul reprezentat în figu. ra VIII.47. . . .

6. Se dă circuitul din figura VIII.48 în care conductorii de legătură au rezistenţe neglijabile. între punctele A, C; B, D; B, C se conectează succesiv un voltmetru. în ce caz tensiunea indicată este mai mare? Ce indică voltmetrul conectat între punctele A, B şi D, C? 7. Să se scrie teoremele lui Kirchlioff pentru circuitele a, h şi c din figura VIII.49. r
-cz> ‘ Rz

(f)e2lr2 R

8. Ce relaţie trebuie să existe între rezistenţele R2, R3 şi R% din figura VIII.50, pentru ca

R1}

Fig. VIII.49

intensitatea prin Rz să fie zero?

Fig. VIII.51

Fig. VIII.50

9. în circuitul din figura VIII.51 se cunosc: tensiunea indicată de voltmetru Î7„ = = 8 V, rezistenţa interioară a sursei r = 0,5 O şi rezistenţa rezistorului R = 4 Q. Se neglijează curentul absorbit de voltmetru şi căderea de tensiune pe affiper- metru. Se cer: a) intensitatea curentului prin sursă;

166

b) tensiunea electromotoare a sursei; e) indicaţiile celor două aparate de măsurat, dacă se scurtcircuitează bornele rezistorului. 10. Se dă circuitul din figura VIII.52 în oare El =* 9 V, E9 *= 6 V, R±— 3 £2, R2—2 £} şi Ra = 6 £2. Calculaţi intensităţile curenţilor prin cele trei rezistoare, Rezistenţele interioare ale generatoarelor le considerăm neglijabile.

2A

5A ^

i

E, =16V ? r> t^\ —□ ----------------------------------Fig. VII 1.53

Fig. VIII.52 11. O porţiune a unui circuit electric se prezintă ca în figura VIII.53. Calculaţi tensiunea între punctele M şi N, tensiunea electromotoare a celei dea doua surse, intensităţile curenţilor Ilf /2 şi I3. 12. în figura VIII.54 voltmetrul V arată 12 Y. Ce vor indica voltmetrele Vt şi F2, adică Rx = 2 D, şi R% — 4 £2? Se neglijează curentul absorbit de voltmetre. • Fig. VIII.51

3.10. GRUPAREA REZISTOARELOR ŞI A GENERATOARELOR Trei rezistoare au rezistenţele R± = 30 Q; R% — 60 £2; Rs = 90 Q, şi sînt dispuse ca în figura VIII.55. Conectarea lor la un generator cu tensiunea electromotoare de 120 V şi rezistenţa interioară de 5 £2, se poate face prin bornele A, B; B, G sau A, C. a) Prin care pereche de borne trebuie conectat montajul la sursă, pentru ca rezistenţa lui echivalentă să fie minimă şi ce valoare va avea aceasta? b) Ce intensitate va avea în acest caz curentul din circuitul principal (neramificat)? Cum trebuie grupate un număr de 10 rezistoare u reziitenţele de: 1 £2, 2 £ 2 , 3 £ 2 , . . . , 10£2 pentru ca ?ă «e obţină o rezistenţă echivalentă maximă fi\; : rriiitenţă echivalentă minimă? Ce valori aur-eiiit^nte echivalente?

167 ii’

3. Rezistenţa echivalentă a două rezistoare legate în serie este de 4 ori mai mare decît rezistenţa echivalentă a aceloraşi două rezistoare legate în paralel. Ce puteţi spune despre cele două rezistoare? 4. Care dintre circuitele electrice reprezentate în figura VIII.56 are rezistenţa echivalentă mai mare?

in

3n.

Fig. VIII.56

5‘, Determinaţi rezistenţa echivalentă a circuitului din figura VIII.57 ştiind că _BX = = lOOfi; i?2 = Ra == 50 fi şi Rt = 75 fi. Ce curent trece prin Rx dacă tensiunea la bornele circuitului este U = 6 V? Care va fi căderea de tensiune între punctele M şi N? 6. Aveţi la dispoziţie: trei becuri identice, conductoare de legătură şi o baterie de curent continuu. a. în cîte moduri pot fi conectate becurile? b. în cîte cazuri becurile vor lumina la fel? c. în cîte cazuri două becuri luminează la fel, dar mai intens decît al treilea? d. în cîte cazuri două becuri luminează la fel, dar mai slab decît al treilea? e. în cîte cazuri cele trei becuri au luminozităţi diferite? (Temă experimentală.) ________ 7. Cele două contacte mobile Cx şi C2 din c4 “ figura VIII.58 se află la jumătatea lunu gimii fiecărui reostat. Ce se întîmplă cu intensitatea curentului principal în situa55 ---------- '— ţffle: “T. __________ A. şi C% se deplasează în acelaşi sens spre dreapta: ---------------a) creşte;b)scade;e) rămîne constantă. Fig. VIII.58 B. şi C2 se deplasează în acelaşi sens spre stînga: a) creşte; b) scade; c) rămîne constantă. C. Ci se deplasează spre stînga şi C2 spre dreapta, cu aceeaşi viteză, pînă la capetele înfăşurării: a) creşte; b) scade; c) rămîne constantă. D. Cx se deplasează spre dreapta şi C2 spre stînga cu aceeaşi viteză, pînă la capetele înfăşurării: a) creşte; b) scade; c) rămîne constantă. 8. Becurile din circuitele reprezentate în figura VIII.59 sînt identice, fiecare avînd rezistenţa R. Comparaţi rezistenţele electrice echivalente ale celor două circuite în următoarele situaţii: a) m>n; b) m — n\ c) m
168

—0~ — 0—

11—0— 2

12 m 1 [—0—0------------------------- 0—

—®—

2 —0 ------ 0 -------------------- 0— nl—0 --------- 0-

— 0— 2

Fig. VIILcs

9. Preaupunînd că becurile reprezentate în circuitele electrice din figura VIII.60 sînt identice, precizaţi care circuit are rezistenţa echivalentă cea mai mare. Răspundeţi la aceeaşi întrebare şi pentru circuitele din figura VIII.61 (şi aici becurile sînt identice), Comparaţi între ele rezultatele şi interpretaţi-le.

-0—0—-0-] o 0—0—0' -0—0—-0—^ —0—0—0—0— _—0—0—0—0—_ —-0—-0—0—0— —0—0—0—0— -0—0—0- ......................... 0-i 1

-0—0—0 ------------------------- -0-

*(gH" n

-0—0—0~’ 1

2

3

Fig. VIII.60 U^-i-0-HgH- --------------- Mg)— 12

3

n

MgH—0-HgH ~0T0-T0-T0—

—®—®--0—0—.

-0— 0—0—0— *—0h2h-0-‘-0— -0-Ţ-0-Ţ-0T ----------T0-0 -------0 ------ 0 ---------—0“ Fig. VIII.61

10. înaintea începerii unui spectacol, în sală, lumina era aprinsă. Deodată becurile au început să lumineze din ce în ce mâi slab şi în scurt timp în sală s-a făcut întuneric. Cum se explică acest efect? Care din montajele prezentate în figura VIII.62 permite realizarea efectului descris? (Temă experimentală.) 11. Se dă montajul din figura VIII.63 în care se dă Rx — 2 Q,R2 = 4 O, R3 = 6 Q, r = 0,6 Q şi intensitatea i2 = 3 A prin rezistorul 7?2. Să se calculeze: 1 1 rezistenţa echivalentă a circuitul^ exterior; : i intensităţile curenţilor prin Rx şi R3- ; liZîhnea electromotoare a bateriei; ii tiis^sea la bornele bateriei;

169

u

k

-oo—

Fig. VI: 1,62

f)

e) puterea furnizată de baterie circuitului exterior; puterea totală a bateriei.

12. A fost trasat graficul I = f(U) pentru două rezistoare de rezistenţe Rx şi R2 precum şi pentru rezistenţele lor echivalente, atunci cînd ele sînt legate în serie «i apoi în paralel. Identificaţi graficul corespunzător lui Rx, R2, Rs, Rp dacă ’Rt > R2 (fig. VIII.64). ’. 13. Cînd două reşouri identice sînt legate la reţea, se obţine o putere mai mare dacă reşourile sînt legate: a) în serie; h) in paralel. 14. Se dă circuitul din figura VIII.65, elementele sale avînd următoarele valori: E = 24 V; r = 0,8 fi; Rt = 2fi; Rz = 4fi; -R, = 6fi; R4 = 8O. Calculaţi: a) rezistenţa echivalentă a circuitului exterior; b) intensităţile curenţilor în ramurile circuitului

(Xi vii 1%) i

c) puterile disipate pe fiecare rezistor. 15. Un voltmetru are domeniul de măsurare cuprins între 0—6 V şi rezistenţa Rv = 600 fi. a. Care este intensitatea maximă a curentului care poate trece prin voltmetru, fără a exista pericolul ca acul indicator să depăşească scala?

170

b. Pentru a măsura cu voltmetrul tensiuni mai mari de 6 V, se îeagă în serie cu el o rezistenţă adiţională (Rad) ca în figura VIII.66. Ce valoare trebuie să aibă rezistenţa Rad, pentru ca tensiunea măsurată de voltmetru să poată ajunge la 60 volţi? c. Dacă scala voltmetrului are 100 diviziuni, care este tensiunea corespunzătoare unei diviziuni pentru cele două domenii de măsurare (0—6 V şi 0—60 V)?

Fig. VHI.f>6

Fig. VIII.67

16. Un ampermetru avînd rezistenţa de 0,5 O poate măsura curenţi pînă la 2 A. Pentru a putea măsura curenţi cu intensităţi mai mari, se leagă în paralel cu el un rezistor Rs numit şunt (fig. VIII.67). Ce rezistenţă trebuie să aibă şuntul' pentru a măsura cu ampermetrul curenţi pînă la 100 A? 17. Un reostat cu manetă este legat în serie cu un rezistor de 1 Q la un generator cu tensiunea la borne constantă şi egală cu 6 V. Ce valori trebuie să aibă rezistenţele rezistorilor i^, R2, R3, R4 (fig. VIII.68), astfel ca, la o trecere a manetei de pe un contact pe cel vecin, intensitatea curentului să se modifice cu 1 A? Se neglijează rezistenţa interioară a generatorului.

Fig. VIIL69

18. Pe panoul frontal al unei cutii paralelipipedice sînt montate şase becuri Bv B2..., S6, două întrerupătoare şi k2 şi o siguranţă 8 (fig. VIII.69). întrerupătoarele fiind puse pe poziţia deschis, se introduce ştecherul în priză. Se ştie că: 1. închizînd ftj se aprind toate becurile; 2. desehizînd Bt se stinge şi B6; 3. defambînd Bz se sting şi Bz şi B4; 4. defurubînd B% nu se stinge nici un b e c ;

171

5. deşurubînd Bs se &ting toate becurile; 6, închizînd k2 se arde siguranţa 8. a. Să se reconstituie schema electrică a montajului. b. Cum explicaţi arderea siguranţei S? c. Dacă becurile sînt identice, care va lumina mai intens? d. Determinaţi rezistenţa echivalentă a circuitului cunoscxnd rezistenţa unui bec. (Temă experimentală.) 19. Pentru circuitul din figura YIII.70 se cunosc: Et — 10 V; E% — 20 V; R = 27 iî; rx = 1 Q; r2 = 2 Q. Determinaţi: a) intensitatea curentului prin circuit; b) tensiunea la bornele consumatorului; c) tensiunile interioare.

Fig. VIII.70

Fig. VIII.71

20. Tr6i generatoare identice (E = 4,5 V şi r = 4 Q fiecare) sînt grupate ca în figura VIII.71 şi alimentează un rezistor 3 Q. Determinaţi: a) tensiunea electromotoare a generatorului echivalent şi rezistenţa lui internă; b) intensitatea curentului prin rezistorul R; c) tensiunea între bornele A şi B. 21. Două surse cu tensiunea electromotoare E şi rezistenţa intemă r, se leagă o dată în serie şi apoi în paralel pentru a alimenta un rezistor R. Ce relaţie trebuie să existe între R şi r, pentru ca: #) Is — lp. J) Is
t,r £,r

£,r

e - Q- QR

R

a

b

Fig. VIII.72

172

R

c

A. Completaţi tabelul de mai jos: Circuit

Număr ochiuri

de Număr noduri

de

Număr de ramuri

T.e.m. generatorului echivalent

a

a Rezistenţa internă a Intensitatea generatorului curentului în echivalent circuitui principal

Es =

rp =

c

II

li9 II

b

r$ =

Em —

rm

=

Im —

B. Considerînd că R — r, în care caz, din cele trei, intensitatea curentului în circuitul principal este mai mare? 24. Generatoarele identice (E, r) din figura VIII.73 a, b, c trebuie înlocuite cu un generator echivalent. Ce tensiune electromotoare şi ce rezistenţă interioară trebuie să aibă acesta?

LeJ

-0-

-Q-0

r0n

r0-|

e L@_J

're-

H0n

“0“

2-© H 1 1

-0i i -4

-9-

1 \ 1 1 1 nL@J

b

■ < -0- —O o— n

L^J

1 2 H00--00--

-0—I12 -0— 2

L©-©- -------------- 0Fig. VII1.73

12 Procesul disociaţiei electrolitice a unui acid, sare sau bază are loc: a) numai în prezenţa cîmpului electric; b) numai prin introducere în soluţia lor apoasă a doi electrozi; c) prin dizolvarea în apă a substanţei respective; d) prin încălzirea pînă la topire a substanţei date.

173

25. O baterie de n generatoare identice, avînd fiecare t.e.m. E şi rezistenţa internă r alimentează un consumator cu rezistenţa R. Ce relaţie trebuie să existe între r şi R, pentru ca puterea debitată consumatorului să fie aceeaşi, indiferent de modul de grupare al generatoarelor (serie sau paralel)? 26. Două baterii cu tensiunile Ex = 4,5 V şi E2 = 3 V şi rezistenţele interne r1 = 2 £2 şi r2 = 0,5 £2, se leagă în serie. a) Care este curentul de scurtcircuit? b) Ce rezistenţă are rezistorul care legat la bornele grupării celor două generatoare, face ca tensiunea la bornele lor să fie de 6 V? ej Care este puterea disipată de rezistor? 27. Determinaţi intensităţile curenţilor din circuitele electrice reprezentate în figura YHL74. .Bateriile sînt identice (E, r).

Fig. VIII.72

174

n-1

—-0 » Q @—0—

_0_©___—0^_0_0 ------------------------------.0— R nQn

R n k n *1 -0-0 ----------------- 0"»- 0-0—-0—

R

—©~©—■€)—©~@—0~

R

7. Trei voltametre identice, conţinînd cantităţi egale de CuS0 4 sînt grupate ca în figura VIII.75. a) Pe catodul cărui voltametru se va depune cea mai mare cantitate de Cu, ştiind că masa de substanţă depusă la catodul fiecărui voltametru este direct proporţională cu intensitatea curentului prin voltametru. b) Ce valoare are rezistenţa electrică a unui singur voltametru, dacă la alimentarea montajului la 100 V, curentul prin voltametrul V2 este de 2 A?

Fig. VIII.75

Fig. VIII.7B

8. Bornele voltmetrului din figura VIII.76 sînt legate de electrozii unui voltametru. Bornele voltmetrelor V2 şi F3 sînt introduse în electrolitul din voltametru. Vor fi identice indicaţiile celor trei voltmetre? 9. Aţi auzit de tablă zineată? De ce i se spune aşa? Ştiţi cum se obţine? 10. De ce nu se poate obţine Na metalic prin electroliza soluţiei de NaCl? Ce metodă se poate folosi, pentru a realiza acest lucru? 11. Obţinerea cuprului cu un grad de puritate foarte ridicat necesar în electrotehnică, se poate realiza pe cale electrochimică. Puteţi descrie metoda folosită?

