Чотири типи сил існуючих у природі. Сили у природі. Сила реакції опори

Щоб зрозуміти, чи варто продовжувати писати короткі етюди, які пояснюють буквально на пальцях різні фізичні явищата процеси. Результат розвіяв мої сумніви. Продовжу. Але щоб підійти до досить складних явищ, доведеться робити окремі послідовні серії постів. Так, щоб дійти до розповіді про влаштування та еволюцію Сонця та інших типів зірок доведеться почати з опису типів взаємодії між елементарними частинками. Із цього й почнемо. Без формул.
Загалом у фізиці відомо чотири типи взаємодії. Добре знайомі всі гравітаційнеі електромагнітне. І майже невідомі широкому загалу сильнеі слабке. Опишемо їх послідовно.
Гравітаційна взаємодія . Людина знайома з нею з давніх-давен. Бо постійно перебуває у полі тяжкості Землі. А з шкільної фізикими знаємо, що сила гравітаційної взаємодії між тілами пропорційна добутку їх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Під впливом гравітаційної сили Місяць обертається навколо Землі, Земля та інші планети – навколо Сонця, а останнє разом із іншими зірками – навколо центру нашої Галактики.
Досить повільне зменшення сили гравітаційної взаємодії з відстанню (назад пропорційно квадрату відстані) змушує фізиків говорити про цю взаємодію як про далекодіючим. Крім того, сили гравітаційної взаємодії, що діють між тілами, є тільки силами тяжіння.
Електромагнітна взаємодія . У найпростішому випадку електростатичної взаємодії, як ми знаємо зі шкільної фізики, сила тяжіння чи відштовхування між електрично зарядженими частинками пропорційна добутку їх електричних зарядіві обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Що дуже схоже на закон гравітаційної взаємодії. Відмінність лише тому, що електричні заряди з однаковими знаками відштовхуються, і з різними - притягуються. Тому електромагнітну взаємодію, як і гравітаційну, фізики називають далекодіючим.
У той же час електромагнітна взаємодія складніша за гравітаційну. Зі шкільної фізики ми знаємо, що електричне поле створюється електричними зарядами, магнітних зарядів у природі не існує, а магнітне поле створюється електричними струмами.
Насправді електричне поле може створюватися ще й таким, що змінюється в часі магнітним полем, а магнітне поле - що змінюється у часі електричним полем. Остання обставина дає можливість існувати електромагнітному полю взагалі без електричних зарядів та струмів. І ця можливість реалізується у вигляді електромагнітних хвиль. Наприклад, радіохвиль та квантів світла.
Через однакову залежність від відстані електричних та гравітаційних сил природно спробувати порівняти їх інтенсивності. Так, для двох протонів сили гравітаційного тяжіння виявляються в 10 в 36-му ступені разів (мільярд мільярдів мільярдів мільярдів разів) слабші від сил електростатичного відштовхування. Тому у фізиці мікросвіту гравітаційною взаємодією цілком обґрунтовано можна нехтувати.
Сильна взаємодія . Це - близькісили. У тому сенсі, що вони діють на відстанях лише порядку одного фемтометра (однієї трильйонної частини міліметра), а на великих відстанях їх вплив практично не відчувається. Більше того, на відстанях порядку одного фемтометра сильна взаємодія приблизно в сотню разів інтенсивніша за електромагнітний.
Саме тому однаково електрично заряджені протони в атомному ядрі не відштовхуються один від одного електростатичними силами, а утримуються разом сильною взаємодією. Оскільки розміри протона та нейтрона становлять близько одного фемтометра.
Слабка взаємодія . Воно справді дуже слабке. По-перше, воно діє на відстанях у тисячу разів менших за один фемтометр. А на великих відстанях мало відчувається. Тому воно, як і сильне, належить до класу близькодіючих. По-друге, його інтенсивність приблизно в сотню мільярдів разів менша за інтенсивність електромагнітної взаємодії. Слабка взаємодія відповідає за деякі розпади елементарних частинок. У тому числі – вільних нейтронів.
Існує лише один тип частинок, які взаємодіють із речовиною лише через слабку взаємодію. Це – нейтрино. Через кожен квадратний сантиметр нашої шкіри щомиті проходить майже сотня мільярдів сонячних нейтрино. І ми їх зовсім не помічаємо. У тому сенсі, що за час нашого життя навряд чи кілька штук нейтрино провзаємодіє з речовиною нашого тіла.
Говорити ж про теорії, що описують всі ці типи взаємодій, не будемо. Бо для нас важлива якісна картина світу, а не вишукування теоретиків.

