Физика 10 класс Засекина профиль

Ò.Ì. ÇÀѪʲÍÀ , Ì.Â.ÃÎËÎÂÊÎ
Ô²ÇÈÊÀ
ϳäðó÷íèê äëÿ 10-ãî êëàñó
çàãàëüíîîñâ³òí³õ íàâ÷àëüíèõ çàêëàä³â
(ïðîô³ëüíèé ð³âåíü)
Ðåêîìåíäîâàíî ̳í³ñòåðñòâîì îñâ³òè ³ íàóêè Óêðà¿íè
Êè¿â
«Ïåäàãîã³÷íà äóìêà»
2010
ÓÄÊ 373.5+53](075.3)
ÁÁÊ 22.3ÿ721
Ô 50
Ðåêîìåíäîâàíî ̳í³ñòåðñòâîì îñâ³òè ³ íàóêè Óêðà¿íè
(íàêàç ̳í³ñòåðñòâà îñâ³òè ³ íàóêè Óêðà¿íè
â³ä ____________2010 ð., ïðîòîêîë ¹___)
ϳäðó÷íèê ðåêîìåíäóâàëè äî äðóêó åêñïåðòè:
Êîñòåíêî Îëåêñàíäð Âîëîäèìèðîâè÷, ó÷èòåëü Ìàðòèí³âñüêîãî íàâ÷àëüíî-
âèõîâíîãî êîìïëåêñó «Äîøê³ëüíèé íàâ÷àëüíèé çàêëàä çàãàëüíîîñâ³ò-
íüî¿ øêîëè ²-²²² ñò.» Êàí³âñüêî¿ ðàéîííî¿ ðàäè ×åðêàñüêî¿ îáë., ó÷èòåëü-
ìåòîäèñò;
²âàíèöüêà Íàòàë³ÿ Àíàòî볿âíà, ó÷èòåëü ë³öåþ ¹32 ì. ×åðí³ãîâà;
Äâîðàê Íàä³ÿ Ìèõàéë³âíà, çàâ³äóâà÷êà Óæãîðîäñüêîãî ì³ñüêîãî ìåòîäè÷íîãî
êàá³íåòó, ó÷èòåëü-ìåòîäèñò;
Ñóêìàíþê Ñâ³òëàíà ²âàí³âíà, ìåòîäèñò Ñòàðîêîñòÿíòèí³âñüêîãî ðàéîí-
íîãî ìåòîäè÷íîãî êàá³íåòó Õìåëüíèöüêî¿ îáë.;
Íåôåä÷åíêî Âàñèëü Ôåäîðîâè÷, äîöåíò êàôåäðè çàãàëüíî¿ òà åñòåòè÷íî¿
ô³çèêè Ñóìñüêîãî äåðæàâíîãî óí³âåðñèòåòó, êàíäèäàò ïåäàãîã³÷íèõ íàóê.
Íàóêîâó åêñïåðòèçó çä³éñíåíî ²íñòèòóòîì òåîðåòè÷íî¿ ô³çèêè ³ì. Ì. Ì.
Áîãîìîëüöÿ Íàö³îíàëüíî¿ àêàäå쳿 íàóê Óêðà¿íè;
Ïñèõîëîãî-ïåäàãîã³÷íó åêñïåðòèçó çä³éñíåíî ²íñòèòóòîì ïåäàãîã³êè Íàö³-
îíàëüíî¿ àêàäå쳿 íàóê Óêðà¿íè.
³äïîâ³äàëüí³ çà ï³äãîòîâêó ï³äðó÷íèêà äî âèäàííÿ:
Î. Â. Õîìåíêî, ãîëîâíèé ñïåö³àë³ñò ̳í³ñòåðñòâà îñâ³òè ³ íàóêè Óêðà¿íè;
². À. Þð÷óê, ìåòîäèñò âèùî¿ êàòåãî𳿠²íñòèòóòó ³ííîâàö³éíèõ òåõíîëîã³é ³
çì³ñòó îñâ³òè.
Ô 50 Ô³çèêà:ϳäðó÷íèê äëÿ 10 êëàñó çàãàëüíîîñâ³òí³õ íàâ÷àëüíèõ
çàêëàä³â (ïðîô³ëüíèé ð³âåíü) / Ò. Ì. Çàñºê³íà, Ì. Â. Ãîëîâêî. – Ê.:
«Ïåäàãîã³÷íà äóìêà», 2010. – 304 ñ., ³ë.
ISBN 978-966-644-159-4 ÓÄÊ 373.5+53](075.3
ÁÁÊ 22.3ÿ721
Âèäàíî çà ðàõóíîê äåðæàâíèõ êîøò³â
Ïðîäàæ çàáîðîíåíî
ISBN 978-966-644-159-4
© Ïåäàãîã³÷íà äóìêà, 2010
© Ò. Ì. Çàñºê³íà, Ì. Â. Ãîëîâêî, 2010
© Í. Á. Ìèõàéëîâà, Â. Ô. Ìèõàéëîâ
(õóä. îôîðìë., îáêë.), 2010.
СЛОВО ДО УЧНІВ
Ó ñòàðø³é øêîë³ âè ïðîäîâæóâàòèìåòå âèâ÷åííÿ ô³çèêè, ðîçïî÷àòå ùå
ó 7-ìó êëàñ³. Ô³çèêà º çàãàëüíîîñâ³òí³ì íàâ÷àëüíèì ïðåäìåòîì ³ òîìó íå âè-
ïàäêîâî âîíà âèâ÷àºòüñÿ ó çàãàëüíîîñâ³òí³õ øêîëàõ óñ³õ êðà¿í ñâ³òó. Ðàçîì ç
³íøèìè íàóêàìè âèâ÷åííÿ ô³çèêè ìຠíà ìåò³ ãîòóâàòè äî âèáîðó ïðîôåñ³¿ ó
âàøîìó äîðîñëîìó æèòò³.
Ñó÷àñíà ëþäèíà æèâå ó ñâ³ò³ òåõí³êè ³ âèñîêèõ òåõíîëîã³é. Âàì óæå â³äî-
ìî, ùî ô³çèêà º òåîðåòè÷íîþ îñíîâîþ òåõí³êè. Ò³ëüêè çíàþ÷è ô³çèêó, ìîæ-
íà ïðîåêòóâàòè òà áóäóâàòè ìàøèíè, áóäèíêè, çàâîäè, åëåêòðîñòàíö³¿, çàñîáè
òåëå- ³ ðàä³îçâ’ÿçêó òîùî. Ñó÷àñíà ô³çèêà º îñíîâîþ êîìï’þòåðíèõ òåõíîëîã³é.
Ç îãëÿäó íà öå ô³çèêà íåîáõ³äíà ìàéáóòíüîìó ³íæåíåðó.
Çíîâó-òàêè ³ òîìó, ùî ìè æèâåìî ó ñâ³ò³ òåõí³êè, íàøå æèòëî, ïîáóò çàïî-
âíåí³ ô³çèêî-òåõí³÷íèìè óñòàíîâêàìè. Âîíè îñâ³òëþþòü ³ îïàëþþòü æèòëî,
äîïîìàãàþòü ãîòóâàòè ³ çáåð³ãàòè ¿æó, ïðèáèðàòè êâàðòèðó, à ÷îãî âàðò³ òåëå-
ôîíè, ðàä³î- ³ òåëåïðèéìà÷³, â³äåîìàãí³òîôîíè ³ â³äåîêàìåðè, êîìï’þòåðè…
Äëÿ ïðàâèëüíîãî ³ áåçïå÷íîãî êîðèñòóâàííÿ öèìè ïðèêëàäàìè òàêîæ íåîáõ³ä-
íî çíàòè îñíîâè ô³çèêè.
Ðàçîì ³ç òèì ô³çèêà – öå íå ïðîñòî ðåçóëüòàò êîï³òêî¿ ³ äîïèòëèâî¿ ïðàö³
â÷åíèõ, à é âåëèêå íàäáàííÿ ëþäñüêî¿ öèâ³ë³çàö³¿, âàæëèâà ñêëàäîâà êóëüòó-
ðè ëþäñòâà. Íàñàìïåðåä ô³çèêà äຠñèñòåìàòèçîâàíó ³íôîðìàö³þ ïðî íàâêî-
ëèøí³é ñâ³ò ðàçîì ç óì³ííÿì çäîáóâàòè òàêó ³íôîðìàö³þ. Ô³çèêà º íàéãëèá-
øîþ, íàéôóíäàìåíòàëüí³øîþ íàóêîþ ïðî ïðèðîäó. Òîìó ¿¿ ìåòîäè ³ òåîð³¿
øèðîêî âèêîðèñòîâóþòüñÿ â ³íøèõ ïðèðîäíè÷èõ íàóêàõ ³ ô³ëîñîô³¿ ïðèðîäî-
çíàâñòâà. Âèâ÷åííÿ ô³çèêè ìຠâàæëèâå çíà÷åííÿ äëÿ ðîçâèòêó íàóêîâîãî ñâ³-
òîðîçóì³ííÿ òà çàáåçïå÷åííÿ ìàéáóòíüîãî ôàõ³âöÿ, íàóêîâöÿ â ãàëóç³ òåõí³êè
³ ïðèðîäíè÷èõ íàóê ìåòîäàìè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ ïðèðîäíèõ ÿâèù, âèâ÷åííÿ
îñíîâ òåõí³êè ³ òåõíîëîã³é.
Àâòîðè ïðàãíóëè ïðåäñòàâèòè ô³çèêó ÿê îäíó ç ïðîâ³äíèõ íàóê ïðî ïðè-
ðîäó, ùî àêòèâíî ðîçâèâàºòüñÿ ³ º îñíîâîþ ñó÷àñíî¿ òåõí³êè ³ òåõíîëîã³é. Ó
ï³äðó÷íèêó ïîäàíî äåòàëüíå îá´ðóíòóâàííÿ íàéâàæëèâ³øèõ ô³çè÷íèõ ÿâèù,
çàêîíîì³ðíîñòåé ³ çàêîí³â, ùî ñòàíå â ïðèãîä³ ïðè ïîäàëüøîìó îïàíóâàíí³
ô³çèêè òà ³íøèõ íàóê ó âèùèõ íàâ÷àëüíèõ çàêëàäàõ. Òàêîæ íàâåäåíî áàãàòî
ïðèêëàä³â âèÿâó ³ çàñòîñóâàííÿ ô³çè÷íèõ çàêîí³â ó íàâêîëèøíüîìó æèòò³,
â³äîìîñòåé ç ³ñòî𳿠ô³çè÷íèõ â³äêðèòò³â. Ïðè öüîìó ìè ïðàãíóëè âèñâ³òëèòè
ïîãëÿä íà ô³çèêó ÿê æèâó íàóêó, ùî º ÷àñòèíîþ çàãàëüíîëþäñüêî¿ êóëüòóðè ³
íàäáàííÿì ñó÷àñíî¿ öèâ³ë³çàö³¿.
Ó÷èòåëü ³ ï³äðó÷íèê äîïîìîæóòü âàì ó íàáóòò³ çíàíü. Äëÿ öüîãî íàâ÷àëü-
íèé ìàòåð³àë ó ï³äðó÷íèêó âèä³ëåíî ñïåö³àëüíèìè ïîçíà÷êàìè:
– óâàãà, çàïàì’ÿòàòè!!! – äàéòå â³äïîâ³ä³ íà çàïèòàííÿ – âïðàâà, ïðèêëàä ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ – çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷
3
СЛОВО ДО ВЧИТЕЛЯ
ϳäðó÷íèê ðîçðàõîâàíèé íà ó÷í³â 10-õ êëàñ³â, ÿê³ âèâ÷àþòü ô³çèêó íà ïðî-
ô³ëüíîìó ð³âí³ . Â³í º ñòðèæíåâèì åëåìåíòîì íàâ÷àëüíî-ìåòîäè÷íîãî çàáåçïå-
÷åííÿ øê³ëüíîãî êóðñó ô³çèêè, îð³ºíòèðîì äëÿ â÷èòåëÿ òà ó÷íÿ â äîñÿãíåíí³
ê³íöåâî¿ ìåòè íàâ÷àííÿ, ôîðìóâàííÿ æèòòºâî¿ êîìïåòåíòíîñò³ îñîáèñòîñò³,
îâîëîä³ííÿ ìåòîäîëîã³÷íèìè çíàííÿìè, çàëó÷åííÿ äî àêòèâíî¿ ï³çíàâàëüíî¿
ä³ÿëüíîñò³ òà ðîçâèòêó ³íòåðåñó äî íàâ÷àííÿ ô³çèêè. ²íòåðåñ ó÷í³â äî âèâ÷åííÿ
ô³çèêè º ä³àëåêòè÷íèì ÿâèùåì: ç îäíîãî áîêó, â³í ôîðìóºòüñÿ â ïðîöåñ³ âè-
â÷åííÿ ô³çèêè; ç äðóãîãî – âèâ÷åííÿ ô³çèêè íåìîæëèâå áåç ñò³éêîãî ³íòåðåñó.
Àâòîðè ïðàãíóëè ïðåäñòàâèòè ô³çèêó ÿê æèâó íàóêó, ùî º ÷àñòèíîþ çà-
ãàëüíî¿ ëþäñüêî¿ êóëüòóðè, ç îäíîãî áîêó, ³ ÿê ôóíäàìåíòàëüíó íàóêó ïðî ïðè-
ðîäó, îäíó ç âàæëèâèõ ïðèðîäíè÷èõ íàóê, ç ³íøîãî. Ó òåêñò³ íàâîäèòüñÿ áàãàòî
ïðèêëàä³â âèÿâó ³ çàñòîñóâàííÿ ô³çè÷íèõ çàêîí³â ó æèòò³ òà ïðàêòèö³, ñó÷àñí³é
íàóö³ ³ òåõí³ö³, â³äîìîñòåé ç ³ñòî𳿠ô³çèêè, ïîäàºòüñÿ îïèñ ô³çè÷íèõ äîñë³ä³â.
³äîìî, ùî ÷³òêà ñòðóêòóðà ï³äðó÷íèêà ïîëåãøóº ñïðèéíÿòòÿ, óñâ³äîì-
ëåííÿ òà ðîçóì³ííÿ íàâ÷àëüíîãî ìàòåð³àëó, òîìó â òåêñò³ âèä³ëåíî ãîëîâíå
(îçíà÷åííÿ, íàéâàãîì³ø³ ôàêòè, òâåðäæåííÿ, ôîðìóëè); öåé òåêñò âèä³ëåíî
êîëüîðîì. Ó ê³íö³ ïàðàãðàô³â ï³ä³áðàí³ çàïèòàííÿ íà óçàãàëüíåííÿ³ çàêð³-
ïëåííÿ âèâ÷åíîãî ìàòåð³àëó.
Ó ï³äðó÷íèêó ãëèáîêî òà äåòàëüíî âèêîðèñòàíî ìàòåìàòè÷íèé àïàðàò îïè-
ñó ÿâèù, çàêîíîì³ðíîñòåé ³ ô³çè÷íèõ çàêîí³â. Îäíèì ç íàéá³ëüø âàæëèâèõ âè-
ä³â íàâ÷àëüíî¿ ðîáîòè â ïðîô³ëüí³é øêîë³ º ðîçâ’ÿçóâàííÿ ô³çè÷íèõ çàäà÷. Çà-
äà÷³ ð³çíèõ òèï³â ìîæíà åôåêòèâíî âèêîðèñòîâóâàòè íà âñ³õ åòàïàõ çàñâîºííÿ
ô³çè÷íîãî çíàííÿ: äëÿ ðîçâèòêó ³íòåðåñó, òâîð÷èõ çä³áíîñòåé i ìîòèâàö³¿ ó÷í³â
äî íàâ÷àííÿ ô³çèêè, ï³ä ÷àñ ïîñòàíîâêè ïðîáëåìè, ùî ïîòðåáóº ðîçâ’ÿçàííÿ, ó
ïðîöåñ³ ôîðìóâàííÿ íîâèõ çíàíü ó÷í³â, âèðîáëåííÿ ïðàêòè÷íèõ óì³íü ó÷í³â,
ç ìåòîþ ïîâòîðåííÿ, çàêð³ïëåííÿ, ñèñòåìàòèçàö³¿ òà óçàãàëüíåííÿ çàñâîºíîãî
ìàòåð³àëó, ç ìåòîþ êîíòðîëþ ÿêîñò³ çàñâîºííÿ íàâ÷àëüíîãî ìàòåð³àëó ÷è ä³à-
ãíîñòóâàííÿ íàâ÷àëüíèõ äîñÿãíåíü ó÷í³â òîùî. Òîìó äî ï³äðó÷íèêà âêëþ÷åí³
ðîçðàõóíêîâ³, ãðàô³÷í³, ÿê³ñí³, äîñë³äíèöüê³, åêñïåðèìåíòàëüí³, òâîð÷³ çàäà-
÷³. Àâòîðè ââàæàëè çà äîö³ëüíå ïîäàòè òàêîæ ìåòîäè÷í³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî
ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ òà ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ òèïîâèõ çàäà÷. Ïðèêëàäè
ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ ï³ä³áðàíî òàê, ùîá ó÷åíü ì³ã ñàìîñò³éíî ðîç³áðàòèñü ó ô³-
çè÷í³é ñóò³ çàäà÷³, îïàíóâàòè çíàííÿ é íàáóòè íàâè÷îê âèêîðèñòàííÿ íàéçà-
ãàëüí³øèõ ³ íàéäîö³ëüí³øèõ ìåòîä³â ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷.