V. CÎMPUL MAGNETIC 5.1. MAGNEŢI. ACŢIUNEA RECIPROCĂ DINTRE 'MAGNEŢI 1. a) b) e) d) e) 1)

Pe care dintre afirmaţiile de mai jos le consideraţi corecte? Corpurile metalice sînt atrase de magneţi. Orice corp este atras de magneţi. Corpurile feroase sînt atrase de magneţi. Toate corpurile cad către Pămînt, deoarece el poate fi considerat ca un magnet uriaş. Pămîntul atrage toate corpurile, datorită proprietăţii pe oare o numim gravitaţie. Pămîntul atrage corpurile feroase, datorită „magnetismului” său iar pe cele neferoase datorită „gravitaţiei” sale.

171

2. Vreţi să ştiţi dacă un ac de oţel este magnetizat sau nu. Cura veţi proceda? Indicaţi cel puţin două metode. (Temă experimentală.) 3. Se dă o bară de oţel nemagnetizată. Avînd la dispoziţie un magnet, o baterie, sîrmă de cupru neizolată şi hîrtie, cum veţi proceda pentru a magnetiza bara de oţel? Indicaţi cel puţin două procedee. (Temă experimentală.) 4. Cei doi magneţi din figura VlII.77 sînt identici. Ştiind că dinamometrul Dx indică 5 N, iar dinamometrul Z)2 indică 1 N, determinaţi: a. greutatea şi masa unui singur magnet (g = 10 N/kg); b. forţa magnetică de atracţie. 5. Trei magneţi identici sub formă de discuri sînt aşezaţi pe un suport cu ax vertical (fig. VIII.78). Care dintre desene reprezintă în mod corect distanţele dintre magneţi în momentul stabilirii echilibrului? (Temă experimentală.) 6. Cei doi magneţi M1 şi M2 din figura VIII.79 au masele wii = 100 g şi îw2 = 200 g. A. Care este valoarea forţei de respingere magnetică? (g = 10 N/kg.) B. Ce s-ar întâmpla cu distanţa dintre cei doi magneţi în următoarele situaţii: a) se înclină suportul vertical cu un unghi de 80°; b) se aşază suportul în poziţie orizontală; c) se inversează locurile celor doi magneţi; d) se scufundă cei doi magneţi în apă. (Temă experimentală.) 7. Suspendaţi un ac magnetic într-un pahar cu apă. Se va orienta Fig. VIIJ 77

acesta la fel ca şi în aer? (Temă experimentală.)

WM<

mm

mmr

Fig. VIII.79

172

Fig. VII 1.81

Fig.VIII.80

8. Pe un plan înclinat se găsesc doi magneţi identici M1 şi M2 ca în figura VIII.80. a. Figuraţi forţele care menţin magnetul M2 în echilibru. b. Ştiind că magnetul M2 are masa de 100 g şi a = 30°, calculaţi forţa de res pingere 9. Descrieţi comportarea unui ac magnetic suspendat (fig. VIII.81) în timpul unei călătorii în jurul Pămîntului în lungul meridianului geografic care trece prin polii magnetici? 10. Cum se poate verifica dacă doi magneţi în formă de bară avînd aceleaşi dimensiuni, sînt la fel de puternic magnetizaţi? (Temă experimentală.) Apropiaţi un magnet bară de 11 un mănunchi de ace cu gămălie, pînă cînd acestea se fixează pe magnet. Lăsaţi apoi acele libere şi veţi observa că ele se aşază ca în figura VIII.82. Explicaţi împrăştierea acelor. ' Suspendaţi un cui de fier de un 1 / j fir subţire de cupru (liţă) şi M \ aduceţi în vecinătatea lui un \ 12. magnet. Cu o spirtieră sau bec Ui de gaz, încălziţi cuiul şi observaţi comportarea lui (fig. VIII.83). Ce concluzie puteţi trage Fig. VIII.82 referitoare la relaţia dintre temperatură şi proprietăţile magnetice ale unei substanţe feromagnetice? (Temă experimentală.)

5.2. EXPERIENŢA LUI OERSTED. CÎMP MAGNETIC

1. în apropierea unui tub de sticlă închis la ambele capete, se aşază un ac magnetic (fig. VI.50). a. Se umple tubul cu mercur. Va devia acul magnetic? b. Se umple tubul cu soluţie de CuS04. Va devia acul? (Temă experimentală.) Tubul de sticlă are interiorul introdus într-un circuit electric, prin intermediul a doi electrozi.

173

2. Fixaţi pe două suportări un fir conductor cu lungimea de 1 m, în poziţie orizontală. Plasaţi un ac magnetic deasupra conductorului şi altul sub conductor. a. Lăsaţi să treacă un curent electric prin conductor. Au deviat în acelaşi sens capetele nord ale celor două ace? b. Schimbaţi sensul curentului prin conductor. Yor devia cele două ace magnetice în acelaşi mod ca în cazul anterior? Puteţi trage o concluzie privind factorii de care depinde sensul devierii polului nord al unui ac magnetic aflat în apropierea unui conductor liniar parcurs de curent? 3. O baterie de acumulatoare alimentează, printr-un conductor bifilar, un bec electric. în ce sens deviază un ac magnetic aflat sub conductorul bifilar? A

\ / Fig. VIII.84

4. Descoperiţi vreo greşeală în desenele din figura VIII.84? (Prin semnul O înţelegem un curent care vine spre noi ieşind dintr-un conductor aşezat perpendicular pe planul figurii. Prin semnul ® înţelegem un curent care pleacă dinspre noi într-un conductor aşezat perpendicular pe planul figurii). 5. Verificaţi corectitudinea situaţiilor prezentate în desenele din figura VIII.85. 6. Pentru desenele din figura VIII.86, stabiliţi acolo unde este cazul: a. sensul curentului prin conductor; b. orientarea polilor acului magnetic. ■N 7. Lamijlocul distanţei dintre două con-A_ ------------ ductoare paralele, dispuse îu plan oriJ zontal se aşază un ac magnetic. Cum » »„■■■■-

Vs s

<

A_ ------------- ,■ con N N

174

__________

Avuiai oc aşcwx* un au

uum

se va orienta acesta, atunci cînd conductoarele sînt parcurseîn acelaşi sens de curenţi cu intensităţiegale? Darcînd curenţii sînt de sens contrar? (Temă s experimentală.) 8. La mijlocul distanţei dintre două ductoare paralele, verticale, se aşază un ac magnetic. Cum se va orienta acesta, atunci cînd conductoarele sînt

*■ doi Fit. Fig.VIII.80

1 ---- parcurse de curenţi cu intensităţi egale şi avînd acelaşi sens? Dar dacă cei YIILS3 curenţi au sensuri contrare? Fig. VII 1.81

175

♦

Y B—ff"

1

Y A T A Y

>—

♦

Fig. VIII.86

9. Un purtător de sarcină electrică generează: X Un cîmp electric, atunci cînd este: a) în repaus; b) în mişcare; c) indiferent de starea purtătorului. B. Un cîmp magnetic, atunci cînd este: a) în repaus; b) în mişcare; c) indiferent de starea purtătorului. 10. în apropierea unei sfere de Al electrizată şi aşezată - pe un suport izolator, va devia un ac magnetic? S I I J J N Dar dacă sfera se deplasează pe lîngă acul magnetic / cu o viteză foarte mare? 16 11. Un ac magnetic este influenţat de descărcările electrice din atmosferă?

.

62

Fig.VIII.87

12. Forma unui fulger este influenţată de faptul că Pămîntul are proprietăţi magnetice? 13. Stabiliţi sensul curentului din spirele solenoidului reprezentat în figura VIII.87, dacă polaritatea acestuia este cea indicată în desen. 5.3. INTERACŢIUNEA DINTRE UN CÎMP MAGNETIC ŞI UN CURENT ELECTRIC. INDUCŢIA MAGNETICĂ Se dă dispozitivul experimental din figura VIII.88, în care sîrma MN din aluminiu alunecă pe conductorii AB şi CD. Stabiliţi sensul în care se va mişca porţiunea MN a circuitului, cînd dispozitivul este alimentat de generatorul G. 1.

Fig. VUl.90

177

2. Greutatea conductorului ab din figura VIII.89 este de 2 N în care din următoarele situaţii puteţi afirma că prin conductor a trecut un curent electric: a. fiecare dinamometru indică 0 N; b. fiecare dinamometru indică 0,5 N; c. fiecare dinamometru indică 1 N; d. fiecare dinamometru indică 1,5 N; e. fiecare dinamometru indică 2 N. Acolo unde este cazul precizaţi sensul curentului prin conductor şi determinaţi valoarea forţei electromagnetice. 3. Cum trebuie aşezat un conductor liniar parcurs de un curent electric într-un cîmp magnetic uniform pentru ca asupra lui să nu acţioneze o forţă electromagnetică? A. 4. Ce condiţie trebuie îndeplinită pentru ca becul din circuitul reprezentat în figura VIII.90 să fie tot timpul aprins? 5. în figura VIII.91 este prezentat dispozitivul numit „roata lui Barlow“. Un disc de Al, ce se poate roti în jurul unui ax orizontal O, se plasează între polii unui magnet potcoavă. La partea inferioară roata (discul) atinge mercurul dintr-o cuvă C. Mercurul şi axul roţii se pun în legătură cu un generator. Stabiliţi sensul mişcării roţii. 6. Un conductor metalic ab se poate deplasa fără frecare pe două şine paralele situate în plan orizontal între polii unui magnet (fig. VIII.92). De mijlocul conductorului este legat un fir trecut peste un scripete fix purtînd la celălalt capăt un corp de masă m = 10 g. (Se dă g — 9,8 N/kg.)

178

A. Ce sens trebuie să aibă curentul prin conductor pentru ca el să rămînă în echilibru? B. Ce valoare are în acest caz îorţa electromagnetică? C. Descrieţi comportarea conductorului cînd firul s-ar rupe. *7. Pe două şine metalice verticale se poate deplasa fără frecare un conductor ab. Car petele superioare ale şinelor se leagă la un generator electric cu tensiunea electromotoare de 24 V şi rezistenţa interioară neglijabilă, înseriat cu un rezistor de protecţie R (fig. VIII.93). Dispozitivul se plasează într-un cîmp magnetic orientat perpendicular pe planul figurii cu sensul de la voi către figură. Ştiind că bara conductoare ab este în echilibru, stabiliţi: A. sensul forţei electromagnetice care acţionează asupra barei ab; B. relaţia dintre F şi G; C. valoarea rezistenţei rezistorului de protecţie, ştiind că celelalte elemente ale • • N circuitului au rezistenţă neglijabilă. Se va lua gr = 10 -—-.

Mercur

Fig. VIII.93

Fig. VIII.94

Se dă montajul din figura VIII.94 în care conductorul OM este mobil în jurul punctului O iar extremitatea sa M este introdusă într-un vas cu mercur. Descrieţi comportarea conductorului, cînd se închide circuitul. 9. în problema anterioară, cursorul reostatului se deplasează în punctul A şi apoi în B. în care caz unghiul de deviaţie al conductorului mobil este mai mare? 10. Un resort elastic din oţel face parte dintr-un circuit electric prezentat în figura VIII.95. Descrieţi comportarea resortului, dacă prin el se stabileşte un curent cu intensitatea foarte mare. 11. Descrieţi funcţionarea releului prezentat în figura VIII.96. 8.

A _Sl£!

F

Mercur

Fig. VIII.95

12 — Probleme de fizicS Dentru gimnaziu

Fig. VUl.90

179

12. Forţa de interacţiune exercitată între firele reţelei aeriene de alimentare a troleibuzelor este: a) de atracţie; b) de respingere.

VI. INDUCŢIA ELECTROMAGNETICĂ 6.1. FLUX MAGNETIC. PRODUCEREA CURENŢILOR DE INDUCŢIE 1. Cadrul de formă pătrată cu l — 10 cm, prezentat în figura VIII.97 este plasat într-un cîmp

magnetic uniform cu inducţia de 0,1 T13: Calculaţi fluxul magnetic prin cadru în următoarele situaţii: a) planul cadrului este paralel cu liniile de cîmp; b) cadrul este perpendicular pe liniile de cîmp. 2. O spiră circulară cu r = 10 cm este plasată într-un cîmp magnetic uniform cu inducţia de 0,5 T. a. Ce valoare are fluxul maxim prin spiră? b. Ce valoare are fluxul minim prin spiră? 3. O bobină este conectată în serie cu un reostat la bornele unui generator (fig. VIII.98). în bobină este plasat un inel al cărui plan este perpendicular pe liniile de cîmp ale bobinei. în ce sens trebuie deplasat cursorul reostatului, pentru ca fluxul prin inel să crească: către M sau către N? .

. . .

A

•

.

-------------- Jfc—i-----

. . .

/T'Ţ" M I

■

i

Fig. VI1I.&7 4. Care

din acţionările indicate mai jos determină o variaţie a fluxului magnetic prin inelul plasat în bobină (fig. VIII. 98)? (Se consideră că iniţial inelul este cu planul perpendicular pe direcţia lui B.) a) Se închide întrerupătorul K. b) Se deschide întrerupătorul K. c) Se deplasează cursorul reostatului către M. d) Se deplasează cursorul reostatului către N. e) Se execută o translaţie a inelului în interiorul bobinei, către capătul A. f) Se execută o translaţie a inelului în interiorul bobinei, către capătul B. g) Se roteşte inelul în interiorul bobinei în jurul unui ax vertical.

13 Un timp magnetic uniform are inducţia de an tesla (1T), daci exercită o foiţă de 180 1 N asupra fiecărui metru din lungimea unui conductor, perpendicular pe cîmp, parcurs de na curent cu i n t e n s i d e IA. Tesla este unitatea de măsură a inducţiei magnetice în SI.

h) Circuitul fiind închis, se scurtcircuitează printr-un fir conductor bornele generatorului. în fiecare caz, precizaţi cum variază fluxul. 5. S-a trasat graficul $ = f(Sn), pentru o spiră circulară plasată pe rînd în două cîmpuri magnetice cu inducţiile Bx > B2 (fig. VIII.99). Care din drepte s-a trasat pentru cîmpul cu inducţia mai mare?

Fig. VIII. Fig.100 VIII.99

6. Fluxurile magnetice prin două spire circulare cu razele rx şi ra plasate în două cîmpuri magnetice cu inducţiile Bx şi B2 sînt egale dacă: a) spirele au aceeaşi secţiune normală indiferent de valoarea inducţiei cîmpului magnetic; b) cîmpurile au aceeaşi inducţie magnetică, indiferent de valoarea secţiunii normale; c) produsele Bx • Sni şi B2 • Sni sînt egale. 7. Realizaţi circuitul din figura VIII.100. Iniţial întrerupătorul k este deschis şi cele două becuri stinse. A. în timpul închiderii întrerupătorului k, se observă că: a) Bx se aprinde, B2 rămîne stins; b) Bx rămîne stins, B2 se aprinde; c) Bx rămîne stins, B2 rămîne stins; d) Bl se aprinde, Bs se aprinde. B. După închiderea întrerupătorului k se observă că: a) Bx rămîne aprins, B2 se stinge; b) Bt se stinge, B2 rămîne aprins; e) Bt rămîne aprins, B2 rămîne aprins; ă) Bt se stinge, Bz se stinge. G. Deschizînd întrerupătorul k se observă că: a) Bx se stinge, B2 nu se mai aprinde; b) Bx nu se stinge, B2 se aprinde; c) Bx se stinge, B2 se aprinde şi se stinge; d) Bx nu se stinge, B2 nu se mai aprinde. (Temă experimentală.) 8. Realizaţi circuitul din figura VIII.101. A. Fixaţi cursorul C la mijlocul reostatului MN. în acest caz situaţia becurilor este următoarea: a) Bx aprins, B2 aprins; b) Bx stins, B2 stins;

c) Bx aprins; B2 stins; d) Bx stins, B2 aprins. B. în timp ce deplasaţi cursorul C spre M, menţionaţi care dintre situaţiile a, i, e, d (enumerate la punctul A) are loc. C. Fixaţi cursorul C în M. Menţionaţi care dintre situaţiile at b, c, d (enumerate la punctul A) are loc. D. Deplasaţi cursorul C din M spre N. Menţionaţi care dintre situaţiile a, b, c, d (enumerate la punctul A) are loc. E. Fixaţi cursorul în N. Menţionaţi care dintre situaţiile a, b, c, d (enumerate la punctul A) are loc. F. Deplasaţi cursorul C în lungul reostatului de o parte şi de alta în raport cu poziţia iniţială, la început mai încet şi apoi din ce în ce mai repede. Ce se va întâmpla cu fiecare bec? Dacă în locul becului B2, introduceţi un ampermetru cu punctul zero la mijlocul scalei, care va fi comportarea acestuia? (Temă experimentală.) 9. într-o bobină conectată la un miliampermetru, se introduce o bară magnetizată suspendată de un resort elastic (fig. VIII.102). Se trage uşor de magnet în jos şi apoi se lasă liber. Descrieţi comportarea magnetului şi a miliampermetrului după eliberarea magnetului. (Temă experimentală.) 10. Deasupra unei bobine legate la bornele unui ampermetru conectat la bornele 0—10 mA, se suspendă cu un fir un magnet ca în figura VIII.103. Sie scoate magnetul din poziţia de echilibru şi se lasă să oscileze, adică să se mişte de o parte şi de alta a poziţiei de echilibru. Descrieţi comportarea acului indicator al ampermetrului. 11. Pe o riglă de lemn care poate oscila în plan vertical, fixaţi un magnet şi o bobină conectată prin fire subţiri la un ampermetru (figura VIII.104). Va pune în evidenţă instrumentul de măsură apariţia unui curent de inducţie? De ce? (Temă experimentală.)

