Величини: довжина, час, швидкість, маса

В шкільній математиці діти знайомлять з основними фізичними величинами. Серед них довжина, час, швидкість, маса і місткість. Вони є основою для подальшого вивчення фізики, хімії складніших тем математики.

В цій статті Mathema розповідає про одиниці вимірювання довжини, часу, швидкості та маси, пояснює як порахувати їх за допомогою формул і в чому різниця між кілометром і милею.

Час

Час найчастіше позначають літерою t. Він є однією із найзагадковіших величин у природничих науках. Однак в рамках шкільної програми розуміння часу дещо спростили: учні вивчають час, як короткий відрізок в календарі або на годиннику. Найчастіше в школі трапляються такі задачі: “Автомобіль вирушив із точки А в точку В зі швидкістю 90 км/год. Скільки часу займе подорож, якщо відстань від А до В 150 км?”.

В таких задачах час є величиною схожою до відстані. Тобто ви можете уявити добу як лінійку, яка починається з 00:00 і закінчується 23:59. Проміжки та відрізки на цій лінійці і є величиною, яку вивчають в школі як час. Також час є частиною поняття швидкість, про яку ми розповімо нижче.

Щоб знайти час, потрібно відстань поділити на швидкість. Ось формула знаходження часу:

Шукаєш репетитора з математики?

Mathema підбере викладача під потреби дитини

Подати заявку на урок-діагностику

Одиниці вимірювання часу

В системі SI основною одиницею вимірювання часу є секунда. Однак в математичних задачах трапляються також хвилини, години та доба. Час не є звичною десятковою величиною, тому його одиниці вимірювання дещо відрізняються від решти величин: в одній хвилині 60 секунд, в одній годині — 60 хвилин, а в добі — 24 години.

Це може дещо заплутати учнів, які тільки знайомляться з поняттям часу, однак таке вимірювання є загальноприйнятим у світі та існує вже багато років. В Давньому Єгипті люди вперше почали ділити добу на 12 рівних частин, за допомогою примітивного сонячного годинника.

Перетворення мір часу

Довжина

Довжина — це протяжність відрізка у просторі і його числове позначення. Зазвичай довжина позначається літерою s, якщо мова йде про відстань, або l, якщо про довжину обʼєкта. Поняття довжини найчастіше використовується в геометрії: “довжина сторони трикутника”, “довжина кола”, “довжина діагоналі” і так далі.

Також довжину можна сприймати як відстань від точки A до точки B. В задачах на час і швидкість відстань можна знайти помноживши швидкість і час:

Одиниці вимірювання довжини

В системі SI одиницею вимірювання довжини є метр. Однак в шкільній математиці найчастіше учні працюють із сантиметрами.

Крім того, не у всіх частинах світу довжину вимірюють метрами. В англійській системі мір, яку використовують в Англії та США, довжину вимірюють милями, футами, ярдами і дюймами. Також існують морські милі, яку використовують моряки та світлові роки, які використовують астрофізики.

Перетворення мір довжини

Швидкість

Швидкість — це величина, яка об’єднує довжину і час. Найчастіше її позначають літерою v. Найчастіше швидкість є числом, яке виражає відстань, яку пройшов об’єкт за певний проміжок часу. Однак у фізиці це поняття є набагато ширшим, наприклад швидкість кипіння води, або кутова швидкість.

Запамʼятати формулу для пошуку швидкості дуже просто. Підказкою є одиниця вимірювання швидкості, наприклад км/год. Кілометри — це відстань, години — це час, а символом “/” часто позначають ділення. Отже, км/год це відстань поділити на час.

Одиниці вимірювання швидкості

В системі SI швидкість вимірюється в метрах на секунду м/сек, проте в шкільних задачах на відстань і час найчастіше трапляються кілометри на годину км/год. Один м/сек дорівнює 3,6 км/год.

Оскільки системи мір відрізняються в різних країнах, міри швидкості відповідно також змінюються. В США для прикладу на спідометрах автомобілів зображена шкала в милях за годину mph.

Існують також незвичні вимірювання швидкості. Наприклад морські вузли, якими вимірюють швидкість руху кораблів. Один вузол дорівнює одній морській милі на годину, або 1,852 км/год. Швидкість має константи, тобто величини, які не змінюються. Наприклад швидкість світла, яка дорівнює 299 792 458 м/с.

Маса

Маса позначається літерою m. В шкільній математиці термін “маса” використовується в контексті фізичної величини. Простими словами маса числом відображає кількість речовини, яка міститься в об’єкті. Це поняття вважається фундаментом фізики, тому саме на цьому уроці її вивчають більш детально.

Проте маса тісно повʼязана з математикою, адже для застосування найпростішої формули пошуку маси потрібно знати обʼєм тіла. Маса дорівнює обʼєму помноженому на густину.

Одиниці вимірювання маси

В системі SI одиницею маси є кілограм. Однак, як і у випадку з відстанню, в деяких країнах масу вимірюють по іншому. Наприклад в США використовують фунти та унції. Наприклад в одному фунті ≈ 0,45 кг. А в одній унції ≈ 28,34 грама.

Також існують великі міри позначення маси, наприклад тони та центнери, які зустрічаються в шкільній математиці. Або дуже малі одиниці, як термін “карат”, який використовують коли мова йде цінні метали. Один карат дорівнює 0,2 грама.