Àâòîðè
ЗМІСТ
ÂÑÒÓÏ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
§ 1. Ðîëü ô³çè÷íîãî çíàííÿ â æèòò³ ëþäèíè ³ ñóñï³ëüíîìó ðîçâèòêó . . . . 9
§ 2. Âèì³ðþâàííÿ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
§ 3. Ñêàëÿðí³ ³ âåêòîðí³ âåëè÷èíè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Âïðàâà 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
§ 4. Ãðàô³êè ôóíêö³é òà ïðàâèëà ¿õ ïîáóäîâè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
§ 5. Ìåõàí³êà – ïåðøà ô³çè÷íà òåîð³ÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Ðîçä³ë 1
ʳíåìàòèêà ïîñòóïàëüíîãî òà îáåðòàëüíîãî ðóõ³â ìàòåð³àëüíî¿ òî÷êè . . . . . . . . 29
§ 6. Ñïîñîáè îïèñó ðóõó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Âïðàâà 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
§ 7. Ïðÿìîë³í³éíèé ð³âíîì³ðíèé ðóõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ ç ê³íåìàòèêè
ìàòåð³àëüíî¿ òî÷êè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Âïðàâà 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
§ 8. ³äíîñí³ñòü ìåõàí³÷íîãî ðóõó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Âïðàâà 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
§ 9. гâíîì³ðíèé òà íåð³âíîì³ðíèé ðóõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Âïðàâà 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
§ 10. Ïðÿìîë³í³éíèé ð³âíîïðèñêîðåíèé ðóõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Âïðàâà 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
§ 11. Ãðàô³÷íå çîáðàæåííÿ ð³âíîïðèñêîðåíîãî ðóõó . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Âïðàâà 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
§ 12. ³ëüíå ïàä³ííÿ ò³ë – ïðèêëàä ð³âíîïðèñêîðåíîãî ðóõó . . . . . . . . . . . 61
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Âïðàâà 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
§ 13. Ðóõ ò³ëà ó ïîë³ çåìíîãî òÿæ³ííÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Âïðàâà 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
§ 14. Êðèâîë³í³éíèé ðóõ. гâíîì³ðíèé ðóõ ïî êîëó . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Âïðàâà 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
§ 15. гâíîì³ðíèé òà íåð³âíîì³ðíèé îáåðòàëüí³ ðóõè ìàòåð³àëüíî¿ òî÷êè . . 78
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Âïðàâà 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Íàéãîëîâí³øå â ðîçä³ë³ 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Ðîçä³ë 2
Äèíàì³êà ïîñòóïàëüíîãî òà îáåðòàëüíîãî ðóõ³â ìàòåð³àëüíî¿ òî÷êè . . . . . . . . . . 85
§ 16. Ìåõàí³÷íà âçàºìîä³ÿ ò³ë. Ñèëà. Ìàñà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Âïðàâà 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5
§ 18. Äðóãèé çàêîí Íüþòîíà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Âïðàâà 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
§ 19. Òðåò³é çàêîí Íüþòîíà. Ìåæ³ çàñòîñóâàííÿ çàêîí³â Íüþòîíà . . . . . . 98
Âïðàâà 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
§ 20. Çàêîí âñåñâ³òíüîãî òÿæ³ííÿ. Ãðàâ³òàö³éíà âçàºìîä³ÿ . . . . . . . . . . . 102
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Âïðàâà 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
§ 21. Ðóõ øòó÷íèõ ñóïóòíèê³â Çåìë³. Ïåðøà òà äðóãà êîñì³÷íà øâèäê³ñòü 108
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Âïðàâà 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
§ 22. Ñèëà ïðóæíîñò³. Çàêîí Ãóêà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Âïðàâà 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
§ 23. Âàãà ò³ëà. Íåâàãîì³ñòü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Âïðàâà 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
§ 24. Ñèëè òåðòÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Âïðàâà 19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ ç äèíàì³êè
ìàòåð³àëüíî¿ òî÷êè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ïðÿìîë³í³éíèé ðóõ ï³ä 䳺þ
äåê³ëüêîõ ñèë ó ãîðèçîíòàëüíîìó òà âåðòèêàëüíîìó íàïðÿì³ . . . 131
Âïðàâà 20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ðóõ ò³ëà ïî ïîõèë³é ïëîùèí³ . . 133
Âïðàâà 21 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ðóõ ò³ëà ïî êîëó . . . . . . . . . . . . 134
Âïðàâà 22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ðóõ ñèñòåìè çâ’ÿçàíèõ ò³ë . . . 137
Âïðàâà 23 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Äèíàì³êà îáåðòàëüíîãî ðóõó òâåðäîãî ò³ëà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
§ 25. Îáåðòàëüíèé ðóõ òâåðäîãî ò³ëà íàâêîëî íåðóõîìî¿ îñ³ . . . . . . . . . . 141
§ 26. Îñíîâíå ð³âíÿííÿ äèíàì³êè îáåðòàëüíîãî ðóõó òâåðäîãî ò³ëà . . . . 144
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Âïðàâà 24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Ñòàòèêà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
§ 27. гâíîâàãà ò³ë . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
§ 28. Âèäè ð³âíîâàãè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ ³ç ñòàòèêè . . . . 156
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Âïðàâà 25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Ðóõ ó íå³íåðö³àëüíèõ ñèñòåìàõ â³äë³êó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
§ 29. Îïèñ ðóõó â íå³íåðö³àëüíèõ ñèñòåìàõ â³äë³êó . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Âïðàâà 26 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Íàéãîëîâí³øå â ðîçä³ë³ 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Ðîçä³ë 3
Çàêîíè çáåðåæåííÿ â ìåõàí³ö³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
§ 30. ²ìïóëüñ. Çàêîí çáåðåæåííÿ ³ìïóëüñó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Âïðàâà 27 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
§ 31. Ðåàêòèâíèé ðóõ. Ðîçâèòîê êîñìîíàâòèêè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Âïðàâà 28 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
§ 32. Ìîìåíò ³ìïóëüñó. Çàêîí çáåðåæåííÿ ìîìåíòó ³ìïóëüñó . . . . . . . . . 180
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Âïðàâà 29 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
§ 33. Ìåõàí³÷íà ðîáîòà. Ïîòóæí³ñòü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ìåõàí³÷íó ðîáîòó 186
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Âïðàâà 30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
§ 34. Åíåðã³ÿ. ʳíåòè÷íà åíåðã³ÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
Âïðàâà 31 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
§ 35. Ïîòåíö³àëüíà åíåðã³ÿ ò³ëà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Âïðàâà 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
§ 36. Çàêîí çáåðåæåííÿ åíåð㳿 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Âïðàâà 33 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ñï³ëüíå
çàñòîñóâàííÿ çàêîí³â çáåðåæåííÿ ³ìïóëüñó òà åíåð㳿 . . . . . . . . . . 201
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Âïðàâà 34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
§ 37. Ðóõ ð³äèí ³ ãàç³â. Çàêîí Áåðíóëë³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Âïðàâà 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
Íàéãîëîâí³øå â ðîçä³ë³ 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
Ðîçä³ë 4
Ìåõàí³÷í³ êîëèâàííÿ òà õâèë³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
§ 38. Êîëèâàëüíèé ðóõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
§ 39. Ãàðìîí³÷í³ êîëèâàííÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
Çàãàëüí³ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ íà ãàðìîí³÷í³
êîëèâàííÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Âïðàâà 36 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
§ 40. Ïåðåòâîðåííÿ åíåð㳿 ó ãàðìîí³÷íèõ êîëèâàííÿõ . . . . . . . . . . . . . . 221
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
Âïðàâà 37 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
§ 41. Äîäàâàííÿ ãàðìîí³÷íèõ êîëèâàíü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
§ 42.Ìàÿòíèêè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Âïðàâà 38 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
§ 43.Âèìóøåí³ êîëèâàííÿ. Ðåçîíàíñ. Àâòîêîëèâàííÿ . . . . . . . . . . . . . . 230
§ 44. Ìåõàí³÷í³ õâèë³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
7
§ 45. Çâóê . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Âïðàâà 39 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
§ 46. ²íôðàçâóêîâ³ òà óëüòðàçâóêîâ³ õâèë³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Íàéãîëîâí³øå â ðîçä³ë³ 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
Ðîçä³ë 5
Ðåëÿòèâ³ñòñüêà ìåõàí³êà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
§ 47. Ïîñòóëàòè ñïåö³àëüíî¿ òåî𳿠â³äíîñíîñò³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
§ 48.³äíîñí³ñòü ÷àñó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
§ 49. ³äíîñí³ñòü äîâæèíè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
§ 50. Ðåëÿòèâ³ñòñüê³ ñï³ââ³äíîøåííÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Âïðàâà 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
§ 51. Çàêîí âçàºìîçâ’ÿçêó ìàñè òà åíåð㳿 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Ïðèêëàäè ðîçâ’ÿçóâàííÿ çàäà÷ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Âïðàâà 41 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
§ 52. Ñó÷àñí³ óÿâëåííÿ ïðî ïðîñò³ð òà ÷àñ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Íàéãîëîâí³øå â ðîçä³ë³ 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
§ 53. Ñó÷àñí³ ïðîáëåìè ìåõàí³êè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
§ 54. Âíåñîê óêðà¿íñüêèõ ó÷åíèõ ó ðîçâèòîê ìåõàí³êè . . . . . . . . . . . . . . 266
Ëàáîðàòîðí³ ðîáîòè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
1. Âèì³ðþâàííÿ ñåðåäíüî¿ øâèäêîñò³ ðóõó ò³ëà . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
2. Äîñë³äæåííÿ ð³âíîïðèñêîðåíîãî ðóõó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
3. Äîñë³äæåííÿ ðóõó ò³ëà ïî êîëó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
4. Âèì³ðþâàííÿ ñèë . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
5. Äîñë³äæåííÿ ðóõó ò³ëà, êèíóòîãî ãîðèçîíòàëüíî . . . . . . . . . . . . . 277
6. Âèì³ðþâàííÿ æîðñòêîñò³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
7. Âèì³ðþâàííÿ êîåô³ö³ºíòà òåðòÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
8. Äîñë³äæåííÿ ð³âíîâàãè ò³ë ï³ä 䳺þ ê³ëüêîõ ñèë . . . . . . . . . . . . . . . 282
9. Âèçíà÷åííÿ öåíòðà ìàñ ïëîñêèõ ô³ãóð . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
10. Äîñë³äæåííÿ ïðóæíîãî óäàðó äâîõ ò³ë . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
11. Âèâ÷åííÿ çàêîíó çáåðåæåííÿ ìåõàí³÷íî¿ åíåð㳿 . . . . . . . . . . . . . . . 287
12. Äîñë³äæåííÿ êîëèâàíü íèòÿíîãî ìàÿòíèêà . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
13. Äîñë³äæåííÿ êîëèâàíü ò³ëà íà ïðóæèí³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
³äïîâ³ä³ äî âïðàâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Äîäàòêè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
Вступ
§ 1
Роль фізичного знання в житті людини і суспільному розвитку
Çàðîäæåííÿ ³ ðîçâèòîê ô³çèêè ÿê íàóêè.
Ìåòîäè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ.
Çàðîäæåííÿ ³ ðîçâèòîê ô³çèêè ÿê íàóêè. Ô³çèêà – îäíà ç íàéäàâí³øèõ
íàóê ïðî ïðèðîäó. Ïåðøèìè ô³çèêàìè áóëè ãðåöüê³ ìèñëèòåë³, ÿê³ çðîáèëè
ñïðîáó ïîÿñíèòè ñïîñòåðåæóâàí³ ÿâèùà ïðèðîäè. Íàéâèäàòí³øèì ³ç ñòàðîäàâ-
í³õ ìèñëèòåë³â áóâ Àð³ñòîòåëü (384–322 ðð. äî í. å.), ÿêèé ³ çàïðîâàäèâ ñëîâî
«φνσιξ» («ôþç³ñ»), ùî ó ïåðåêëàä³ ç ãðåöüêî¿ îçíà÷ຠïðèðîäà. Àëå íå ïîäóìàé-
òå, ùî «Ô³çèêà» Àð³ñòîòåëÿ õî÷ ÿêîñü ñõîæà íà ñó÷àñí³ ï³äðó÷íèêè ç ô³çèêè.
ͳ! Ó í³é âè íå çíàéäåòå æîäíîãî îïèñó äîñë³äó ÷è ïðèëàäó, æîäíîãî ìàëþíêà
÷è êðåñëåííÿ, æîäíî¿ ôîðìóëè. Ó í³é – ô³ëîñîôñüê³ ì³ðêóâàííÿ ïðî ðå÷³, ïðî
÷àñ, ïðî ðóõ âçàãàë³. Òàêèìè æ áóëè âñ³ ïðàö³ ó÷åíèõ-ìèñëèòåë³â àíòè÷íîãî
ïåð³îäó. Îñü ÿê ðèìñüêèé ïîåò Ëóêðåö³é (áë. 99–55 ðð. äî í. å.) îïèñóº ó ô³ëî-
ñîôñüê³é ïîåì³ «Ïðî ïðèðîäó ðå÷åé» ðóõ ïîðîøèíîê ó ñîíÿ÷íîìó ïðîìåí³:
Ïåâíå, òè áà÷èâ íå ðàç, ÿê ó òåìðÿâ³ íàøèõ ïîêî¿â
Ñîíöÿ ÿñêðàâîãî ïðîì³íü çíàäâîðó íàðàç ïðîñìèêíåòüñÿ, –
Áåçë³÷ òîä³ ïîðîøèíîê äð³áíèõ, íàéäð³áí³øèõ òè áà÷èâ,
ßê âîíè â ïàðóñêó ñîíöÿ òàíöþþòü ³ âñ³ ìåòóøàòüñÿ.
………………………………………………………………….
Çâ³äñè òè ìîæåø ñîá³ óÿâèòè, ÿê ïåðâ³ñí³ ò³ëüöÿ
Ñåðåä áåçêðà¿õ ïðîñòîð³â,ó ñâ³ò³ øèðîê³ì áëóêàþòü.
Ñïðàâä³ – áî: ðå÷³ ìàë³ º ÷àñòî ìîäåëü äëÿ âåëèêèõ,
Øëÿõ äî ï³çíàííÿ, âêàç³âêà äî ïîâíîãî ¿õ ðîçóì³ííÿ.
Îò ÷îìó ìàþòü âîíè íà óâàãó òâîþ çàñëóæèòè,
Ò³ ïîðîøèíêè äð³áí³, ùî ó ñîíÿ÷í³ì ñâ³òë³ òàíöþþòü.
¯õ ìåòóøíÿ, ¿õí³ êóïè – òî ïåâíà ïîäîáà, òî îáðàç
Íàì íåïðèñòóïíîãî ðóõó ìàòåð³¿. Ç ïðèêëàäó òîãî
Òè çàóâàæèòè ìîæåø, ÿê ò³ëüöÿ, çàçíàâøè óäàðó,
Ëåäâå ïîì³òíî îêîâ³, íàïðÿìîê ðóõó çì³íþþòü,
Êèäàòèñü âë³âî ³ âïðàâî, âïåðåä ³ íàçàä ïî÷èíàþòü…
ßê âèäíî ç íàâåäåíîãî ïðèêëàäó, óæå â àíòè÷í³ ÷àñè ïî÷àëè ðîçâèâàòèñü
ìåòîäè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ ïðèðîäè (ñïîñòåðåæåííÿ, ïðèïóùåííÿ (ã³ïîòåçà),
ìîäåëþâàííÿ, ìèñëåííºâèé åêñïåðèìåíò òîùî). Ç ïðàöü ó÷åíèõ-ô³ëîñîô³â àí-
òè÷íîãî ïåð³îäó ïî÷àëè ñâ³é ðîçâèòîê óñ³ ïðèðîäíè÷î-ìàòåìàòè÷í³ íàóêè – ô³-
çèêà, àñòðîíîì³ÿ, õ³ì³ÿ, ãåîãðàô³ÿ, á³îëîã³ÿ, ìàòåìàòèêà.
Â Ñ Ò Ó Ï
³ä ñòàðîãðåöüêîãî ô³ëîñîôà Ôàëåñà (624–547 ðð. äî í. å.) áåðóòü ïî÷àòîê
íàø³ çíàííÿ ç åëåêòðèêè ³ ìàãíåòèçìó, Äåìîêð³ò (460–370 ðð. äî í. å.) º îñíî-
âîïîëîæíèêîì â÷åííÿ ïðî áóäîâó ðå÷îâèíè, ñàìå â³í ïðèïóñòèâ, ùî âñ³ ò³ëà
ñêëàäàþòüñÿ ç íàéäð³áí³øèõ ÷àñòîê – àòîì³â, Åâêë³äó (²²² ñò. äî í. å.) íàëåæàòü
âàæëèâ³ äîñë³äæåííÿ â ãàëóç³ îïòèêè – â³í âïåðøå ñôîðìóëþâàâ îñíîâí³ çàêî-
íè ãåîìåòðè÷íî¿ îïòèêè (çàêîí ïðÿìîë³í³éíîãî ïîøèðåííÿ ñâ³òëà ³ çàêîí â³ä-
áèâàííÿ), îïèñàâ ä³þ ïëîñêèõ ³ ñôåðè÷íèõ äçåðêàë.
Ñåðåä âèäàòíèõ ó÷åíèõ òà âèíàõ³äíèê³â öüîãî ïåð³îäó ïåðøå ì³ñöå ïîñ³-
äຠÀðõ³ìåä (287–212 ðð. äî í. å.). Ç éîãî ðîá³ò «Ïðî ð³âíîâàãó ïëîùèí», «Ïðî
ïëàâàþ÷³ ò³ëà», «Ïðî âàæåë³» ïî÷èíàþòü ñâ³é ðîçâèòîê òàê³ ðîçä³ëè ô³çèêè,
ÿê ìåõàí³êà, ã³äðîñòàòèêà. ßñêðàâèé ³íæåíåðíèé òàëàíò Àðõ³ìåäà âèÿâèâñÿ ó
ñêîíñòðóéîâàíèõ íèì ìåõàí³÷íèõ ïðèñòðîÿõ.
²ç ñåðåäèíè ÕV² ñò. íàñòຠÿê³ñíî íîâèé åòàï ðîçâèòêó ô³çèêè – ó ô³çèö³
ïî÷èíàþòü çàñòîñîâóâàòè åêñïåðèìåíòè ³ äîñë³äè. Îäíèì ³ç ïåðøèõ º äîñë³ä
Ãàë³ëåî Ãàë³ëåÿ ³ç êèäàííÿ ÿäðà òà êóë³ ç ϳçàíñüêî¿ âåæ³. Öåé äîñë³ä ñòàâ çíà-
ìåíèòèì, îñê³ëüêè éîãî ââàæàþòü «äíåì íàðîäæåííÿ» ô³çèêè ÿê åêñïåðèìåí-
òàëüíî¿ íàóêè.
Ïîòóæíèì ïîøòîâõîì äî ôîðìóâàííÿ ô³çèêè ÿê íàóêè ñòàëè íàóêîâ³ ïðà-
ö³ ²ñààêà Íüþòîíà. Ó ïðàö³ «Ìàòåìàòè÷í³ íà÷àëà íàòóðàëüíî¿ ô³ëîñîô³¿» (1684
ð.) â³í ðîçðîáëÿº ìàòåìàòè÷íèé àïàðàò äëÿ ïîÿñíåííÿ ³ îïèñó ô³çè÷íèõ ÿâèù.
Íà ñôîðìóëüîâàíèõ íèì çàêîíàõ áóëî ïîáóäîâàíî òàê çâàíó êëàñè÷íó (íüþòî-
í³âñüêó) ìåõàí³êó.
Øâèäêèé ïðîãðåñ ó âèâ÷åíí³ ïðèðîäè, â³äêðèòòÿ íîâèõ ÿâèù ³ çàêîí³â
ïðèðîäè ñïðèÿëè ðîçâèòêó ñóñï³ëüñòâà. Ïî÷èíàþ÷è ç ê³íöÿ ÕV²²² ñò., ðîçâè-
òîê ô³çèêè ñïðè÷èíÿº áóðõëèâèé ðîçâèòîê òåõí³êè. Ó öåé ÷àñ ç’ÿâëÿþòüñÿ ³
âäîñêîíàëþþòüñÿ ïàðîâ³ ìàøèíè. Ó çâ’ÿçêó ç øèðîêèì ¿õ âèêîðèñòàííÿì ó
âèðîáíèöòâ³ òà íà òðàíñïîðò³ öåé ïåð³îä ÷àñó íàçèâàþòü «â³êîì ïàðè». Îäíî-
÷àñíî ïîãëèáëåíî âèâ÷àþòüñÿ òåïëîâ³ ïðîöåñè, ó ô³çèö³ âèîêðåìëþºòüñÿ íî-
âèé ðîçä³ë – òåðìîäèíàì³êà. Íàéá³ëüøèé âíåñîê ó äîñë³äæåíí³ òåïëîâèõ ÿâèù
íàëåæèòü Ñ. Êàðíî, Ð. Êëàóç³óñó, Ä. Äæîóëþ, Ä. Ìåíäå뺺âó, Ä. Êåëüâ³íó òà
áàãàòüîì ³íøèì.
