Силы действующие на тела графическое изображение. Графическое изображение сил

I. Механика

Тестирование онлайн

Что надо знать о силе

Сила – векторная величина. Необходимо знать точку приложения и направление каждой силы. Важно уметь определить какие именно силы действуют на тело и в каком направлении. Сила обозначается как , измеряется в Ньютонах. Для того, чтобы различать силы, их обозначают следующим образом

Ниже представлены основные силы, действующие в природе. Придумывать не существующие силы при решении задач нельзя!

Сил в природе много. Здесь рассмотрены силы, которые рассматриваются в школьном курсе физики при изучении динамики. А также упомянуты другие силы, которые будут рассмотрены в других разделах.

Сила тяжести

На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле

Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.

Сила трения

Познакомимся с силой трения. Эта сила возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:

Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила реакции опоры

Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы “говорит” реагирует опора. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, “сопротивляются”.

Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например,карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.

Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой , но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как

Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила упругости

Это сила возникает в результате деформации (изменения первоначального состояния вещества). Например, когда растягиваем пружину, мы увеличиваем расстояние между молекулами материала пружины. Когда сжимаем пружину – уменьшаем. Когда перекручиваем или сдвигаем. Во всех этих примерах возникает сила, которая препятствует деформации – сила упругости.

Сила упругости направлена противоположно деформации.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

При последовательном соединении, например, пружин жесткость рассчитывается по формуле

При параллельном соединении жесткость

Жесткость образца. Модуль Юнга.

Модуль Юнга характеризует упругие свойства вещества. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Характеризует способность материала сопротивляться деформации растяжения или сжатия. Значение модуля Юнга табличное.

Подробнее о свойствах твердых тел здесь.

Вес тела

Вес тела – это сила, с которой предмет воздействует на опору. Вы скажете, так это же сила тяжести! Путаница происходит в следующем: действительно часто вес тела равен силе тяжести, но это силы совершенно разные. Сила тяжести – сила, которая возникает в результате взаимодействия с Землей. Вес – результат взаимодействия с опорой. Сила тяжести приложена в центре тяжести предмета, вес же – сила, которая приложена на опору (не на предмет)!

Формулы определения веса нет. Обозначается эта силы буквой .

Сила реакции опоры или сила упругости возникает в ответ на воздействие предмета на подвес или опору, поэтому вес тела всегда численно одинаков силе упругости, но имеет противоположное направление.

Сила реакции опоры и вес – силы одной природы, согласно 3 закону Ньютона они равны и противоположно направлены. Вес – это сила, которая действует на опору, а не на тело. Сила тяжести действует на тело.

Вес тела может быть не равен силе тяжести. Может быть как больше, так и меньше, а может быть и такое, что вес равен нулю. Это состояние называется невесомостью. Невесомость – состояние, когда предмет не взаимодействует с опорой, например, состояние полета: сила тяжести есть, а вес равен нулю!

Определить направление ускорения возможно, если определить, куда направлена равнодействующая сила

Обратите внимание, вес – сила, измеряется в Ньютонах. Как верно ответить на вопрос: “Сколько ты весишь”? Мы отвечаем 50 кг, называя не вес, а свою массу! В этом примере, наш вес равен силе тяжести, то есть примерно 500Н!

Перегрузка – отношение веса к силе тяжести

Сила Архимеда

Сила возникает в результате взаимодействия тела с жидкость (газом), при его погружении в жидкость (или газ). Эта сила выталкивает тело из воды (газа). Поэтому направлена вертикально вверх (выталкивает). Определяется по формуле:

В воздухе силой Архимеда пренебрегаем.

Читать еще:  Православные поздравления с днем святой троицы. Поздравления с днем святой троицы

Если сила Архимеда равна силе тяжести, тело плавает. Если сила Архимеда больше, то оно поднимается на поверхность жидкости, если меньше – тонет.

Электрические силы

Существуют силы электрического происхождения. Возникают при наличии электрического заряда. Эти силы, такие как сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца, подробно рассмотрены в разделе Электричество.

Схематичное обозначение действующих на тело сил

Часто тело моделируют материальной точкой. Поэтому на схемах различные точки приложения переносят в одну точку – в центр, а тело изображают схематично кругом или прямоугольником.