Pig. VIII.102

Fig. VIII.103

Fig. VIII.104

12. Puneţi să oscileze între polii unui magnet un resort ca în figura VIII.105. Care din cele două ampermetre va înregistra un curent de inducţie? (Temă experimentală.)

13. Introducînd o bucată de fier moale în interiorul bobinelor Bx şi B2 din figura Vm.106, acul miliampermetrului deviază foarte mult. De ce? (Temă experimentală.)

182

Fig. VIII.105

I

Fe

!

B* C.

Fig. VIII,106

14. De ce deviază acul miliampermetrului din figura VIII.107, la îndepărtarea bucăţii de fier M care închide miezul feromagnetic? (Temă experimentală.) 15. Ce se întîmplă cu inelul din cupru din figura VIII.108, dacă apropiem de el magnetul M, în formă de bară? Dar dacă îl îndepărtăm de inel? Se modifică fenomenul, dacă magnetul se apropie de inel cu polul sud? (Temă experimentală.) 16. Deplasînd conductorul ab din figura VIII.109 cu viteza v, prin rezistorul cu R — 999 O trece un curent de 1 mA. Ştiind că rezistenţa conductorului ab este de 1 Q determinaţi: A. valoarea tensiunii electromotoare de inducţie; B. tensiunea la capetele conductorului ai. C. Se modifică valorile tensiunii şi intensităţii curentului, dacă viteza conductorului creşte?

'///////,

Kig. VII1.108

Fig. VIII.109

183

17» în interiorul unei bobine sînt introduşi doi magneţi identici, aşa cum indică figura VIII.110. Se trag magneţii în afară. A. în ce caz va devia acul miliampermetrului : a) cînd magneţii se trag cu viteze egale; b) cînd magneţii se trag cu viteze diferite; c) şi într-un caz şi în celălalt; d) în nici un caz. B. Se modifică răspunsul dacă magnetul al doilea este introdus în bobină cu polul nord?

z Fig. VIII.110

j-ig. VIII.lll

18.

Un conductor rectiliniu se mişcă într-un cîmp magnetic ca în figura VIII.lll. a. La capetele lui ia naştere o tensiune electromotoare indusă? b. Prin el trece un curent de inducţie? 19. Cum trebuie deplasat un conductor într-un cîmp magnetic uniform, pentru ca la capetele lui să nu apară tensiune electromotoare indusă? 6.2. CURENTUL ALTERNATIV. GENERATOARE DE CURENT ALTERNATIV ŞI DE CURENT CONTINUU 1. Prin ce se deosebeşte un curent continuu de unul alternativ? 2. Curentul electrio în rotorul unui generator de curent alternativ (aJtemator) este un curent: a) alternativ; b) continuu. 3. Curentul electric în rotorul unui generator de curent continuu (dinam) este un • curent: a) alternativ; b) continuu. 4. Care dintre efectele curentului electric ne permit să deosebim un curent continuu de unul alternativ? 5. Un cadru metalic de formă dreptunghiulară se roteşte uniform în jurul axului său de simetrie într-un cîmp magnetic uniform perpendicular pe axul de rotaţie (fig. VIII.112 a, b). în ce poziţie a cadrului faţă de liniile de cîmp magnetic, se anulează tensiunea electromotoare indusă? A. în poziţia (o). B. în poziţia (b). C. Şi fa (a) şi în (b). D. Nici în (a) nici în (b).

184

4

a Fig. VIIL112

b

6. Un amperrnetru de ourent continuu (c.c) indică într-un circuit alimentat la 6 V0.c. un curant cu intensitatea de 2 A. Ce valoare va indica acelaşi amperrnetru într-un circuit alimentat la 6 V curent alternativ (c.a)? De ce? 7. Un amperrnetru termic poate fi utilizat şi în curent alternativ? 8. S-a realizat electroliza apei acidulate în curent alternativ (fig. VIII.1I3). Ce gaze se găsesc în eprubeta A ? Dar în B? A

B

© Fig. VIII.114

9. Curentul alternativ de la reţea are frecvenţa de 50 Hz. Cum s-ax uomporta un bec dacă ar fi alimentat în curent alternativ cu o frecvenţă mult mai mică? 10. în figura VIII.114 este reprezentat un generator de curent continuu avînd, statorul şi rotorul legate în serie (generator cu excitaţie serie). Cînd întrerupătorul h este deschis (mers în gol) voltmetrul indică valoarea E = 100 V. Cînd închidem întrerupătorul (mers în sarcină) voltmetrul indică valoarea U — 90 V. Ştiind că rezistenţa echivalentă statorului şi rotorului este r — 2Q determinaţi: a) intensitatea curentului prin rezistenţa de sarcină; i) rezistenţa de sarcină. 11. în figura VIII.115 vă este prezentată schema electrică simplificată a unui electromotor de c.c. Punctele (®i'> h) Şi (fl2 î K) reprezintă bornele înfăşurărilor statorului, iar punctele (PiJ pa) sînt bornele periilor. Ce legături trebuie executate pentru punerea în funcţiune a electromotorului? Veţi avea în vedere următoarele cazuri:

185

A. electromotor cu excitaţie serie (statorul şi rotorul legate în serie şi alimentate de la un generator de c.c.); B. electromotor cu excitaţie paralel (statorul şi rotorul legate în paralel); C. electromotor cu excitaţie separată. (Temă experimentală.) 12. Prin ce se deosebeşte sistemul colector al unui altemator de cel al unui dinam? 6.3. TRANSFORMATOARE Transportul energiei electrice de la generator la consumatori se face prin linii electrice de transport. Pentru ca pierderile prin efect Joule să fie cît mai mici, există mai multe soluţii printre care: a) utilizarea unor conductori foarte groşi; b) mărirea tensiunii la ieşirea curentului din generator; e) scăderea temperaturii conductorilor. A. Care din soluţii este cea mai avantajoasă în momentul de faţă? B. Ce dezavantaje prezintă celelalte metode? Se dau două generatoare electrice de aceeaşi putere electrică P, dar care furnizează tensiunile electromotoare şi Ez (E2 — 5 Ex). Ele furnizează energie electrică la doi consumatori aflaţi la aceeaşi distanţă de generator, utilizînd linii electrice de transport cu aceeaşi rezistenţă. în care caz pierderea de putere pe linia electrică de transport este mai mică? De cîte ori? 3. De ce miezul transformatoarelor nu este compact ci din tole? 3. în figura VIII.116 vă sînt prezentate două tipuri de miezuri feromagnetice pentru *«. transformatoare. Care dintre ele este mai avantajos? Primarul unui transformator este alimentat la o tensiune alternativă de 220 V. Ştiind că numărul spirelor din primar este Nx = 1 870 iar în secundar N2 — 85 spire, calculaţi tensiunea indusă în secundar. 7. Ua transformator are în primar A\ spire iar în secundar N2 spire (Nz = 5 Nt). Primarului i se aplică o tensiune de 220 V. *8. Tensiunea indusă în secundar va fi: a) 1100 V; b) 44 V; c) 220 V. La transformatorul reprezentat în figura VIII.117 se ştie că N2 + N3 = Nx. Unind bornele B cu C, arătaţi că U2 + Z73 = Ux. Unui transformator i se aplică o tensiune alternativă de 18 kV. Ştiind că în secundar tensiunea este de 400 V şi că acesta are 60 spire calculaţi: a) valoarea raportului de transformare; b) numărul spirelor din primar; c) tensiunea care se obţine în fiecare spiră a secundarului.

vin.116 186

Fig. V1II.11Î

ce condiţii la un transformator sînt valabile relaţiile: Ux-It = Ut-J, pi

■*a "x

10. Precizaţi în care dintre cazurile prezentate în figura VIIL118, a, b, e transformatorul funcţionează: în gol; în sarcină; în scurtcircuit.

u2

/'/ * 4

'^7///

Fig.

VIII.118

11. Pentru executarea unor conexiuni prin lipire cu aliaj pe bază de cositor se foloseşte pistolul electric de lipit. în el se găseşte un transformator al cărui secundar are cîteva spire la capetele cărora se conectează o buclă (ansă) din cupru (fig. VIII. 119). Cum explicaţi încălzirea vîrfului acestei bucle pînă la o temperatură care să determine topirea cositorului? Ce s-ar întîmpla, dacă secun- -darul va avea mai multe spire? '/ 12. JM transformator este conectat la reţeaua de 220 V c.a. înfăşurarea secundarului este parcursă de un curent de sarcină de 1 A, tensiunea la bornele lui fiind de 20 V. Consi- derînd transformatorul fără pierderi determinaţi: a) raportul de transformare; b) rezistenţa de sarcină Rs', c) intensitatea curentului în primar; _ d) puterea absorbită de secundar şi primar. 13. Se vor modifica indicaţiile aparatelor de măsură din montajul prezentat în figura VIII.120, atunci cînd cursorul reostatului se deplasează către M? Dar dacă acestea se deplasează către N? X 14. Un transformator are raportul de transformare K = —. Ce tip de transformator este? Dar dacă raportul de transformare ar fi K' = y ? 15. Un transformator are în primar Nx = 1000 spire, iar în secundar N2 spire (Nz = 5 JV3). Primarului i se aplică o tensiune de 220 V. a. Tensiunea indusă în secundar va fi: a) 1100 V; b) 44 V; c) 220 V. b. Tensiunea indusă într-o spiră a secundarului va fi:

a) 1,1 V; b) 0,044 V; c) 0,22 V.

Fig. VIII.120 187

m NOŢIUNI DE OPTICĂ GEOMETRICĂ 7.1. PROPAGAREA LUMINII 1. în ce condiţii un izvor luminos oarecare poate fi considerat izvor luminos punctual. Cum putem realiza în laborator o sursă luminoasă practic punctuală? 2. O sursă punctuală se află pe asul unui disc opac cu diametrul de 20 cm, la distanţa de 1 m de acesta (fig. VIII.121). Care va fi diametrul umbrei pe un ecran paralel cu discul şi situat la 20 cm de acesta? 3. La ce distanţă de o sursă punctiformă trebuie situat un disc opac cu diametrul de 10 cm, pentru ca pe un ecran paralel cu discul, situat la 2 m de sursă, să se ofeţină o umbră circulară cu diametrul de 50 cm? 4. O sursă de lumină punctuală se află pe axul unui disc opac cu diametral de 20 cm la 2 m de acesta. La ce distanţă de disc trebuie să plasăm un ecran, paralel eu planul discului, astfel încît aria umbrei pe acest ecran să fie de 9 ori mai mare decît aria discului?

5. Realizaţi o cameră obscură, folosind o cutie paralelipipedică prevăzută cu un orificiu (fig. VIII.122) şi în care faţa pe care se formează imaginea trebuie să fie translucidă. în această cameră, încercaţi să obţineţi imaginea unui obiect cu înălţimea AB. Cum explicaţi faptul că mărind dimensiunile orificiului se micşorează claritatea imaginii? (Temă experimentală.) 6. Un obiect cu înălţimea AB = 50 cm, situat la 5 m de o cameră obscură, formează pe ecranul acesteia o imagine A'B' = 1 cm. La ce distanţă de obiect s-a format imaginea? 7. Cum putem determina înălţimea unui coş de fabrică cunoscînd lungimea umbrei acestuia şi pe cea a umbrei unui obiect de înălţime dată? 8. Calculaţi înălţimea unui stîlp telefonic ştiind că umbra acestuia măsoară 4 m, în momentul în care umbra unei rigle verticale de 1 m măsoară 50 cm (fig. VIII. 123). 9. Un biciclist are capul la înălţimea de 1,5 m de sol şi trece noaptea cu viteza de 36 km/h pe sub un bec aprins situat la înălţimea de 4,5 m. a) Cu ce viteză se deplasează extremitatea umbrei fia. Vil 1.123 sale? b) După cît timp, socotit din momentul trecerii pe sub bec, lungimea umbrei este egală cu Înălţimea la care se află becul?

188

7. în ce parte trebuie deplasat becul unei lanterne de buzunar în raport cu oglinda sferică, dacă vrem să transformăm fasciculul paralel în fascicul divergent? 8. Oftalmoscopul este o mică oglindă concavă, perforată central, pe caro medicii îl folosesc pentru a examina ochiul unui pacient (fig. VIII. 128). De ce este necesar ca oglinda să fie concavă şi ca ea să fie perforată central? Care va fi poziţia sursei de lumină? X 9. O oglindă concavă are distanţa focală 50 cm. Care este valoarea razei

Dacă înălţimea obiectului este 2 cm, trasaţi mersul razelor de lumină, găsiţi relaţia dintre mărimea obiectului şi mărimea imaginii şi calculaţi înălţimea imaginii. Fig. 11. O oglindă concavă cu distanţa focală de 15 cm, formează imaginea V 111.128

unui obiect cu înălţimea de 3 cm situat la 45 cm de oglindă. Trasaţi mersul razelor de lumină, găsiţi relaţia între.mărimea obiectului şi a imaginii şi calculaţi înălţimea imaginii. 12. Un obiect cu înălţimea de 2 cm este situat la 10 cm de o oglindă concavă cu raza de curbură de 40 cm. Să se traseze mersul razelor de lumină, să se găsească relaţia între mărimea imaginii şi a obiectului şi să se calculeze înălţimea imaginii. 13. O oglindă convexă cu raza de curbură de 20 cm formează imaginea unui obiect cu înălţimea de 4 cm aflat la 20 cm de oglindă. Trasaţi mersul razelor de lumină şi calculaţi înălţimea imaginii. 14. O sursă punctiformă de lumină se află în focarul principal al unei oglinzi concavo. Trasaţi mersul razelor de lumină? Ce puteţi spune despre imaginea sursei?

188

15. La ce distanţă de o oglindă concavă, cu raza de curbură de 30 cm se formează imaginea Soarelui? (Temă experimentală.) 16. Un obiect situat la un moment dat la 2 m de o oglindă concavă cu distanţa focală de 25 cm, pe axa principală a acesteia, se deplasează cu viteza constantă de 75 cm/s. După cît timp obiectul şi imaginea sa vor coincide? 17. Imaginea unui obiect cu înălţimea de 10 cm se formează la 30 cm de o oglindă concavă. Dacă înălţimea imaginii este de 5 cm, calculaţi distanţa focală a oglinzii.