Áåçë³÷ íîâèõ â³äêðèòò³â â³äáóâàþòüñÿ ³ ó ãàëóç³ åëåêòðèêè òà ìàãíåòèç-
ìó (çàêîí Êóëîíà, çàêîí Àìïåðà, çàêîí Îìà, çàêîí åëåêòðîìàãí³òíî¿ ³íäóêö³¿
òîùî). Âèçíà÷àëüíèìè äëÿ öüîãî ïåð³îäó º äîñë³äæåííÿ Ì. Ôàðàäåÿ, Å.Õ. Ëåíöà
òà Ä. Ìàêñâåëëà, ÿê³ ñïðèÿëè ðîçðîáö³ òàê çâàíî¿ êëàñè÷íî¿ åëåêòðîäèíàì³-
êè , ùî ïîÿñíþâàëà âëàñòèâîñò³ åëåêòðîìàãí³òíèõ ïîë³â, åëåêòðîìàãí³òíó ïðè-
ðîäó ñâ³òëà. Ó ê³íö³ Õ²Õ ³ íà ïî÷àòêó ÕÕ ñò. ç’ÿâëÿþòüñÿ ³ âäîñêîíàëþþòüñÿ
åëåêòðè÷í³ ìàøèíè. Çàâäÿêè øèðîêîìó âèêîðèñòàííþ åëåêòðè÷íî¿ åíåð㳿
öåé ÷àñ íàçèâàþòü «â³êîì åëåêòðèêè». Ó ô³çèö³ âèîêðåìëþþòüñÿ íîâ³ ðîçä³ëè
– åëåêòðîäèíàì³êà, åëåêòðîòåõí³êà, ðàä³îòåõí³êà òà ³íø³.
Íà ïî÷àòêó ÕÕ ñò. ô³çèêè îòðèìàëè ÷èñëåíí³ åêñïåðèìåíòàëüí³ ðåçóëü-
òàòè, ÿê³ íå ìîæíà áóëî óçãîäèòè ç ïîëîæåííÿìè êëàñè÷íî¿ ìåõàí³êè òà åëåê-
òðîäèíàì³êè. Ó ô³çèö³ ïî÷èíàºòüñÿ íîâèé åòàï ðîçâèòêó – ñòâîðåííÿ êâàíòî-
âî¿ òà ðåëÿòèâ³ñòñüêî¿ òåîð³é. Âèçíà÷àëüíèìè äëÿ ¿õ ñòâîðåííÿ áóëè ïðàö³
10
Ô ² Ç È Ê À 1 0 Ê Ë À Ñ
Ì. Ïëàíêà, Í. Áîðà, À. Åéíøòåéíà. Êâàíòîâî-ðåëÿòèâ³ñòñüêà ô³çèêà º íàé-
á³ëüø çàãàëüíîþ é óí³âåðñàëüíîþ ôîðìîþ ïîäàííÿ ñó÷àñíîãî òëóìà÷åííÿ
çàêîíîì³ðíîñòåé íàâêîëèøíüîãî ñâ³òó. Àëå ç ¿¿ ïîÿâîþ êëàñè÷íà ô³çèêà íå
çíèêëà. Âèçíà÷èëèñü ëèøå ìåæ³, â ÿêèõ âîíà 䳺: êëàñè÷íà ô³çèêà äîñë³äæóº
ìàêðîñêîï³÷í³ ò³ëà (òîáòî ò³ëà, ÿê³ ñêëàäàþòüñÿ ç âåëè÷åçíî¿ ê³ëüêîñò³ àòîì³â
³ ìîëåêóë), ÿê³ ðóõàþòüñÿ ïîð³âíÿíî ïîâ³ëüíî (ç³ øâèäê³ñòþ íàáàãàòî ìåíøîþ
çà 300 000 êì/ñ).
Îñîáëèâî áóðõëèâèé ðîçâèòîê ñóñï³ëüñòâà ïî÷èíàºòüñÿ ç äðóãî¿ ïîëîâè-
íè ÕÕ ñò. Ëþäè íàâ÷èëèñü äîáóâàòè ³ øèðîêî çàñòîñîâóâàòè ÿäåðíó åíåðã³þ,
îñâîþâàòè êîñì³÷íèé ïðîñò³ð, êîíñòðóþâàòè íîâ³ àâòîìàòèçîâàí³ ïðèñòðî¿ ³
ìåõàí³çìè. ÕÕ ñò. íàçèâàþòü «àòîìíèì â³êîì», «â³êîì êîñì³÷íî¿ åðè». Ó ô³-
çèö³ ³íòåíñèâíî ïðîâîäÿòüñÿ äîñë³äæåííÿ àòîìíîãî ÿäðà, ïëàçìè, êåðîâàíèõ
òåðìîÿäåðíèõ ðåàêö³é, íàï³âïðîâ³äíèê³â òîùî. Âèîêðåìëþþòüñÿ íîâ³ ãàëó-
ç³ ô³çèêè, òàê³ ÿê ô³çèêà íèçüêèõ òåìïåðàòóð, ô³çèêà ð³äêîãî ñòàíó, ô³çèêà
ïëàçìè, ô³çèêà òâåðäîãî ò³ëà òà ³íø³.
Ïî÷àòîê ÕÕ² ñò. ñóïðîâîäæóºòüñÿ âåëè÷åçíèì ïðîðèâîì ó ãàëóç³ ³íôîðìà-
ö³éíèõ òåõíîëîã³é, ñóïóòíèêîâîãî çâ’ÿçêó, íàíîòåõíîëîã³é. Àëå ÿêó á ãàëóçü
òåõí³êè ³ òåõíîëîã³é ìè íå âçÿëè, â ¿¿ îñíîâ³ ëåæàòü çàêîíè ô³çèêè.
Ìåòîäè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ. Íàóêè ïðî ïðèðîäó, çîêðåìà é ô³çèêà, ìà-
þòü ñïîð³äíåí³ çàêîíè ðîçâèòêó. Çà äîïîìîãîþ åìï³ðè÷íèõ ìåòîä³â ï³çíàí-
íÿ (ñïîñòåðåæåííÿ, åêñïåðèìåíòè) íàêîïè÷óºòüñÿ çíà÷íèé ôàêòè÷íèé
ìàòåð³àë ïðî ïåâíó ãðóïó ÿâèù ïðèðîäè. Íà îñíîâ³ öüîãî ôîðìóëþºòüñÿ
ã³ïîòåçà (íàóêîâå ïðèïóùåííÿ) òà ñòâîðþºòüñÿ ìîäåëü, ÿêà ïîÿñíþº ïðî-
ò³êàííÿ öèõ ÿâèù. óïîòåçà äຠíàì ëèøå á³ëüø-ìåíø ³ìîâ³ðíå ïîÿñíåííÿ
ÿâèùà àáî ðÿäó ÿâèù. Ïåðåâ³ðêà ã³ïîòåçè íà ïðàêòèö³, à òàêîæ çàñòîñó-
âàííÿ ã³ïîòåçè äëÿ ðîçâ’ÿçóâàííÿ íîâèõ çàâäàíü íàóêè ðîáèòü ã³ïîòåçó àáî
äîñòîâ³ðíîþ, àáî ³íîä³ ïðèìóøóº â³äìîâèòèñü â³ä íå¿ ÿê õèáíî¿ ³ çàì³íèòè
¿¿ ³íøîþ.
ßêùî ïðàâèëüí³ñòü ã³ïîòåçè ï³äòâåðäæóºòüñÿ, òî íà ¿¿ îñíîâ³ ôîðìóëþ-
þòüñÿ çàêîíè³ ñòâîðþºòüñÿ òåîð³ÿ,ÿêà ìຠäîñòàòíüî âè÷åðïíî ïîÿñíþâàòè
ÿâèùà, ùî â³äáóâàþòüñÿ, íå ò³ëüêè ç ÿê³ñíîãî, à é ç ê³ëüê³ñíîãî áîêó, à òàêîæ
ïåðåäáà÷àòè íîâ³ ÿâèùà, ç äîñòàòíüîþ äëÿ ïðàêòè÷íèõ ö³ëåé òî÷í³ñòþ.
Åêñïåðèìåíòàëüíèé ³ òåîðåòè÷íèé ìåòîäè
ï³çíàííÿ º îñíîâîþ ô³çèêè.
Åêñïåðèìåíòîì ó ô³çèö³ íàçèâàþòü ñïåö³àëüíî ïîñòàâëåíèé äîñë³ä ÷è
ñïîñòåðåæåííÿ, ÿê³ çàäîâîëüíÿþòü òàêèì âèìîãàì:
1) â³äòâîðþâàí³ñòü åêñïåðèìåíòàëüíèõ ðåçóëüòàò³â ó ðàç³ âèêîíàííÿ áóäü-
ÿêî¿ ê³ëüêîñò³ íåçàëåæíèõ âèì³ðþâàíü (çîêðåìà é òàêèõ, ùî ïðîâîäÿòüñÿ íà
ð³çíèõ óñòàíîâêàõ, ð³çíèìè åêñïåðèìåíòàòîðàìè, ó ð³çíèõ ì³ñöÿõ òîùî);
2) ìàêñèìàëüíà òî÷í³ñòü âèì³ðþâàííÿ;
3) ïîâíèé êîíòðîëü çà âñ³ìà ÷èííèêàìè, ÿê³ âèçíà÷àþòü ïåðåá³ã äîñë³äæó-
âàíîãî ÿâèùà.
11
Â Ñ Ò Ó Ï
Ó òåîðåòè÷íèõ äîñë³äæåííÿõ çíà÷íà ðîëü â³äâîäèòüñÿ ìèñëåííºâèì åêñïå-
ðèìåíòàì , ìîäåëþâàííþ, ³äåàë³çàö³¿ òà ôîðìàë³çàö³¿ ô³çè÷íèõ ÿâèù. Òàê, çî-
êðåìà, âèâ÷åííÿ ô³çè÷íèõ ÿâèù íà ì³êðî- òà íàíîð³âíÿõ ñïåðøó ìîäåëþºòüñÿ, äî-
ñë³äæóºòüñÿ ìåòîäàìè ìàòåìàòèêè, ³ ëèøå ïîò³ì ïåðåâ³ðÿºòüñÿ åêñïåðèìåíòîì.
Ìåòîä ìîäåëþâàííÿ ïîëÿãຠâ ñòâîðåíí³ ìîäåë³, ÿêà â³äîáðàæຠíàéá³ëüø
ñóòòºâ³ âëàñòèâîñò³ îðèã³íàëó ³ äຠçìîãó çíà÷íî ñïðîñòèòè ïðîöåñ äîñë³äæåííÿ.
Íàïðèêëàä, ìåõàí³÷í³ ðóõè ò³ë, ùî òðàïëÿþòüñÿ ó ïðèðîä³, äóæå ð³çíîìà-
í³òí³. Âîíè â³äð³çíÿþòüñÿ îäèí â³ä îäíîãî òðàºêòîð³ÿìè, øâèäêîñòÿìè, íàïðÿ-
ìàìè òîùî. Àëå ç óñüîãî ð³çíîìàí³òòÿ ðóõîìèõ ò³ë ìîæíà ìèñëåíî âèîêðåìèòè
ò³, ùî ðóõàþòüñÿ ïî ïðÿì³é ë³í³¿, ³ ò³, øâèäê³ñòü ðóõó ÿêèõ çàëèøàºòüñÿ íå-
çì³ííîþ. Öå ³ áóäå ìîäåëü ð³âíîì³ðíîãî ïðÿìîë³í³éíîãî ðóõó, çà äîïîìîãîþ
ÿêî¿ ìîæíà âñòàíîâèòè çàêîíè ðóõó.
Îêð³ì ô³çè÷íèõ ìîäåëåé ó ô³çèö³ âèêîðèñòîâóþòüñÿ ìàòåìàòè÷í³ ìîäåë³.
Ìàòåìàòè÷íà ìîäåëü – öå îïèñ ÿêîãîñü ðåàëüíîãî îá’ºêòà àáî ïðîöåñó ìîâîþ
ìàòåìàòè÷íèõ ïîíÿòü, â³äíîøåíü, ôîðìóë, ð³âíÿíü òîùî.
²ñòîð³ÿ íàóêè çíຠ÷èìàëî ïðèêëàä³â, êîëè â ìåæàõ âäàëî ïîáóäîâàíî¿ ìàòå-
ìàòè÷íî¿ ìîäåë³ çà äîïîìîãîþ îá÷èñëåíü, ÿê êàæóòü, «íà ê³í÷èêó ïåðà», âäàâà-
ëîñÿ ïåðåäáà÷èòè ³ñíóâàííÿ íîâèõ ô³çè÷íèõ ÿâèù òà îá’ºêò³â. Òàê, ñïèðàþ÷èñü
íà ìàòåìàòè÷í³ ìîäåë³, àñòðîíîìè Äæ. Àäàìñ (Àíãë³ÿ) ó 1845 ð. ³ Ó. Ëåâåð’º
(Ôðàíö³ÿ) ó 1846 ð. íåçàëåæíî îäèí â³ä îäíîãî ä³éøëè âèñíîâêó ïðî ³ñíóâàí-
íÿ íåâ³äîìî¿ òîä³ ùå ïëàíåòè ³ âêàçàëè ¿¿ ðîçì³ùåííÿ. Çà ðîçðàõóíêàìè Ëåâåð’º
àñòðîíîì Ã. Ãàëëå (ͳìå÷÷èíà) çíàéøîâ öþ ïëàíåòó. ¯¿ íàçâàëè Íåïòóíîì.
Àíãë³éñüêèé ô³çèê Ì. ijðàê ó 1928 ð. îòðèìàâ ð³âíÿííÿ ðóõó åëåêòðîíà.
Ç ðîçâ’ÿçêó öüîãî ð³âíÿííÿ âèïëèâàëî ³ñíóâàííÿ åëåìåíòàðíî¿ ÷àñòèíêè, ÿêà
â³äð³çíÿºòüñÿ â³ä åëåêòðîíà ëèøå çíàêîì åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó. Òàêó ÷àñòèíêó
ó 1932 ð. â³äêðèâ ô³çèê Ê. Ä. Àíäåðñåí (ÑØÀ) ³ íàçâàâ ¿¿ ïîçèòðîíîì.
Ìåòîä ìàòåìàòè÷íîãî ìîäåëþâàííÿ â³ä³ãðຠâàæëèâó ðîëü ó êîðàáëå- òà
àâ³àáóäóâàíí³, åêîíîì³ö³ òîùî.
Ðåçóëüòàòè åêñïåðèìåíòàëüíèõ ³ òåîðåòè÷íèõ äîñë³äæåíü ôîðìóëþþòüñÿ
ó âèãëÿä³ ïåâíèõ çàêîíîì³ðíîñòåé – ô³çè÷íèõ çàêîí³â.
Íå âñ³ çàêîíè ô³çèêè º ð³âíîñèëüíèìè çà íàóêîâèì çíà÷åííÿì. Ó ô³çèö³
ðîçð³çíÿþòü ôóíäàìåíòàëüí³, ÷àñòêîâ³ òà çàêîíè ôóíäàìåíòàëüíîãî ïîõî-
äæåííÿ.
Ôóíäàìåíòàëüíèìè º çàêîíè çáåðåæåííÿ (åíåð㳿, åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó
òà ³í.), çàêîí âñåñâ³òíüîãî òÿæ³ííÿ òîùî. Çàêîíè, ÿê³ âèêîíóþòüñÿ ëèøå ó
ïåâíèõ îáìåæåíèõ óìîâàõ, íàçèâàþòüñÿ ÷àñòêîâèìè. Öå, íàïðèêëàä, çàêîí
Ãóêà, çàêîí Îìà. Çàêîíè, ÿê³ ìîæíà ìàòåìàòè÷íî âèâåñòè ç ôóíäàìåíòàëüíèõ,
íàçèâàþòü çàêîíàìè ôóíäàìåíòàëüíîãî ïîõîäæåííÿ.
Ñóêóïí³ñòü çàêîí³â, ùî îïèñóþòü øèðîêå êîëî
ÿâèù, íàçèâàþòü íàóêîâîþ òåîð³ºþ.
Íàïðèêëàä, çàêîíè Íüþòîíà ñêëàäàþòü çì³ñò îäí³º¿ ç ïåðøèõ ô³çè÷íèõ òå-
îð³é – êëàñè÷íî¿ ìåõàí³êè. Çì³ñò êëàñè÷íî¿ òåî𳿠åëåêòðîìàãíåòèçìó óòâîðþ-
þòü çàêîíè, ñôîðìóëüîâàí³ àíãë³éñüêèì ô³çèêîì Ä. Ìàêñâåëëîì.
12
Ô ² Ç È Ê À 1 0 Ê Ë À Ñ
Óñ³ ô³çè÷í³ çàêîíè ³ òåî𳿠º äåÿêèì íàáëèæåííÿì äî ä³éñíîñò³, îáóìîâëå-
íèì ïåâíîþ óìîâí³ñòþ ìîäåë³ ÿâèù ³ ïðîöåñ³â. Òîìó ô³çè÷í³ çàêîíè ³ òåî𳿠ìà-
þòü ïåâí³ ìåæ³ çàñòîñóâàííÿ. Íàïðèêëàä, êëàñè÷íà ìåõàí³êà º ñïðàâåäëèâîþ
ò³ëüêè ïðè ðîçãëÿä³ ðóõó ò³ë ç³ øâèäêîñòÿìè, íàáàãàòî ìåíøèìè, í³æ øâèä-
ê³ñòü ïîøèðåííÿ ñâ³òëà.
ϳäáèâàþ÷è ï³äñóìîê çàçíà÷èìî: ô³çèêà – öå íå ïðîñòî ðåçóëüòàò êîï³òêî¿
³ äîïèòëèâî¿ ïðàö³ â÷åíèõ, à é âåëèêå íàäáàííÿ ëþäñüêî¿ öèâ³ë³çàö³¿, âàæëèâà ñêëàäîâà êóëüòóðè ëþäñòâà.
Íàñàìïåðåä ô³çèêà äຠñèñòåìàòèçîâàíó ³íôîð-
ìàö³þ ïðî íàâêîëèøí³é ñâ³ò ðàçîì ç óì³ííÿì çäîáóâàòè òàêó ³íôîðìàö³þ.
Ô³çèêà º íàéãëèáøîþ, íàéôóíäàìåíòàëüí³øîþ íàóêîþ ïðî ïðèðîäó. Òîìó ¿¿
ìåòîäè ³ òåî𳿠øèðîêî âèêîðèñòîâóþòüñÿ â ³íøèõ ïðèðîäíè÷èõ íàóêàõ ³ ô³ëî-
ñîô³¿ ïðèðîäîçíàâñòâà. Âèâ÷åííÿ ô³çèêè ìຠâàæëèâå çíà÷åííÿ äëÿ ðîçâèòêó
íàóêîâîãî ñâ³òîðîçóì³ííÿ òà çàáåçïå÷åííÿ ìàéáóòíüîãî ôàõ³âöÿ â ãàëóç³ òåõí³-
êè ³ ïðèðîäíè÷èõ íàóê ìåòîäàìè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ.