Для того, чтобы верно обозначить силы, необходимо перечислить все тела, с которыми исследуемое тело взаимодействует. Определить, что происходит в результате взаимодействия с каждым: трение, деформация, притяжение или может быть отталкивание. Определить вид силы, верно обозначить направление. Внимание! Количество сил будет совпадать с числом тел, с которыми происходит взаимодействие.

Главное запомнить

1) Силы и их природа;
2) Направление сил;
3) Уметь обозначить действующие силы

Силы трения*

Различают внешнее (сухое) и внутреннее (вязкое) трение. Внешнее трение возникает между соприкасающимися твердыми поверхностями, внутреннее – между слоями жидкости или газа при их относительном движении. Существует три вида внешнего трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Трение качения определяется по формуле

Сила сопротивления возникает при движении тела в жидкости или в газе. Величина силы сопротивления зависит от размеров и формы тела, скорости его движения и свойств жидкости или газа. При небольших скоростях движения сила сопротивления пропорциональна скорости тела

При больших скоростях пропорциональна квадрату скорости

Взаимосвязь силы тяжести, закона гравитации и ускорения свободного падения*

Рассмотрим взаимное притяжение предмета и Земли. Между ними, согласно закону гравитации возникает сила

А сейчас сравним закон гравитации и силу тяжести

Величина ускорения свободного падения зависит от массы Земли и ее радиуса! Таким образом, можно высчитать, с каким ускорением будут падать предметы на Луне или на любой другой планете, используя массу и радиус той планеты.

Расстояние от центра Земли до полюсов меньше, чем до экватора. Поэтому и ускорение свободного падения на экваторе немного меньше, чем на полюсах. Вместе с тем, следует отметить, что основной причиной зависимости ускорения свободного падения от широты местности, является факт вращения Земли вокруг своей оси.

При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорения свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния до центра Земли.

Народна Освіта

Вам хорошо известно слово «сила». Обычно смысл слова «сила» и образованных от него слов «силач», «сильный» и т. д. связан с возможностями человека, животного, механизма, с интенсивностью проявления природных явлений. Мы говорим «самый сильный человек», «сила воли», «сильные чувства», «сильный мороз», «сильный двигатель». А какое содержание вкладывают в слово «сила» физики?

Узнаем, что означает понятие «сила» в физике

Мы уже говорили о том, что причина изменения скорости движения тела — его взаимодействиес другими телами.

Чтобы теннисный мяч вернулся на сторону соперника, вы бьете по мячу ракеткой, но и мяч «бьет» по ракетке. Чтобы остановить велосипед, вы нажимаете на ручки тормоза и в то же время ощущаете, как они давят на ваши ладони.

Обратите внимание: в любом случае результат зависит от того, насколько «сильным» будет взаимодействие: сильнее ударите по мячу — мяч наберет большую скорость (рис. 18.1); сильнее нажмете на тормоз — быстрее остановится велосипед.

Мерой действия одного тела на другое служит физическая величина сила.

Сила — это физическая величина, которая является мерой действия одного тела на другое (мерой взаимодействия тел).

Силу обычно обозначают символом F. Единица силы в СИ— ньютон (названа в честь Исаака Ньютона):

1 Н — это сила, которая, действуя на тело массой1 кг в течение1 с, изменяет

скорость его движения на1 м/с:

Чем больше сила и чем дольше она действует на тело, тем заметнее изменяется скорость движения тела (см. рис. 18.1). Чтобы тела разной массы за одинаковое время изменяли скорости своего движения одинаково, на них должны действовать разные силы (рис. 18.2).

Сила, действуя на тело, может изменить скорость его движения как по значению, так и по направлению, поэтому сила определяется и значением, и направлением. Уже говорилось о том, что физические величины, имеющие значение и направление, называют векторными. Итак, сила — векторная величина.

На рисунках вектор силы начинают в точке, к которой приложена сила (эту точку так и называют — точка приложения силы), и направляют в сторону действия силы. Длину стрелки иногда выбирают так, чтобы она в определенном масштабе соответствовала значению силы (рис. 18.3).

Изменение скорости движения тела (по значению, по направлению) зависит от направления силы (см. таблицу на с. 123).

