Средняя скорость при неравномерном движении – это величина, равная отношению всего пройденного пути к общему времени в пути.

Задача 1. Какой путь пройдет автомобиль, двигаясь равномерно со скоростью 75 км/ч за 20 минут?

В первую очередь, необходимо научиться правильно оформлять задачи по физике. При решении любой задачи нужно писать «дано». То есть, в левой части листа необходимо записать слово «дано», после которого ставится двоеточие, а дальше в столбик перечисляете все исходные данные, которые указаны в условии задачи. В нашем случае – это скорость и время в пути. После этого, нужно очеркнуть данные и ниже (уже под линией) записать, что необходимо найти. В задаче спрашивается, какой путь пройдет автомобиль. Дальше приступаем непосредственно к решению задачи.

А теперь обратите внимание вот на что: скорость в условии задачи дана в км/ч, то есть, сколько километров автомобиль проходит за час. А время в условии дано в минутах. Поэтому, прежде чем делать вычисления, необходимо перевести минут в часы.

В общем и целом, этот способ правильный. Но, чтобы не запутаться с единицами измерения, можно (и даже нужно) переводить данные в систему СИ сразу после того, как записано «дано». Напомним, что для перевода км/ч в м/с или м/с в км/ч необходимо

1 м/с = 3,6 км/ч

1 км/ч = 1/3,6 м/с

Время в системе СИ измеряется в секундах. В одной минуте шестьдесят секунд, поэтому, чтобы перевести минуты в секунды, нужно минуты умножить на 60. После того, как перевели все данные в систему СИ, необходимо очеркнуть и эту колонку, а правее пишется само решение. Решение и ответ будут одинаковыми. Однако рекомендуется переводить данные в систему СИ.

Задача 2. Мотоциклист проехал 5 км вдвое быстрее, чем следующие 7 км. Найдите его среднюю скорость, если общее время в пути составило 10 минут.

Получившееся выражение, в котором остались, только те величины, которые были даны изначально, называется расчетной формулой. Только в расчетную формулу необходимо подставлять числовые значения, а до этого, все делается в буквенном виде.

Задача 3. Самолет взлетел, после чего пролетел 120 км на определенной высоте, а потом приземлился. Известно, что пути, пройденные в процессе взлета и посадки равны 120 км каждый. Во время взлета и посадки, скорость самолета была равна 200 м/с, а во время остального пути – 250 м/с. Какое время самолет затратил на весь путь? Какова средняя скорость?

Сразу хочется обратить ваше внимание на распространенную ошибку. Среднюю скорость нельзя находить как среднее арифметическое разных скоростей на разных участках движения. В этом можно убедиться с помощью простых расчетов: если подсчитать среднюю скорость, как среднее арифметическое скоростей, то получим 216,7 м/с. Этот результат неправильный. Теперь подсчитаем среднюю скорость как отношение всего пройденного пути к общему времени в пути. В результате получим 214,3 м/с. Получается вроде небольшая разница. В результате неверных расчётов за каждую секунду, пройденное расстояние увеличивается на 2,4 м/с. Поэтому, при неверном расчете за час пройденное расстоянии будет больше на 8,6 км, а это существенно.

Задача 4. Средняя скорость движения велосипедиста равна 8 м/с. Известно, что первую часть своего пути велосипедист проехал за 3 минуты. За какое время велосипедист проехал вторую часть, если общий путь составил 2 км?

Задача 5. Определите по графику скорость равномерного движения тела.

Здесь, конечно, никаких данных, кроме самого графика нет, поэтому, «дано» писать не нужно. В таких заданиях, в первую очередь нужно посмотреть на оси графика: какие величины они обозначают и в каких единицах измеряются. Вертикальная ось – обозначает пройденный путь в метрах, а горизонтальная ось – время в минутах. Значит, это график зависимости пройденного пути от времени. При равномерном движении скорость постоянна, значит, можно путь, пройденный за определенный промежуток времени, разделить на это время и, таким образом, найти скорость. Для наибольшей точности желательно найти точку, на графике, наиболее близкую к пересечению клеточек. Когда нашли такую точку, смотрим на соответствующие координаты, то есть, на значения пути и времени. Для этого из точки опускаем перпендикуляры на обе оси. Теперь, когда получили значение координат, можно определить скорость.

Основные выводы:

В качестве итогов урока, рассмотрим общий алгоритм решения задач на движение.