Дайте відповіді на запитання
1. Âêàæ³òü îñíîâí³ åòàïè ó ðîçâèòêó ô³çèêè.
2. Íàçâ³òü îñíîâí³ ìåòîäè íàóêîâîãî ï³çíàííÿ.
3. Ùî òàêå ô³çè÷íèé åêñïåðèìåíò, çàêîí, òåîð³ÿ?
4. Ó ÷îìó ïîëÿãຠñóòü ìîäåëþâàííÿ? Íàâåä³òü ïðèêëàäè â³äîìèõ âàì ô³-
çè÷íèõ ìîäåëåé.
§ 2
Вимірювання фізичних величин
Îäèíèö³ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí.
Âèì³ðþâàííÿ. Ïîõèáêè âèì³ðþâàííÿ.
Íàáëèæåí³ îá÷èñëåííÿ.
Îäèíèö³ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí. Ô³çè÷í³ çàêîíè ³ çàêîíîì³ðíîñò³ ïëèíó ô³çè÷-
íèõ ÿâèù ³ ïðîöåñ³â ìàþòü áóòè âèðàæåí³ ê³ëüê³ñíî, òîìó ô³çèêè øóêàþòü
ê³ëüê³ñí³ õàðàêòåðèñòèêè òèõ âëàñòèâîñòåé ò³ë ÷è ÿâèù, ÿê³ âîíè âèâ÷àþòü. Ó
ô³çèö³ òàê³ õàðàêòåðèñòèêè íàçèâàþòü ô³çè÷íèìè âåëè÷èíàìè.
Ô³çè÷íà âåëè÷èíà – ê³ëüê³ñíà õàðàêòåðèñòèêà
ïåâíî¿ âëàñòèâîñò³ ò³ëà ÷è ÿâèùà.
Ô³çè÷íó âåëè÷èíó çàâæäè ìîæíà âèì³ðÿòè, òîáòî ïîð³âíÿòè ¿¿ ç îäíîð³ä-
íîþ âåëè÷èíîþ, ÿêó âçÿòî çà îäèíèöþ ö³º¿ âåëè÷èíè. Òàê, âèì³ðÿòè äîâæèíó
ñòîëà – îçíà÷ຠïîð³âíÿòè ¿¿ ç ³íøîþ äîâæèíîþ, ÿêó âçÿòî çà îäèíèöþ äîâæè-
13
Â Ñ Ò Ó Ï
íè, íàïðèêëàä, ç ìåòðîì. Ó ðåçóëüòàò³ âèì³ðþâàííÿ âåëè÷èíè âèçíà÷àþòü ¿¿
÷èñëîâå çíà÷åííÿ, âèðàæåíå â ïåâíèõ îäèíèöÿõ.
Äëÿ êîæíî¿ ô³çè÷íî¿ âåëè÷èíè âñòàíîâëåíî ñâî¿ îäèíèö³. Äëÿ çðó÷íîñò³
âñ³ êðà¿íè ñâ³òó ïðàãíóòü êîðèñòóâàòèñü îäíàêîâèìè îäèíèöÿìè ô³çè÷íèõ âå-
ëè÷èí. Òîæ ó 1960 ð. áóëî ïðèéíÿòî ̳æíàðîäíó ñèñòåìó îäèíèöü(â óêðà-
¿íñüê³é òðàíñêðèïö³¿ ñêîðî÷åíî – Ѳ «ñèñòåìà ³íòåðíàö³îíàëüíà»). Äî íå¿
âõîäèòü ñ³ì îñíîâíèõ îäèíèöü òà äâ³ äîäàòêîâ³ íà îñíîâ³ ÿêèõ âèçíà÷àþòüñÿ
³íø³ (ïîõ³äí³) îäèíèö³.
Îñíîâíà ô³çè÷íà âåëè÷èíà – ô³çè÷íà âåëè÷èíà, ÿêà âõîäèòü äî ñèñòåìè ³
óìîâíî ïðèéíÿòà ÿê íåçàëåæíà â³ä ³íøèõ âåëè÷èí ö³º¿ ñèñòåìè.
Äî îñíîâíèõ îäèíèöü Ѳ íàëåæàòü:
Äîâæèíà – 1 ì (ìåòð). Ñèëà ñâ³òëà – 1 êä (êàíäåëà).
×àñ – 1 ñ (ñåêóíäà). Ñèëà ñòðóìó – 1 À (àìïåð).
Ìàñà – 1 êã (ê³ëîãðàì). ʳëüê³ñòü ðå÷îâèíè – 1 ìîëü.
Òåìïåðàòóðà – 1 Ê (êåëüâ³í).
Äîäàòêîâèìè º îäèíèöÿ ïëîñêîãî êóòà – 1 ðàä (ðàä³àí)
³ ò³ëåñíîãî êóòà – 1 ñð (ñòåðàä³àí).
Ïîõ³äíà ô³çè÷íà âåëè÷èíà – ô³çè÷íà âåëè÷èíà, ÿêà âõîäèòü äî ñèñòåìè ³
âèçíà÷àºòüñÿ ÷åðåç îñíîâí³ âåëè÷èíè ö³º¿ ñèñòåìè.
Íàïðèêëàä, çíàþ÷è, ùî ãóñòèíó ðå÷îâèíè âèçíà÷àþòü çà ôîðìóëîþ ρ = m/V,
ìîæíà ç îñíîâíèõ îäèíèöü ñêëàñòè îäèíèöþ ãóñòèíè [ ] ρ = 1 êã .
ì 3
Äëÿ ñêîðî÷åííÿ çàïèñó âåëèêèõ ³ ìàëèõ çíà÷åíü ð³çíèõ âåëè÷èí êîðèñòó-
þòüñÿ êðàòíèìè é ÷àñòèííèìè îäèíèöÿìè. Êðàòí³ îäèíèö³ – öå îäèíèö³, á³ëü-
ø³ â³ä îñíîâíèõ îäèíèöü ó 10, 100, 1000 ³ á³ëüøå ðàç³â. ×àñòèíí³ îäèíèö³ – öå
îäèíèö³, ìåíø³ â³ä îñíîâíèõ ó 10, 100, 1000 ³ á³ëüøå ðàç³â.
Íà ôîðçàö³ ï³äðó÷íèêà ðîçì³ùåíà òàáë. 1 ó ÿê³é âêàçàí³ íàéâàæëèâ³ø³
îäèíèö³ ̳æíàðîäíî¿ ñèñòåìè, ÿê³ ìè áóäåìî âèêîðèñòîâóâàòè ïðè âèâ÷åíí³
ìåõàí³êè, òà òàáë. 2 ç íàéìåíóâàííÿì ³ ïîçíà÷åííÿì ïðåô³êñà äëÿ çàïèñóâàí-
íÿ êðàòíèõ ³ ÷àñòèííèõ îäèíèöü.
Âèì³ðþâàííÿ. Ïîõèáêè âèì³ðþâàííÿ. Áàãàòî ãàëóçåé ä³ÿëüíîñò³ ëþäèíè
òà ñóñï³ëüñòâà ò³ñíî ïîâ’ÿçàí³ ç âèì³ðþâàííÿì ô³çè÷íèõ âåëè÷èí.
Âèì³ðþâàííÿì íàçèâàþòü âèçíà÷åííÿ ô³çè÷íî¿
âåëè÷èíè äîñë³äíèì øëÿõîì çà äîïîìîãîþ çàñîá³â
âèì³ðþâàííÿ.
Òî÷í³ âèì³ðþâàííÿ – ñïðàâà äîñèòü ãðîì³çäêà, òîìó äëÿ âèð³øåííÿ ïðî-
áëåì âèì³ðþâàííÿ ³ñíóº íàóêà – ìåòðîëîã³ÿ. Öÿ íàçâà ïîõîäèòü â³ä ãðåöüêèõ
ñë³â: «ìåòðîí» – ì³ðà òà «ëîãîñ» – ó÷åííÿ.
Ìåòðîëîã³ÿ – íàóêà ïðî âèì³ðþâàííÿ, ÿêà âêëþ÷ຠÿê òåîðåòè÷í³, òàê ³
ïðàêòè÷í³ àñïåêòè âèì³ðþâàíü ó âñ³õ ãàëóçÿõ íàóêè ³ òåõí³êè.
Ìè ðîçãëÿíåìî ëèøå ò³ ïèòàííÿ òåî𳿠âèì³ðþâàíü, ÿê³ íàé÷àñò³øå âèêî-
ðèñòîâóþòüñÿ ó øê³ëüí³é ïðàêòèö³ ïðè âèêîíàíí³ ëàáîðàòîðíèõ ðîá³ò, åêñïå-
ðèìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü.
14
Ô ² Ç È Ê À 1 0 Ê Ë À Ñ
Ñåðåä ô³çè÷íèõ âåëè÷èí º òàê³, ÿê³ ìîæíà âèì³ðÿòè áåçïîñå ðåäíüî çà äîïî-
ìîãîþ âèì³ðþâàëüíèõ ïðèëàä³â, íàïðèêëàä, äîâ æèíà, ÷àñ, ìàñà, òåìïåðàòóðà,
ñèëà ñòðóìó. Âèì³ðþâàííÿ, çä³éñíå í³ áåçïîñåðåäíüî, íàçèâàþòüñÿ ïðÿìèìè.
Îäíàê ÷àñò³øå äîâîäèòüñÿ âèçíà÷àòè âåëè÷èíè, ÿê³ âèì³ðÿòè áåçïîñåðåä-
íüî íåìîæëèâî (êîåô³ö³ºíò òåðòÿ, ïèòîìà òåïëîºìí³ñòü ðå÷îâèíè, âíóòð³øí³é
îï³ð äæåðåëà ñòðóìó òîùî). Äëÿ òàêèõ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí ïîòð³áíî â³äøóêàòè
ôóíêö³îíàëüíó çàëåæí³ñòü â³ä âåëè÷èí, âèì³ðþâàíèõ áåçïîñåðåäíüî. Òàê³ âè-
ì³ðþâàííÿ íàçèâàþòüñÿ íåïðÿìuìu.
Íåäîñêîíàë³ñòü âèì³ðþâàëüíèõ ïðèëàä³â ³ ìåòîä³â âèì³ðþâàííÿ, à òàêîæ
ëþäñüêèõ îðãàí³â ÷óòòÿ, âïëèâ ñåðåäîâèùà âíîñÿòü ïåâíó íåòî÷í³ñòü (ïîõèá-
êó) ó ïðîöåñ âèì³ðþâàííÿ.
Íàïðèêëàä, òðüîì ó÷íÿì äàëè çàâäàííÿ âèì³ðÿòè äîâæèíó áðóñêà ë³í³éêîþ
ç ñàíòèìåòðîâèìè ïîä³ëêàìè (áåç ìì), à äåñÿò³ ÷àñòêè ñàíòèìåòðà âèçíà÷èòè «íà
îêî». Ðåçóëüòàòè âèì³ðþâàíü âèÿâèëèñü òàêèìè: 15,3; 15,8 ³ 15,4 ñì.
ßêå æ âèì³ðþâàííÿ ââàæàòè íàéòî÷í³øèì? Ó íàñ íåìຠï³äñòàâ â³ääàòè
ïåðåâàãó áóäü-ÿêîìó âèì³ðþâàííþ, ÿêùî âñ³ âîíè ïðîâîäèëèñü àêóðàòíî, ç äî-
äåðæàííÿì ïðàâèë êîðèñòóâàííÿ âèì³ðþâàëüíèìè ïðèëàäàìè. Ó òàêîìó âè-
ïàäêó íàáëèæåíèì ðåçóëüòàòîì áóäå ñåðåäíº àðèôìåòè÷íå ç óñ³õ ðåçóëüòàò³â
âèì³ðþâàííÿ:
15,3 15,8 15,4 + +
l = =
c 3
³äõèëåííÿ íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ âåëè÷èíè â³ä
éîãî òî÷íîãî çíà÷åííÿ íàçèâàºòüñÿ àáñîëþòíîþ
ïîõèáêîþ.
ßêùî ³ñòèííå çíà÷åííÿ âèì³ðþâàëüíî¿ âåëè÷èíè ïîçíà÷èòè Õ, à çíà÷åííÿ
îòðèìàíå ó ðåçóëüòàò³ ïðÿìîãî âèì³ðþâàííÿ õ,òîàáñîëþòíà ïîõèáêà ?Õº ð³ç-
íèöåþ ì³æ íèìè: ?X = X − x.
Çâåðí³ìîñü äî íàøîãî ïðèêëàäó. Îñê³ëüêè ³ñòèííå çíà÷åííÿ l íàì íåâ³äîìå,
çà àáñîëþòíó ïîõèáêó ?l ïðèéìàºòüñÿ â³äõèëåííÿ éîãî ðåçóëüòàòó â³ä ñåðåä- íüîãî çíà÷åííÿ, çíàéäåíîãî ç ê³ëüêîõ âèì³ðþâàíü:
? = l 15,3 15,5 − = − 0,2 ñì ;
? = l 15,8 15,5 0,3 ñì − = ; ? = l 15,4 15,5 − = − 0,1 ñì . 1
2 3
Äàë³ ñë³ä îá÷èñëèòè ñåðåäíþ àáñîëþòíó ïîõèáêóÿê ñåðåäíº àðèôìåòè÷íå:
? = l 0,2 0,3 0,1 + + =
c 3
Çâåðí³òü óâàãó, ùî ï³ä ÷àñ îá÷èñëåííÿ ñåðåäíüî¿ àáñîëþòíî¿ ïîõèáêè çíà-
÷åííÿ âñ³õ ïîõèáîê îêðåìèõ âèì³ðþâàíü âçÿòî ç³ çíàêîì «+». ßêáè ìè âçÿëè
á óñ³ â³äõèëåííÿ â³ä ñåðåäíüîãî ç âêàçàíèìè âèùå çíàêàìè «+» ³ «−», òî â ñóì³
ä³ñòàëè á íóëü ³ ä³éøëè á íåïðàâèëüíîãî âèñíîâêó, ùî çíà÷åííÿ 15,5 ñì º òî÷-
íèì çíà÷åííÿì äîâæèíè áðóñêà.
Çíàòè àáñîëþòíó ïîõèáêó âèì³ðþâàíü – ùå íå îçíà÷ຠìàòè ïîâíó õàðàê-
òåðèñòèêó ÿêîñò³ âèì³ðþâàíü. Òàê, ïîõèáêà â 1 ñì ïðè âèì³ðþâàíí³ ðåéêè äî-
âæèíîþ 12 ì º íåçíà÷íîþ, àëå òàêà ñàìà ïîõèáêà ïðè âèì³ðþâàíí³ áðóñêà äî-
15
Â Ñ Ò Ó Ï
âæèíîþ 12 ñì óæå áóäå ãðóáîþ. Äëÿ îö³íêè òî÷íîñò³ âèì³ðþâàííÿ âèçíà÷àþòü
â³äíîñíó ïîõèáêó .
³äíîñíà ïîõèáêà ε– öå â³äíîøåííÿ àáñîëþòíî¿
ïîõèáêè ?Õ âèì³ðþâàííÿ äî ³ñòèííîãî çíà÷åííÿ
âèì³ðþâàëüíî¿ âåëè÷èíè Õ.
³äíîñíó ïîõèáêó íàé÷àñò³øå âèðàæàþòü ó â³äñîòêàõ.
?
ε = ⋅ 100 %.
Ó íàâåäåíîìó ïðèêëàä³, îñê³ëüêè íàì íåâ³äîìå ³ñòèííå çíà÷åííÿ âåëè÷è-
íè, ñë³ä âèçíà÷èòè ñåðåäíþ â³äíîñíó ïîõèáêó:
ε = ? l c ⋅ = 100 % 0,2 ⋅ 100 % 1,3 %. =
c l 15,5
c
Îñòàòî÷íèé ðåçóëüòàò çàïèñóºìî ó âèãëÿä³: l= l ± ?l = (15,5 ± 0,2) ì ïðè
ε = 1,3 %. c c
c Ïîõèáêè íåïðÿìèõ âèì³ðþâàíü ô³çè÷íèõ âåëè÷èí âèçíà÷àþòü çà ïîõèáêà-
ìè áåçïîñåðåäíüî âèì³ðÿíèõ âåëè÷èí ç âèêîðèñòàííÿì òàáëè÷íèõ ôîðìóë äëÿ
îá÷èñëåííÿ ïîõèáîê, ÿê³ íàâåäåíî ó òàáë. 3 íà ôîðçàö³.
ϳä ÷àñ ìàòåìàòè÷íî¿ îáðîáêè ðåçóëüòàò³â åêñïåðèìåíò³â ïîòð³áíî òàêîæ
âðàõóâàòè ïîõèáêè çàñîá³â âèì³ðþâàííÿ – ³íñòðóìåíòàëüí³ ïîõèáêè ?õ .
²íñòðóìåíòàëüíèìè íàçèâàþòüñÿ ïîõèáêè, ïðè÷èíà ÿêèõ ïîëÿãຠó âëàñ- ³í
òèâîñòÿõ çàñîá³â âèì³ðþâàííÿ. Äæåðåëàìè öèõ ïîõèáîê º äåÿêà íåäîñêîíà-
ë³ñòü âèì³ðþâàëüíèõ ïðèëàä³â: íåòî÷í³ñòü íàíåñåííÿ â³äì³òîê øêàëè, òåðòÿ
ïðè ïåðåì³ùåíí³ ðóõîìèõ äåòàëåé ïðèëàäó òîùî.
Ïîõèáêó ïðèëàäó (¿¿ íàçèâàþòü ãðàíè÷íîþ àáñîëþòíîþ ïîõèáêîþ âèì³ðþ-
âàëüíîãî ïðèëàäó ?õ ) âêàçóþòü ó éîãî ïàñïîðò³ àáî íà øêàë³, ³ âîíà õàðàê-
òåðèçóº òî÷í³ñòü çàñîáó âèì³ðþâàííÿ çà íîðìàëüíèõ óìîâ ðîáîòè. Ó òàáë. 4 ³í
ôîðçàöó âêàçàí³ ?õ ïðèëàä³â, ÿê³ íàé÷àñò³øå âèêîðèñòîâóþòüñÿ ó øê³ëüíîìó
ô³çè÷íîìó åêñïåðèìåíò³. ³í
ßêùî äëÿ ïåâíîãî ïðèëàäó íå âêàçàíî ?õ , òî ââàæàþòü, ùî ãðàíè÷íà ïî-
õèáêà äîð³âíþº ïîëîâèí³ ö³íè ïîä³ëêè øêàëè. ³í
Íàáëèæåí³ îá÷èñëåííÿ. Ïðè âèì³ðþâàíí³ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí ¿õ çíà÷åííÿ
çàâæäè º íàáëèæåíèìè.