Яка характеризує міру, з якою на тіло впливають інші тіла чи поля, називається силою. Відповідно до другого прискорення, яке отримує тіло, прямо пропорційно чинній нею силі. Відповідно, щоб змінити швидкість тіла, необхідно впливати на нього силою. Тому вірним є твердження про те, що сили в природі є джерелом будь-якого руху.

Інерційні системи відліку

Сили у природі є векторними величинами, тобто вони мають модуль та напрямок. Дві сили можуть вважатися однаковими лише тоді, коли рівні їх модулі, які напрями збігаються.

Якщо на тіло не діють сили, а також у тому випадку, коли геометрична сума сил, що впливають на дане тіло (ця сума часто називається рівнодіючою всіх сил), дорівнює нулю, то тіло залишається в стані спокою, або продовжує рух в одному напрямку з постійною швидкістю(тобто рухається за інерцією). Це вираз справедливо для інерційних систем відліку. Існування таких систем постулюється першим законом Ньютона. У природі таких систем немає, але вони є зручною Проте часто при вирішенні практичних завдань систему відліку, пов'язану з Землею, можна вважати інерційною.

Земля - інерційна і не інерційна системавідліку

Зокрема при будівельних роботахПри розрахунку руху автомобілів і плавального транспорту припущення про те, що Земля - інерційна система відліку, цілком достатньо, щоб з необхідною для практичного вирішення завдань точністю описати діючі сили.

У природі також є завдання, що не допускають такого припущення. Зокрема, це стосується космічних проектів. При старті ракети суворо нагору вона внаслідок обертання Землі здійснює видимий рух не тільки вздовж вертикалі, а й у горизонтальному напрямку проти обертання Землі. У цьому вся русі проявляється неінерціальність системи відліку, що з нашої планетою.

Фізично на ракету не діють сили, що її відхиляють. Тим не менш, для опису руху ракети зручно використовувати ці сили не існують фізично, але припущення про їх існування дозволяє уявити неінерційну систему інерційною. Іншими словами, при розрахунках траєкторії ракети вважають, що система відліку "Земля" є інерційною, але при цьому на ракету діє певна сила в горизонтальному напрямку. Ця сила називається сила Коріоліса. У природі її вплив стає помітним, коли йдеться про тіла, що рухаються на деякій висоті щодо нашої планети протягом досить великого часу або з великою швидкістю. Так, її враховують, як описуючи рух ракет і супутників, а й під час розрахунків руху артилерійських снарядів, літаків тощо.

Природа взаємодій

Усі сили в природі за характером свого походження відносяться до чотирьох фундаментальних гравітаційних, слабких і сильних). У макросвіті помітним є лише вплив гравітації та електромагнітних сил. Слабкі та сильні взаємодії впливають на процеси, що відбуваються всередині атомних ядерта субатомних частинок.

Найпоширенішим прикладом гравітаційної взаємодії є Це сила, з якою Земля діє навколишні тіла.

Електромагнітні сили, крім очевидних прикладів, включають всі пружні, пов'язані з тиском взаємодії, які тіла надають один на одного. Відповідно, така сила природи, як вага (сила, з якою тіло діє підвіс чи опору), має електромагнітну природу.

МОУ Дмитрівська ЗОШ

Урок з фізики в 11 класі на тему: "Сили в природі"

Колупаєв Володимир Григорович

вчитель фізики

2015

Метоюуроку є розширення програмного матеріалу на тему: “Сили у природі ” і вдосконалення практичних навичок і умінь у вирішенні завдань ЄДІ.

Завдання уроку:

закріпити вивчений матеріал,

сформувати в учнів уявлення про сили взагалі і про кожну силу окремо,

грамотно застосовувати формули і правильно будувати креслення під час вирішення завдань.

Урок супроводжується мультимедіа презентацією.

I. Силоюназивається векторна величина, яка є причиною будь-якого руху як наслідок взаємодій тіл. Взаємодії бувають контактні, що викликають деформації, та безконтактні. Деформація - це зміна форми тіла або окремих його частин у результаті взаємодії.

У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиниця сили називається Ньютон(Н). 1 Н дорівнює силі, що надає еталонному тілу масою 1 кг прискорення 1 м/с 2 у напрямі дії сили. Прилад вимірювання сили – динамометр.

Дія сили на тіло залежить від:

Величини сили, що додається;

Точки застосування сили;

Напрямки дії сили.

За своєю сили бувають гравітаційні, електромагнітні, слабкі та сильні взаємодії на польовому рівні. До гравітаційним силамвідносяться сила тяжіння, вага тіла, сила тяжіння. До електромагнітним силамвідносяться сила пружності та сила тертя. До взаємодій на польовому рівні можна віднести такі сили, як: сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца.

Розглянемо пропоновані сили.

Сила тяжіння.

Сила тяжіння визначається із закону Всесвітнього тяжіння і виникає на підставі гравітаційних взаємодій тіл, оскільки будь-яке тіло, що має масу, має гравітаційне поле. Два тіла взаємодіють із силами рівними за величиною і протилежно спрямованими, прямо пропорційними добутку мас і обернено пропорційними квадрату відстані між їхніми центрами.

G = 6,67. 10 -11 - гравітаційна стала, визначена Кавендішем.

Рис.1

Одним із проявів сили всесвітнього тяжінняє сила тяжіння, причому прискорення вільного падінняможна визначити за формулою:

Де: М – маса Землі, R з – радіус Землі.

Сила тяжіння.

Сила, з якою Земля притягує все тіла, називається силою тяжкості. Позначається - F тяж, прикладена до центру тяжіння, спрямована по радіусу до центру Землі, визначається за формулою F тяж = mg.

Де: m – маса тіла; g – прискорення вільного падіння (g=9,8м/с2).

Вага тіла.

Сила, з якою тіло діє на горизонтальну опору або вертикальний підвіс, внаслідок земного тяжіння називається вагою. Позначається - Р, прикладена до опори чи підвісу під центром тяжіння, спрямована вниз.

Рис.2

Якщо тіло спочиває, то можна стверджувати, що вага дорівнює силі тяжкості та визначається за формулою Р = mg.

Якщо тіло рухається з прискоренням догори, то тіло зазнає перевантаження. Вага визначається за формулою Р = m(g + a).

Рис.3

Вага тіла приблизно вдвічі перевищує за модулем силу тяжіння (дворазове навантаження).

Якщо тіло рухається з прискоренням вниз, тіло може відчувати невагомість у перші секунди руху. Вага визначається за формулою Р = m(g – a).

Рис. 4

Сила тертя.

Сила, що виникає при русі одного тіла по поверхні іншого, спрямована у бік протилежного руху називається силою тертя.

Рис.5

Точка докладання сили тертя під центром тяжіння, у бік протилежну руху вздовж дотичних поверхонь. Сила тертя ділиться на силу тертя спокою, силу тертя кочення, силу тертя ковзання. Сила тертя спокою це сила, що перешкоджає виникненню руху одного тіла поверхнею іншого. Під час ходьби сила тертя спокою, що діє на підошву, повідомляє людині прискорення. При ковзанні зв'язку між атомами спочатку нерухомих тіл, розриваються, тертя зменшується. Сила тертя ковзання залежить від відносної швидкості руху тіл, що стикаються. Тертя кочення набагато менше тертя ковзання.

Рис.6

Сила тертя визначається за такою формулою:

F = µN

Де: µ - коефіцієнт тертя безрозмірна величина, залежить від характеру обробки поверхні та від поєднання матеріалів дотичних тіл (сили тяжіння окремих атомів) різних речовиністотно залежать від них електричних властивостей);

N – сила реакції опори - це сила пружності, що у поверхні під впливом ваги тіла.