 

7.14. Инерция

Все не раз слышали выражение «двигаться по инерции». В данной теме разговор пойдёт о том, что это значит. Именно такие вопросы следует задавать, как ослик Иа-Иа в эпиграфе, изучая что-либо (в частности, характер движения того или иного тела).

Рассмотрим ряд примеров. Известно, что если нести какой-либо предмет, то этот предмет продолжает двигаться вместе с тем, кто его несёт. Если толкать какой-либо предмет, то он тоже будет двигаться впереди толкающего. Но если прекратить своё воздействие, то предмет остановится. Исходя из таких соображений, древнегреческий философ Аристотель считал, что «движется движимое».

То есть, Аристотель полагал, что для того, чтобы тело двигалось с постоянной скоростью, нужно постоянно воздействовать на это тело. Этим убеждением хорошо объяснялись многие виды движения. Например, то, что телега сама не поедет, пока лошадь её не потянет. Но, его выводы были несколько поспешны. Обратим внимание на следующие ситуации: если ударить ногой футбольный мяч, то он, катясь по земле, рано или поздно, остановится. Это происходит из-за трения между поверхностью земли и мячом.

Если скатываться с горки на санках, оказавшись на ровной поверхности, можно ещё какое-то время ехать и только потом остановиться.

И в том, и в другом примере, некое воздействие на тела мешает этим телам двигаться с постоянной скоростью.

Теперь рассмотрим несколько иной пример: возьмем тележку и положим на неё мячик. На небольшом расстоянии от тележки сделаем насыпь из песка. Плавно толкнем тележку в сторону насыпи. При движении тележки с постоянной скоростью, мячик будет оставаться неподвижным. Как только тележка столкнется с насыпью, она очень быстро потеряет свою скорость. В момент столкновения мячик начнет двигаться в том направлении, в котором двигалась тележка. Что же заставило мячик начать двигаться? Ведь на него ничего не воздействовало. На тележку подействовал песок, и она изменила свою скорость. А вот на мячик ничего не действовало, и именно поэтому, он продолжил движение с прежней скоростью. Подобные опыты заставили Галилео Галилея усомниться во мнении Аристотеля.

Галилей провел множество опытов и написал несколько серьёзных работ, в одной из которых он говорил следующее: «Когда тело движется по горизонтальной поверхности, не встречая никакого сопротивления движению, то движение его является равномерным и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца». Однако, это высказывание не полностью отражает суть: во-первых, оказать некое воздействие нужно не только для изменения величины, но и для изменения направления скорости. Например, можно отбить теннисный мяч так, что он полетит в другом направлении с той же скоростью, но для этого всё равно нужно оказать воздействие. Во-вторых, без воздействия нельзя вывести тело из состояния покоя. Например, если мячик покоится на холмике, то он так и будет там лежать, если не подтолкнуть его, чтобы он покатился. Поэтому Исаак Ньютон внес некоторые уточнения в высказывание Галилея: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».

Таким образом, изменение скорости тела (величины или направления) происходит в результате воздействия других тел на него. Если же всякое воздействие отсутствует, то тело будет стремиться сохранить свою скорость неизменной. Именно это явление называется инерцией. То есть, инерция – это явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел.

Теперь, можно ответить на вопросы, почему, когда человек споткнулся, он падает вперед, а если поскользнулся – то назад.

С помощью инерции можно объяснить и другие явления: например, при экстренном торможении, колёса автомобиля практически заблокированы, но он все равно продолжает двигаться, оставляя на асфальте след от шин.

Дело в том, что даже после нажатия на тормоза, автомобиль стремится двигаться со своей прежней скоростью и только трение между дорожным покрытием и шинами, в конце концов, останавливают его. О сильном трении свидетельствуют следы шин на асфальте.

Если взять две одинаковые машины, и одну из них нагрузить, то даже при одинаковом воздействии двигателя на обе машины, груженая машина будет разгоняться и тормозить медленнее, чем не груженная. Такое свойство тел называется инертностью. То есть, инертность – это свойство тел, характеризующееся «отзывчивостью» тела на воздействие других тел. Груженая машина менее отзывчива на воздействие двигателя, то есть, она больше стремиться сохранить свою скорость, поэтому, мы можем сказать, что она более инертна.