Íà ïðàêòèö³ íàáëèæåí³ çíà÷åííÿ çàïèñóþòü òàê, ùîá çà öèì çàïèñîì ìîæ-
íà áóëî ä³éòè âèñíîâêó ïðî òî÷í³ñòü íàáëèæåííÿ. ßêùî íàáëèæåíå çíà÷åííÿ
çàïèñàíî òàê, ùî éîãî àáñîëþòíà ïîõèáêà íå ïåðåâèùóº îäèíèö³ îñòàííüîãî
ðîçðÿäó, òî êàæóòü, ùî ÷èñëî çàïèñàíî ïðàâèëüíèìè öèôðàìè.
Ïðàâèëüíîþ öèôðîþ íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ íà-
çèâàþòü öèôðó áóäü-ÿêîãî ðîçðÿäó, ÿêùî àáñîëþò-
íà ïîõèáêà íå ïåðåâèùóº îäèíèö³ öüîãî ðîçðÿäó.
Íàáëèæåí³ çíà÷åííÿ çàâæäè çàïèñóþòü òàê, ùî óñ³ éîãî öèôðè º ïðàâèëü-
íèìè. Íàïðèêëàä, ó òàáëèö³ òåìïåðàòóð ïëàâëåííÿ çàçíà÷åíî, ùî òåìïåðàòóðà
16
Ô ² Ç È Ê À 1 0 Ê Ë À Ñ
ïëàâëåííÿ ì³ä³ 1084,5 °Ñ. Ó çàïèñ³ öüîãî íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ òåìïåðàòóðè
âñ³ öèôðè ïðàâèëüí³. Îñòàííÿ öèôðà çàïèñàíà ó ðîçðÿä³ äåñÿòèõ, òîìó àáñî-
ëþòíà ïîõèáêà íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ íå ïåðåâèùóº 0,1°Ñ.
Ó äîâ³äíèêàõ, òåõí³÷í³é ë³òåðàòóð³ ïðè ðîçâ’ÿçóâàíí³ ô³çè÷íèõ çàäà÷ çà-
ïèñè íàáëèæåíèõ çíà÷åíü ìîæóòü ïîäàâàòèñü ó ñòàíäàðòíîìó âèãëÿä³.
Ñòàíäàðòíèé âèãëÿä ÷èñëà – öå çàïèñ ÷èñëà ó
âèãëÿä³ a •10 n , äå , n – ö³ëå ÷èñëî.
Ïðè òàêîìó çàïèñ³ ìíîæíèê a ì³ñòèòü ëèøå ïðàâèëüí³ öèôðè, òîæ ìîæíà
ëåãêî çíàéòè òî÷í³ñòü íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ.
Íàïðèêëàä, ó äîâ³äíèêó çàçíà÷åíî, ùî ìàñà Çåìë³ äîð³âíþº 5,976 10 êã. ⋅ 24
Âèçíà÷èìî òî÷í³ñòü íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ. Îñê³ëüêè ó ìíîæíèêó 5,976 óñ³
öèôðè ïðàâèëüí³, à îñòàííüîþ º öèôðà ðîçðÿäó òèñÿ÷íèõ, òî ìàñà Çåìë³ (ó êã)
äîð³âíþº:
m = (5,976 0,001) 10 êã 5,976 10 êã 0,001 10 êã (5,976 10 ± ⋅ 24 = ⋅ 24 ± ⋅ 24 = ⋅ 24 ± 10 ) êã. 21
Îòæå, òî÷í³ñòü íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ 10 21 êã.
Ïðè âèêîíàíí³ ä³é íàä íàáëèæåíèìè çíà÷åííÿìè âèêîðèñòîâóþòü òàêîæ
ïîíÿòòÿ çíà÷óùî¿ öèôðè.
Çíà÷óùèìè öèôðàìè íàáëèæåíîãî çíà÷åííÿ
íàçèâàþòü óñ³ éîãî öèôðè, êð³ì íóë³â ë³âîðó÷, à
òàêîæ òèõ íóë³â ïðàâîðó÷, ÿê³ ñòîÿòü íà ì³ñöÿõ
öèôð, çàì³íåíèõ ïðè îêðóãëåíí³.
Íàïðèêëàä, ó íàáëèæåíîìó çíà÷åíí³ 0,003 09 òðè çíà÷óù³ öèôðè: 3; 0; 9.
Ó ÷èñë³ 9,001 óñ³ ÷îòèðè öèôðè çíà÷óù³. ×èñëî 0,060 ìຠäâ³ çíà÷óù³ öèôðè:
6 ³ 0, à äâà íóë³, ÿê³ ïåðåäóþòü öèôð³ 6, íå º çíà÷óùèìè,
Âèêîíóþ÷è 䳿 ç íàáëèæåíèìè çíà÷åííÿìè âèêîðèñòîâóþòü ïåâí³ ïðà âèëà.
Ïðàâèëà íàáëèæåíèõ îá÷èñëåíü:
ϳä ÷àñ äîäàâàííÿ ³ â³äí³ìàííÿ ðåçóëüòàò îêðóãëþþòü òàê, ùîá â³í íå ìàâ
çíà÷óùèõ öèôð ó ðîçðÿäàõ, ÿêèõ íåìຠõî÷à á â îäíîìó ç äàíèõ.
Íàïðèêëàä, çíàéäåìî ñóìó íàáëèæåíèõ çíà÷åíü 1,2 ³ 0,423. Ïåðøå ç íèõ
ìຠîäèí äåñÿòêîâèé çíàê, ³íøå – òðè. Îòæå, ñóìó ñë³ä îêðóãëèòè äî îäíîãî
äåñÿòêîâîãî çíàêà (äî äåñÿòèõ): 1,2 + 0,423 = 1,623 ≈ 1,6.
Ïðè ìíîæåíí³ òà ä³ëåíí³ íàáëèæåíèõ çíà÷åíü ðåçóëüòàò ñë³ä îêðóãëþâàòè
äî ñò³ëüêîõ çíà÷óùèõ öèôð, ñê³ëüêè ¿õ ìຠêîìïîíåíò 䳿 ç íàéìåíøèì ÷èñëîì
çíà÷óùèõ öèôð.
Íàïðèêëàä, ïåðåìíîæèìî íàáëèæåí³ çíà÷åííÿ 5,21 ³ 0,08. Ïåðøå ç íèõ
ìຠòðè çíà÷óù³ öèôðè, à ³íøå – îäíó. Îòæå, ó äîáóòêó ñë³ä çàëèøàòè îäíó
çíà÷óùó öèôðó: 5,21 · 0,08 = 0,4168 ≈ 0,4.
Ó âèïàäêó ï³äíåñåííÿ äî êâàäðàòà (÷è êóáà) â ðåçóëüòàò³ áåðóòü ñò³ëüêè çíà-
÷óùèõ öèôð, ñê³ëüêè ¿õ ìຠîñíîâà ñòåïåíÿ. Íàïðèêëàä: 1,26 2 = 3,276 ≈ 3,28.
Ïðè äîáóâàíí³ êâàäðàòíîãî (÷è êóá³÷íîãî) êîðåíÿ ó ðåçóëüòàò³ áåðóòü
ñò³ëüêè çíà÷óùèõ öèôð, ñê³ëüêè ¿õ ìຠï³äêîðåíåâèé âèðàç. Íàïðèêëàä:
17
Â Ñ Ò Ó Ï
2,29 1,513 1,51 . ≈ ≈
Êîðèñíî ïàì’ÿòàòè òàê³ íàáëèæåí³ ð³âíîñò³: ßêùî
à << 1 , òî (1 ± a ) 2 ≈ ± 1 2 a ; 1 ± ≈ + a 1 a .
2
Ïðè ìàëèõ êóòàõ (äî 5°) sinα ≈ tgα = α (ðàä).
Дайте відповіді на запитання
1. Ùî òàêå âèì³ðþâàííÿ?
2. Íàçâ³òü îñíîâí³ îäèíèö³ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí Ѳ.
3. ×èì çóìîâëåí³ ïîõèáêè âèì³ðþâàííÿ? ßêèìè âîíè áóâàþòü?
4. ßê³ öèôðè íàçèâàþòü ïðàâèëüíèìè, à ÿê³ çíà÷óùèìè?
5. Ñôîðìóëþéòå ïðàâèëà íàáëèæåíèõ îá÷èñëåíü.
6. Âèçíà÷òå ñåðåäíþ àáñîëþòíó ³ â³äíîñíó ïîõèáêè âèì³ðþâàííÿ ä³àìåòðà
áîëòà, ÿêùî òðè ïîñë³äîâí³ âèì³ðþâàííÿ äàëè òàê³ ðåçóëüòàòè: 12,52; 12,48 ³
12,51 ìì.
7. Âèêîíóþ÷è ëàáîðàòîðíó ðîáîòó ç âèçíà÷åííÿ ãóñòèíè ò³ëà, ó÷åíü âè-
ì³ðÿâ îá’ºì òà ìàñó ò³ëà ç òî÷í³ñòþ äî 1 %. Îòðèìàíå çíà÷åííÿ ãóñòèíè â³í
çàïèñàâ ó âèãëÿä³ ρ = 2,7348 ã/ñì 3 . ßêî¿ ïîìèëêè ïðèïóñòèâñÿ ó÷åíü? ßê òðåáà
çàïèñàòè öåé ðåçóëüòàò?
§ 3
Скалярні і векторні величини
Ñêàëÿðí³ ³ âåêòîðí³ âåëè÷èíè.
ij¿ íàä âåêòîðàìè.
Ïðîåêö³ÿ âåêòîðà íà â³ñü.
Ñêàëÿðí³ ³ âåêòîðí³ âåëè÷èíè. Ó ô³çèö³ âèêîðèñòîâóþòüñÿ ÿê ñêàëÿðí³ âå-
ëè÷èíè òàê ³ âåêòîðí³.
Ñêàëÿðíà âåëè÷èíà (ñêàëÿð) – âåëè÷èíà, çíà÷åí-
íÿ ÿêî¿ çàäàºòüñÿ ä³éñíèì ÷èñëîì.
Ó ìåõàí³ö³ öå: ìàñà m, ðîáîòà A, ïîòóæí³ñòü N, åíåðã³ÿ E òà ³íø³.
Ñêàëÿðí³ âåëè÷èíè ìîæóòü áóòè äîäàòíèìè àáî â³ä’ºìíèìè. Ñóìà ñêàëÿð-
íèõ âåëè÷èí îá÷èñëþºòüñÿ àëãåáðà¿÷íîþ ñóìîþ ¿õ ÷èñëîâèõ çíà÷åíü.
Âåêòîðíà âåëè÷èíà (âåêòîð) – âåëè÷èíà, çíà÷åí-
íÿ ÿêî¿ çàäàºòüñÿ ä³éñíèì ÷èñëîì ³ íàïðÿìêîì.
18
Ô ² Ç È Ê À 1 0 Ê Ë À Ñ
Ó ìåõàí³ö³ öå: øâèäê³ñòü r υ r, ïðèñêî- Ìàë. 1.
ðåííÿ ra, ñèëà F , ³ìïóëüñ rp òà ³íø³. Ãðàô³÷íå
Ãðàô³÷íî âåêòîð çîáðàæàºòüñÿ ÿê íà- çîáðàæåííÿ
ïðÿìëåíèé â³äð³çîê (ìàë. 1). âåêòîðà
×èñëîâå çíà÷åííÿ âåêòîðà íàçèâàþòü ìîäóëåì
âåêòîðà³ ïîçíà÷àþòü àáî ïðîñòî a.
Ìîäóëü âåêòîðà – çàâæäè äîäàòíèé ñêàëÿð.
ij¿ íàä âåêòîðàìè. Íàä âåêòîðíèìè âåëè÷èíàìè ìîæíà âèêîíóâàòè ìàòå-
ìàòè÷í³ ä³¿ äîäàâàííÿ, â³äí³ìàííÿ, ìíîæåííÿ.
Ñóìà âåêòîðíèõ âåëè÷èí îá÷èñëþºòüñÿ ãåîìå-
òðè÷íîþ ñóìîþ âåêòîð³â, ðåçóëüòóþ÷à ÿêî¿ º òà-
êîæ âåêòîðîì.
Äîäàþòü âåêòîðè, çàñòîñîâóþ÷è ïðàâèëî òðèêóòíèêà àáî ïðàâèëî ïàðàëå-
ëîãðàìà. r
Ïðàâèëî òðèêóòíèêà: ïðè äîäàâàíí³ âåêòîð³â ra ³ b r âåêòîðè ïàðàëåëüíèì
ïåðåì³ùåííÿì ðîçòàøîâóþòü òàê, ùîá ïî÷àòîê âåêòîðà b âèõîäèâ ³ç ê³íöÿ âåê-
òîðà ra, òîä³ âåêòîð rc, ÿêèé âèõîäèòü ³ç ïî÷àòêó âåêòîðà ra ³ ê³íåöü ÿêîãî çá³ãà- r
ºòüñÿ ç ê³íöåì âåêòîðà b ³ º ñóìàðíèì âåêòîðîì (ìàë. 2).
Çà ïðàâèëîì òðèêóòíèêà çðó÷íî äîäàâàòè âåëèêó ê³ëüê³ñòü âåêòîð³â (ìàë. 3).
Ïðàâèëî ïàðàëåëîãðàìà: r äâà âåê-
òîðè ra ³ b ïàðàëåëüíèì ïåðåíåñåííÿì
ðîçì³ùóþòü òàê, ùî ¿õ ïî÷àòêè çá³ãà-
ëèñÿ. Ââàæàþ÷è, ùî îáèäâà âåêòîðè
º äâîìà ñòîðîíàìè ïàðàëåëîãðàìà,
íåîáõ³äíî äîáóäóâàòè ïàðàëåëîãðàì.
Òîä³ ä³àãîíàëü ïàðàëåëîãðàìà, ÿêà âè-
õîäèòü ³ç òî÷êè, äå ïî÷èíàþòüñÿ âåêòî-
ðè, ³ º ñóìàðíèì âåêòîðîì rc (ìàë. 4).
Ìàë. 2. Äîäàâàííÿ âåêòîð³â
çà ïðàâèëîì òðèêóòíèêà
×èñëîâå çíà÷åííÿ ñóìàðíîãî âåê-
òîðà âèçíà÷àþòü çà ôîðìóëîþ
c = a 2 + + b 2 2 cos ab α ,
r
äå α – êóò ì³æ âåêòîðàìè ra ³ b , ùî âè-
õîäÿòü ç îäí³º¿ òî÷êè (ìàë. 4).
r Ùîá âèçíà÷èòè ð³çíèöþ âåêòîð³â ra
³ b , âåêòîðè ïàðàëåëüíèì ïåðåíåñåííÿì
Ìàë. 3. Äîäàâàííÿ äåê³ëüêîõ âåêòîð³â ðîçì³ùóþòü òàê, ùîá ¿õ ïî÷àòêè çá³ãà-
uuur AB a b c d = + + + = r r r r (( a b r + + + r ) c r ) d r ëèñÿ. Òîä³ âåêòîð rc, ïðîâåäåíèé ³ç ê³íöÿ r
â³ä’ºìíèêà b äî ê³íöÿ çìåíøóâàíîãî ra ³
º ¿õ ð³çíèöåþ (ìàë. 5).
19
Â Ñ Ò Ó Ï
×èñëîâå çíà÷åííÿ ð³çíèö³ âåêòî-
ð³â âèçíà÷àþòü çà ôîðìóëîþ
c = a 2 + b 2 − 2 cos ab α ,
r
äå α – êóò ì³æ âåêòîðàìè ra ³ b , ùî âè-
õîäÿòü ç îäí³º¿ òî÷êè (ìàë. 5).
Òàê, ÿê ³ ó âèïàäêó ä³éñíèõ ÷è-
ñåë, â³äí³ìàííÿ âåêòîð³â ìîæíà çâåñ-
Ìàë. 4. Äîäàâàííÿ âåêòîð³â òè äî ¿õ äîäàâàííÿ. гçíèöþ âåêòîð³â
çà ïðàâèëîì ïàðàëåëîãðàìà ra ³ rb ìîæíà âèçíà-
÷èòè ÷åðåç ñóìó
âåêòîðà ra ç âåêòî- r
ðîì (− b ) (ÿêèé çà
ìîäóëåì äîð³âíþº r
âåêòîðó b , àëå ïðî-
òèëåæíèé éîìó çà
íàïðÿìîì), òîáòî rc = ra − b r = ra + (−rb )
Ìàë. 5. Ìàë. r 6.гçíèöþ âåêòîð³â ra (ìàë. 6). Ó âèïàäêó âçàºì-
гçíèöÿ âåêòîð³â ñóìó âåêòîðà ³ b ìîæíà âèçíà÷èòè ÷åðåç ra ç âåêòîðîì (− b r ) íèõ âåêòîð³â ra ³ íîïåð ïåí äè êó ëÿð- b r
÷èñ ëîâ³ çíà÷åííÿ ñó -
ìè òà ð³çíèö³ îäíàêîâ³. Ñóìàðíèé âåêòîð ³ âåêòîð ð³çíèö³ â³äð³çíÿþòüñÿ íà-
ïðÿì êàìè.
Ïðè ìíîæåíí³ âåê òî ðàra íà äîäàò íèé ñêàëÿðk îòðèìóºìî íîâèé âåê òîð
kra , íàïðÿì ÿêîãî çá³ãàºòüñÿ ç íà ïðÿìîì âåêòîðà ra, à ÷èñëî âå çíà ÷åííÿ â k ðàç³â
á³ëüøå.
Ïðè ìíîæåíí³ âåêòîðàra íà â³ä’ºìíèé ñêàëÿðkîòðèìóºìî íîâèé âåêòîð
kra , íàïðÿì ÿêîãî ïðîòèëåæíèé íàïðÿìó âåêòîðà ra, à ÷èñëîâå çíà÷åííÿ â k ðàç³â
á³ëüøå. r
Ñêàëÿðíèì äîáóòêîì âåêòîð³â ra ³ b º ñêàëÿð c, ùî äîð³âíþº äîáóòêó ìîäóë³â r
âåêòîð³â a ³ b, ïîìíîæåíèé íà êîñèíóñ êóòà ì³æ íèìè: c = (ra · b ) = a· b · cosα. r
Âåêòîðíèì äîáóòêîì âåêòîð³â ra ³ b º âåê-
òîð rc, ùî äîð³âíþº äîáóòêó ìîäóë³â âåêòîð³â
a ³ b, ïîìíîæåíèé íà ñèíóñ êóòà ì³æ íèìè:
rc = [ra × rb] = a· b · sinα.
Âåêòîð rc çà ìîäóëåì äîð³âíþº ïëîù³ ïàðàëåëî- r
ãðàìà, ïîáóäîâàíîãî íà âåêòîðàõ ra ³ b , òà íàïðàâëå-
íèé ïåðïåíäèêóëÿðíî äî ïëîùèíè, ó ÿê³é ëåæàòü r
âåêòîðè ra ³ b . Äî òîãî æ, ÿêùî ñïîñòåð³ãàòè ç ê³í- r
öÿ âåêòîðà rc çà îáåðòàííÿì âåêòîðà ra äî âåêòîðà b
Ìàë. 7. Âåêòîðíèé äîáóòîê (ó íàïðÿìêó ìåíøîãî êóòà), òî âîíî â³äáóâàºòüñÿ
âåêòîð³â ïðîòè ãîäèííèêîâî¿ ñòð³ëêè (ìàë. 7).
Ïðîåêö³ÿ âåêòîðà íà â³ñü. Áóäü-ÿêèé âåêòîð ìîæíà ðîçêëàñòè íà ñêëàäîâ³,
çîêðåìà, çà îñÿìè äåêàðòîâî¿ ñèñòåìè êîîðäèíàò.
20
Ô ² Ç È Ê À 1 0 Ê Ë À Ñ
Ïðîåêö³ÿ âåêòîðà – â³äð³çîê, ÿêèé îòðèìóþòü øëÿ-
õîì ïðîåêòóâàííÿ âåêòîðà íà â³äïîâ³äíó ÷èñëîâó â³ñü.
Ïðîåêö³ºþ âåêòîðà ra íà â³ñü Õ íàçèâàºòüñÿ âåëè÷èíà a , ÿêà âèçíà÷àºòüñÿ
a = a · cos?, äå a – ìîäóëü âåêòîðà, ? – êóò ì³æ íàïðÿìîì âåêòîðà òà â³ññþ Õ x
(ìàë. 8). x
Ïðîåêö³¿ âåêòîðà – âåëè÷èíè ñêàëÿðí³.
Ïðîåêö³ÿ âåêòîðà íà â³ñü áóäå äîäàòíîþ, ÿêùî êóò ? ãîñòðèé, ³ â³ä’ºìíîþ,
ÿêùî êóò ? òóïèé, ³ íóëüîâîþ, ÿêùî ? ïðÿìèé (âåêòîð ïåðïåíäèêóëÿðíèé äî
îñ³).
Ïðîåêö³ÿ ñóìè âåêòîð³â íà êîîð-
äèíàòíó â³ñü äîð³âíþº àëãåáðà¿÷í³é
ñóì³ ïðîåêö³é âåêòîð³â, ùî äîäàþòü-
ñÿ (ìàë. 9).
Îòæå, âåêòîðí³ âåëè÷èíè äî-
äàþòüñÿ ãåîìåòðè÷íî, à ñêàëÿðí³ –
àëãåáðà¿÷íî.
ßêùî (ìàë. 10) ïî÷àòêîì âåê-
Ìàë. 8. Ïðîåêö³ÿ âåêòîðà íà â³ñü òîðà ra íà êîîðäèíàòí³é ïëîùèí³ º
òî÷êà A, êîîðäèíàòè ÿêî¿ (x ; y ), à
ê³íöåì âåêòîðà º òî÷êà B ç êîîðäèíàòàìè (x 1 ; y 1 ), òî
êîîðäèíàòàìè (a ; a ) âåêòîðà ra º ÷èñëà a = (x 2 − x 2 )
òà a = (y − y ). 1 2 1 2 1
2 2 1
Ìàë. 9. Ïðîåêö³ÿ ñóìè âåêòîð³â: Ìàë. 10.
à)c = a + b ; á)c = a − b Âèçíà÷åííÿ êîîðäèíàò ³ íàïðÿìó âåêòîðà
x x x x x x
Ç ôîðìóëè â³äñòàí³ ì³æ äâîìà òî÷êàìè âèïëèâàº, ùî ìîäóëü âåêòîðà âè-
çíà÷àºòüñÿ:
a = a 2 + a 2 = ( x − x ) ( 2 + y − y ) 2 = ? + ? x 2 y 2 .
1 2 2 1 2 1
21
Â Ñ Ò Ó Ï
Íàïðÿì âåêòîðà ra â³äíîñíî êîîðäèíàòíî¿ îñ³ Õ âèçíà÷àºòüñÿ òàíãåíñîì
êóòà íàõèëó âåêòîðà: tg ? = ? y .
? x
Дайте відповіді на запитання
1. ßê³ âåëè÷èíè íàçèâàþòü âåêòîðíèìè, à ÿê³ ñêàëÿðíèìè?
2. ßê âèçíà÷èòè ñóìó ³ ð³çíèöþ äâîõ âåêòîð³â?
3. Ùî íàçèâàþòü ñêàëÿðíèì äîáóòêîì âåêòîð³â?
4. Ùî òàêå âåêòîðíèé äîáóòîê âåêòîð³â?
Вправа 1
1. Âèçíà÷òå ïîáóäîâîþ ñóìó ³ ð³çíèöþ äâîõ îäíàêîâèõ çà ìîäóëåì âçàºìíî-
ïåðïåíäèêóëÿðíèõ âåêòîð³â.
2. Ó ïî÷àòêîâèé ìîìåíò ÷àñó ò³ëî ïåðåáóâàëî ó òî÷ö³ ç êîîðäèíàòàìè
x = −2 ì òà y = 4 ì. Ò³ëî ïåðåì³ñòèëîñü ó òî÷êó ç êîîðäèíàòàìè x = 2 ì òà
y 1 = 1 ì. Íà ñê³ëüêè ìåòð³â ïåðåì³ñòèëîñü ò³ëî? 1 2
2 3. Çàäàíî êîîðäèíàòè òî÷îê (10; 2) òà (5; 1). Âèçíà÷èòè êîîðäèíàòè òî÷êè,
ÿêà ðîçòàøîâàíà íà â³äñòàí³ 1/3 äîâæèíè â³äð³çêà, ùî ñïîëó÷ຠö³ òî÷êè, â³ä
ïåðøî¿ òî÷êè.
4. Âåêòîð ra ëåæèòü ó ïëîùèí³ X0Y òà óòâîðþº ç â³ññþ àáñöèñ êóò 30°. Âè-
çíà÷èòè ïðîåêö³¿ âåêòîðà íà îñ³ êîîðäèíàò.
5. Ïî÷àòîê âåêòîðà ìຠêîîðäèíàòè (2; 1), à ê³íåöü – (9; 5). Âèçíà÷èòè: à) ïðî-
åêö³¿ âåêòîðà íà îñ³ êîîðäèíàò; á) ìîäóëü âåêòîðà; â) íàïðÿì âåêòîðà ó ïðîñòîð³.
6. Äàíî äâà âåêòîðà a ³ b, ðîçòàøîâàíèõ ï³ä êóòîì α îäèí äî îäíîãî. Ïî-
áóäóéòå âåêòîðè ð³çíèö³ (a−b) òà (b− a). Ïðîñë³äêóéòå, ÿê çì³íþºòüñÿ ìîäóëü
âåêòîðà ð³çíèö³, ÿêùî êóò α ì³æ âåêòîðàìè a ³ b çì³íþâàòè â³ä 0° äî 180°.
§ 4
Графіки функцій та правила їх побудови
Ôóíêö³îíàëüí³ çàëåæíîñò³ âåëè÷èí.
Ãðàô³êè ôóíêö³é òà ïðàâèëà ¿õ ïîáóäîâè.
Ôóíêö³îíàëüí³ çàëåæíîñò³ âåëè÷èí. Ñïîñòåð³ãàþ÷è çà áóäü-ÿêèì ïðîöå-
ñîì, ìîæíà ïîì³òèòè, ùî îäí³ âåëè÷èíè çì³íþþòü ñâîº çíà÷åííÿ, ³íø³ – í³.
Âåëè÷èíè, ÿê³ ó ïåâíîìó ïðîöåñ³ âåñü ÷àñ çáåð³ãàþòü ñâîº çíà÷åííÿ íåçì³ííèì,
íàçèâàþòüñÿ ïîñò³éíèìè. Çì³ííèìè º âåëè÷èíè, çíà÷åííÿ ÿêèõ ó ïåâíîìó
ïðîöåñ³ çì³íþºòüñÿ.
Íàïðèêëàä, ï³ä ÷àñ çëüîòó ë³òàêà â³äñòàíü â³ä ïîâåðõí³ çåìë³ çá³ëüøóºòü-
ñÿ, ê³ëüê³ñòü áåíçèíó ó áàêàõ çìåíøóºòüñÿ, ðîçì³ðè ë³òàêà çàëèøàþòüñÿ ïî-
ñò³éíèìè.
22
Ô ² Ç È Ê À 1 0 Ê Ë À Ñ
Îäíà ³ òà ñàìà âåëè÷èíà â îäíîìó ïðîöåñ³ ìîæå áóòè ïîñò³éíîþ, â ³íøîìó
– çì³ííîþ. Ïðîòå º òàê³ âåëè÷èíè, ÿê³ âåñü ÷àñ çáåð³ãàþòü ñâîº çíà÷åííÿ – êîí-
ñòàíòè (¿õïðèéíÿòî çàïèñóâàòè:const). Íàïðèêëàä, â³äíîøåííÿ äîâæèíè
êîëà äî éîãî ðàä³óñà; ñóìà êóò³â òðèêóòíèêà; ïèòîìà òåïëîºìí³ñòü ðå÷îâèíè;
âåëè÷èíà åëåìåíòàðíîãî åëåêòðè÷íîãî çàðÿäó òîùî.
×àñòî îäíà çì³ííà âåëè÷èíà çàëåæèòü â³ä ³íøî¿. ßêùî äâ³ çì³íí³ âåëè÷èíè
ïîâ’ÿçàí³ ì³æ ñîáîþ òàê, ùî êîæíîìó çíà÷åííþ îäí³º¿ ç íèõ â³äïîâ³äຠïåâíå
çíà÷åííÿ ³íøî¿, òî êàæóòü, ùî ì³æ öèìè çì³ííèìè º ôóíêö³îíàëüíà çàëåæ-
í³ñòü. Ïðèêëàäè ôóíêö³îíàëüíèõ çàëåæíîñòåé: l = 2πR – äîâæèíà êîëà ³ éîãî
ðàä³óñ, R = R (1 + αt) åëåêòðè÷íèé îï³ð ïðîâ³äíèêà òà éîãî òåìïåðàòóðà.
ßêùî äâ³ çì³íí³ çíàõîäÿòüñÿ ó ôóíêö³îíàëüí³é çàëåæíîñò³, òî òà ç íèõ, ÿêà 0
íàáóâຠäîâ³ëüí³ äîïóñòèì³ çíà÷åííÿ íàçèâàºòüñÿ àðãóìåíòîì (íåçàëåæíîþ
çì³ííîþ) , ³íøà, çíà÷åííÿ ÿêî¿ çàëåæèòü â³ä çíà÷åíü àðãóìåíòó, – ôóíêö³ºþ
(çàëåæíîþ çì³ííîþ). Íàïðèêëàä, â³äîìî, ÷èì âèùà òåìïåðàòóðà, òèì á³ëü-
øîþ ñòຠäîâæèíà ñòàëüíîãî ñòåðæíÿ, òîáòî äîâæèíà ñòåðæíÿ çàëåæèòü â³ä
òåìïåðàòóðè. Ó öüîìó âèïàäêó òåìïåðàòóðà – àðãóìåíò, äîâæèíà ñòåðæíÿ –
ôóíêö³ÿ.
ßêùî âåëè÷èíà y º ôóíêö³ºþ âåëè÷èíè õ, òî ìàòåìàòè÷íî öå çàïèñóþòü
òàê: y = f(x). Íàïðèêëàä, øëÿõ, ùî ïðîõîäèòü ò³ëî º ôóíêö³ºþ ÷àñó ðóõó ò³ëà:
s = f(t).
Ôóíêö³ºþ íàçèâàþòü ³ ñàì çàêîí (ïðàâèëî) f âçàºìîçâ’ÿçêó âåëè÷èí.
Ôóíêö³þ ìîæíà çàäàòè ôîðìóëîþ, çà ÿêîþ çà ïåâíèì çíà÷åííÿì àðãóìåí-
òó ìîæíà îá÷èñëèòè â³äïîâ³äíå çíà÷åííÿ ôóíêö³¿. Òàêèé ñïîñ³á âèçíà÷åííÿ
ôóíêö³¿ íàçèâàºòüñÿ àíàë³òè÷íèì. Ôóíêö³þ òàêîæ ìîæíà çàäàòè òàáëè÷-
íèì , ãðàô³÷íèì, îïèñîâèìòà ³íøèìè ñïîñîáàìè.
Ãðàô³êè ôóíêö³é òà ïðàâèëà ¿õ ïîáóäîâè. Ïðè ðîçâ’ÿçóâàíí³ ô³çè÷íèõ çà-
äà÷ íàé÷àñò³øå êîðèñòóþòüñÿ àíàë³òè÷íèì àáî ãðàô³÷íèì ñïîñîáàìè âèçíà-
÷åííÿ ôóíêö³é.
Çâåðíåìî óâàãó íà ãðàô³÷íèé ìåòîä çîáðàæåííÿ ôóíêö³îíàëüíî¿ çàëåæíîñ-
ò³ – ïîáóäîâó ãðàô³ê³â. Çà äîïîìîãîþ ãðàô³êà ìîæíà íàî÷íî ïîäàòè ôóíêö³î-
íàëüíó çàëåæí³ñòü ô³çè÷íèõ âåëè÷èí, ç’ÿñóâàòè, ó ÷îìó ñóòü ïðÿìî¿ òà îáåðíå-
íî¿ ïðîïîðö³éíîñò³ ì³æ íèìè, âêàçàòè, ÿê øâèäêî çðîñòຠ÷è ñïàäຠ÷èñëîâå
çíà÷åííÿ îäí³º¿ ô³çè÷íî¿ âåëè÷èíè çàëåæíî â³ä çì³íè ³íøî¿, êîëè âîíà äîñÿãàº
ìàêñèìàëüíîãî ÷è ì³í³ìàëüíîãî çíà÷åííÿ, ³ ò. ³í.
Ó êóðñ³ ìàòåìàòèêè âè óæå âèâ÷àëè äåÿê³ ãðàô³êè ôóíêö³é òà ïðàâèëà ¿õ
ïîáóäîâè. Ïðèãàäàºìî ò³, ÿê³ íàé÷àñò³øå âèêîðèñòîâóþòüñÿ ïðè ðîçâ’ÿçóâàíí³
ô³çè÷íèõ çàäà÷.
Ãðàô³ê ë³í³éíî¿ ôóíêö³¿. ˳í³éíîþ ôóíêö³ºþ íàçèâàþòü ôóíêö³þ, ÿêó
ìîæíà âèðàçèòè ôîðìóëîþ y = ax + b, äå õ – àðãóìåíò, à i b – çàäàí³ ÷èñëà.
Ãðàô³êîì ë³í³éíî¿ ôóíêö³¿ º ïðÿìà. Çàëåæíî â³ä çíàêà ³ çíà÷åííÿ êóòîâîãî
êîåô³ö³ºíòà àòà ñòàëî¿ b ãðàô³ê ôóíêö³¿ áóäå ìàòè â³äïîâ³äíèé âèãëÿä (ìàë. 11).
ßêùî à= 0, ãðàô³ê ë³í³éíî¿ ôóíêö³¿ º ïðÿìîþ, ïàðàëåëüíîþ îñ³ àáñöèñ, ùî
ïðîõîäèòü ÷åðåç òî÷êó b íà îñ³ îðäèíàò.
Ïðèêëàäàìè â³äîìèõ âàì ë³í³éíèõ çàëåæíîñòåé ô³çè÷íèõ âåëè÷èí º: çà-
ëåæí³ñòü ïðîéäåíîãî øëÿõó â³ä ÷àñó ïðè ð³âíîì³ðíîìó ðóñ³ ò³ëà l = υ · t, äå
23
Â Ñ Ò Ó Ï
υ = const; çàëåæí³ñòü ñèëè ñòðóìó â ïðîâ³ä-
íèêó â³ä íàïðóãè íà éîãî ê³íöÿõ I = U · R, äå
R = const; ðîáîòà, ÿêó âèêîíóº ñèëà, ùî ïî-
ñò³éíî 䳺 íà ò³ëî, ïðè éîãî ïðÿìîë³í³éíîìó
ð³âíîì³ðíîìó ðóñ³ A = F · s, òà áàãàòî ³íøèõ.
Ãðàô³ê îáåðíåíî ïðîïîðö³éíî¿ çàëåæ-
íîñò³. Çàëåæí³ñòü ì³æ âåëè÷èíàìè x i y,
ÿêó ìîæíà âèðàçèòè ôîðìóëîþ y = a/x, äå
õ – àðãóìåíò, à– çàäàíå ÷èñëî, íàçèâàþòü
îáåðíåíî ïðîïîðö³éíîþ çàëåæí³ñòþ.
Ãðàô³êîì îáåðíåíî ïðîïîðö³éíî¿ çà-
Ìàë. 11. Ãðàô³ê ë³í³éíî¿ ôóíêö³¿ ëåæíîñò³ º êðèâà, ùî ñêëàäàºòüñÿ ç äâîõ
îêðåìèõ â³òîê, ðîçòàøîâàíèõ ó ïåðø³é òà
òðåò³é ÷âåðòÿõ êîîðäèíàòíî¿ ïëîùèíè ïðè a > 0 (ìàë. 12, à), àáî ó äðóã³é òà
÷åòâåðò³é – ïðè a < 0 (ìàë. 12, á). Öÿ ë³í³ÿ íàçèâàºòüñÿ ã³ïåðáîëîþ.
Ìàë. 12. Ãðàô³êè îáåðíåíî ïðîïîðö³éíî¿ ôóíêö³¿
³äîìèìè âàì îáåðíåíèìè ïðîïîðö³ÿìè º: çàëåæí³ñòü ïåð³îäó îáåðòàííÿ
â³ä ÷àñòîòè îáåðòàííÿ T = 1/ν, çàëåæí³ñòü ñèëè ñòðóìó â ïðîâ³äíèêó â³ä âåëè-
÷èíè éîãî îïîðó ïðè ïîñò³éí³é íàïðóç³ I = U/R, äå U = const, òà ³íø³.
Ãðàô³ê êâàäðàòè÷íî¿ ôóíêö³¿ .Êâàäðàòè÷íîþ íàçèâàþòü ôóíêö³þ, ÿêó
ìîæíà âèðàçèòè ôîðìóëîþ y = ax 2 + bx + c, äå õ – àðãóìåíò; à, b, c – çàäàí³ ÷èñ-
ëà. ¯¿ ãðàô³êîì º êðèâà, ÿêó íàçèâàþòü ïàðàáîëîþ.
Êîîðäèíàòè âåðøèíè ïàðàáîëè (m; n) âèçíà÷àþòüñÿ çà ôîðìóëàìè:
m = − b , n = − b 2 − 4 ac = − D ,
2 a 4 a 4 a
äå D – äèñêðèì³íàíò.
¯¿ â³ññþ ñèìåò𳿠º ïðÿìà x = m. Ïðè a > 0 â³òêè ïàðàáîëè íàïðàâëåí³ âãîðó, à
ïðè a < 0 – âíèç. Ó òàáëèö³ ïîêàçàíî ïîëîæåííÿ ãðàô³êà ôóíêö³¿ y = ax 2 + bx + c
çàëåæíî â³ä çíàê³â êîåô³ö³ºíòà a òà äèñêðèì³íàíòà D.
24
Ô ² Ç È Ê À 1 0 Ê Ë À Ñ
Ç ïðèêëàäàìè ïîáóäîâè òàêèõ ãðàô³ê³â ìè çãîäîì îçíàéîìèìîñü ïðè âè-
â÷åíí³ ïðèñêîðåíîãî ðóõó (§ 10).