7.3. REFRACŢIA LUMINII. DISPERSIA LUMINII. CULOAREA CORPURILOR 1. Cum puteţi verifica experimental legea refracţiei conform căreia raza incidenţă, raza refractată şi normala la suprafaţa de separare a celor două medii transparente sînt în acelaşi plan? (Temă"experimentală.) 2. Construcţia geometrică a razei refractate (fig. VIH.129). Să considerăm o rază incidenţă ce va trece dintr-un mediu (1) cu indicele de refracţie absolut nx în alt mediu (2) al cărui indice are valoarea n2. Se trasează două semicercuri cu centrul în punctul de incidenţă I şi de raze nx şi n2 (n2 > %). Se prelungeşte raza incidenţă pînă la intersecţia cu primul semicerc (punctul A) şi prin acest punct se duce o perpendiculară pe suprafaţa de separare care întîlneşte al doilea semicerc în punctul B. Raza IB va reprezenta raza refractată. Arătaţi că este respectată legea % sin i = — n2 sin r. 3. Cu ajutorul construcţiei geometrice din pro blema 2, găsiţi unghiul limită pentru trecerea luminii dintr-un mediu mai refringent de indice absolut de refracţie % într-un mediu mai puţin Fig. VIII.129 refringent de indiee n2 (n± > n2). X 4. Indicele de refracţie absolut al apei este 1,33 şi al diamantului este 2,42. Ce valoare va avea indicele de refracţie relativ al diamantului în raport cu apa? X 5. Indicele de refracţie relativ al diamantului în raport cu un alt mediu este 1,48. Calculaţi indicele de refracţie absolut al acestui mediu şi viteza de propagare a luminii în mediul respectiv, ştiind că indicele de refracţie absolut al diamantului este 2,42. X6. O rază de lumină trece din aer în alt mediu în aşa fel încît unui unghi de incidenţă de 60° îi corespunde un unghi de refracţie de 30°. Ce valoare va avea indicele de refracţie al mediului respectiv, considerînd indicele de refracţie al aerului egal cu 1? 7. Calculaţi valorile sinusurilor unghiurilor limită pentru următoarele cupluri de medii transparente: sticlă-aer; diamant-aer; diamant-sticlă; sulfură de carbon — sticlă. Pentru a răspunde consultaţi tabelul numărul 9 de la sfîrşitul cărţii. 8. Lumina de la Soare, aflat la apus, parcurge atmosfera pe un drum curbat pînă ajunge la ochi, astfel încît Soarele pare pe cer mai sus decît este în realitate. Cum explicaţi acest lucru? Ilustraţi-vă explicaţia cu un desen.

9. Pe suprafaţa apei pluteşte un disc circular opac (fig. VIII. 130) de rază 3,75 cm. în centrul discului, în apă,, este fixat vertical un cui. Care poate fi lungimea maximă a cuiului astfel ca el să nu poată, fi văzut de deasupra nivelului apei?

— - ---

p?--tr- 7 ~

~ ~

Y

10. Un vas paralelipipedic, cu pereţii opaci, conţine o cantitate de apă în aşa fel încît umbra peretelui să acopere întreg fundul vasului (fig. VIII. 131). Arătaţi pe desen care va trebui să fie nivelul lichidului în vas pentru ea umbra peretelui } să fie jumătate din umbra anterioară. 11. Un vas este alcătuit din oglinzi ca în figura VIII. 132. Desenaţi mersul razelor , de lumină pentru următoarele cazuri: a) vasul este gol; b) vasul conţine apă sărată cu indicele de refracţie 1,33; eJ vasul conţine apă sărată al cărui indice de refracţie creşte spre baza vasului.

Fig. VIII.132

12. Un observator subacvatic se află în poziţia A (fig. VIII.133) şi priveşte lumea de la suprafaţă. Ce va observa el? Pentru a observa direct acest lucru, fără să privească din interiorul apei, poate cufunda, în aceasta, o oglindă şi înclinînd-o corespunzător va observa imaginea obiectelor de deasupra apei. 13. Cum puteţi explica transmiterea luminii prin fibrfe pe sticlă sau prin jeturi de apă? 14. Este posibil ca razele de lumină care cad pe o lamă de sticlă cu feţele plane şi 190

1 1

paralele să nu fie deplasate la trecerea lor prin lamă?

191

1

15. O rază de lumină traversează două lamş de sticlă cu feţele plane şi paralele situate în-aer. Dacă modificăm distanţa Intre cele două lame, deviaţia razei de lumină se modifică? 16. O rază de lumină cade sub acelaşi unghi de incidenţă pe o lamă de sticlă cu feţele plane şi paralele situată în aer şi pe o lamă de aer, de aceeaşi grosime situată în sticlă (fig. VIII. 134). în ce sens, faţă de direcţia razei incidente, va fi emergentă? Trasaţi razele de lumină refractate. deplasată raza

Sticlă

Aer

Stictâ

Aer

Fig. VIII.134 Sticld

Aer

17. Cele două vase reprezentate în figura VIII. 135 conţin ambele apă sărată al cărei indice de refracţie creşte de la suprafaţă spre baza vasului. Schiţaţi mersul celor două raze de lumină în apă.

Fig. VIII.135 18. Ştiind că indicele de refracţie al atmosferei scade odată cu creşterea altitudinii, apreciaţi corectitudinea următoarelor afirmaţii: a. la răsăritul Soarelui imaginea acestuia este deasupra orizontului în timp ce Soarele este încă sub linia orizontului; i. la apusul Soarelui imaginea acestuia rămîne deasupra orizontului cu toate că Soaţele a trecut sub linia orizontului. 19. Dintr-o barcă, situată în mijlocul unui lac cu apă limpede şi liniştită, un observator yede fundul lacului pe linia punctată (fig. VTII.136). Care este explicaţia?

Fig. VIII.136 --

- -----

^ -----

_:-l

20. Un scafandru priveşte o pasăre care'zboară deasupra apei. Va aprecia el în mod corect înălţimea la care zboară? a) da;

192

b) nu, el va vedea pasărea mai jos decît în realitate; c) nu, el va vedea pasărea mai sus decît în realitate. 21. Un observator, situat deasupra apei, priveşte un peşte. Ya aprecia el în mod corect adîncimea la care se află peştele? a) da; b) nu, el va vedea peştele mai jos decît în realitate; c) nu, el va vedea peştele mai sus decît în realitate. 22. O prismă optică din sticlă, a cărei secţiune este un triunghi dreptunghic isoscel, situată în aer (fig. VIII. 137) determină reflexia totală a razei incidente.a) Aceeaşi prismă situată în apă va mai determina reflexia totală? De ce? b) Care ar trebui să fie valoarea minimă a indicelui de refracţie absolut ăl prismei pentru ca raza să fie reflectată total. (Se dau nsticlă= 1,5, napă= 1,33, »«r = 1.)

A

23. O prismă optică din sticlă a cărei secţiune este dată în figura VIII. 138 are ipotenuza BC dispusă Fig. VIII.137

Fig. VIII.138

orizontal şi pe ea este plasată o picătură dintr-un anumit lichid. Normal pe faţa AC cade o rază de lumină. Ce valoare minimă va trebui să aibă indicele de refracţie absolut al lichidului pentru ca raza să fie reflectată total? (Se dă nstidă= 1,5.) ^24. Pentru o prismă optică cu unghiul din vîrf de 15° determinaţi valoarea unghiului de deviaţie minimă pentru un unghi de incidenţă egal cu unghiul de emergenţă, i = i' = 35°. 25. într-o prismă, o rază de lumină albă se descompune în culorile componente la intrarea în prismă sau la ieşirea din prismă? Cum explicaţi? 26. Folosiţi două prisme, pentru a descompune un fascicul de lumină albă şi pentru a-l sintetiza apoi din culorile componente. (Temă experimentală.) ^27. Convergenţa unei lentile este C = 5 dioptrii. Determinaţi distanţa focală a acestei lentile. HS. Pentru o lentilă de convergenţă C — 2 dioptrii, un obiect este situat la 100 cm de focar. La ce distanţă de al doilea focar se va obţine imaginea? 29. Cufundaţi în apă o lentilă de sticlă biconvexă şi priviţi obiecte situate între focar şi lentilă. Veţi observa că imaginile nu sînt prea mult mărite. Care e explicaţia? (Temă experimentală.)

i 30. Distanţa de la un obiect la imaginea sa reală, într-o lentilă convergentă subţire este de 90 cm. Dacă distanţa focală a lentilei este de 20 cm, se cer: a) distanţele la care se află obiectul şi imaginea sa faţă de lentilă; b) mersul razelor de lumină pentru formarea imaginii. *31. O lentilă convergentă subţire formează o imagine virtuală la 18 cm de obiect. Dacă distanţa focală a lentilei este de 20 cm se cer: a) distanţele la care se află obiectul şi imaginea sa faţă de lentilă; b) mersul razelor de lumină pentru formarea imaginii. ^32. O lentilă divergentă subţire formează imaginea virtuală la 36 cm de obiect. Dacă distanţa focală a lentilei este de 40 cm se cer: a) distanţele la care se află obiectul şi imaginea sa faţă de lentilă; b) mersul razelor de lumină pentru formarea imaginii. 33. Pentru o lentilă convergentă subţire, care formează imagini reale, demonstraţi relaţia: 1 — p = p'C unde p = —p'/p. 34. Care sînt literele mari de tipar care într-o lentilă convergentă pot da imagini reale corecte? (Temă experimentală.) 35. Care sînt cifrele ale căror imagini reale într-o lentilă convergentă sînt corecte? (Temă experimentală.) /36. Ce dispozitive optice sînt necesare, în interiorul cutiilor din figura VIII.139, pentru ca fasciculele paralele incidente să fie transformate ca în figură?

a

e

b

F

13 — Probleme de fizică pestru gimnaziu

194

Fig. VI1I.1SS

195

37. De ce o lentilă dă imagini colorate la margini? 38. Cine determină culoarea la corpurile transparente? Darlacorpurileopace? 39. Ce sînt culorile complementare? Daţi exemple. 7.4. INSTRUMENTE OPTICE 1. Se aseamănă între ele ochiul şi aparatul fotografic? 2. Pentru ce, prin cădere, ochelarii unui miop se sparg adesea mai uşor decît ochelarii unui presbit? 3. Pentru ce o persoană ce suferă de miopie puternică nu poate observa clar imaginea obiectelor într-o oglindă plană, dacă nu poartă ochelarii? 4. De ce ne dor ochii, cînd privim la un bec electric cu incandescenţă a cărui sticlă este transparentă, şi nu ne dor dacă becul este mat? 5. Pe acelaşi drum vin unul spre altul doi prieteni. Unul miop şi celălalt hipermetrop. Care credeţi că va saluta primul? 6. Lumina reflectată de un obiect aflat în faţa noastră soseşte la ochi, pătrunde prin comee, străbate umoarea apoasă apoi cristalinul şi trecînd prin umoarea sticloasă formează pe retină o imagine. Ce caracteristici are această imagine? 7. încercaţi să deschideţi ochii sub apă. Explicaţi de ce imaginile sînt neclare (oamenii foarte miopi pot să vadă sub apă mai bine decît cei normali). 8. De ce este destul de greu să aducem vîrful degetului unei mîini în dreptul vîrfului unui deget al celeilalte mîini, atîta timp cît privim la ele cu un singur ochi? 9. Prin structura sa, camera fotografică este un ochi mare; ceea ce se imprimă pe fotografie depinde de obiectiv şi de distanţa între el şi obiectele fotografiate. Ca să obţinem aceeaşi impresie vizuală de la fotografie ca şi de la natură, cum ar trebui să privim fotografia? 10. Pentru a vă fotografia imaginea într-o oglindă plană, pentru ce distanţă trebuie să vă fixaţi obiectivul aparatului fotografic, cunoscînd distanţa faţă de oglindă. 11. Aveţi nevoie de un aparat fotografic care să dea clişee mai mari. Cum vă alegeţi aparatul, dacă la magazin există mai multe tipuri de aparate cu obiective ale căror distanţe focale sînt diferite? 12. Doi elevi au un aparat de fotografiat, fără declanşare automată. Cum vor proceda pentru a se fotografia împreună? 13. Cum trebuie aşezat diafilmul sau diapozitivul într-un diascop, pentru ca imaginea proiectată să nu fie răsturnată şi nici inversă? 14. Obiectivul unui aparat de proiecţie cu distanţa focală de 30 cm formează imaginea pe un ecran situat la 9 m de obiectiv. Pe ce distanţă trebuie deplasat obiectul, pentru ca imaginea să se formeze pe un ecran la 12 m de obiectiv? 15. Uneori vedem la cinematograf, mai ales la filmele mai vechi, scene în care mişcările personajelor sînt mai rapide decît în realitate. Cum aţi putea explica? 16. Pentru a privi la microscop un obiect, acesta trebuie apropiat de obiectivul microscopului. De ce?

196

17. Obiectivul unui microscop are distanţa focală de 3 mm, iar ocularul de 5 cm. Pentru un obiect situat la 3,1 mm de obiectiv, imaginea datăi de microscop este la 25 cm de ocular. Să se determine: a) locul imaginii date de obiectiv; b) distanţa de la centrul optic al obiectivului la centrul optic al ocularului; c) mersul razelor de lumină. 18. O lunetă destinată observaţiei aştrilor cuprinde două sisteme optice. Ce caracteristici trebuie să, aibă aceste sisteme (distanţele focale şi deschiderea)? 19. Cea mai mare parte a stelelor sînt situate la distanţe foarte mari faţă de Pămînt, scopul lunetei fiind de a permite observatorului să primească mai multă lumină decît cu ochiul liber. Cum se realizează acest lucru? 20. Imaginea dată de o lunetă astronomică este de obicei răsturnată în raport cu obiectul şi nu ne deranjează în observarea aştrilor. Dacă privim însă obiecte situate la distanţe mari pe suprafaţa pămîntului, este indicat să găsim posibilitatea ca imaginile să nu fie răsturnate. Cum puteţi realiza acest lucru?

INDICAŢII ŞI RĂSPUNSURI

r. ELECTRIZAREA CORPURILOR PRIN FRECARE, CONTACT, INFLUJMY.Ă. SARCINA ELECTRICĂ

2. (A) e; (B) a; (C) a. 3. A pozitivă, B negativă, C pozitivă, D negativă, E pozitivă, F negativă. A cu B se atrag; A cu C se resping; D ou F se resping; F şi E se atrag. 5. Nivelul apei, în sistemul de vase comunicante, nu mai este acelaşi. El va fi mai ridicat în vasul de care s-a apropiat bagheta electrizată. 6. Sfera şi foiţele se electrizează negativ. 7.

Sfera se electrizează pozitiv, iar foiţele negativ.

12. La corpul neutru sarcina pozitivă este egală în valoare cu sarcina negativă. 14. Sarcina electrică a corpului se reduce la jumătate. 16. în primul caz cilindrul din mijloc va avea sarcină electrică de acelaşi semn cu a sferelor, iar cilindrii de la capete vor avea sarcini electrice de semn contrar aceleia pe care o au sferele. în al doilea caz, cilindrul din mijloc rămîne neutru iar cilindrul de la capete capătă sarcini de semn contrar sarcinii sferelor de care sînt apropiaţi. 17. a. 18. h. 19. Electroscopul a fost electrizat pozitiv, apropierea foiţelor explicîndu-se prin faptul că electronii de pe sferă, respinşi de plăcuţă, ajung pe ele. 22. A. Se vor neutraliza, în cazurile I, II, IV. B. Nu se vor neutraliza, în cazul III. 23. Prima bilă are sarcina pozitivă Q+ = n • q+ = IO16 • 1,6 • 10_19C = 1,6 • 10-3C. A doua bilă are sarcina negativă Q_ = n • #_= IO14 • (—1,6 • 10-19C) = —1,6 • 10-6C. 24. a) Sarcina primului corp este = n • q+ = 2 • IO13 • 1,6 • 10"19C = 3,2 • 10"8C. i) Numărul de electroni aflaţi în exces pe cel de-al doilea este: n = ^ = __ —3,2 -10 C _ g. ţQi3 eiectroni. -1,6 • 10-19C

c) Prin punerea în contact a celor două corpuri ele trec în stare neutră. 25. Sarcina finală va fi Qx = ^. 26. a) rn = ]$2i; V IQil > m; o) l&l <10,1.

13*

27. Sarcinile bilelor vor îi egale între ele şi vor avea valoarea: r\ Ql + Qi 2’ 28. a. Qsist, — Qi+ (■— Qz) =Qx'— Qii.Sarcina fiecărei bile va fi Q 29.

q = Q'± Ql + Qa = ±-2~6-±4 [iC = O C. 3

3

= 91 ~

2

.

r

30. Q = —2fxC. 31. a. Q=

= —1,6 ;JLC. AQ

y

— 3,2-10-6C n

1ri1„

,

b. ---------------------------------- n9 = — == —: 2

q

—1,6 • 10-19c

, .

= 2 • IO13 electroni.

II. INTERACŢIUNEA SARCINILOR ELECTRICE. LEGEA LUI COULOMB. CÎMP ELECTRIC. POTENŢIALUL ELECTRIC 1.

E.

2.

5.

C. Forţele exercitate asupra celor două forţe sînt egale. c. d.

6.

în primul caz forţa este i\ =

3. 4.

si deci b\ = 2

7. 8. 9.

4 re/-2

Făcînd raportul:

■ După atingere, sarcina de pe ele este 2q — =— sau l\= f2

4

3

F-,. Deci fcta de 1

interacţiune creşte. Corpurile cu sarcini electrice de semn contrar. Corpurile cu sarcini electrice de acelaşi semn. r 9,48 • 104 m = 94,8 km.

10. a) FAB =9-109- -iî- =* q = / LAB ' r*AB. . q = 2 • 10"9C.

' V 9 • 109 J) FCJ} = 9 • IO9 — =* Fcb = 36 • 10-5N. r2cB c) J’b = Fcn — FAB = (36 • 10“5 — 4 • 10~5) N = 32 • 10“5 N şi îndreptată către corpul A. . 11. a. Forţă de atracţie. I. Qx = n ■ q_ = IO14 • 1,6 • 10-1SC = 1,6 • 10~eC; = n■ q_ = — 1,6 • 10"5C. F = 9 • IO9 • = 0,9 N.

197

12. Forţa maximă se realizează în cazul a.

15. Corectă este situaţia prezentată la sfera 3. 16. Forţa care întinde resortul este egală cu suma dintre greutatea corpului şi rezultanta forţelor de natură coulombiană. F = G + F9] G=m-j = 46,2’10-3kg’ 10 ~ = 0,462 N. Kg

Fn = FM = 1,8 N; Fe ~FU • 1/2 - 2,54 N; F = 0,462 N + 2,54 N = 3,002 N. 17. 18. 19. 20.

15°. 15°. 6. Cu datele problemei se poate stabili următorul sistem de ecuaţii: j<2i + <22 = <3

J + Q2 = 5* 10-s

\ Q.iQfi.Oidk^F ** \ Q t -Q Z = G’ 10-10. I ra Rezolvarea sistemului conduce la o ecuaţie de gradul II ale cărei soluţii sînt: Qx = 2 • 10~5C şi Q, = 3 • 10~5C sau & = 3 • 10"5C şi Q2 = 2 • 10"5C. 21. b. 22. Foiţele se orientează după direcţiile liniilor de cîmp, 25. i. 26. E — ------

— = 9 • 10® • — = 9 — . Această valoare a intensitătii cîmpului elec-

4TTC .fi

27. 28. 29. 30. 31.

r8 C

trie o au toate punctele situate la distanţe de 1 m de corpul punctiform. Locul geometric va fi o sferă cu r = 1 m avînd ca centru corpul punctiform electrizat. b. b. e. q = 10~7C.

*

33.

q = ——

9 ■ 10»

; n

3_

=—

E, = 9 • 10® — = 27 1

=

1010 — ;

C

ra

r2

electroni. Ez = 9

• IO9 = 9 - .

C

34. a. 35. Forţa este constantă în orice punct al cîmpului uniform. 36. E=^ = tg30°

= ^ -£•

37. a. Sarcina sferei esfe negativă. b. tg 12° = ^ = G-tg 12° = 2,12 • 10‘3 N. 38. Electronul este supus acţiunii a două forţe: una de natură electrostatică şi cealaltă greutatea. Discuţia se va face în funcţie de relaţia dintre cele două forţe. 39. Direcţia şi sensul deplasării electronului este indicată de săgeata 8. 41. a) L = q(VA-VB). b) -- —VA — VB deci exprimă diferenţa de potenţial dintre punctele între care are loc deplasarea.

198

42. e. 43. a. 45. L =* 3 • IO'5 J. 46. a) 200 V; b) 50 V; c) 30 V; d) 0 V; e) 10 V; f) 100 V. 47. L - q{VA - VB) = 75 • IO6 J.

IO. CURENTUL ELECTRIC. REŢEAUA ELECTRICĂ 3.1. PRODUCEREA CURENTULUI ELECTRIC.

GENERATOARE DE ENERGIE a. b. b. a. b. 6 .a. 7. b. 12. în seria tensiunilor (seria Volta) Cu se găseşte înaintea Fe deci Cu devine polul pozitiv al generatorului iar Fe devine polul negativ. 13. Circulă curent în cazurile: a, b, e, d, f, g. Curentul circulă pînă la egalarea potenţialelor. Potenţialul final devine zero în cazul d. 1. 2. 3. 4. 5.

3.2. EFECTELE CURENTULUI ELECTRIC 2. c. 3. Trecerea curentului prin soluţia apoasă de NaCl este însoţită şi de o degajare de căldură. Un termometru introdus în soluţie va evidenţia degajarea de căldură. 5. Prin conductorii metalici se evidenţiază efectele magnetic şi termic iar prin elec- troliţi efectele chimic, magnetic şi termic. 6. Sensul deviaţiei acului este influenţat dî sensul curentului prin conductorul recti- liniu şi poziţia reciprocă dintre acul magnetic şi conductor. 3.3. INTENSITATEA CURENTULUI ELECTRIC

1. Numărul electronilor liberi din conductor nu se schimbă. 3. în instalaţia de apă moleculele de apă pornesc dintr-un punct şi se întorc în acel punct parcurgînd întregul circuit. Electronii de conducţie (liberi) se mişcă pe distanţe scurte fără a fi nevoie să parcurgă întreg circuitul. Viteza apei este determi- nâiă de viteza de mişcare a moleculelor. La un curent electric viteza electronilor e-r:* mică 10~5 m/s), ea nu coincide cu viteza de propagare a cîmpului electric 13 • IC* m s\ 5. a. 6. Intensitatea este aceeaşi în oricare porţiune. 7. e. ’ 8. a.

9. = i-1 ^ 7ii£ = 3 1

«!

240s

A,

2

iar I2 = ^ = — = 3 A. Deci It = tt 10 s

72.

10. Intensităţile curenţilor sînt egale. 11. Ampermetrul poate fi ars sau are domeniul de măsurare pînă la curenţi foarte intenşi (zeci sau sute de amperi). în acest din urmă caz, intensitatea curentului fiind foarte mică (zecimi de amper), e posibil ca deviaţia acului să fie neobserva- • bilă.

199

12. a. 13. I = 1 = SL1 ■ n.= JLL = 62 • IO17 electroni. tt

q

14. Sînt posibile cazurile b şi d. 15. I. =

t

— = tg 45° => D

16. 7j_ = y şi 7a = y .

7 =

1

A.

Cum qt > q2

=> Ix> 7a. [Deci dreapta (1).]

17. Aria suprafeţei haşurate reprezintă sarcina electrică ce străbate o secţiune a cir cuitului cînd intensitatea curentului este constantă (cazul I) şi sarcina electrică ce străbate o seoţiune a circuitului cînd intensitatea curentului este variabilă (cazul II). 18. Pentru primul circuit: a) qi=Imea.-t = j -t=^~ C = 0,08 C; b)

q{i) = Imed. ■ At = I[-i] +-Zi3) • At = M14-+„¥3)> . 1 s = 0,035 C.

Pentru al doilea circuit: a) q = I" t =0,02 A • 4 s = 0,08 C; b) q{i) = I • &t = 0,02 A • 1 s = 0,02 C. 19. 7 = = 3,2 A. t 20. Se leagă în paralel între ele şi apoi gruparea se leagă în serie cu restul circuitului. Cel al cărui ac nu deviază, este defect. 21. I: 0,9 A; II: 7,5 mA; III: 0,5 A. 99 t__ 1 _ ”'«« _ 5 • 1019 • 1,6 • 10~1!> „ iz II 2 3.4. TENSIUNEA ELECTRICĂ

1. Două porţiuni de circuit se găsesc în aceeaşi stare electrocinetică, dacă sînt parcurse de curenţi cu aceeaşi intensitate şi tensiunea la capetele lor este aceeaşi.

«' ?e = ^T

—

6. a) Se conectează, voltmetrul la bornele generatorului, întrerupătorul fiind deschis şi se citeşte valoarea lui E; l) Se închide întrerupătorul şi se citeşte valoarea lui Ub\ e) Se conectează voltmetrul la bornele becului, se ţine închis întrerupătorul şi se citeşte valoarea lui TJ\ d) Tensiunea internă a generatorului se calculează efectuînd diferenţa dintre E şiUb:u = E — Ub. 7. « = 0,2 V. 8. Aria haşurată are semnificaţia fizică a lucrului mecanic efectuat de cîmpul electric, pentru transportul sareinii q între două puncte între care există o tensiune U. 9. tga = TJX şi tgp = U2 deci TJX > Z/2. 10. Cele două voltmetre indică aceeaşi tensiune. 12. A. i; B. a. 13. 0 V. 14. 4,5 V. 15. Fx indică 2 V, iar V2 indică 6 V. 14 Z7 = — = 1V.

16.

a) Ub=E — u = 100 V; b) I = ^ = 0,8 A.

c) La = Ub' q = 800 J; Zi,B< = u • q = 80 J. 3.5. REZISTENŢA ELECTRICĂ

1. 2. 3. 4. 6.

5. 6. 7. 8. 9.

Rezistenţa mai mare o are firul prin care curentul este de 1 A. Nici una. otg a = R. a. în cazul dat valorile numerice ale tensiunii şi intensităţii sînt egale; E=l£î. Rezistenţa cea mai mare este cea de 0,1 M£2 = 100000 Q = 100 k£2. Corecte sînt relaţiile: a, b, d. a. d. c.

10. Nu vor avea rezistenţele egale. Cel cu raza mai mică va avea rezistenţa mai mare. 13. Nu este corect. Nichelină are rezistivitatea mai mare. ff2 4

h

Rx

9

15. Se leagă în serie rezistorii şi se determină cu voltmetrul căderea de tensiune pe fiecare (U şi Ux). Deoarece intensitatea curentului este aceeaşi prin ambii rezistori, se poate scrie:

201

16. Se leagă în paralel rezistorii şi se determină cu ampermetrul intensitatea curentului prin frecare (/, Ix). Deoarece tensiunea este aceeaşi pentru ambii rezistori, • se poate scrie:, l ■ R = Ix • Rx Rx = ~ R. *X

17. ^ = 4, 2?a 19. --------------- a) t =

—— = 5 s;

2(Vl + vz)

7

b) 20.

iSi-tayi; % + v»

L lo J •

e) i' = —— = 10 8.

* = <^«*î=^ = 9,8m. p

ST**

21. Prin încălzirea firului, rezistenţa lui creşte şi intensitatea scade.

3.6.

1.

LEGEA LUI OHM

a. Pe porţiunile MN şi NP. b. Pe porţiunile PQ şi QM. c. Nu există porţiuni pe care intensitatea a rămas constantă. d. Pe porţiunile NP şi QM. e. Pe porţiunile MN şi PQ.

2.

R = - = 12,5 Q. I

3.

a. I = 0,3 A; b. q — 8 640 C; e. n ~ 54 • IO21 electroni.

4.

6 = 4 Q; r = 0,5 Q.

5. 6.

a) TJb — l V; b) I = 0,25 A; cj r = 2 O. J, = J2; -A_ = = 9 £2. 5 + ^ R + r^

_

7.

1

T

a.

b. 1 =

I8C

E

^

r

Isc

; Q. iî + r

I •R

= 2 £2; + I ‘ r — E; I — = 0,5 »■

A;

fi =

- = 16

*

Poziţia comutator

Indicaţia ampermetrului

Indicaţia voltmetrolui

0

1A

6V

4A

0V

0A

8V

4.

40 TT —V

i» 'e ■ ' ■' d

202

a r\

=—;r=—

—A 7

7

9 — = — • — sa — * U = CT, JBa’ Ut lz' * 10. M(0,5 £2; 18 A) şi tf(18 £2; 0,5 A),

=

11. r - - £2.

11

12. r = l £2; 23 = 11 V. î. R — nr. Tensiunea la bome va îi Ub — l'vn — T h

. Deci tensiunea la bome va fi mai mică decît tensiunea

« +1 electromotoare. E

14. Cursorul trebuie deplasat către M, pentru a mări intensitatea curentului şi deci tensiunea la bornele AB. 3.7. LEGEA LUI JOULE

1. Considerînd că toată căldura degajată de rezistori este preluată de apă se poate scrie: U2' t

.

,

m-

c ■ A0 r, •

„*

•«■ A0

--- *= m • c • A0 sau t = ----------------- • R şi cum -----------------

R

Z72

U*

este în cazul de faţă o constantă putem scrie t = k- R. Timpul va fi mai mic, acolo unde reszitenţa va fi mai mică. Deci apa din vasul A va începe prima să fiarbă. 2. Vom simplifica rezolvarea problemei, dacă notăm: 10£2, 2R — 20£2, AR = = 40 £2. Prin ramura de sus a circuitului va trece un curent cu intensitatea de două ori mai mare decît prin ramura de jos. Pentru cele 4 vase se pot scrie deci relaţiile: (2Z)2 '2R‘tA = m- C’ A0; tA = m'e'M 1

p.

R

8

(2If • R • tB = m- c ■ A0; tB — I2 •

m • • A0 1 e /*• R 4

tD = m- C' A0; tD =

m • • A0 1 c P- R 2

Se observă că cea mai mică urmare apa din vasul A va începe m • ■ A0 1 o 8. Firul cu lungimea l. I% • R 4 5. în cazul legării în serie, rezistorul cu rezistenţa cea mai t fiind aceleaşi. în cazul legării în degajă rezistorul cu rezistenţa oea mai mică, r* • t deoarece Q = --------- , U şi t fiind constante.

2R • tc = m • c • A0; tc = /2 • 4R •

valoare a timpului este tA şi prin prima să fiarbă. căldura cea mai mare o degajă mare, deoarece Q = I2 • R ■ t, I şi paralel căldura cea mai mare o

203

6.

P’E’f;

• S • I » e - A6 = P • £~ •<; t ~ dM '®*’-e'-A-\ t=9 -10* s.

o

i •

m-c

A0

p

7. W C - A 6 « J * - 2 M ; m «*—Ş = 0,04 kg. c • A0

8. Rz = 4#^). 10., _ 2^^; >]~76%.

3.8. ENERGIA ŞI PUTEREA ELECTRICĂ

1. i: 2. 6.

li

*:

Ri pi-hRz 9i-h’

Pi

.

' * R,

Pih' Pi • *1 •

P2 R1

4840.

II E>| * II

4. aj 1= ^ 0,45 A; c) W = P-i= 3,888-10« J. d) Energia economisită W' — e) Costul = 1 '

, 2 9 6

3 600 000

Px' t = 1,296• 10® J.

• 0,90 lei = 32,40 lei.

5. a) Wt = P jy; W2 = PRzt; ^ e.

| =

i.

^

=

t - Ş- .

p^_El±; l=«ii?£;l=22,6m. £ p• l

.4

•

p•P

9. R — r. U- P1 = P1 'Ri=

’

Ei;

^

=

—-1— = -------------- ^— ; rezultă r = 20 £2.

(i^ + r)2 to + r)1

12. P = — = 30 W; £ = - == 6 V. t 1 3.9. REŢELE ELECTRICE. LEGILE LUI KIRCHHOFF

3. Prin firul 5 curentul intră. Intensitatea lui este de 2 A. 4. A1 indică 5 A; As indică 1 A; A1 indică 3 A. La închiderea întrerupătorului R toate ampermetrele indică 0 A. 5. /3 = 1 A; Zj, = 3 A; 7, = 2 A.

204

=

6. între punctele A, C; B, C; B, D, tensiunea este aceeaşi, între punctele A, B şi D, C voltmetrul indică 0 V. 7. Pentru a : Ex — Ez = IRX — Ir2 + 1 • Rz + I • rx. Pentru b: Ix —1% —13 = O (pentru nodul N); — Ex — —IXR — I2rx (pentru ochiul MRN); Ex — E2 = I2rx — I3 • r2 (pentru ochiul ME2N). Pentru c: Ix + I3 — i4 = O (pentru nodul M); Ex — Es + E2 = IXR^ — I3R3 + + IXR% + IXTX — I3T3 + Ixr2. E3 = I3R3 + It • Ri + J3 * *3; 8. Rx- R3 — R2- Rt. Relaţia se obţine dacă se scriu legile lui Kirchhoff pentru cele două ochiuri şi dacă se observă că Ix = I2 şi I3 — 74 (prin Rs curentul este 0). 9. a) J = 2A; b) E = 9 V. E

c) Ampermetrul indică IK — — = 18 A, iar voltmetrul 0 V. 10.Il = 3 A; J2 = 3 A; J3 = 0 A. 11.UMN = 10 V; E2 = 6 V; Ix - -3 A; I2 = 3 A; I3 = 6 A. 12.Voltmetrul Vx indică 4 V, iar voltmetrul 72 indică 8 V. 3.10. GRUPAREA REZISTOARELOR ŞI A GENERATOARELOR 1. a) Rezistenţa echivalentă este minimă, dacă montajul este conectat prin bornele A, B. b) Re = 25 £2; I = ——— = 4 A.

Be + r

2. Rezistenţa maximă se obţine înseriind rezistorii: Rmax. = 55 £2. Rezistenţa minimă se obţine grupînd rezistorii în paralel: Rmin. = 0,34 £2. 3. Rx — R2. 4. EA = ^£2 = 2^£2; £B=3£2; RB>RA. 5. Ix ~ 0,05 A; UMN=-V - 0,95 V. iy 7. A. b; B. a; C. a; D. a. D

«D

8. Ri = — • n şi Rn = — . Dacă: a) m>n rezultă Ru> Ri

m n b) m = n, Ri — Rn; e) m < n, Ri > Ru. 9. în figura VHL60, toate circuitele au rezistenţa echivalentă egală cu cea a primului bec R. Circuitele din figura VTII.61 au şi ele rezistenţa echivalentă egală cu a primului bec (R). 10. Montajul B perniţe reglarea luminozităţii becurilor fără însă ca să o poată anula (stinge becurile). Montajul C permite modificarea luminozităţii pînă la stingerea completă a becurilor. 11. a) Re = 4,4 fi; b) Is = 2 A, h = 5 A; e) E = 25 V; d) Ub = 22 V; e) Pe = 110 W; f) PM = 125 W. 12. Dreapta O A a fost trasată pentru gruparea serie a celor două

rezistoare,

iar dreapta 205

OD pentru gruparea paralel. Dreapta OB a fost trasată pentrurezistorul Pi iar OC pentru rezistorul P2. 14. a) Re = 4,2 Q; b) I = 6 A; Ix = 4,2 A; /2 = 1,8 A; c) Pt = 35,28 W;^ P2 = 70,56 W; P3 = 19,44 W; P4 = 25,92 W. 15. a. Imax = ^= 0,01 A; b. R* = ~ =

Rv

uv

nnR v

J

V

„

A

x'

m

Im.

=

5 400

" ii;

V

c. — = 0,06 ------ ; — = 0 , 6 - - - - - -

»

div n

16. UBa = 17.

div

I, = /-/„

= 98 A.

h‘ Ra

= is- Rs => 0,0102 fi. = 0,2 fi; P2 = 0,3 fi; P3 = 0,5 fi; P4 = 1 fi.

19. a) I =

ri

= 1 A ; t)

+

= 7 • P = 2 7 V ; = 1 V ; u, = 2 V.

a) .Ee^ = 9 V; r^. = — r; b) I = ——= 1 A; c) ^ ab = 3 V.

20.

21. a) R = r\ b) r > R. 23. Circuit

Nr. ochiu ri

a

î

b

3 2

e

Nr. nod.

Nt. T.e.m. ramu generatorului ri echivalent

a Rezistenţa internă a generatorului echivalent

Intensitatea In circuitul principal

1

3E

3r

/* = 3Ej(R + 3r)

2

4

E

r/3

Ip = 3E\(3R + r)

2

3

2E

3r/2

An = 4EJ(2R + 3r)

-

B. Cînd generatoarele sînt legate mixt. 24. a) E«h = nE; r= r + -£• + .... + —. 6j £«*. = «-B» ' 2 M c) £«*. — mE\ rech. = — • n

=

?•

25.

R = r.

26.

a) IK = 5l±Ji = 3A; b) R =, £ . g(fl + r» +..g). = 10 O; 7 'i + r, J E+Ez c)

P = -Ş = 3,6 W. R 2n.E

£ -f- (2 n — l)r

^

)

w g

ic + (m + n)r

.^acă

; e) I ^0\d) I =,.

(w

# + (2n + 1 )r

>

IV. CURENTUL ELECTRIC ÎN ELECTROLIŢI 1. Corect este răspunsul c, dar există substanţe solide care disociază şi prin încălzire pînă la topire. Deci şi răspunsul d este valabil pentru o serie de substanţe. 2. Pot disocia: KC1 ---------------- ► K+ + ClCuS04 ------------ Cu2+ + SOf NH4C1 ----------- NH+ + CINaCl -------------- ► Na+ + CT

dizolvare dîzolvare dizolvare dizolvare dizolvare

HC1► H30+ + CI” (H30+ este ionul de hidroniu obţinut prin fixarea protonului la molecula- de apă). dizolvare

H2S04 ------------- ► 2H30+ + SOf3. a. 4. e. 6. Se cîntăreşte catodul la începutul experimentului şi după ce a avut loc procesul de electroliză. Masa de substanţă depusă se determină făcînd diferenţa • dintre masa finală şi cea iniţială: A m =m — m0. 7. a. Cea mai mare cantitate de cupru se depune pe catodul voltametrului deoa rece prin el intensitatea curentului este cea mai mare. b. R = — = — a I 3 8. Cele trei voltmetre vor da indicaţii diferite. Fj, va indica cea mai mare tensiune, iar 73 cea mai mică.

207

10. Nu se poate obţine Na metalic prin electroliza soluţiei de NaCl, deoarece sodiul, obţinut la catod intră în reacţie cu apa formînd NaOH şi hidrogen. Obţinerea sodiului metalic, ca şi a celorlalte metale alcaline, se realizează prin electroliza topitu- rilor sărurilor acestor metale. 11. Drept anod se foloseşte cuprul brut iar la catod se depune cupru pur (electrochimic). Ca electrolit se utilizează o sare solubilă a cuprului (ex. CuS0 4).

v. cterr* wAcarar*i€ 6.1. MAGNEŢI. ACŢIUNEA RECIPROCĂ DINTRE MAGNEŢI 1. c, e. 4. Fm -f G = 5 şi Fm = G -f 1. Rezolvînd sistemul format din cele două ecuaţii se obţine G = 2 N şi Fm = 3 N. ’ Q Dar G = m,‘ g si deci m — — = 0,2 kg. 9

5. B. 0. A. Fm — Gj_; Fm = 1 N. B. a) Faţă de situaţia prezentată în figură, distanţa se măreşte; b) distanţa se măreşte mai mult decît în cazul «; c) distanţa devine zero. Fm rămîne aceeaşi dar se măreşte greutatea, locul magnetului Mx fiind luat de M%. Rezultanta G2 — Fm este îndreptată în jos; d) distanţa se măreşte, deoarece forţei de respingere magnetică i se adaugă forţa arhimedică exercitată asupra magnetului superior. 8. b. 0,5 N. 12. încălzirea materialului determină scăderea proprietăţilor magnetice ale substanţelor. Faptul este demonstrat de comportarea cuiului care se depărtează de magnet prin încălzire. 5.2. EXPERIENŢA LUI OfîRSTEDT. CÎMP MAGNETIC 5.3. INTERACŢIUNEA DINTRE UN CÎMP MAGNETIC ŞI UN CURENT ELECTRIC. INDUCŢIA MAGNETICA 1. Porţiunea mobilă MN a circuitului se deplasează către stînga deci în exteriorul

magnetului. Acest lucru se poate stabili apUcind regula mîinii stîngi, 2. a. Da; sensul curentului de la a către 6; F — 2 N. b. Da; sensul curentului de la a către 6; F = 1 N. e. Nu. d. Da; sensul curentului de la b către a; F — 1 N. e. Da; sensul curentului de la b către a; F — 2 N. 3. Conductorul trebuie aşezat paralel cu liniile de cîmp. <4. Forţa electromagnetică trebuie să fie mai mică decît greutatea conductorului. 5. Aplicînd regula mîinii stîngi porţiunii mobile cuprinse între axul O -şi contactul roţii cu mercurul se găseşte că porţiunea este acţionată către dreapta, deci roata se învîrteşte în sens contrar acelor de ceasornic. 6. A. Sensul curentului trebuie să fie de la b către a. B. F = G = 0,098 N. C. Dacă firul se rupe, conductorul se deplasează sub acţiunea forţei electromagnetice către dreapta. t-1, A. Sensul forţei electromagnetice este contrar greutăţii barei ab\ B. F = Q; C.

.R = - = 24Q.

I 8. La închiderea circuitului, conductorul se deplasează către stînga. 9. Unghiul de deviaţie este mai mare cînd cursorul se deplasează către A, deoarece creşte intensitatea curentului. 10. La stabilirea curentului apare o forţă de atracţie între spirele conductoare parcurse de curenţi paraleli şi de acelaşi sens. Se va produce o strîngere a resortului, care determină ieşirea vîrfului V din mercur şi deci întreruperea circuitului. Resortul se destinde şi circuitul se închide din nou. Fenomenul se repetă. 12. Deoarece firele sînt parcurse de curenţi electrici de sens contrar, forţa de interacţiune este de respingere.

VI. INDUCŢIA ELECTROMAGNETICĂ 6.1. FLUX MAGNETIC. PRODUCEREA CURENŢILOR DE INDUCŢIE 1. a) O = 0;Jj<E> = Bri>/S = IO-3 T • m15 = IO-3 Wb. (Weberul esete unitatea de

măsură pentru fluxul magnetic în Sistemul Internaţional.)

2. a. Qmax = 1,57 • 10-2 ^vb (cînd planul spirei este perpendicular pe B).

b. ^mi„ = 0 (cînd planul spirei este paralel cu B). 14 — Probleme de fizlcfi pentru gimnaziu

3. Cursorul trebuie deplasat către M, pentru ca intensitatea curentului prin bobină

să crească. 4. Se produce o variaţie a fluxului magnetic prin inel în cazurile: a (fluxul magnetic

creşte); 6 (scade); e (creşte); d (scade); h (creşte). 5. Bx = $*• ; Bt = —. Cum > 2 (pentru acelaşi Sn) rezultă că dreapta OM Si

‘S'a

a fost trasată pentru o inducţie mai mare (deci pentru B^. 6. c. 7. A{d)-, B(a); C(c). 8. 4(c); B(a); C(c); D(d); E(e); F: ambele becuri vor fi aprinse, intensitatea luminii

produse de ele fiind mai mare, atunci cînd cursorul se deplasează mai rapid. Dacă în locul becului se introduce ampermetrul cu punctul zero la mijlocul scalei, acul indicator al acestuia se deplasează de o parte şi de alta a poziţiei de echilibru, evidenţiind prezenţa unui curent al cărui sens se schimbă după cum cursorul reostatului se deplasează într-un sens sau altul. 9. Magnetul oscilează în bobină, iar acul miliampermetrului execută mişcări de o

parte şi de alta a poziţiei de zero, indicînd existenţa în circuit a unui curent care îşi schimbă periodic semnul (curent alternativ). 11. Acul instrumentului de măsură nu deviază, deoarece în circuitul bobinei nu apare curent de inducţie. Fluxul magnetic prin bobină nu variază ci este constant.

15 a. Polul nord al acelor magnetice deviază în sensuri contrarii. b. Schimbarea sensului curentului determină schimbarea sensului de deviaţie ' al acelor magnetice. 209

12. Ampermetrul Ă2. 14. Prin îndepărtarea bucăţii de fier, variază fluxul magnetic prin bobină (scade numărul liniilor de cîmp care se închid prin miez). în spirele bobinei ia naştere o tensiune electromotoare de inducţie. 15. Prin apropierea magnetului de inel, în acesta se induce un curent cu un astfel de sens încît prin fluxul pe care-l produce se opune variaţiei fluxului inductor (aflat în creştere). Ca urmare inelul va fi respins, deoarece faţa sa dinspre magnet devine faţă nord. La îndepărtarea magnetului, fluxul inductor scade ceea ce determină apariţia unui curent de inducţie în inel al cărui flux magnetic se opune variaţiei fluxului inductor. Ca urmare inelul va fi atras, faţa sa dinspre magnet devenind faţă sud. Observaţiile se menţin şi dacă se inversează polii magnetului. 16. A. E = I(R + r) = IO’3 A • IO3 Î2 = 1 V. B. Uab — I' R = E — I"Tab — 0.999 V. C. Dacă viteza de deplasare a conductorului creşte, va creşte şi tensiunea electromotoare indusă; deci va creşte şi intensitatea curentului. 17. b. 18. a. Ia naştere o tensiune electromotoare indusă, deoarece în mişcarea sa conducto rul intersectează liniile de cîmp. b. Nu apare curent de inducţie, deoarece conductorul nu face parte din circuit închis.