Необходимо четко разделять два понятия: инерция и инертность. Инерция – это явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел. А инертность – это свойство тел, характеризующееся их «отзывчивостью» на воздействие других тел. Ещё раз обратите внимание, что инерция – это явление, а инертность – это свойство тел. Так что эти два понятия ни в коем случае нельзя путать.

Основные выводы:

1. Изменение скорости тела (величины или направления) происходит в результате воздействия других тел на него. Чем больше такое воздействие, тем быстрее изменяется скорость тела.

2. Инерция – это явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел.

3. Инертность – это свойство тел, характеризующееся их «отзывчивостью» на воздействие других тел.

 

7.15. Взаимодействие тел

 

Инерция – это явление сохранения скорости тела при отсутствии действия других тел на него. Рассмотренные примеры показали, что изменение скорости тела может произойти только под действием другого тела. Каждое тело обладает инертностью – свойством, характеризующимся «отзывчивостью» на воздействие других тел. Рассмотрим простой пример: мяч, брошенный в стену, отскакивает от неё. Почему? Очевидно, что при ударе, мяч оказал воздействие на стену, а стена, в свою очередь, оказала воздействие на мяч. Иначе, изменение скорости мяча объяснить нельзя. Если есть сомнения, что стена оказывает такое воздействие, то можно подойдите к ней и толкнуть её изо всех сил. В этом случае, можно даже отлететь от стены. Именно по такому же принципу работает такое упражнение, как отжимание.

То есть, толкая пол, он оказывает ответное действие на отжимающегося. Почему же тогда, ни пол, ни стена не меняют свою скорость? Дело в том, что эти тела слишком инертны, и человек не в состоянии оказать на них достаточно сильное воздействие, чтобы привести их в движение. Если прыгнуть из неподвижной лодки, то лодка начнет двигаться в направлении, противоположном направлению прыжка. Почему? Потому что, отталкиваясь, произошло воздействие на лодку, а лодка подействовала на прыгуна. Пуля в ружье до выстрела покоится, как и само ружьё. Но как только выстрел сделан, человек чувствует отдачу – это движение ружья в противоположном направлении, чем направление движения пули. Точно также, после вылета ядра из пушки, пушка немного откатывается назад. Ещё один пример – это столкновение биллиардных шаров. Один шар покоится, а другой движется с некоторой скоростью. После столкновения шар, который покоился, приобретает скорость. Значит, первый шар на него воздействовал. Но и этот шар изменит свою скорость, как по модулю, так и по направлению. Значит, шар, который покоился, тоже оказал воздействие на движущийся шар.

Все эти примеры говорят о том, что действие первого тела на второе вызывает обратное действие второго тела на первое. Иными словами, действие не может быть односторонним. Тела действуют друг на друга, то есть, взаимодействуют. Так происходит всегда, со всеми телами, неважно, большие это тела или нет, и неважно, в каком состоянии они находятся. Скажем, мельчайшие частички (то есть, молекулы) газа, находясь в сосуде, постоянно соударяются друг с другом, оказывая друг на друга воздействие. Также они оказывают действие на стенки сосуда, вызывая противодействие. В то же время, такие огромные объекты, как Земля и Луна тоже взаимодействуют. Луна вращается вокруг Земли в результате действия Земли на Луну. Но и Луна тоже действует на Землю, то есть, между Луной и Землей существует взаимное притяжение.

Основные выводы:

1. Действие не может быть односторонним.

2. Тела взаимодействуют, то есть, оказывают воздействие друг на друга.

3. Только в результате взаимодействия оба тела могут изменить свою скорость.

 

7.16. Масса тела. Единицы массы

Данная тема посвящена одной из самых важных физических величин – массе.

Ранее рассматривалась тема взаимодействие тел. В рамках этой темы было установлено, что тела действуют друг на друга и это действие не может быть односторонним. Только взаимодействие может заставить тела изменить свою скорость. Скорость тел может меняться по-разному. Если столкнуть большой и маленький шарик из одинакового материала, то большой шарик приобретет скорость, значительно меньшую, чем маленький. При выстреле из ружья, пуля достигает значительно большей скорости, чем ружье или при выстреле из пушки, ядро приобретает значительно большую скорость, чем пушка.

 

 

 

 

Если толкнуть груженую и не груженую тележки с абсолютно одинаковым усилием, то груженая тележка наберет меньшую скорость.