Òàáëèöÿ ïîëîæåííÿ ãðàô³êà ôóíêö³¿y=ax 2 +bx+c
çàëåæíî â³ä çíàê³â êîåô³ö³ºíòà a
Дайте відповіді на запитання
1. Ùî íàçèâàþòü ôóíêö³îíàëüíîþ çàëåæí³ñòþ? Íàâåä³òü ïðèêëàäè ôóíê-
ö³îíàëüíèõ çàëåæíîñòåé ô³çè÷íèõ âåëè÷èí.
2. Îõàðàêòåðèçóéòå îñîáëèâîñò³ ïîáóäîâè ãðàô³êà ôóíêö³¿ y = ax + b.
3. Îõàðàêòåðèçóéòå îñîáëèâîñò³ ïîáóäîâè ãðàô³êà ôóíêö³¿ y = ax 2 + bx+ c.
4. Çîáðàç³òü ãðàô³÷íî ðîáîòó òðàêòîðà ñèëîþ òÿãè F = 500 êÍ íà øëÿõó
s = 300 ì.
5. ×èì â³äð³çíÿþòüñÿ ì³æ ñîáîþ ãðàô³êè s = υt ³ s = s + υt, ïðè υ = const?
0
25
Â Ñ Ò Ó Ï
§ 5
Класична механіка – перша фізична теорія
²ñòîð³ÿ ðîçâèòêó â÷åííÿ ïðî ìåõàí³÷íèé ðóõ.
Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ ïðî ìåõàí³÷íèé ðóõ.
Îñíîâíà çàäà÷à ìåõàí³êè.
²ñòîð³ÿ ðîçâèòêó â÷åííÿ ïðî ìåõàí³÷íèé ðóõ. Âèâ÷åííÿ íàâêîëèøíüîãî
ñâ³òó ïîêàçàëî, ùî ìàòåð³ÿ ïîñò³éíî ðóõàºòüñÿ. Áóäü-ÿêà çì³íà, ùî â³äáóâà-
ºòüñÿ â ïðèðîä³, º ðóõîì ìàòåð³¿.
Ðóõ ìàòå𳿠äîñèòü ñêëàäíèé. ³í ìîæå âèÿâëÿòèñü ó ð³çíèõ ôîðìàõ, çì³-
íþâàòè ñâîþ ôîðìó, àëå ñàì ðóõ ìàòå𳿠íå ñòâîðþºòüñÿ ³ íå çíèùóºòüñÿ.
Ùîá çðîçóì³òè íàâêîëèøí³é ñâ³ò, òðåáà ïåðåäóñ³ì äîñë³äèòè ðóõ. Íàéóï³ç-
íàâàí³øèì, íàî÷íèì ³ äîñòóïíèì äëÿ äîñë³äæåííÿ º ìåõàí³÷íèé ðóõ.
Íàóêà, ÿêà âèâ÷ຠìåõàí³÷íèé ðóõ ìàòåð³àëüíèõ
ò³ë ³ âçàºìî䳿, ÿê³ ïðè öüîìó â³äáóâàþòüñÿ, íàçè-
âàºòüñÿ ìåõàí³êîþ.
Íàçâà «ìåõàí³êà» ïîõîäèòü â³ä ãðåöüêîãî ñëîâà m?chan³k?, ùî îçíà÷ຠ«íà-
óêà ïðî ìàøèíè, ìèñòåöòâî êîíñòðóþâàííÿ ìàøèí».
Ïåðø³ òðàêòàòè ç ìåõàí³êè, äå îïèñàí³ ïðîñò³ ìåõàí³çìè (âàæ³ëü, êëèí,
êîëåñî, ïîõèëà ïëîùèíà), íàëåæàòü ó÷åíèì Ñòàðîäàâíüî¿ Ãðåö³¿, ïåðåäóñ³ì
Àðèñòîòåëþ é Àðõ³ìåäó.
Àðõ³ìåä óâ³éøîâ â ³ñòîð³þ íàóêè ÿê àâòîð çàêîíó ã³äðîñòàòèêè, íàçâàíîãî
éîãî ³ì’ÿì, ÿê âèíàõ³äíèê âàæåëÿ. Â÷åíèé óïåðøå çàñòîñóâàâ ìàòåìàòèêó äëÿ
àíàë³çó ³ îïèñó ìåõàí³÷íèõ ðóõ³â.
Íîâèé åòàï ðîçâèòêó ìåõàí³êè â³äêðèâàþòü ïðàö³ Ãàë³ëåî Ãàë³ëåÿ (1564–
1642) – âåëèêîãî ³òàë³éñüêîãî ô³çèêà é àñòðîíîìà, ÿêèé óïåðøå çàñòîñóâàâ
åêñïåðèìåíòàëüíèé ìåòîä ó íàóö³, ñôîðìóëþâàâ çàêîí ³íåðö³¿, âñòàíîâèâ çà-
êîíè ïàä³ííÿ ò³ë ³ êîëèâàíü ìàÿòíèêà.
×åðåç ð³ê ï³ñëÿ ñìåðò³ Ãàë³ëåÿ íàðîäèâñÿ ²ñààê Íüþòîí (1643–1727) – âè-
äàòíèé àíãë³éñüêèé ô³çèê, àñòðîíîì, ìàòåìàòèê. Éîãî íàçèâàþòü çàñíîâíèêîì
êëàñè÷íî¿ ìåõàí³êè, àáî, ÿê êàæóòü, ìåõàí³êè Íüþòîíà. ³í ñôîðìóëþâàâ
îñíîâí³ çàêîíè ìåõàí³÷íîãî ðóõó, â³äêðèâ çàêîí âñåñâ³òíüîãî òÿæ³ííÿ, ïîÿñ-
íèâ îñîáëèâîñò³ ðóõó ̳ñÿöÿ, ðîçãëÿíóâ òåîð³þ ïðèïëèâ³â ³ â³äïëèâ³â.
Çàãàëüí³ â³äîìîñò³ ïðî ìåõàí³÷íèé ðóõ. Ìåõàí³÷íèé ðóõ íàéïîøèðåí³øèé
ó ïðèðîä³. Â³í º ñêëàäîâîþ á³ëüø ñêëàäíèõ íåìåõàí³÷íèõ ïðîöåñ³â.
Ìåõàí³÷íèé ðóõ – öå çì³íà ç ÷àñîì âçàºìíîãî ïî-
ëîæåííÿ ò³ë ÷è ¿õ ÷àñòèí ó ïðîñòîð³.
26
Ô ² Ç È Ê À 1 0 Ê Ë À Ñ
Ðîçóì³ííÿ ³ ï³çíàííÿ íàâêîëèøíüî-
ãî ñâ³òó áóëè á íåìîæëèâ³ áåç ðîçóì³ííÿ
ñàìå çàêîí³â ìåõàí³÷íîãî ðóõó.
Íàïðèêëàä, êîëèâàííÿ ³ õâèë³ð³ç-
íî¿ ô³çè÷íî¿ ïðèðîäè ìàþòü çàãàëüí³ çà-
êîíîì³ðíîñò³ ³ îïèñóþòüñÿ îäíàêîâèìè
ìàòåìàòè÷íèìè ð³âíÿííÿìè. Çâóê – öå
ìåõàí³÷íà õâèëÿ, ñâ³òëî – åëåêòðîìàã-
í³òíà, àëå ïîøèðåííÿ ¿õ ó ïðîñòîð³ ìàº
ñï³ëüí³ îçíàêè õâèëüîâîãî ðóõó.
Çàâäÿêè äîñë³äæåííþ ðóõó ð³äèí
³ ãàç³â ñòàëî ìîæëèâèì îñâîºííÿ ïîâ³- Àðèñòîòåëü Àðõ³ìåä
òðÿíîãî ³ âîäíîãî ïðîñòîð³â, à çàâäÿêè
äîñë³äæåííþ ðåàêòèâíîãî ðóõó– êîñ-
ì³÷íîãî ïðîñòîðó.
Ðîçóì³ííÿ ³ çíàííÿ çàêîí³â ìåõà-
í³÷íîãî ðóõó íåîáõ³äíå äëÿ ïîÿñíåííÿ
ÿê ðóõó ïðîñòîãî êîëåñà, òàê ³ ðóõó äå-
òàëåé ñêëàäíèõ óñòàíîâîê.
Ìåõàí³÷í³ ðóõè ò³ë òàêîæ ìîæóòü
áóòè äîñèòü ñêëàäíèìè ³ ð³çíîìàí³òíè-
ìè, òîìó âèâ÷åííÿ ¿õ óòðóäíþºòüñÿ. Òîæ
ïðè äîñë³äæåíí³ ìåõàí³÷íîãî ðóõó íàìà- Ãàë³ëåî Ãàë³ëåé ²ñààê Íüþòîí
ãàþòüñÿ âèîêðåìèòè ïðîñò³ø³ ôîðìè, ³
òîä³ áóäü-ÿêèé ñêëàäíèé ðóõ ìîæíà ðîçãëÿäàòè ÿê êîìá³íàö³þ ïðîñòèõ ðóõ³â.
Ïðîñòèìè ôîðìàìè ðóõó ââàæàþòü ïîñòóïàëü-
íèé, îáåðòàëüíèé ³ êîëèâàëüíèé, ÿê³ õàðàêòåðè-
çóþòüñÿ ïåâíèìè ô³çè÷íèìè âåëè÷èíàìè.
Ó âîñüìîìó êëàñ³ âè îçíàéîìèëèñÿ ç äåÿêèìè îçíàêàìè ïîñòóïàëüíîãî
ðóõó . Âè çíàºòå, ùî ðóõîìå ò³ëî çä³éñíþº ïåðåì³ùåííÿ ó ïðîñòîð³ çà ïåâíîþ òðà-
ºêòîð³ºþ. Çà ôîðìîþ òðàºêòî𳿠ðóõè ïîä³ëÿþòü íà ïðÿìîë³í³éí³ ³ êðèâîë³í³éí³.
Äîâæèíó òðàºêòî𳿠ìîæíà âèì³ðÿòè ³ òàêèì ÷èíîì ä³çíàòèñÿ ïðîéäåíèé ò³ëîì
øëÿõ. À çíàþ÷è äîâæèíó øëÿõó ³ ÷àñ, çà ÿêèé ò³ëî éîãî ïðîõîäèòü, ìîæíà âèçíà-
÷èòè øëÿõîâó øâèäê³ñòü (ìè ãîâîðèëè òîä³ ïðîñòî øâèäê³ñòü ðóõó). Äîñë³äæóþ-
÷è á³ëüø ñêëàäí³ ôîðìè ðóõó, ìè ç’ÿñóºìî, ùî øâèäê³ñòü ðóõó ò³ëà äóæå âàæëèâà
éîãî âëàñòèâ³ñòü ³ â³ä íå¿ áàãàòî â ÷îìó çàëåæèòü õàðàêòåð ðóõó. Ïîêè ùî âè çíà-
ºòå, ÿêùî øâèäê³ñòü ðóõó íå çì³íþºòüñÿ – ò³ëî ðóõàºòüñÿ ð³âíîì³ðíî, ðóõ ç³ çì³í-
íîþ øâèäê³ñòþ áóäå íåð³âíîì³ðíèì. Ñåðåä íåð³âíîì³ðíèõ ðóõ³â ìè íàâ÷èìîñÿ ç
âàìè äîñë³äæóâàòè ð³âíîïðèñêîðåíèé ðóõ, îáåðòàëüíèé ðóõ òâåðäîãî ò³ëà.
Ïðîòå ó ÷èñòîìó âèãëÿä³ â ïðèðîä³ íå ³ñíóº ÿê âèêëþ÷íî ð³âíîì³ðíîãî, òàê
³ ð³âíîïðèñêîðåíîãî ïðÿìîë³í³éíîãî ðóõó. Öå ³äåàë³çàö³¿, ùî äàþòü çìîãó çðî-
çóì³òè ñêëàäí³øå íà îñíîâ³ ïðîñò³øîãî. Êð³ì òîãî, äëÿ äîñë³äæåííÿ ìåõàí³÷-
íîãî ðóõó çàñòîñîâóþòü ³íø³ ³äåàë³çàö³¿ – ô³çè÷í³ ìîäåë³, çà äîïîìîãîþ ÿêèõ
äåùî ñïðîùóºòüñÿ âèâ÷åííÿ ìåõàí³÷íîãî ðóõó. Íàïðèêëàä, ÿêùî ìè ðîçãëÿ-
äàòèìåìî ðóõ ïîòÿãà ì³æ Êèºâîì ³ Ëüâîâîì, òî, âèçíà÷àþ÷è éîãî ïîëîæåííÿ
27
Â Ñ Ò Ó Ï
â ïðîñòîð³, ìè ìîæåìî çíåõòóâàòè éîãî ðîçì³ðàìè ³ ïðèéíÿòè éîãî çà ìàòåð³-
àëüíó òî÷êó .
Ìàòåð³àëüíà òî÷êà – öå àáñòðàêòíà ìîäåëü, ÿêà ââîäèòüñÿ äëÿ ñïðîùåí-
íÿ âèâ÷åííÿ ìåõàí³÷íîãî ðóõó.
Îáåðòàëüíèé ðóõ ò³ë âèâ÷àþòü çà äîïîìîãîþ ìîäåë³ àáñîëþòíî òâåðäîãî
ò³ëà .
Êîëèâàëüí³ ðóõè âèâ÷àþòü çà äîïîìîãîþ ìîäåëåé ìàÿòíèê³â(ìàòåìàòè÷-
íîãî, ïðóæèííîãî òà ô³çè÷íîãî).
Îñíîâíà çàäà÷à ìåõàí³êè. Îñíîâíîþ çàäà÷åþ ìåõàí³êè º îïèñ ìåõàí³÷ íîãî
ðóõó ò³ë, òîáòî âñòàíîâëåííÿ çàêîíó (ð³âíÿííÿ) ðóõó ò³ëà íà îñíîâ³ õàðàêòåðèñ-
òèê, ùî éîãî îïèñóþòü (êîîðäèíàòè, ïåðåì³ùåííÿ, äîâæèíà ïðîéäåíîãî øëÿõó,
êóò ïîâîðîòó, øâèäê³ñòü, ïðèñêîðåííÿ òîùî). ²íøèìè ñëîâàìè, ÿêùî çà äîïîìî-
ãîþ ñêëàäåíîãî çàêîíó (ð³âíÿííÿ) ðóõó ìîæíà âèçíà÷èòè ïîëîæåííÿ ò³ëà ó
áóäü-ÿêèé ìîìåíò ÷àñó , òî îñíîâíà çàäà÷à ìåõàí³êè ââàæàºòüñÿ ðîçâ’ÿçàíîþ.
Îñíîâíà çàäà÷à ìåõàí³êè – âèçíà÷åííÿ ïîëî-
æåííÿ ò³ëà ó ïðîñòîð³ â áóäü-ÿêèé ìîìåíò ÷àñó.
Çàëåæíî â³ä îáðàíèõ ô³çè÷íèõ âåëè÷èí ³ ìåòîä³â ðîçâ’ÿçàííÿ îñíîâíî¿ çà-
äà÷³ ìåõàí³êè ¿¿ ïîä³ëÿþòü íà ê³íåìàòèêó, äèíàì³êó òà ñòàòèêó.
ʳíåìàòèêà – ðîçä³ë ìåõàí³êè, â ÿêîìó âèâ÷àºòüñÿ ìåõàí³÷íèé ðóõ áåç
ðîçãëÿäàííÿ éîãî ïðè÷èí. ʳíåìàòèêà äຠâ³äïîâ³äü íà ïèòàííÿ, äå áóäå ò³ëî
ó ïðîñòîð³ ç ïëèíîì ÷àñó, ÿêùî â³äîì³ éîãî ïî÷àòêîâ³ õàðàêòåðèñòèêè.
Äèíàì³êà – ðîçä³ë ìåõàí³êè, â ÿêîìó âèâ÷àþòü çàêîíîì³ðíîñò³ ìåõàí³÷íî-
ãî ðóõó ò³ë ï³ä 䳺þ ïðèêëàäåíèõ äî íèõ ñèë. Äèíàì³êà äຠâ³äïîâ³äü íà ïèòàí-
íÿ, ÷îìó ñàìå òàê ðóõàºòüñÿ ò³ëî.
Ñòàòèêà – ðîçä³ë ìåõàí³êè, ÿêèé âèâ÷ຠóìîâè ð³âíîâàãè ìàòåð³àëüíèõ
ò³ë ï³ä 䳺þ ïðèêëàäåíèõ äî íèõ ñèë.
Ñë³ä òàêîæ çàóâàæèòè, ùî çàêîíè êëàñè÷íî¿ ìåõàí³êè íå çàâæäè ìîæóòü
áóòè çàñòîñîâíèìè. Íàïðèêëàä, ðóõ îäí³º¿ ìîëåêóëè ìîæíà îïèñàòè çàêîíàìè
ìåõàí³÷íîãî ðóõó, à ðóõ ¿õ ñóêóïíîñò³ â ò³ë³ îïèñóºòüñÿ óæå ³íøèìè – ñòà-
òèñòè÷íèìè çàêîíàìè . Ðóõ ò³ëà ç³ øâèäê³ñòþ, áëèçüêîþ äî øâèäêîñò³ ñâ³òëà
(øâèäê³ñòü ñâ³òëà ïîçíà÷àþòü ë³òåðîþ ñ, ñ = 300 000 êì/ñ), îïèñóºòüñÿ ðåëÿ-
òèâ³ñòñüêèìè çàêîíàìè. Ðóõ ³ âçàºìîä³þ åëåìåíòàðíèõ ÷àñòèíîê ì³êðîñâ³òó
îïèñóþòü ó êâàíòîâ³é ìåõàí³ö³.
Ãîâîðÿ÷è «ìåõàí³êà», ìè ðîçóì³òèìåìî ñàìå êëàñè÷íó ìåõàí³êó, ÿêà áà-
çóºòüñÿ íà çàêîíàõ ìåõàí³÷íîãî ðóõó, ñôîðìóëüîâàíèõ Íüþòîíîì, ³ ÿêà ñòàëà
ïîøòîâõîì äî ñòâîðåííÿ ñó÷àñíî¿ êâàíòîâî¿ ô³çèêè.
Âèâ÷åííÿ ìåõàí³êè ìè ïî÷èíàºìî ç ¿¿ ïåðøîãî ðîçä³ëó – ê³íåìàòèêè.
Дайте відповідь на запитання
1. Ùî òàêå ìåõàí³÷íèé ðóõ? Íàâåä³òü ïðèêëàäè ð³çíèõ âèä³â ìåõàí³÷íîãî
ðóõó.
2. Âíåñîê ÿêèõ â÷åíèõ ó ðîçâèòîê ìåõàí³êè º âàãîìèì?
3. Ùî º îñíîâíîþ çàäà÷åþ ìåõàí³êè?
4. Íàçâ³òü ðîçä³ëè ìåõàí³êè.
5. ×è ìຠìåõàí³êà Íüþòîíà ìåæ³ çàñòîñóâàííÿ?
28
Розділ 1
КІНЕМАТИКА поступального та обертального рухів матеріальної точки
Îñê³ëüêè ó ê³íåìàòèö³ äîñë³äæóºòüñÿ ìåõàí³÷íèé ðóõ ò³ë áåç óðàõóâàí-
íÿ ñèë, ùî ä³þòü íà íüîãî, ê³íåìàòè÷í³ ð³âíÿííÿ ñêëàäàþòü íà ï³äñòàâ³ ëèøå
ïðîñòîðîâèõ õàðàêòåðèñòèê ìåõàí³÷íîãî ðóõó – éîãî òðàºêòîð³¿, êîîðäèíàò,
øâèäêîñò³ òîùî. Òîìó ê³íåìàòèêó ùå íàçèâàþòü ãåîìåòð³ºþ ðóõó.
§ 6
Способи опису руху
Ïîñòóïàëüíèé ðóõ. Ìàòåð³àëüíà òî÷êà.
³äíîñí³ñòü ðóõó. Ñèñòåìà â³äë³êó.
ʳíåìàòè÷í³ ñïîñîáè âèçíà÷åííÿ ïîëîæåííÿ ò³ëà.
Ïîñòóïàëüíèé ðóõ. Ìàòåð³àëüíà òî÷êà. Ò³ëî ìîæå ðóõàòèñü òàê, ùî ï³ä ÷àñ
ðóõó âñ³ éîãî òî÷êè îïèñóþòü îäíàêîâ³ òðàºêòîð³¿. Òàêèé ðóõ íàçèâàºòüñÿ ïî-
ñòóïàëüíèì .
Ïîñòóïàëüíèé ðóõ – öå ðóõ ò³ëà, ïðè ÿêîìó ïðÿ-
ìà, ÿêà ñïîëó÷ຠäâ³ áóäü-ÿê³ éîãî òî÷êè, ïðè ïåðå-
ì³ùåíí³ ò³ëà áóäå ïàðàëåëüíîþ ñàìà ñîá³ (ìàë. 13).
Îñê³ëüêè ïðè ïîñòóïàëüíîìó ðóñ³ âñ³ òî÷êè ò³ëà îïèñóþòü îäíàêîâ³ òðà-
ºêòîð³¿, çä³éñíþþòü îäíàêîâ³ ïåðåì³ùåííÿ, ðóõàþòüñÿ ç îäíàêîâèìè øâèäêî-
ñòÿìè, òî, îïèñóþ÷è ðóõ ò³ëà, ìè ìîæåìî ðîçãëÿäàòè éîãî ÿê òî÷êó. Ó ô³çèö³
ïðèéíÿòî ãîâîðèòè ìàòåð³àëüíó òî÷êó.
Ìàòåð³àëüíà òî÷êà – öå ò³ëî, ðîçì³ðàìè ³ ôîð-
ìîþ ÿêîãî ó ïåâí³é çàäà÷³ ìîæíà çíåõòóâàòè, à âñþ
ìàñó ò³ëà ìîæíà ââàæàòè çîñåðåäæåíîþ ó òî÷ö³.
Ìàë. 13. Ïîñòóïàëüíèé ðóõ ò³ëà
Ð Î Ç Ä ² Ë 1
Ñë³ä çàçíà÷èòè, ùî îäíå é òå ñàìå ò³ëî íå çàâæäè ìîæíà ââàæàòè ìàòåð³-
àëüíîþ òî÷êîþ. Íàïðèêëàä, âåëîñèïåäèñòà, ÿêèé ðóõàºòüñÿ ïî äîðîç³ ³ äîëàº
â³äñòàíü 1 êì, ìîæíà ââàæàòè ìàòåð³àëüíîþ òî÷êîþ, àëå íå ìîæíà – ÿêùî òðå-
áà âèçíà÷èòè, íà ÿêèé êóò â³í íàõèëÿºòüñÿ ïðè ïîâîðîò³.
Ìîæíà ÷è íå ìîæíà ââàæàòè ò³ëî ìàòåð³àëüíîþ òî÷êîþ – çàëåæèòü íå â³ä
ðîçì³ð³â ò³ëà, à â³ä ïîñòàâëåíî¿ çàäà÷³.
Íàäàë³, ÿêùî ìè ðîçãëÿäàòèìåìî ïîñòóïàëüíèé ðóõ ò³ëà àáî ðóõ ò³ëà, ðîç-
ì³ðè ÿêîãî ìàë³, ïîð³âíÿíî ç äîâæèíîþ ïðîéäåíîãî øëÿõó, òî ââàæàòèìåìî
ò³ëî ìàòåð³àëüíîþ òî÷êîþ.
³äíîñí³ñòü ðóõó. Ñèñòåìà â³äë³êó. Îñíîâíîþ îçíàêîþ ìåõàí³÷íîãî ðóõó ò³ëà
º òå, ùî âîíî çì³íþº ñâîº ïîëîæåííÿ. Ùîá ô³êñóâàòè çì³íó ïîëîæåííÿ ò³ëà ó
ïðîñòîð³, íåîáõ³äíî âñòàíîâèòè, â³äíîñíî ÷îãî â³äáóâàºòüñÿ ñàìå öÿ çì³íà.
ßê âè, íàïåâíî, áà÷èëè, êð³ì ðóõîìèõ ò³ë º íåðóõîì³. Íå ðóõàþòüñÿ áóäèí-
êè, ìîñòè, äåðåâà. Àëå íå ðóõàþòüñÿ â³äíîñíî ÷îãî? ³äíîñíî Çåìë³, òàê – âîíè
íåðóõîì³, à â³äíîñíî Ñîíöÿ – âîíè îáåðòàþòüñÿ íàâêîëî íüîãî ðàçîì ³ç Çåìëåþ.
Îòæå, â³äíîñí³ñòü – âàæëèâà îçíàêà ìåõàí³÷íîãî ðóõó.
Ïîíÿòòÿ «ðóõ» ³ «ñïîê³é» – â³äíîñí³ ³ çàëåæàòü â³ä îáðàíî¿ ñèñòåìè â³äë³êó.
Äëÿ ðîçâ’ÿçàííÿ áóäü-ÿêî¿ çàäà÷³ ïðî ðóõ íåîáõ³äíî ïåðåäóñ³ì âèáðàòè ñèñ-
òåìó â³äë³êó, â ÿê³é äîñë³äæóâàòèìåòüñÿ ðóõ ò³ëà.
Íàïðèêëàä, àâòîìîá³ëü ¿äå ïî äîðîç³. Ïîëîæåííÿ àâòîìîá³ëÿ çì³íþºòüñÿ
â³äíîñíî äåðåâ, áóäèíê³â, ùî ñòîÿòü íà óçá³÷÷³. Ó öüîìó âèïàäêó äåðåâî ÷è áó-
äèíîê ìîæíà ââàæàòè çà ò³ëî â³äë³êó, â³äíîñíî ÿêîãî ðîçãëÿäàºòüñÿ ðóõ àâòî-
ìîá³ëÿ. Ò³ëîì â³äë³êó ìîæå áóòè é ³íøèé àâòîìîá³ëü, ùî ¿äå ïî äîðîç³. Ò³ëî
â³äë³êó ìîæíà îáèðàòè äîâ³ëüíî.
Àëå äëÿ îïèñó ìåõàí³÷íîãî ðóõó ò³ëà îáðàòè ò³ëüêè ò³ëî â³äë³êó íåäîñòàò-
íüî. Ùå íåîáõ³äíî ô³êñóâàòè, ÿê ñàìå çì³íþºòüñÿ éîãî ïîëîæåííÿ â³äíîñíî
îáðàíîãî ò³ëà â³äë³êó. Äëÿ öüîãî âèáèðàþòü ñèñòåìó êîîðäèíàò ³ ïðèëàä äëÿ
âèì³ðþâàííÿ ÷àñó (íàé÷àñò³øå ãîäèííèê).
ßê ïðàâèëî, ïî÷àòîê êîîðäèíàò ñóì³ùàþòü ç ò³ëîì â³äë³êó. Ó öüîìó ðàç³
çì³íà ïîëîæåííÿ ðóõîìîãî ò³ëà â³äíîñíî ò³ëà â³äë³êó âèçíà÷àòèìåòüñÿ çì³íîþ
éîãî êîîðäèíàò ó ÷àñ³.
Ñóêóïí³ñòü ò³ëà â³äë³êó, ïîâ’ÿçàíî¿ ç íèì ñèñòå-
ìè êîîðäèíàò ³ ïðèëàäó äëÿ â³äë³êó ÷àñó óòâîðþº
ñèñòåìó â³äë³êó.
ʳíåìàòè÷í³ ñïîñîáè âèçíà÷åííÿ ïîëîæåííÿ ò³ëà. Ñèñòåìó â³äë³êó â ê³íå-
ìàòèö³ âèáèðàþòü, êåðóþ÷èñü ëèøå ì³ðêóâàííÿìè çðó÷íîñò³ äëÿ ìàòåìàòè÷-
íîãî îïèñó ðóõó.
Íàïðèêëàä, íàì íåîáõ³äíî äîñë³äèòè ðóõ ò³ëà, êèíóòîãî âåðòèêàëüíî âãîðó.
Ó òàêîìó âèïàäêó çà ò³ëî â³äë³êó çðó÷íî îáðàòè çåìëþ ³ ðîçãëÿäàòè ðóõ ò³ëà â³ä-
íîñíî îäí³º¿ âåðòèêàëüíî íàïðàâëåíî¿ êîîðäèíàòíî¿ îñ³ (ðóõ óçäîâæ ïðÿìî¿). À
ÿêùî, íàïðèêëàä, ò³ëî êèíóëè ï³ä êóòîì äî ãîðèçîíòó, òî éîãî ðóõ îïèñóâàòè-
ìåòüñÿ äâîìà êîîðäèíàòàìè (ðóõ ó ïëîùèí³). Ðóõ ò³ëà ó ïðîñòîð³ çàçâè÷àé îïè-
ñóºòüñÿ òðüîìà éîãî êîîðäèíàòàìè.
гâíÿííÿ, ÿêå âñòàíîâëþº çàëåæí³ñòü êîîðäèíàò
ò³ëà (ìàòåð³àëüíî¿ òî÷êè) â³ä ÷àñó íàçèâàºòüñÿ ê³-
íåìàòè÷íèì ð³âíÿííÿì (çàêîíîì) ðóõó.
30
Ìàòåìàòè÷íî öå çàïèñóþòü òàê: x = x(t); y = y(t); z = z(t).
Äîñë³äèòè ðóõ ò³ëà (çì³íó éîãî ïîëîæåííÿ ó ïðîñòîð³ ç ïëèíîì ÷àñó) ìîæ-
íà ³ çà éîãî òðàºêòîð³ºþ.
Òðàºêòîð³ÿ – íåïåðåðâíà óÿâíà ë³í³ÿ, ÿêó îïèñóº
ò³ëî ï³ä ÷àñ ñâîãî ðóõó â îáðàí³é ñèñòåì³ â³äë³êó.
Òðàºêòîð³ÿ ðóõó äåÿêèõ ò³ë ìîæå áóòè çàçäàëåã³äü â³äîìîþ, òàê ñàìî, ÿê
òðàºêòîð³ÿ ðóõó ïîòÿãà, ùî âèçíà÷åíà çàë³çíè÷íîþ êî볺þ, àáî òðàºêòîð³ÿ
ðóõó ïëîòà òå÷³ºþ ð³÷êè. Äîñèòü ÷àñòî òðàºêòîð³þ ðóõó ò³ëà íåîáõ³äíî ðîç-
ðàõóâàòè, âèõîäÿ÷è ç ³íøèõ õàðàêòåðèñòèê ðóõó. Íàïðèêëàä, ùîá çàïóñòèòè
ñóïóòíèê, ÿêèé îáåðòàòèìåòüñÿ íàâêîëî Çåìë³, éîìó íåîáõ³äíî íàäàòè ïåâíî¿
ïî÷àòêîâî¿ øâèäêîñò³.
Òðàºêòîð³ÿ ðóõó ìîæå
áóòè âèäèìîþ (ñë³ä ëèæ-
íèêà, ñë³ä â³ä ïåíçëèêà íà
ïàïåð³ (ìàë. 14)) ³ íåâèäè-
ìîþ (ïîë³ò ïòàõà).
Çàëåæíî â³ä ôîðìè
òðàºêòî𳿠ðîçð³çíÿþòü
ïðÿìîë³í³éíèé ³ êðèâî-
ë³í³éíèé ðóõ. Çðîçóì³ëî,
ùî òðàºêòîð³ºþ ïðÿìîë³-
í³éíîãî ðóõó ò³ëà º ïðÿìà
ë³í³ÿ. Òðàºêòî𳿠êðèâîë³-
í³éíîãî ðóõó ìîæóòü áóòè
äóæå ñêëàäíèìè ³ ð³çíî-
ìàí³òíèìè. Àëå, ÿê çàçíà- Ìàë. 14. Òðàºêòî𳿠ðóõó ò³ë
÷àëîñÿ, áóäü-ÿêèé ñêëàäíèé ðóõ
ìîæíà âèâ÷èòè çà äîïîìîãîþ
ïðîñò³øîãî. Òàê, áóäü-ÿêèé êðè-
âîë³í³éíèé ðóõ ìîæíà ïîäàòè ÿê
ïîñë³äîâí³ñòü ä³ëÿíîê, ùî ñêëà-
äàþòüñÿ ç äóã ê³ë ð³çíèõ ðàä³óñ³â
(ìàë. 15).
Îñê³ëüêè ò³ëî â³äë³êó ìîæíà
âèáðàòè äîâ³ëüíî, òî òðàºêòîð³ÿ
ðóõó îäíîãî ³ òîãî ñàìîãî ò³ëà
â³äíîñíî ð³çíèõ ñèñòåì â³äë³êó
áóäå ð³çíîþ. Íàïðèêëàä, óñ³ òî÷-
êè êîëåñà âåëîñèïåäà â³äíîñíî
éîãî îñ³ îïèñóþòü êîëà. Ïðîòå
â ñèñòåì³ â³äë³êó, ïîâ’ÿçàí³é ³ç
Ìàë. 15. Ìîäåëþâàííÿ òðàºêòî𳿠çåìëåþ, öÿ ë³í³ÿ ñêëàäí³øà – ¿¿
êðèâîë³í³éíîãî ðóõó íàçèâàþòü öèêëî¿äîþ (ìàë. 16).
31
Ìàë. 16. Çà òðàºêòîð³ºþ ðóõó ëåã -
Òðàºêòîð³ÿ êî âèçíà÷èòè øëÿõ, ïðîéäå-
òî÷êè êîëåñà íèé ò³ëîì. Äëÿ öüîãî íåîáõ³ä-
â³äíîñíî íî âèì³ðÿòè äîâæèíó òðàºê-
çåìë³ òî𳿠ì³æ ïî÷àòêîâèì ³ íà-
ñòóïíèì ïîëîæåííÿìè ò³ëà.
Øëÿõ äîð³âíþº äîâæèí³ òðàºêòîð³¿, ÿêó îïèñóº
ò³ëî çà ÷àñ ðóõó.
Äîâæèíà ïðîéäåíîãî øëÿõó ïîçíà÷àºòüñÿ ëàòèíñüêîþ ë³òåðîþ l. Îäèíè-
öåþ øëÿõó º ìåòð, [l] = 1 ì.
Øëÿõ – âåëè÷èíà ñêàëÿðíà, òîáòî íå âèçíà÷ຠíàïðÿì ³ õàðàêòåðèçóºòüñÿ
ò³ëüêè ÷èñëîâèì çíà÷åííÿì äîâæèíè ïðî-
éäåíîãî øëÿõó.
ßêùî â³äîìî, äå ðîçòàøîâàíî ò³ëî íà
ïî÷àòêó ðóõó, éîãî òðàºêòîð³ÿ ³ ïðîéäåíèé
øëÿõ, òî ìîæíà âèçíà÷èòè, äå áóäå ò³ëî ó
ê³íö³ ðóõó.
ßêùî òðàºêòîð³ÿ ðóõó íåâ³äîìà ³ ÿêùî
íå ìຠçíà÷åííÿ, ÿêîþ ñàìå òðàºêòîð³ºþ ðó-
õàºòüñÿ ò³ëî, à âàæëèâî âèçíà÷èòè çì³íó ïî-
ëîæåííÿ ò³ëà ó ïðîñòîð³ ç ïëèíîì ÷àñó, òîä³
êîðèñòóþòüñÿ ïîíÿòòÿìè «ðàä³óñ-âåêòîð» ³ Ìàë. 17. Âèçíà÷åííÿ
«ïåðåì³ùåííÿ» (ìàë. 17). ïîëîæåííÿ ò³ëà ó ïðîñòîð³
Ðàä³óñîì-âåêòîðîì òî÷êè íàçèâàºòüñÿ âåê-
òîð, ùî ñïîëó÷ຠïî÷àòîê â³äë³êó ç ö³ºþ òî÷-
êîþ.
Íàïðèêëàä, ó ïî÷àòêîâèé ìîìåíò ÷àñó ò³ëî ïåðåáóâຠó òî÷ö³ 1, ïîëîæåííÿ
ÿêî¿ âèçíà÷àºòüñÿ ðàä³óñîì-âåêòîðîì r r . Ïðîòÿãîì ³íòåðâàëó ÷àñó ?t ò³ëî ïåðå-
ì³ñòèëîñü ó òî÷êó 2, ïîëîæåííÿ ÿêî¿ âèçíà÷àºòüñÿ ðàä³óñîì-âåêòîðîì rr. Çì³íó 0
ïîëîæåííÿ ò³ëà ìîæíà âèçíà÷èòè çà ïðîéäåíèì øëÿõîì àáî çà ïåðåì³ùåííÿì.
Ïåðåì³ùåííÿ – âåêòîð, ùî ñïîëó÷ຠïî÷àòêîâå
ïîëîæåííÿ ò³ëà ç éîãî ïîëîæåííÿì ó âèáðàíèé ìî-
ìåíò ÷àñó.
ßê âèäíî ç ìàë. 17âåêòîð ïåðåì³ùåííÿ rs, ïðîâåäåíèé ³ç ïî÷àòêîâî¿ òî÷êè 1
äî ê³íöåâî¿ òî÷êè, çá³ãàºòüñÿ ç ïðèðîñòîì ðàä³óñà-âåêòîðà: s r = ? = − r r r r r r .
0
Ìîäóëü âåêòîðà ïåðåì³ùåííÿ ïîçíà÷àþòü rs, àáî ïðîñòî s.
Îäèíèöåþ ïåðåì³ùåííÿ º ìåòð, [s] = 1 ì.
Øëÿõ ³ ïåðåì³ùåííÿ õàðàêòåðèçóþòü çì³íó ïîëîæåííÿ ò³ëà, àëå öå ð³çí³
âåëè÷èíè. Íàïðèêëàä, ùîá ä³ñòàòèñÿ ç îäíîãî íàñåëåíîãî ïóíêòó â ³íøèé, âî-
ä³þ äîâîäèòüñÿ ¿õàòè çâèâèñòîþ äîðîãîþ (ìàë. 18). Ïðîéäåíèé øëÿõ – öå äî-
32