210

6.2. CURENTUL ALTERNATIV. GENERATOARE DE CURENT ALTERNATIV ŞI DE CURENT CONTINUU 1. Curentul continuu îşi menţine sensul pe cînd cel alternativ şi-i schimbă periodio. Intensitatea şi tensiunea unui curent alternativ se schimbă periodic, ele trecînd prin valori maxime şi nule. La curentul continuu valorile lui U şi / pot fi menţinute constante. 2. a. 3. a. 4. Efectul magnetic şi efectul chimic. 5. a. 6. într-un circuit alimentat Ia 6 Vc.a. ampermetrul de curent continuu nu va indica prezenţa vreunui curent, deoarece acul său ar trebui să oscileze de o parte şi de alta a poziţiei de echilibru cu o frecvenţă de 50 Hz. Datorită inerţiei bobinei mobile a ampermetrului ea nu se va putea mişca, încît indicaţia va fi zero. 7. Da. 8. în ambele eprubete se va găsi amestec de oxigen şi hidrogen. Aceasta deoarece electrozii vor deveni alternativ anod şi catod. 9. Becul s-ar stinge şi s-ar aprinde, sau ar pîlpîi. Aceasta deoarece intensitatea şi tensiunea la un curent alternativ sînt variabile. 10. a) E = Ub + I-r; J = ^^5 = 5 A; l) B =

r

18 CI

I

6.3. TRANSFORMATOARE. CENTRALE ELECTRICE 1. A. Cea mai avantajoasă este cea de-a doua metodă prin care se realizează mărirea tensiunii şi prin aceasta micşorarea intensităţii curentului. B. Metodele a şi b prezintă dezavantajele că sînt foarte costisitoare. H* 2 2. APx = 1\ • Rt = -(g +

+ f|j-

• Ri\ unde Bt este rezistenţa liniei, R rezistenţa

consumatorilor şi r rezistenţa internă a sursei;

AP

Prin împărţirea relaţiilor se obţine —- = -— = —■

1

AP2 El 25 Deci în primul

caz puterea pierdută este de 25 ori mai mică. 3. în miezul transformatorului se produc curenţi de inducţie (curenţi Foucault) a căror intensitate este foarte mare cînd miezul este compact. Acest lucru determină o încălzire puternică a miezului, fapt ce reprezintă o pierdere de energie electrică şi în plus, prin încălzire, se deteriorează izolaţia conductorilor. Din această cauză miezul se face din tole, izolate între ele împiedicîndu-se astfel formarea curenţilor Foucault de intensitate mare. 4. In cazul 6. 5. U2 = Ş-' Ui' ^ “ 10 VNi 6. a. 5. a) K = 45; = 2 700 spire; C; £*• = 6,(6) -L-. 211 14*

A^j

spira

9. Relaţiile sînt valabile pentru transformatoare fără pierderi. 10. (b); (e); (a). 11. în secundarul transformatorului sînt induşi curenţi sub o tensiune mică dar care au intensităţi foarte mari, ceea ce determină o încălzire puternică a ansei (bucla din cupru). Dacă secundarul ar avea mai multe spire, tensiunea electromotoare indusă ar avea valori mai mari, iar intensităţile ar fi mai mici, deci’ansa nu s-ar încălzi suficient. 12. a) K = 11; b) Re =

= io ii; h ^ A ~ 0,18 A; d) Px = P2 == 40W.

c) Ix =

'

15. A. (a); B (c).

VIL NOŢIUNI DE OPTICI GEOMETRICĂ 7.1. PROPAGAREA LUMINII 2. 24 cm. 3. 40 cm. 4. 4 m. 6. 5,10 m. 7. Notăm: E înălţimea coşului de fabrică, L lungimea umbrei sale, h înălţimea unui corp vertical şi l lungimea umbrei corpului. Vom avea:

8. 8 m. 9. a) Considerăm becul în punctul A şi notînd înălţimea la care se află becul cu H, punctul în care se află capul ciclistului la momentul dat cu B şi înălţimea la care se află capul cu h, umbra se va afla în punctul C. (fig. YIII.140). A

După un timp i, biciclistul va parcurge distanţa CC' = v • /, capul acestuia fiind în punctul B' iar umbra capului în punctul D. Din asemănarea triunghiurilor ACD şi B'C'D avem: H_

__ CC' + C'D

h ~~ C'D’ h "

C'D

Notînd C'D = x avem:

H vl + as ; Hx = hvt + ff* — fox = /w<; tei

H

în aceste condiţii

x(H — h) = hvt\ x vt H ----------t t; H--------------------

viteza umbrei va fi: hvt

.(

V - CD - H ~h - — __________________ g~*' -t?

7

hv

15 m/s.

15 m/s

10. Considerăm că sursa şi discul au acelaşi ax (fig. trasăm prin A o. paralelă la acest ax, atunci: A^ = 0,5 cm. Triunghiurile AAjpx şi AA2C2 sînt asemenea deci: ■AaC» AC<* * /« AiCi * ACn JLL. = —*; A,C, = —i = 1,5 cm. ,MX • ACt

7111.141)

şi

jw

Diametrul umbrei va fi A«B2 = 5 cm.

î i» a

i i

Tf Pentru a determina diametrul penumbrei se trasează razele de lumină ca In figura VIII.142 şi prin A se duce o paralelă la ax. Triunghiurile ABXCX şi AB'2CZ sînt asemenea şi din proporţionalitatea laturilor cu BjC1! = 2,5 cm, rezultă C2B'2 = 7,5 cm.

213

\

Diametrul penumbrei va fi (7,5—1)2 = 13 cm.

7.2. REFLEXIA LUMINII. OGLINZI PLANE ŞI OGLINZI SFERICE

4. Razele reflectate se vor roti cu un unghi egal cu 2 x 30° = 60°. Pentru o rotaţie completă a oglinzii, imaginea va descrie o traiectorie circulară. 8. Oglinda trebuie să fie concavă pentru ca razele de lumină de la sursă să poată fi concentrate spre ochiul pacientului, perforaţia centrală permiţînd medicului să poată privi. Este convenabil ca sursa de lumină să fie situată în spatele pacientului. 10. Mersul razelor de lumină (fig. VIII.143) determină pentru obiectul AB imaginea A'B'. Triunghiurile ABV şi A’B'V sînt asemenea deci:

AB AV A'B A' ' şi deci V în general se notează ÂV—p şi A!V=p'

■P ~ ~3 cm*

AB A'B '

100 100’

I+i=I

P P' f

A'B’ = AB • A'B' = 3 cm. P

11. A!*B’ = 1,5 cm. 12. A'B' = 4 cm. 13. A'B' = — cm. 15. La o distanţă d —15 cm. 16. Imaginea şi obiectul vor coincide atunci cînd p — p’: 2f. Deci coincidenţa va avea loc la o distanţă distanţei focale. Obiectul va parcurge o distanţă: d = 200 cm — 2 x 25 cm == 150 om; t — ■

egală cu dublul

150 cm

17. f = 20 cm.

- =2s.

76 cm/s

215

7.3. REFRACŢIA LUMINII. DISPERSIA LUMINII. CULOAREA CORPURILOR 2. în triunghiurile dreptunghice IAC şi IBC putem scrie: .

- IC IC . /C JC lini «, , .

sint= —=s —; sm r = — =» —; — = — deci w, sin t = n, sm r. IA »i

IB »a sin r nt

3. Cu centrul în punctul de incidenţă I se construiesc două semicercuri în mediul 2 ale căror raze să fie egale cu nx şi n2 (fig. VIII.144). Din punctul A se duce o per pendiculară pe suprafaţa de separare, perpendiculară care întîlneşte semicercul de rază nx în punctul B.

-Y 111,144

Unghiul IBA reprezintă unghiul limită. **• ^diamant — 2,42 ] Mrelaliv — 1,48 ] „

năiamani

2,42 ~

**diamant

„0

n„i. = -----------; nx —------------ = ------- — 1,63. tlx

n

1,48

relaţia

v = 123 966 km/s. 6. n = J/3. 8. Straturile de aer pe care le străbate lumina de la Soare au indici de refracţie diferiţi, cu valori din ce în ce mai mari. 9. Pentru ca să nu poată fi văzut cuiul de deasupra nivelului apei, este necesar ca să avem fenomen de reflexie totală. Razele care pornesc din vîrful A spre marginea discului trebuie să determine un unghi de incidenţă egal cu unghiul limită: sin i = !iZ!l ^ _L AB — 3,75 x 1,33. AB 1,33

Se observă că: ¥ =

AB2

—

(3,75)2

-

=

(3,75)2

[(1,33)2

’

— 1];

h — 3,285 cm. 10. Din. punctul situat la jumătatea fundului, se duce o paralelă la raza refractată prin apă. Nivelul apei va fi determinat de intersecţia acestei paralele cu raza de lumină. 12. Norul de pe cer situat deasupra capului nu-şi va schimba cu nimic aspectul, dar toate celelalte obiecte vor fi deformate. Şi aceasta deoarece reflexia totală, face ca unghiul de 180° de deasupra apei să se reducă în interiorul apei la numai 97°. însăşi suprafaţa apei privită de sub apă nu apare plană ci în formă de con. Obiectele de deasupra apar şi înconjurate de aureolă multicoloră, determinată de indicii diferiţi de refracţie ai apei pentru diferitele culori care alcătuiesc lumina solară. 13. Cu ajutorul reflexiei totale. 19. Datorită fenomenului de refracţie punctele situate pe fundul lacului îşi formează 216

imaginile mai sus decît în realitate. Cu cît razele ce vin la observator sînt mai înclinate, cu atît aceste imagini vor fi situate mai aproape de suprafaţa apei. 20. c. 21. e. 22. a) Unghiul de incidenţă pentru ipotenuza secţiunii prismei este 45° (mai mare decît unghiul limită atunci cînd prisma este situată în aer). Cînd prisma este

ft _

situată în apă, unghiul limită, definit prin relaţia sin l — —— este mai mare şi we(icld nu mai avem reflexie totală. b) Pentru ca raza să fie reflectată total, indicele de refracţie minim al prismei este dat din relaţia:

^sticlă

nipHsmă =

w

=

prismă

1,5

x 1,33

« 2.

naer

23. i = Z = 60°; sin 60° = ^sticlă

nx = sin 60° • n8ucu — ^ • 1.5 « 1,29. 24. 27. 28. 29.

55 grade. f = 20 cm. d' - 25 cm. Cînd lentila este situată în aer fenomenul de refracţie este mai puternic, între indicii de refracţie al sticlei şi al aerului existând o diferenţă mai mare decît între cel al sticlei şi al apei.

30. px = 30 cm; p[ = 60 cm sau = 60 cm; p[ = 30 cm. 31. p — 30 cm; p'

= 12

cm.

32. p — 60 cm; p'

— 24

cm.

1+

1=0; £+ =p'C'i 1 + ^=p’C-, 1 — (3 = p’C.

33.

I+I P p' î

=

I.

P P'

P P'

P

34. fî;/;0; X. 35. 0; 8.

217

1. Cristalinul joacă rolul7.4. lentilei convergente OPTICE a obiectivului, iar pupila rolul diafragINSTRUMENTE mei de la aparatul fotografic,'diafragmă, care lasă să pătrundă în aparat mai multă sau mai puţină lumină. 2. Ochelarii miopului sînt cu lentile divergente, care au mijlocul subţire şi care sînt mai fragile decît lentilele convergente folosite la ochelarii unui presbit care au mijlocul gros. 3. Utilizarea oglinzii măreşte distanţa între ochi şi imaginea obiectului, în timp ce miopul, fără ochelari, vede numai la distanţe foarte mici. 8. Precizarea poziţiei obiectelor în spaţiu este posibilă datorită vederii binoculare. Cu un singur ochi nu putem localiza în spaţiu obiectele. 9. Trebuie să privim imaginea cu un singur ochi şi de la o distanţă aproximativ egală cu distanţa focală a obiectivului aparatului de fotografiat. Deoarece această distanţă, pentru majoritatea aparatelor, este destul de mică (10—15 cm), fiind sub distanţa minimă de vedere clară, se pot folosi lupe sau se pot mări fotografiile. 13. înainte de a introduce diafilmul în aparat, acesta trebuie privit în aşa fel încît scrisul să fie în poziţie normală. După aceea se răstoarnă, menţinîndu-se în acelaşi plan vertical, se introduce în aparat. 14. d = 8 cm. 16. Obiectivul microscopului este o lentilă convergentă cu distanţă focală mică şi deci obiectul de cercetat trebuie situat între focar şi dublul distanţei focale. 17. p[ = 9,3 cm; d 13,4 cm. -IWilOtSn': Mărimea

Unitatea de măsură

Simbolu Alte unităţi l utilizate unităţii m 1 km = 10® m 1 cm = 10-3 m 1 mm = 10~8 m 1 jxm = 10_s m

Lungimea

metrul

Masa

kilogramul

Timpul

secunda

Intensitatea curentului

amperul

A

Temperatura termodinamică

kelvin

K

Intensitatea luminii

candela

Cantitatea de substanţă

mol

kg

s

1 t = IO3 kg 1 g = 10® kg 1 mg = 10~* kg 1 h = 3 600 s 1 min = 60 s 1 mA = IO-3 A 1 = 10-» A

JJIA

cd mol

1 kmol = IO3 mol Tabelul 2

Citeva toista":.-

Tabelul 1 Acceleraţia gravitaţională

9,80665 m/sa (9,81 N/kg)

Raza medie a Pămîntului Distanţa medie Pămînt-Soare Sarcina electronului Masa electronului Viteza luminii în vid Viteza sunetului în aer (0°C) Presiunea atmosferică normală

6 400 km 1,5 • IO8 km —1,6 • IO-18 C 9,1 • IO-31 kg 3 • IO8 m/s 332 m/s 760 mm Hg (101 325 N / m 2 )

SOLIDE Substanţa

LICHIDE ŞI GAZE (kg/m»)

Substanţa

Aluminiu

2 700

Apă

Fier Cupru Zinc Oţel Argint Platină Gheaţa Lemnul Sticla

7 900 8 600 7 000 7 700 10 500 21 400 900 500—800 2 600—2 700

Benzen Mercur Alcool Petrol Aer Hidrogen Oxigen Bioxid de carbon Heliu

(kg/m3) 1000 800 13 600 790 800 1,293 0,089 1,429 1,977 0,178

Tabelul 4

219

Tabelul 6

Substanţa Aluminiu Argint Cupru Oţel Gheaţă Plumb

e( J/kg • grd) 910 235 390 460 2 090 125

Substanţa Zinc

«(J/kg • grd) 899

Wolfram Fier Mercur Apă Alcool etilic

142 497 140 4185 2 482

Tabelul 5 Substanţa Aluminiu Apă distilată Wolfram Fier Cupru

h(°C)

Substanţa

C)

658

Mercur

0—39

0 3 380 1535 1083

Plumb Argint Oţel Fontă

327 960 1400 1150

Temperaturi de fierbere la p — 760 mm Hg Substanţa

Apa Oxigen Hidrogen Azot Alcool etilic

Substanţa

100 —183 —253 —196 78,5

tfCC)

Aluminiu

2 330

Fier Cupru Plumb Mercur

3 050 2 582 1750 357

Tabelul 7

Puteri ealoriee ale unor combustibili

Combustibilul

9(MJ/kg)

Combustibilul

«(MJ/kg)

Valorile funeţiilor trigonometrice ale-nnor unghiuri

Benzină

46

Lemn uscat

8,3 -f- 10

Alcool metilic Alcool etilic Petrol Păcură

29 27 46 42

Turbă Huilă Cocs Gaz natural

15 29,8 30,3 35,5 (MJ/m3 N) Tabelul S

Bezistivităţi ale unor metale Substanţa

p(Q • m)

Substanţa

Aluminiu

2,5 • 10-8

Mercur

Wolfram Constantan Manganină Nichelină Cupru

5,5 • 10-8 48 • IO-8 45 • 10-» 42 • IO-8 1,7 • 10-?

Plumb Argint Oţel Zinc

Indiei de refracţie absoluţi ai unor substanţe Substanţa

p(£! • m) 95,8 • IO-8 21 ■ IO-8 1,6 • IO-8 12 ■ IO-8 6 • IO-8

Substanţa

Indicele de refracţie

Indicele de refracţie

Aer

1

Sticlă uşoară (Crown)

1,50

Apă Diamant Gheaţa

1,33 2,42 1,31

Sticlă grea (Flint) Sulfură de carbon Ulei

1,90 1,63 1,60

Funcţia

0°

30°

45°

0

1/2

VJ

60°

2 cos

1

j/J 2 '

90°

180°

1

0

|eo [

sin

Valoarea unghiului

VĂ

i/2

1

1/3

1

VI

0

-X

2

tg

0

VJ

0

3 ctg

00

1/3

3

0

00

Ouprins

Enunţuri .................................................................................... ............................................................ B

....................................................................

6

1.1. Corp, substanţă, proprietăţi .......................................................................................... 1.2. Proprietăţi fizice măsurabile. Mărime fizică ............................................................................. 1.3. Fenomen fizic ................................................................................................................................

5 12 23

.............................................................................................................................. Fenomene mecanice ..................................................................................................................... Fenomene termice ......................................................................................................................... Fenomene electrice şi magnetice ................................................................................................ Fenomene optice ...........................................................................................................................