Направление силы совпадает с направлением движения тела

Направление силы противоположно направлению движения тела

Направление силы перпендикулярно направлению движения тела

Сила направлена под углом к направлению движения тела

Значение скорости движения тела увеличивается

Значение скорости движения тела уменьшается

Изменяется только направление скорости движения тела

Изменяются значение и направление скорости движения тела

Складываем силы, действующие вдоль одной прямой

Обычно на тело действует не одна сила, а две, три или больше.

Проведем опыт. Поставим на стол тележку и привяжем к ней две нити. Потянем за одну нить с силой 5 Н, а за другую — в том же направлении — с силой 3 Н (рис. 18.4). Тележка придет в движение, увеличивая свою скорость так, как если бы на нее действовала одна сила 8 Н. Силу 8 Н, которой в данном случае можно заменить две силы 5 и 3 Н, называют равнодействующей двух сил и обозначают символом Я (или F).

Читать еще:  Игры про знаки зодиака. Сценарий конкурсной программы «Знаки Зодиака» в начальной школе

Силу, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называют равнодействующей этих сил.

Если тележку одновременно тянуть за две нити в противоположные стороны (рис. 18.5), то силы не будут «помогать» друг другу разгонять тележку, а наоборот — будут «мешать». В этом случае тележка будет двигаться так, будто на нее действует одна сила 2 Н в направлении, в котором действует сила 5 Н, то есть равнодействующей сил 5 и 3 Н будет сила 2 Н.

Как вы считаете, какой будет равнодействующая, если нити, привязанные к тележке с противоположных сторон, потянуть с силами, одинаковыми по значению, например 5 Н? Изменится ли в этом случае скорость движения тележки?

Выясняем, когда силы компенсируют друг друга

Надеемся, вы правильно ответили на вопрос в п. 3 и самостоятельно пришли к выводу: если две силы равны по значению, противоположны по направлению и приложены к одному телу, то равнодействующая этих сил равна нулю. Силы уравновешивают (компенсируют) друг друга, поэтому причины для изменения скорости движения тела нет.

Так, по горизонтальному прямолинейному отрезку шоссе автомобиль движется равномерно (рис. 18.6, а), если сила тяги его двигателя компенсирует силу сопротивления движению (сила сопротивления движению достаточно быстро остановит автомобиль, если двигатель не будет работать). Портфель в руке находится в состоянии покоя, если сила притяжения Земли, действующая на портфель, компенсируется силой, которую прикладывает к портфелю человек (рис. 18.6, б).

Сила ¥ — физическая величина, являющаяся мерой действия одного тела на другое (мерой взаимодействия тел). Сила — причина изменения скорости движения тела.

Единица силы в СИ — ньютон (Н). 1 Н равен силе, которая, действуя на тело массой 1 кг в течение 1 с, изменяет скорость его движения на 1 м/с.

Сила — векторная величина. Чтобы охарактеризовать силу, необходимо указать значение, направление и точку приложения силы.

Если на тело действуют несколько сил, то их общее действие всегда можно заменить действием одной силы — равнодействующей.

Равнодействующей сил, которые действуют на тело в одном направлении, является сила, значение которой равно сумме значений сил, а направление совпадает с направлением этих сил.

Если две силы, действующие на тело, направлены в противоположные стороны, то направление равнодействующей совпадает с направлением большей силы, а для нахождения значения равнодействующей нужно из значения большей силы вычесть значение меньшей.

Две силы компенсируют (уравновешивают) друг друга, если они равны по значению, противоположны по направлению и приложены к одному телу.

‘ 1. Дайте определение силы. 2. Какова единица силы в СИ? 3. Почему сила характеризуется не только значением, но и направлением? 4. Как изображают силу на рисунках? 5. Дайте определение равнодействующей. 6. Как определить равнодействующую двух сил, действующих вдоль одной прямой в одном направлении? в противоположных направлениях? 7. При каких условиях две силы компенсируют друг друга?

1. Выберите масштаб и начертите в тетради силы, равные 3,2 Н; 5,6 Н; 8 Н. Сравните свой чертеж с чертежами одноклассников. Отличаются ли они? Почему?

2. Канат, который тянут в противоположные стороны два человека, находится в состоянии покоя. Один человек тянет канат с силой 300 Н. Чему равна сила, с которой тянет канат второй человек? Изобразите на схематическом рисунке силы, действующие на канат. Чему равна их равнодействующая?