Это означает, что груженая тележка более инертна. Существует количественная мера инертности тел. Эта мера называется массой. То есть, масса – это количественная мера инертности тел. Именно по скоростям, приобретенным после взаимодействия тел, можно судить о соотношении их масс. Если поместить перегнутую металлическую пластину между гружёной и негружёной тележками, а затем отпустить её, давая ей возможность распрямиться, то в результате взаимодействия пластины с тележками скорость груженой тележки составила 2 м/с, а скорость негруженой тележки – 4 м/с. Это значит, что масса груженой тележки вдвое больше массы не груженой.

Таким образом, соотношение масс тел обратно пропорционально соотношению приобретенных ими скоростей:

Массу обозначают латинской буквой m и в системе СИ её измеряют в килограммах (кг).

Что такое килограмм? Что принято за единицу массы?

Килограмм – это масса эталона, который изготовлен из сплава двух достаточно дорогих металлов: иридия и платины. Международный эталон килограмма хранится во Франции, в городе Севр, который находится рядом с Парижем. Именно в сравнении с этим эталоном и определяется масса тел. С данного эталона было снято более сорока точнейших копий и разослано в разные страны мира. В частности, копия номер двенадцать хранится в Санкт-Петербурге, в институте метрологии имени Д.И. Менделеева.

Все тела, окружающие нас имеют самую разную массу. Например, масса муравья во много раз меньше массы человека, в то же время, масса человека ничтожно мала по сравнению с массой Земли, а масса Земли, в свою очередь, очень мала по сравнению с массой Солнца и так далее.

Поэтому, на практике применяются различные единицы измерения массы. Например, одна тонна (т) равна тысяче килограммов. В тоннах целесообразно измерять массу вагона поезда. К внесистемной единице массы относится центнер (ц) – это сто килограммов. В центнерах иногда измеряют массу крупных животных. Также существует единица измерения, в тысячу раз меньше, чем килограмм – это грамм (г). Эти единицы измерения применяются к малым массам, например, к яблоку. Одна миллионная доля килограмма называется миллиграмм (мг). Такие единицы используются в случаях, когда речь идет о малых массах и при этом нужна высокая точность. Например, в миллиграммах можно измерить массу осадка или раствора.

Как же измеряют массу?

Массу измеряют с помощью весов. Весы бывают самые разные: транспортные, медицинские, аналитические, электронные и другие виды.

Например, электронными весами чаще всего пользуются в магазинах, то есть для взвешивания масс от нескольких десятков граммов до нескольких килограммов. Аналитические весы используют в тех случаях, когда нужна высокая точность: например, при измерении массы муравья. Также, высокая точность измерений нужна в химии: даже несколько десятых грамма того или иного вещества могут сыграть существенную роль, поэтому, такие весы измеряют массу с точностью до одной десятитысячной грамма. Поэтому, эти весы закрываются специальными задвижками, чтобы исключить погрешность измерений из-за колебаний воздуха.

При изучении физики в школах используют учебные весы. Прежде чем их использовать, необходимо убедиться в том, что чаши весов находятся в равновесии. После этого на одну из чаш (обычно, это чаша по левую руку от пользователя) нужно положить предмет, массу которого необходимо измерить. На другую чашу помещаются гирьки из специального набора. Цель данного измерения – это вновь заставить весы находиться в равновесии. После того, как это случилось, необходимо подсчитать суммарную массу гирек на чаше. Это и будет искомая масса. Пользоваться гирями и весами следует очень аккуратно. Гири нужно брать только специальным пинцетом (который входит в набор) и ставить гирьки на весы нужно плавно, а не бросать их – так можно испортить весы.

 

Упражнения.

Задача 1. Переведите следующие массы в килограммы:

а) 2,5 т; б) 10 г; в) 4 ц; г) 200 мг.

При решении задач важно помнить, как соотносится килограммам с предложенной единицей измерения массы. Поскольку тонна – это тысяча килограммов, две с половиной тонны – это две тысячи пятьсот килограммов. Грамм – это в тысячу раз меньше, чем килограмм, значит, десять граммов – в сто раз меньше, чем килограмм, то есть, десять граммов – это одна сотая килограмма. Центнер – это сто килограммов. Значит, четыре центнера – это четыреста килограммов. Двести миллиграммов – это ноль целых две десятитысячных килограмма, поскольку один миллиграмм – это миллионная доля килограмма.