Перетворення мір маси

Шукаєш репетитора з математики?

Mathema підбере викладача під потреби дитини

Подати заявку на урок-діагностику

Світлана Кравець

Професійний педагог з вищою освітою, спеціаліст вищої категорії, зі званням «Старший вчитель».

§ 35. Активність радіоактивної речовини. Закон радіоактивното розпаду

Властивості радіоактивного розпаду. З’ясувавши, як саме відбувається процес радіоактивних перетворень, цікаво буде дізнатися про деякі його особливості. Наприклад, маємо деяку кількість радіоактивної речовини. Чи можна з’ясувати, ядро якого з атомів розпадеться першим, а якого — наступним або останнім? Виявилося, що дізнатися про це неможливо. Процес радіоактивного розпаду того чи іншого ядра є випадковою подією.

Проте встановлено, що кількість ядер атомів, які розпадаються, весь час змінюється. І ця зміна підпорядковується певній закономірності, яку можна зобразити графічно (мал. 201).

Якщо в початковий момент часу (t = 0) було N радіоактивних ядер, то за деякий час їхня кількість стане вдвічі меншою — N₀/2 Ще через такий самий проміжок часу їх уже буде N₀/4. і т.д. Час, за який кількість радіонуклідів зменшується вдвічі, називають періодом піврозпаду радіоактивної речовини й позначають літерою Т.

Мал. 201. Закономірності радіоактивного розпаду: графік (а) і діаграма (б) залежності кількості ядер, що не розпалися, від часу

Період піврозпаду, Т — це фізична величина, що дорівнює часу, протягом якого розпадається половина наявної кількості радіонуклідів певної речовини.

Одиниця періоду піврозпаду в СІ — секунда (1 с).

Якщо в початковий момент часу (t = 0) було N₀ радіоактивних ядер, то за період піврозпаду Т кількість їх стане вдвічі меншою N₀/2. Ще через такий самий час Т їх уже буде N₀/4 т.д. Тобто за п періодів піврозпаду (п = t/T) радіоактивними залишаться лише N ядер. Цю закономірність називають законом радіоактивного розпаду.

Закон радіоактивного розпаду — це фізичний закон, що описує математичну залежність кількості радіоактивних атомів Ν, які не розпалися протягом деякого часу t після початку відліку, від початкової кількості атомів:

Що менший період напіврозпаду, то меншим є час життя атомів і швидше відбувається розпад.

Закон розпаду атомів не є законом, що управляє розпадом одного атома. Наприклад, атом урану може спокійно пролежати в ґрунті або гірській породі мільярди років і раптом розпастись, а в той же час сусідні атоми урану залишатимуться в попередньому стані.

Передбачити, коли розпадеться даний атом, неможливо. Певний зміст мають лише твердження про середньостатистичну поведінку великої кількості атомів. Отже, закон радіоактивного розпаду визначає саме середньостатистичну кількість атомів, що розпадуться за даний інтервал часу.

Активність радіонуклідів. Різні радіоактивні речовини мають різні періоди піврозпаду: одні з них розпадаються швидше, інші — повільніше.

З практичної точки зору важливою характеристикою процесу радіоактивного розпаду є швидкість, з якою розпадається та чи інша радіоактивна речовина, іншими словами, активність радіоактивного елемента.

Активність радіоактивного елемента, А — це фізична величина, яка чисельно дорівнює кількості розпадів, що відбуваються в певній кількості радіоактивної речовини за одиницю часу.

У результаті фізичних досліджень і математичних обчислень встановлено, що активність радіоактивного елемента прямо пропорційна кількості радіонуклідів (Ν) й обернено пропорційна періоду їхнього піврозпаду (Т): A = 0,69 • N/T.

Величину 0,69/T називають сталою радіоактивного розпаду й позначають літерою λ. Отже, формулу для активності радіоактивного елемента можна записати ще й так: А = λ • Ν.

Активність вимірюється в розпадах за секунду. За одиницю активності в Міжнародній системі одиниць (СІ) прийнято один розпад за секунду. Ця одиниця названа беккерелем (Бк) на честь французького фізика Антуана Анрі Беккереля. 1 Бк — це активність радіоактивного елемента, у якому за одну секунду відбувається один розпад.

Оскільки швидкість розпаду радіоактивних ізотопів різна, то однакові за масою ядра радіоактивних ізотопів мають різну активність. Що більше ядер розпадається за одиницю часу, то більшою є активність даного радіоактивного ізотопу.

З плином часу кількість ядер, що не розпалися внаслідок радіоактивних перетворень, зменшується, а отже, зменшується й активність радіоактивного елемента.

ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

• 1. Дайте визначення періоду піврозпаду.
• 2. Дайте визначення активності радіонукліда. У яких одиницях вона вимірюється?
• 3. Як пов’язані між собою півперіод піврозпаду, стала радіоактивного розпаду, активність радіоактивного розпаду?
• 4. Як із часом змінюється активність радіоактивного елемента?
• 5. Чому радіоактивні елементи з порівняно невеликим періодом піврозпаду (наприклад, радій) не зникли за час існування Землі, адже ядра їхніх атомів весь час перетворюються на інші ядра?

Вчимося розв’язувати задачі

Задача 1. Кількість атомів радіоактивного радону зменшилася у 8 разів за 11,4 доби. Визначте період піврозпаду радону.