3. Два мальчика тянут санки, прикладывая горизонтальные силы 50 и 70 Н, направленные вдоль одной прямой. Каким может быть значение равнодействующей этих сил?

4. На рисунках изображены тела и силы, действующие на них (1 клетка — 1 Н). Каждый рисунок перенесите в тетрадь, найдите равнодействующую и изобразите ее.

5. Человек действует на пол с силой 800 Н. С какой силой человек будет действовать на пол, если возьмет в руки груз, который, в свою очередь, действует на этого человека с силой 200 Н? Свой ответ поясните с помощью схематического рисунка.

6. Может ли двигаться автомобиль, если равнодействующая всех приложенных к нему сил направлена в сторону, противоположную направлению движения? Если может, приведите пример.

7. На тело действуют три силы, направленные вдоль одной прямой. Две силы имеют значения 30 и 50 Н. Какое значение может иметь третья сила, если равнодействующая трех сил равна 100 Н? Сколько решений имеет задача? Выполните соответствующие схематические рисунки.

Предложите конструкцию устройства для демонстрации сложения сил, действующих вдоль одной прямой, и изготовьте это устройство.

Урок физики по теме: “Сила – векторная величина”. 7-й класс

Разделы: Физика

Класс: 7

Цели:

  1. Систематизировать знания по теме “Виды сил”.
  2. Ввести понятие сложение сил, действующих по одной прямой.
  3. Закрепить умения решать задачи на нахождение силы тяжести и веса тела.
  4. Продолжать работу по закреплению графического изображения сил.
  5. Развивать у учащихся логическое мышление, умение самостоятельно делать выводы по данному материалу.
  6. Показать учащимся использование сил в быту, природе и технике.

Оборудование: мультимедийная установка, динамометр, набор грузов, коробка из-под конфет, карточки для награждения.

Ход урока

Мы сегодня собрались, что бы понять, что же такое сила? В результате чего она возникает? Что это за физическая величина, чем она особенна?

Итак, приступим: на экране перед вами будут представлены картинки с видами сил.

Один из учеников рассказывает о данной силе по плану:

  • определение;
  • направление;
  • точка приложения;
  • примеры.

За правильный ответ вручается карточка. Ученик, набравший большее количество карточек попадает в разряд “Умников”. Ученики, получившие 3 и более карточек, зарабатывают оценку.

рис 1– сила тяжести.

рис 2 – сила всемирного тяготения.

рис3 – обобщенный рисунок силы тяжести и тяготения.

Читать еще:  Сонник задушил собаку. К чему снится Убить Собаку? Глисты у собаки а

рис 4 – сила упругости.

рис 5 – вес тела.

рис 6 – сила трения.

Работа с классом по вопросам.

1. С самолета на парашюте сброшен груз массой 16 кг, который прикреплен к стропам через динамометр. (Демонстрирую рисунок.) Парашют с грузом достигает скорости установившегося движения и далее опускается равномерно. Как менялись показания динамометра при падении груза? Рис 7 (Ответ. В незатяжном прыжке с парашютом можно выделить три этапа.

Первый этап – падение груза с нераскрытым парашютом. При таком движении (с ускорением свободного падения) показание динамометра равно нулю.

Второй этап – во время раскрытия парашюта резко возрастает сила сопротивления воздуха, которая больше силы тяжести. Груз теперь падает замедленно. Ускорение, направленное вверх, постепенно убывает до нуля; скорость при этом также уменьшается до некоторого значения, соответствующего равномерному движению груза. Динамометр показывает разность между силой сопротивления воздуха и силой тяжести.

Третий этап – при дальнейшем равномерном опускании груза сила тяжести равна силе сопротивления воздуха. Динамометр покажет силу = 160 Н).

2. Почему человек может бежать по тонкому льду и не может стоять на нем не проваливаясь? (Ответ. Результат действия силы на тело зависит не только от ее величины, но и от времени действия. Когда человек бежит по тонкому льду, время действия силы тяжести очень мало – за это малое время лед не успевает проломиться.)

3. Можно ли поставить на край стола плоскую коробку от конфет так, чтобы ее большая часть свешивалась над полм? Осуществить свое предложение можно, используя предметы, выставленные на демонстрационном столе, но чтобы они не были видны зрителям. (Ответ. Внутри коробки необходимо создать область большей плотности. Для этого надо поместить в коробку плоский тяжелый предмет и ту часть коробки, где находится этот предмет, поставить на стол.)