 

Задача 2. Из неподвижной лодки прыгнул мальчик массой 45 кг. Скорость при прыжке мальчика составила 3 м/с, а лодка приобрела скорость 1,5 м/с. Какова масса этой лодки в центнерах?

Задача 3. Из пушки вылетает снаряд массой 52 кг. После выстрела пушка, масса которой составляет 0,5 т, откатилась назад со скоростью 14 км/ч. С какой скоростью из пушки вылетел снаряд?

Основные выводы по теме:

1. Масса – это количественная мера инертности.

2. Масса обозначается буквой m.

3. В системе СИ масса измеряется в килограммах (кг), но на практике используются и другие единицы измерения массы, такие как тонна, центнер, грамм, миллиграмм и другие.

4. Если до взаимодействия два тела неподвижны, то после взаимодействия верно следующее соотношение:

.

7.17. Плотность вещества

 

В данной теме будет говориться о новой физической величине – о плотности. В прошлой теме говорилось о такой физической величине, как масса. Масса – это количественная мера инертности тел. В системе СИ масса измеряется в килограммах (кг). Эталоном массы является цилиндр из сплава иридия и платины, масса которого принята равной одному килограмму. Известно, что масса тела зависит не только от его размеров, но и от вещества, из которого это тело состоит. Например, если изготовить цилиндр точно таких же размеров из алюминия, то его масса будет меньше массы эталона.

И наоборот, можно найти тела одинаковой массы, но это вовсе не будет означать, что их объемы будут равны.

Это объясняется тем, что разные вещества имеют разную плотность. То есть, в более плотном теле, в единице объёма находится больше частиц, чем в том же объеме менее плотного тела.

Плотность позволяет узнать, чему равна масса данного вещества объемом в один кубический метр. Например, 1 м³чугуна имеет массу 7 т (то есть, 7 кг). А 1 м³ древесины дуба имеет массу 7 ц (то есть, 700 кг).

Рассмотрим простой пример. Глыба льда имеет массу 1800 кг, а её объём составляет 2 м³. Можно ли, исходя из этих данных, найти плотность льда? Плотность показывает массу вещества объемом 1 м³. В условии задана масса льда объемом 2 м³. Значит, в 1 м³ содержится вдвое меньше, то есть 900 кг.

Итак, плотность – это физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму. Плотность обозначается греческой буквой r (ро).

Так как масса в системе СИ измеряется в кг, а объём – в м³, единицей измерения плотности в системе СИ является килограмм на метр кубический.

[r] = [кг/м³]

Иногда используют и другие единицы измерения – это грамм на сантиметр кубический (г/см³). Возникает вопрос, как перевести кг/м³ в г/см³. Известно, что в одном метре сто сантиметров. Это не означает, что кубический метр равен ста кубическим сантиметрам. Изобразим куб, длина, ширина и высота которого равны 1 м.

Из математики известно, как найти объем куба или прямоугольного параллелепипеда: необходимо длину умножить на ширину и умножить на высоту. То есть, объём нашего куба будет равен одному кубическому метру.

А теперь, заменим метры на сантиметры: таким образом, получается куб размером сто на сто на сто сантиметров. Если определить объем этого куба, то получится миллион кубических сантиметров.

Следовательно, один кубический сантиметр в миллион раз меньше кубического метра. Но килограмм в тысячу раз больше грамма. Таким образом, один грамм на сантиметр кубический равен тысяче килограммов на метр кубический.

Необходимо отметить, что плотность одного и того же вещества в разных агрегатных состояниях различна. Например, плотность ртути в твердом состоянии составляет 14 200 кг/м³, а в жидком – 13 600 кг/м³. А вот плотность паров ртути составляет менее 20 мг/м³.

Итак, в твердом состоянии вещества наиболее плотные, при переходе в жидкое состояние их плотность уменьшается, ну а при переходе в газообразное состояние плотность уменьшается в сотни и тысячи раз.

Исключение из этого правила – это вода. Плотность льда равна 900 кг/м³. Плотность воды составляет 1 000 кг/м³.

Это является одной из семи аномалий воды. Ознакомление с аномалиями воды происходит на уроках химии.