24 24 36 39 47

2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

Indicaţii şi rispunsnri ............................................................ .....................................................

56

Ennnţuri ........................................................................................................................................................... 70 ....................................................... 70 1.1. Forţa ................................................................................................................................................ 70 • ............................................................................................................................................... 1.2. Lucrul mecanic şi energie mecanică..................................................................................................... 80 1.3. Echilibrul mecanic al solidului ........................................ • ...................................................... 95 1.4. Echilibrul mecanic al fluidului .................................................................................................. 101 1.5. Echilibrul corpului scufundat în fluid ...................................................................................... 108

............................................................................................. 110 ................................................................................................................ 3.1. Căldura. Căldura specifică. Calorimetrie .................................................................................. 3.2. Transformarea lucrului mecanic în căldură ............................. ............................................... 113 3.3. Transformările izobară şi izocoră la gaze ................................................................................. 3.4. Schimbul de energie prin lucru mecanic şi căldură ................................................................. 3.5. Combustibili ........................ ........................................................................................................ 117 3.6. Motoare termice. Randament ...................................................................................................... 3.7. Forme de propagare a căldurii .................................................................................................... .................................................................................................... 4.1. Structura substanţei .............................................................................................. 4.2. Proprietăţi fizice generale ale substanţelor ...' ................................................................... 4.3. Transformări de stare de agregare ... .............................................................................. Indicaţii şi răspunsuri ......................................................... ........................................................... 222

112

112

114 114

118 118 119 119 120 122 124

Enunţuri ...................................................................................................................................................... care, contact, influenjd. Sar :

... .................

'■"■Arice. l;-î ......

139 139 142

ririM...............................................................................................

...... 148 3.1. Producerea curentului electric ....................... ..................................................................... 148 3.2. Efectele curentului electric ..................................................... ............................................. 150 3.3. Intensitatea curentului electric ............................................................................................. 3.4. Tensiunea electrică ................................................................................................................ 3.5. Rezistenţa electrică ................................................................................................................ 3.6. Legea lui Ohm ........................................................................................................................ 3.7. Legea lui Joule ............... ........................................................................................................ 3.8. Energia şi puterea electrică ................................................................................................... 3.9. Reţele electrice. Legile lui Kirchhoff ................................................................................... 3.10. Gruparearezistoarelor şi a generatoarelor ..........................................................................

150 153 155 156 158 160 161 163

IV. ctroli ......................................................................................................... V. Ch.--: ....................................... ................................................................................. 171 5.1. Magneţi. Acţiunea reciprocă dintre magneţi ..................................................................... 5.2. Experienţa lui Oersted. Cimp magnetic ............................................................................. 5.3. Interacţiunea dintre un cimp magnetic şi un curent electric. Inducţia magnetică 175

170

.w* >.» ........................................................................................................ 6.1. Flux magnetic. Producerea curenţilor de inducţie ........................................... ................ 6.2. Curentul alternativ. Generatoare de curent alternativ şi de curent continuu .. 6.3. Transformatoare .....................................................................................................................

176 176 182 184

171 173

.................. .. .............................................................................. 186 7.1. Propagarea luminii ................................................................................................................ 186 7.2. Reflexia luminii. Oglinzi plane şi oglinzi sferice ............................. . ............................. 187 7.3. Refracţia luminii. Dispersia luminii. Culoarea corpurilor .............................................. 189 7.4. Instrumente optice ................................................................................................................. 194 Indieaţii şi .................................................................................................... răspunsuri .......... 196

223

La noi in ţară, Observatorul astronomic din Bucureşti dispune de un modern serviciu al orei exacte, care determină ora exactă cu un mare instrument meridian. Păstrarea orei exacte se face cu ajutorul a două pendule astronomice şi a două orologii cu cuarţ. Postul de radio Bucureşti transmite ora exactă a Observatei alui astronomic din Bucureşti prin 6 semnale orare. Ora exactă este dată de începutul ultimului semnal. 7. CALENDARUL Calendarul este un sistem de împărţire a timpului în ani, luni şi zile, bazat pe fenomene periodice din natură. Perioada de repetare a anotimpurilor şi a muncilor agricole a primit denumirea de , an tropic". Acest an este însă incomod, deoarece durata sa este exprimată printr-un număr frac- ţionar de „zile mijlocii". Un an tropic are 365,2422 zile mijlocii. De aceea s-a definit „anul calendaristic", care are nn număr întreg de zile, 365 sau 366 de zile, astfel ca echinocţiile şi solstiţiile să cadă pe aceleaşi date ale anului (adică să nu se decaleze faţă de anul tropic).] Calendarul iulian, întocmit de astronomul şi matematicianul Sosigenc din Alexandria decretat de lulius Oaesar la 1 ianuarie 45 î.e.n., are trei ani consecutivi de 365 de zile (ani comuni), iar al patrulea an de 366 zile (an bisect). Deoarece anul iulian este mai lung decît anul tropic, la 400 de ani, acesta rămîne în urmă cu aproximativ 3 zile faţă de anul tropic. In anul 1582, calendarul iulian era cu 10 zile în întirziere, motiv pentru care s-a introdus un nou calendar. Calendarul gregorian, întocmit de o comisie de reformă a calendarului, instituită de papa Grigore al XlII-lea, recuperează întirzierea acumulată pînă la acea dată, decretînd ca după data de 4 octombrie 1582 să urmeze ziua de 15 octombrie. S-a hotărît ca ani bisecţi să fie numai anii ale căror ultime două cifre formează un număr divizibil cu 4, iar anii reprezentînd secole sînt bisecţi numai dacă numărul secolelor este divizibil cu 4. Astfel dintre anii 1 700; 1800; 1900 şi 2 000 rămîne bisect numai anul 2 000 deoarece are numărul secolelor (20) divizibil cu 4. Acest calendar rămîne încă în urmă cu 1,2 zile la 4 000 de ani, întirziere care pînă în prezent se poate neglija. La noi în ţară, calendarul gregorian a fost introdus in anul 1924, hotărîndu-ser ca prima zi dup& 30 septembrie să fie 14 octombrie şi nu 1 octombrie. Calendarul gregorian se mai numeşte şi calendar de stil nou.

1.3. FENOMEN FIZIC 1. Ce fenomene fizice cunoaşteţi, al căror loc de desfăşurare este atmosfera? Din interacţia căror corpuri reziiltă aceste fenomene? 2. Ce fenomene fizice cunoaşteţi, a! căror loc de desfăşurare este interiorul pămîntului? Ce corpuri interacţionează pentru producerea acestor fenomene? 3. Dacă între corpuri n-ar fi posibile interacţiuni, ar mai exista fenomene fizice? 4. într-un vas cu apă s-a introdus un fierbător electric şi un termometru. După conectarea fierbătorului la priză s-au notat valorile temperaturii apei din 5 în 5 minute. Rezultatele observaţiilor au fost notate în tabelul alăturat. Puteţi stabili legea fizică după care s-a desfăşurat procesul de încălzire a apei din vas? Trasaţi un grafie al variaţiei temperaturii apei în funcţie de timp? ora (() temperatura (0)

12h 5 min | 12h 10 min

10CC

25° C

I2h 15 min

12b 20 min

40° C

55°C

23

Fig. VII.42

11. Cu ce forţă F trebuie acţionat asupra barei cu greutatea de 3 000 N din figura VII.41, pentru a o susţine în poziţie orizontală, ştiind că lungimea porţiunii sprijinite reprezintă 20% din lungimea barei? 12. Apreciaţi corectitudinea modului în care este folosită pîrghia din figura VII.42. 13. Există pîrghii care să ofere în acelaşi timp avantajul unei economii de forţă şi al unei economii de deplasare? 14. în figura VII.43 am reprezentat schematic prin segmentele O A şi OB cele două oase ale mîinii unui om {A este palma, O este cotul, B este umărul). Prin punctele M şi N am reprezentat locurile în care muşchii braţului se prind pe cele două oase. Gîndiţi-vă la modul în care ţineţi în mînă o greutate. Puteţi afirma că mîna este o pîrghie? Reprezentaţi forţa rezistentă şi forţa activă, Scripetele Fig. VII.41

1. Este posibil să ridicăm un corp pînă la o înălţime dorită, trăgînd prin intermediul unui dispozitiv în jos? Aţi văzut vreun dispozitiv care permite o astfel de acţiune? Cum se numeşte? 2. Care este forţa cu care corpul A din figura VII.44 apasă asupra solului? 8. Un om încearcă să ridice cu un scripete fix un corp a cărui greutate este mai mare decît greutatea sa. Ya reuşi?

Fi?. VIL44

Fig. VII.45

Fig. VII.46

4. Ce mase trebuie să aibă cele două corpuri din figura VII.45, pentru a echilibra în poziţie orizontală o grindă paralelipipedică cu greutatea de 5 096 N? o. Care este forţa F necesară echilibrării corpului cu masa m = 10 kg din figura VII.46, ştiind că Fx = 100 N, F2 = 100 N, iar direcţiile lor sînt perpendiculare şi simetrice faţă de verticala firului de suspensie?

85

10. O sursă luminoasă în formă de disc, cu diametrul de 2 cm luminează un disc opac cu raza de 1,5 cm situat pe acelaşi ax la 50 cm de sursă (fig. VIII.124). Să se calculeze diametrul umbrei şi diametrul penumbrei formate pe un ecran paralel cu discul, situat la 1 m de acesta. 11. Dintre planetele mari ale sistemului solar, la cea mai mică distanţă de Soare (37,2 ■ • 10® km) se află planeta Yenus, iar la cea mai mare distanţă (7 551 x 10®km) planeta Pluton. în cît timp poate parcurge lumina fiecare din cele două distanţe? 12. Pentru stelele situate la distanţe foarte mari, ca unitate de măsură pentru distanţă se foloseşte şi parsecul 1 pc=3,2615 a.l. Cunoscînd distanţa între steaua Sirius şi Soare de 2,67 pc, să se exprime această distanţă în km. (Un an lumină este distanţa parcursă de lumină într-un an 1 a.l. = 9 460 • 10® km.) 7.2. REFLEXIA LUMINII. OGLINZI PLANE ŞI OGLINZI SFERICE 1. Un fascicul luminos care întîlneşte o suprafaţă plană lucioasă, prin reflexie va fi dirijat pe o altă direcţie. în cazul în care suprafaţa prezintă asperităţi şi reflexia este difuză, mai sînt valabile legile reflexiei stabilite experimental? Daţi exemple de cazuri în care reflexia este difuză. 2. Un magnet în formă de bară este aşezat în faţa unei oglinzi plane, într-una din poziţiile reprezentate în figura VIII.125. Dacă imaginea ar fi înlocuită cu un magnet, ce s-ar întîmplă cu cei doi magneţi?

Fig. VIII.125

3. Analizînd situaţiile reprezentate în figura VIII.126, puteţi preciza care este obiectul şi care este imaginea sa într-o oglindă plană? 4. O oglindă plană formează imaginea unui punct luminos aflat la 1 m de oglindă. Dacă oglinda se roteşte cu un unghi de 30° în jurul unui ax din planul său (fig. VIII.127), punctul luminos rămînînd in aceeaşi poziţie, cu ce unghi se vor roti razele reflectate? Pentru o rotaţie completă a oglinzii, ce traiectorie va descrie imaginea punctului luminos? 5. Care din oglinzile sferice au focar real şi care au focar virtual? 6. Cum trebuie să fie oglinda retrovizoare a unui automobil: plană, concavă sau convexă şi de ce? 2. Un grup de copii, jucîndu-se cu cubuleţe identice, au realizat construcţiile din figura VI.4. Care dintre acestea cuprinde cel mai mare număr de cuburi şi care cuprinde cel mai mic număr de cuburi? 7. Cnm putem aduce de la fîntînă 6 litri (dm3) de apă dacă dispunem de un vas de 4 litri şi de unul de 9 litri? V: 1 unei seringi negradate este 5 cm3. Cum păstraţi în seringă numai 1cm3? AT-ri Ia dispoziţie o riglă gradată. (Temă experimentală.) 4. TOPIREA. S OLIDIFIC ARE A

fi 1. Dacă apa îngheaţă la temperatura de 0°C, la ce temperatură se topeşte gheaţa? 2. Primăvara cînd gheaţa care s-a format pe marginea apelor în timpul iernii, începe, ;a se topească, faceţi următoarele determinări: 2. MĂSURĂRI DE LUNGIME

ca unitate de măsură. Corpul a cărui lungime este aleasă ca unitate de măsură se numeşte etalon. 6. Pentru a putea compara două lungimi, pentru a putea aduna două lungimi sau pentru a putea scădea două lungimi, acestea trebuie exprimate în aceleaşi unităţi de măsură. 10. Determinăm distanţa cu care înaintează şurubul pentru un anumit număr de rotaţii complete şi împărţim la numărul lor. 14. a) B (9); C(4); Z)(2); b) 8; e) 9; d) vagonul 6. 3. în prezenţa corpului, presiunea exercitată de apă asupra fundului este mai mare, deoarece în această situaţie înălţimea lichidului creşte. 4. Cînd se eliberează deschiderea laterală din peretele vasului prezentat în figura VTI-4, jetul de apa ţîşneşte pînă la o anumită distanţă, această distanţă micşo- rîndu-se pe măsură ce nivelul lichidului scade. •5. Timpul în care se va umple primul pahar cu apă va fi mai mic decît timpul în vare se187 va umple următorul pahar, presiunea lichidului micşorîndu-se treptat. Deti vasul se va goli într-un timp mai mare de 20 minute. 6. Vasele se golesc în acelaşi timp.

i. aj Cînd lichidul curge din vas, prin tubul do sticlă intră aer care se adună deasu 2. FAZA LICHIDĂ

ÎS. b. 19. Aria suprafeţei unei picături de mercur, rezultată prin unirea a două picături de mertor este mai mică decît suma ariilor suprafeţelor picăturilor înainte de unire, ixierjji. Pentru ruperea unei picături de mercur este nevoie de un consum de

2.

irrenor.

2

şi l2 la distanţa — în vid; 22

—- fi ~ la distanţa în vid; t- — L — la distanţa — în vid.

Fig. VIII.74

IV. CURENTUL ELECTRIC ÎN ELECTROIJŢI 2.. Gare din substanţele următoare pot disocia, prin introdueere în apă, arătând unde este cazul si care sînt produsele disociaţiei: KC1, zahăr (CiaH22Ou), CuS04, AgCl, CaC03, NH4C1, NaCl, CuO, HC1, H2S04? 3. Dirijarea ionilor într-o soluţie se face: a) sub influenţa cîmpului electric; b) datorită agitaţiei termice; c) datorită existenţei moleculelor polare ale apei. 4. Creşterea temperaturii unui electrolit determină: a) scăderea rezistenţei lui şi creşterea intensităţii curentului; b) scăderea rezistenţei lui şi scăderea intensităţii curentului; e) creşterea rezistenţei lui şi creşterea intensităţii curentului; d) creşterea rezistenţei lui şi scăderea intensităţii curentului; e) menţinerea rezistenţei lui şi a intensităţii curentului constante. 5. Ce valoare are sarcina electrică transportată de un ion pozitiv monovalent? Dar de unul negativ bivalent? 6. Cum veţi proceda pentru a determina masa substanţei depusă pe catodul unui electrolizor? 1. a, b. Acul magnetic deviază în ambele cazuri, deoarece atît mercurul cît şi soluţia de CuS0 4 sînt conductoare şi deci trecerea curentului prin ele produce cîmp magnetic. 3. Acul nu deviază, deoarece prin cele două fire curenţii au aceeaşi intensitate, dar sensuri contrarii. 9. A. r; B. b. 10. Cînd sfera electrizată nu se mişcă sau viteza ei de mişcare este mică, acul magnetic nu deviază. Dacă sfera se deplasează pe lîngă acul magnetic cu viteză foarte mare, acul magnetic deviază.

188