4. В невесомости, при свободном полете космического корабля, т.е. в полете с выключенными двигателями: пишет ли перьевая ручка? (Ответ. Перьевой ручкой писать можно. Это объясняется тем, что в жидкостях существуют силы поверхностного натяжения. Без них автоматическая чернильная ручка поставила бы большую кляксу, выпустив сразу весь запас чернил. Не образовывалась бы пена, помогающая смыть грязь. Действие перьевой ручки основано на явлении капиллярности, которое сохраняется в условиях невесомости.)

5. Плавает ли пробка на поверхности воды в условиях невесомости.? (Ответ. Пробка не сможет плавать на поверхности воды. Она будет плавать вместе с другими предметами по кабине корабля, если они не закреплены.)

6. Вытекает ли вода из носика чайника, если его наклонить в условиях невесомости? (Ответ. Не вытекает, так как в обычных условиях причиной вытекания жидкости из наклоненного чайника является разность давлений на разных уровнях. В невесомости исчезает вес и поэтому давление в жидкости на всех уровнях одинаково. В невесомости жидкость не вытекает – ее надо из сосуда выталкивать или выдавливать. В связи с этим у космонавтов пища в особых упаковках.

Итак, подводим итоги и делаем вывод о силе по обобщенному рисунку, который появляется на экране….

Переход к объяснению нового материала.

На экране появляется сказка “Репка”. Рис 12-18 (Приложение)

Посадил дед репку. Выросла репка большая-пребольшая, тяжелая-претяжелая, разрослась она во все стороны, грунт потеснила. Пошел дед репку рвать. Тянет потянет – вытянуть не может. Силы ему не хватает: упирается репка, неровностями и выступами за землю цепляется, своему движению противится. Позвал дед бабку. Бабка за дедку, дедка за репку, тянут потянут – вытянуть не могут: крепко корень в грунте держится. Нет и вдвоем им не справиться.

Позвала бабка внучку. Внучка за бабку, бабка за дедку, дедка за репку, тянут потянут – вытянуть не могут: все еще их общая сила тяги меньше той предельной силы, которая по поверхности соприкосновения репы с землей возникает. Силой трения покоя она называется.

Позвала внучка Жучку. Тянут потянут – вытянуть не могут. Не хватает их общей силы справиться с силами тяжести репки и трением почвы.

Позвала Жучка кошку. Кошка за Жучку, Жучка за внучку, внучка за бабку, бабка за дедку, тянут потянут – вытянуть не могут: на самую малость, но все же меньше внешняя сила оказалась, чем сила тяжести репки и сила трения между почвой и репкой.

Позвала кошка мышку. Стали все вместе тянуть и вытащили репку.

Только не подумайте, что маленькая мышка сильнее всех оказалась! Ее маленькая сила к общей силе тяги добавилась, и теперь результирующая сила даже превысила силу тяжести репки и силу трения.

Итак, мы видим, что над векторами можно производить действия: сложение и вычитание. На экране появляется плакат о сложении сил. Рис 19С учениками в тетрадях оформляем правила сложения и вычитания сил, нахождение равнодействующей силы. На развороте доски записаны задачи на закрепление темы “Сложение сил”, которые решают учащиеся на доске и в тетрадях:

Задача 1.Один мальчик толкает сани сзади с силой 40 Н., а второй тянет их за веревку с силой 15Н. Изобразите эти силы графически, считая, что они направлены, горизонтально, и найдите их равнодействующую.

Сила F1 > F2 (по модулю), поэтому длина стрелки этой силы на чертеже больше. Так как силы приложенные мальчиками, действуют в одном направлении, то равнодействующую силу находим по формуле:

R = 40 H + 15 H = 55 H

На чертеже эту силу изображаем направленным отрезком, длина которого равна сумме длин отрезков сил F1 и F2.

Задача 2. Чему равна равнодействующая двух сил, приложенных к мячу, и куда она направлена?

Источники:

http://fizmat.by/kursy/dinamika/sily
http://narodna-osvita.com.ua/index.php?newsid=6759
http://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/412783/

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему: