Чорне тіло Ми можемо розпочати розгляд деяких результатів, отриманих німецьким фізиком Густавом Робертом Кірхгофом. Кірхгоф народився 12 березня 1824 р. в Кенігсберзі, там же проходив навчання в університеті під керівництвом фізика Франца Неймана (1798-1895). У 1847 р. після

Запитання.

1. Як рухається тіло, якщо на нього не діють інші тіла?

Тіло рухається рівномірно і прямолінійно, або спочиває.

2. Тіло рухається прямолінійно і рівномірно. Чи змінюється його швидкість?

Якщо тіло рухається рівномірно і прямолінійно, його швидкість не змінюється.

3. Які погляди щодо стану спокою та руху тіл існували до початку XVII ст.?

До початку XVII століття панувала теорія Аристотеля, згідно з якою, якщо на нього не виявляється зовнішній вплив, то воно може лежати, а для того, щоб воно рухалося з постійною швидкістюна нього безперервно має діяти інше тіло.

4. Чим погляд Галілея, що стосується руху тіл, відрізняється від погляду Аристотеля?

Погляд Галілея, про рух тіл, відрізняється від погляду Аристотеля тим, що тіла можуть рухатися у відсутності зовнішніх сил.

5. Як проводився досвід, зображений на малюнку 19, і які висновки з нього випливають?

Хід досвіду. На візку, що рухається рівномірно і прямолінійно, щодо землі, знаходяться дві кульки. Одна кулька лежить на дні візка, а друга підвішена на нитці. Кульки перебувають у стані спокою щодо візка, тому що сили, що діють на них, врівноважені. При гальмуванні обидві кульки починають рухатися. Вони змінюють свою швидкість щодо візка, хоча на них не діють жодні сили. Висновок: Отже, в системі відліку, пов'язаної з візком, що гальмує, закон інерції не виконується.

6. Як читається перший закон Ньютона? (У сучасному формулюванні)?

Перший закон Ньютона у сучасному формулюванні: існують такі системи відліку, щодо яких тіла зберігають свою швидкість незмінною, якщо на них не діють інші тіла (сили) або дія цих тіл (сил) компенсована (рівно нулю).

7. Які системи відліку називаються інерційними, а які – неінерційними?

Системи відліку, у яких виконується закон інерції називаються інерційними, а яких не виконується - неінерційними.

Так можна. Це випливає із визначення інерційних систем відліку.

9. Чи інерційна система відліку, що рухається з прискоренням щодо будь-якої інерційної системи?

Ні, не інерційна.

Вправи.

1. На столі, в поїзді, що рівномірно і прямолінійно рухається, стоїть легкорухливий іграшковий автомобіль. При гальмуванні поїзда автомобіль без жодної зовнішньої дії покотився вперед, зберігаючи свою швидкість щодо землі.
Чи виконується закон інерції: а) у системі відліку, пов'язаної із землею; б) у системі відліку, пов'язаної з поїздом, під час його прямолінійного та рівномірного руху? Під час гальмування?
Чи можна в цьому випадку вважати інерційною систему відліку, пов'язану із землею? з поїздом?

а) Так, закон інерції виконується завжди, т.к. машинка продовжила рух щодо Землі; б) У разі рівномірного та прямолінійного руху поїзда закон інерції виконується (машинка нерухома), а при гальмуванні немає. Земля завжди є інерційною системою відліку, а поїзд лише за рівномірному і прямолінійному русі.

Ми відчуваємо це так, ніби нас вдавлює в підлогу, або так, ніби ми зависаємо в повітрі. Найкраще це можна відчути при їзді на американських гірках або ліфтах висотних будівель, які різко починають підйом і спуск.

Приклад:

Приклади збільшення ваги:

Коли ліфт різко починає рух вгору, люди, що знаходяться в ліфті, відчувають відчуття, ніби їх «вдавлює» в підлогу.

Коли ліфт різко зменшує швидкість руху вниз, тоді люди, що знаходяться в ліфті, через інерцію сильніше «втискаються» ногами в підлогу ліфта.

Коли на американських гірках проїжджають через нижню точку гірок, люди, що знаходяться в візку, відчувають відчуття, ніби їх «вдавлює» в сидіння.

Приклад:

Приклади зменшення ваги:

При швидкій їзді на велосипеді по невеликих пагорбах велосипедист на вершині пагорба відчуває відчуття легкості.

Коли ліфт різко починає рух вниз, люди, які знаходяться в ліфті, відчувають, що зменшується їх тиск на підлогу, виникає відчуття вільного падіння.

Коли на американських гірках проїжджають через найвищу точку гірок, люди, що знаходяться в візку, відчувають відчуття, ніби їх «підкидає» в повітря.

Коли на гойдалках розгойдуються до найвищої точки, відчувається, що на короткий момент тіло зависає в повітрі.

Зміна ваги пов'язана з інерцією – прагненням тіла зберігати свій початковий стан. Тому зміна ваги завжди протилежна прискоренню руху. Коли прискорення руху спрямоване нагору, вага тіла збільшується. Якщо ж прискорення руху спрямоване вниз, вага тіла зменшується.

На малюнку синіми стрілками зображено напрямок прискорення руху.

1) Якщо ліфт нерухомий або поступово рухається, то прискорення дорівнює нулю. У цьому випадку вага людини нормальна, вона дорівнює силітяжкості і визначається так: P = m ⋅ g .

2) Якщо ліфт рухається прискорено вгору або зменшує швидкість при русі вниз, то прискорення спрямоване вгору. В цьому випадку вага людини збільшується і визначається так: P = m ⋅ g + a.

3) Якщо ліфт рухається прискорено вниз або зменшує швидкість при русі вгору, то прискорення спрямоване вниз. У цьому випадку вага людини зменшується і визначається так: P = m ⋅ g − a .

4) Якщо людина знаходиться в об'єкті, що вільно падає, то прискорення руху спрямоване вниз і однаково з прискоренням вільного падіння: ( a = g\).

У цьому випадку вага людини дорівнює нулю: P = 0.

Приклад:

Дано: маса людини - (80 кг). Людина входить у ліфт, щоб піднятися нагору. Прискорення руху ліфта становить (7) м з 2 .

Кожен етап руху разом із показаннями вимірів наведено на рисунках нижче.

1) Ліфт стоїть на місці, і вага людини складає: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.

2) Ліфт починає рухатися вгору з прискоренням \(7\) м с 2 і вага людини збільшується: P = m ⋅ ga = 80 ⋅ 9,8 7 = 1334 Н.

3) Ліфт набрав швидкість і їде рівномірно, при цьому вага людини складає: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.

4) Ліфт під час руху вгору гальмує з негативним прискоренням (уповільненням) \(7\) м с 2 і вага людини зменшується: P = m ⋅ g − a = 80 ⋅ 9,8 − 7 = 224 Н.

5) Ліфт повністю зупинився, вага людини складає: P = m ⋅ g = 80 ⋅ 9,8 = 784 Н.

Крім картинок і прикладів завдання можна подивитися відео з експериментом, проведеним школярами, в якому показано, як змінюється вага тіла людини в ліфті. Під час експерименту школярі використовують ваги, в яких вага замість кілограмів одразу вказується в (ньютонах, Н). http://www.youtube.com/watch?v=D-GzuZjawNI.

Приклад:

Стан невагомості зустрічається у ситуаціях, коли людина знаходиться в об'єкті, що знаходиться у вільному падінні. Існують спеціальні літаки, які призначені для створення стану невагомості. Вони піднімаються на певну висоту, і після цього літак переводиться у вільне падіння протягом приблизно (30 секунд). Під час вільного падіння літака люди, що знаходяться в ньому, відчувають стан невагомості. Таку ситуацію можна переглянути на цьому відео.

Це векторна сума всіх сил, які діють тіло.

Велосипедист нахиляється у бік повороту. Сила тяжкості та сила реакції опори з боку землі дають рівнодіючу силу, що повідомляє доцентрове прискорення, необхідне для руху по колу

Взаємозв'язок із другим законом Ньютона

Згадаймо закон Ньютона:

Равнодіюча сила може дорівнювати нулю в тому випадку, коли одна сила компенсується іншою, такою ж силою, але протилежною за напрямом. І тут тіло перебуває у спокої чи рухається рівномірно.

Якщо рівнодіюча сила НЕ дорівнює нулю, тіло рухається рівноприскорено . Власне, саме ця сила є причиною нерівномірного руху. Напрямок рівнодіючої сили завждизбігається у напрямку з вектором прискорення.

Коли потрібно зобразити сили, що діють на тіло, при цьому тіло рухається рівноприскорено, значить у напрямку прискорення діюча сила довша за протилежну. Якщо тіло рухається рівномірно або довжина векторів сил спочиває однакова.

Знаходження рівнодіючої сили

Для того, щоб знайти рівнодіючу силу, необхідно: по-перше, правильно позначити всі сили, що діють на тіло; потім зобразити координатні осі, вибрати їх напрями; на третьому етапі необхідно визначити проекції векторів на осі; записати рівняння. Стисло: 1) позначити сили; 2) вибрати осі, їх напрями; 3) визначити проекції сил на осі; 4) записати рівняння.

Як записати рівняння? Якщо в деякому напрямку тіло рухається рівномірно або спочиває, то алгебраїчна сума(з урахуванням знаків) проекцій сил дорівнює нулю. Якщо у певному напрямку тіло рухається рівноприскорено, то алгебраїчна сума проекцій сил дорівнює добутку маси на прискорення, згідно з другим законом Ньютона.

Приклади

На тіло, що рухається рівномірно по горизонтальній поверхні, діють сила тяжіння, сила реакції опори, сила тертя і сила, під дією якої тіло рухається.

Позначимо сили, виберемо координатні осі

Знайдемо проекції

Записуємо рівняння

Тіло, яке притискають до вертикальної стінки, рівноприскорено рухається вниз. На тіло діють сила тяжіння, сила тертя, реакція опори та сила, з якою притискають тіло. Вектор прискорення спрямовано вертикально вниз. Равнодіюча сила спрямована вертикально вниз.

Тіло рівноприскорено рухається клином, нахил якого альфа. На тіло діє сила тяжіння, сила реакції опори, сила тертя.

Головне запам'ятати

1) Якщо тіло спочиває або рухається рівномірно, то сила, що діє, дорівнює нулю і прискорення дорівнює нулю;
2) Якщо тіло рухається рівноприскорено, значить сила, що діє, не нульова;
3) Напрямок вектора чинної сили завжди збігається з напрямом прискорення;
4) Вміти записувати рівняння проекцій сил, що діють на тіло

Блок – механічний пристрій, колесо, що обертається навколо своєї осі. Блоки можуть бути рухливимиі нерухомими.

Нерухомий блоквикористовується лише зміни напрями сили.

Тіла, пов'язані нерозтяжною ниткою, мають однакові за величиною прискорення.

Рухомий блокпризначений для зміни величини зусиль, що додаються. Якщо кінці мотузки, що охоплює блок, складають з горизонтом рівні між собою кути, то для підйому вантажу знадобиться сила вдвічі менша, ніж вага вантажу. Сила, що діє на вантаж, відноситься до його ваги, як радіус блоку до хорди дуги, обхопленої канатом.

Прискорення тіла А вдвічі менше прискорення тіла.

Фактично, будь-який блок є важіль, у разі нерухомого блоку - рівноплечий, у разі рухомого - із співвідношенням плеч 1 до 2. Як і для будь-якого іншого важеля, для блоку справедливо правило: у скільки разів виграємо у зусиллі, у стільки ж разів програємо на відстані

Також використовується система, що складається з комбінації кількох рухомих та нерухомих блоків. Така система називається поліспаст.