Приведем еще один интересный пример: это плотность планет Солнечной системы. Это Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун называют планетами-гигантами. Действительно, эти планеты в сотни раз превосходят размеры Земли. Но вот их плотность довольно мала, потому что они в основном состоят из водорода и гелия, находящихся в газообразном и жидком состоянии. Например, плотность Сатурна меньше плотности воды. Поэтому, если бы существовал достаточно большой океан, то Сатурн мог бы в нем плавать.

Другие четыре планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс называются планетами земной группы. Эти планеты состоят из твердых веществ, поэтому, их плотность в пять-шесть раз превышает плотность планет гигантов.

Различные вещества могут иметь самые различные плотности. В таблице указаны плотности для некоторых веществ в килограммах на метр кубический. Например, серебро имеет плотность более чем в два раза меньше, чем платина, а сталь почти втрое плотнее алюминия. Примечательно и то, что ртуть даже будучи в жидком состоянии, плотнее некоторых металлов в твердом состоянии. Следует отметить, что плотности газов в сотни, а чаще в тысячи раз меньше плотностей жидкостей и, тем более, твердых тел.

 

Упражнения.

Задача 1. Вы купили арбуз, масса которого равна 13 кг. Если объём арбуза равен 12 л, то какова его плотность?

Литр – это внесистемная единица объёма, равная одному кубическому дециметру (дм³). Используем тот же прием, что использовали при переводе кубических сантиметров в кубические метры. Изобразим куб со стороной один дм. Тогда его объём будет равен 1 дм³. Деци – это приставка, означающая в десять раз меньше, то есть дм – это 0,1 м. Таким образом, 1 дм³ – это 0,001 м³. Следовательно, 12 л – это 0,012 м³. Эта задача решается очень просто: вспомним формулу, по которой рассчитывается плотность. Плотность – это отношение массы к объёму. Масса и объём заданы по условию задачи. Просто подставляем числа в формулу.

То есть, плотность арбуза почти такая же, как и плотность воды.

Задача 2. В баллоне находится газ, плотность которого равна 1,25 кг/м³. Найдите объём баллона, если масса газа равна 8 г.

Задача 3. Известно, что плотность ртути, находящейся в термометре равна 13 600 кг/м³. Радиус трубки термометра равен 0,1 мм. После того, как температура увеличилась, плотность ртути составила 13 520 кг/м3. Изначально объём ртути был равен 0,5 см³. Зная, что объём цилиндра равен произведению площади основания и высоты V _ц = Sh, определите, насколько сантиметров поднялся уровень ртути в термометре.

Основные выводы:

1. Плотность – это величина, равная отношению массы тела к его объёму.

2. В системе СИ плотность измеряется в кг/м³, но на практике часто используются и другие единицы плотности – г/см³.

[r] = [кг/м³]

3. Внесистемная единица объёма: литр

1 м³ = 1000 л

 

7.23. Сила. Единицы силы

Человек часто упоминает слово «сила» в быту. В рамках данной темы речь будет идти о силе, как о физическом понятии. Давайте вспомним тему про взаимодействие тел. Прыгая из лодки, человек действуете на неё, но и лодка действует на человека. Мяч, ударяясь о стенку, действует на неё, и, в тоже время, стенка оказывает ответное воздействие на мяч. На подобных примерах можно убедится, что действие не может быть односторонним, то есть, все тела действуют друг на друга – взаимодействуют. Только взаимодействие тел может изменить их скорость – это был главный вывод из темы о взаимодействии тел. При изучении темы, посвященной массе тела, было показано, что чем больше масса тела, тем меньше меняется его скорость в результате взаимодействия. Например, чтобы сдвинуть с места тележку, необходимо затратить меньшее усилие, чем для того, чтобы сдвинуть с места автомобиль. Приведем другой пример: можно привести в движение шарик на пружине.

Чем сильнее на него воздействовать, тем больше сожмется пружина. После того, как рука перестанет действовать на шарик, пружина распрямится, и уже она будет являться телом, действующим на шарик.

Также, можно ударить теннисный мяч ракеткой, тем самым изменив направление его скорости. И чем сильнее ударить по мячу, тем большую скорость он приобретёт. Итак, что же такое сила? Силой в физике называется количественная мера взаимодействия тел. Поскольку, это количественная мера, у неё есть числовое значение, то есть, сила является физической величиной. Можно заметить, что существенное значение имеет то, как направлена сила. Поэтому, сила – это векторная величина. Действительно, если толкнуть тележку вправо, то она и поедет вправо. А если толкнуть влево, то она и поедет влево. То есть, изменение скорости зависит не только от значения силы, но и от её направления. Сила обозначается латинской буквой F, и над этой буквой ставится стрелочка, показывающая, что это векторная величина.

Вектор силы: .

Если же букву F написана без стрелочки над ней, то речь идет о модуле силы, то есть только о её числовом значении.

Модуль силы: F.

В системе СИ сила измеряется в ньютонах [Н], в честь знаменитого физика Исаака Ньютона.

[ F ] = [Н]

Именно Ньютон тщательнейшим образом изучал взаимодействие тел и внес огромный вклад в развитие физики в целом. Поскольку сила является причиной изменения скорости тела, заединицу силы принята такая сила, которая за 1 с изменяет скорость тела массой 1 кг на 1 м/с. Таким образом, 1 Н равен

1 Н = 1 кг×м/с²

Необходимо отметить, что сила характеризуется еще и точкой приложения. Приведем простой пример: если приложить горизонтально направленную силу к сидению стула, то стул просто сдвинется с места. А вот если приложить ту же силу к спинке стула, то он опрокинется. Другой пример: если ударить ногой по центру мяча, то он просто покатится в направлении удара, а вот если ударить ниже центра, то мяч полетит по воздуху.

На рисунках или чертежах силу, как и скорость, обозначают отрезком со стрелочкой. Началом отрезка всегда является точка приложения, а длина отрезка условно обозначает модуль силы (пропорционально другим силам на рисунке).

С ила может изменить не только скорость всего тела, но и отдельных его частей. Например, если мы сожмем пальцами маленький шарик, то при этом, не все частички шарика одинаково изменят скорость. Это приведет к изменению формы тела.

Такое изменение формы называют деформацией. Деформация может быть различной: это может быть растяжение или, наоборот, сжатие. А может быть изгиб или кручение.

Рассмотрим признаки действия какой-либо силы на тело. В первую очередь, это, конечно, изменение значения скорости: например, водитель автомобиля решил притормозить, чем вызвал изменение значения скорости. Также, признаком действия силы является изменение направления движения: в качестве примера можно привести отскок мяча от дерева. Два других признака относятся к деформации – это изменение размера или формы тела.

Упражнения.

Упражнение 1. На рисунке представлены два автомобиля: красный и зеленый. Красный автомобиль разгоняется, а зеленый – тормозит. Направления скоростей автомобилей обозначены на рисунке. Определите направление силы, действующей на каждый из автомобилей.

Скорости обоих автомобилей направлены в одну и ту же сторону. Только вот красный автомобиль разгоняется, значит, и сила, действующая на него, направлена в сторону направления движения (то есть, она помогает движению и ускоряет автомобиль). А зеленый автомобиль тормозит, значит, сила, направлена против движения (то есть, она мешает движению и замедляет автомобиль). Из этого примера вы должны извлечь то, что сила направлена не в сторону скорости, а в сторону изменения скорости.

Упражнение 2. На рисунке показаны две силы, равные по модулю, а также линейка. Сколько вариантов движения линейки мы можем получить, используя различные точки приложения?

Самый простой вариант – это тянуть линейку в одну сторону: вправо, влево, вверх или вниз. В этом случае, конечно, линейка будет двигаться прямолинейно. Можно приложить силы и так, что линейка останется неподвижной (ведь силы будут равны по значению, но противоположны по направлению). И, наконец, самое интересное: можно заставить линейку вращаться. Если приложить одну силу к левому концу линейки, а другую – к правому концу линейки, направив её в противоположную сторону, чем первую, то линейка начнет вращаться. На самом деле, конечно, вариантов движения можно создать бесконечное число, поскольку можно найти бесконечное число точек приложения сил на линейке. Но в этом упражнении были рассмотрены основные варианты.

Основные выводы:

1. Сила – это физическая величина, которая является количественной характеристикой взаимодействия тел или, говоря проще, сила – это мера взаимодействия тел.

2. Сила является векторной величиной и в системе СИ измеряется в ньютонах.

3. [ F ] = [Н]

4. Под действием силы, тело может либо изменить скорость, либо деформироваться.

5. Результат действия силы на тело зависит от её модуля, направления и точки приложения.

 

7.24. Явление тяготения. Сила тяжести

Еще на первых темах были приведены примеры падения тел на Землю. Мя