Для горизонтальної поверхні: F тр = µmg

При русі твердого тілау рідині чи газі виникає сила в'язкого тертя. Сила в'язкого тертя значно менша за силу сухого тертя. Вона також спрямована у бік, протилежний відносній швидкості тіла. При в'язкому терті немає тертя спокою. Сила в'язкого тертя залежить від швидкості тіла.

Сила пружності.

При деформації тіла виникає сила, яка прагне відновити колишні розміри та форму тіла. Її називають силою пружності.

Найпростішим видом деформації є деформація розтягування чи стиснення.

Рис. 7

При малих деформаціях (| x |<< l) сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации: F упр =kх

Це співвідношення висловлює експериментально встановлений закон Гука: сила пружності прямо пропорційна до зміни довжини тіла.

Де: k - коефіцієнт жорсткості тіла, що вимірюється в ньютонах на метр (Н/м). Коефіцієнт жорсткості залежить від форми та розмірів тіла, а також від матеріалу.

У фізиці закон Гука для деформації розтягування або стиснення прийнято записувати в іншій формі:

Де: - Відносна деформація; Е – модуль Юнга, який залежить лише від властивостей матеріалу та не залежить від розмірів та форми тіла. Для різних матеріалів модуль Юнг змінюється в широких межах. Для сталі, наприклад, E2·10 11 Н/м 2 а для гуми E2·10 6 Н/м 2 ; - Механічна напруга.

При деформації вигину F упр = - mg та F упр = - Kx.

мал.8

Отже, можна знайти коефіцієнт жорсткості:

k =

У техніці часто використовуються спіралеподібні пружини. При розтягуванні або стиску пружин виникають пружні сили, які також підпорядковуються закону Гука, виникають деформації кручення та вигину.

Рис. 9

4. Рівночинна сила.

Рівночинною називається сила, яка замінює дії кількох сил. Ця сила застосовується при розв'язанні задач з використанням кількох сил.

Рис.10

На тіло діють сила тяжкості та сила реакції опори. Равнодіюча сила в даному випадку знаходиться за правилом паралелограма і визначається за формулою

На підставі визначення рівнодіючої, можна інтерпретувати другий закон Ньютона як: рівнодіюча сила дорівнює добутку прискорення тіла на його масу.

R = ma

Рівнодіюча двох сил, що діють уздовж однієї прямої в одну сторону, дорівнює сумі модулів цих сил і спрямована у бік дії цих сил. Якщо сили діють вздовж однієї прямої, але у різні сторони, то рівнодіюча сила дорівнює різниці модулів діючих сил і спрямована у бік дії більшої сили.

Сила Архімеда.

Сила Архімеда - це сила, що виштовхує, що виникає в рідині або газі і діє протилежно силі тяжкості.

Закон Архімеда: на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, що дорівнює ваги витісненої рідини

F A = mg = Vg

Де: - Щільність рідини або газу; V – об'єм зануреної частини тіла; g – прискорення вільного падіння.

Рис.11

Центробіжна сила.

Відцентрова сила виникає під час руху по колу і спрямована по радіусу з центру.

Де: v -лінійна швидкість; r – радіус кола.

Рис.12

Сила Кулону.

У механіці Ньютона використовується поняття гравітаційної маси, подібно до цього в електродинаміці первинним є поняття електричного заряду. Електричний заряд - це фізична величина, що характеризує властивість частинок або тіл вступати в електромагнітні силові взаємодії. Заряди взаємодіють із силою Кулону.

Де: q 1 і q 2 – заряди, що взаємодіють, що вимірюються в Кл (Кулонах);

r – відстань між зарядами; k – коефіцієнт пропорційності.

k=9 . 10 9 (Н . м 2)/Кл 2

Часто його записують у вигляді: де - електрична постійна, рівна 8,85 . 10 12 Кл 2/(Н . м 2).

Рис.13

Сили взаємодії підпорядковуються третьому закону Ньютона: F 1 = - F 2 . Вони є силами відштовхування за однакових знаків зарядів і силами тяжіння за різних знаків.

Якщо заряджене тіло взаємодіє одночасно з декількома зарядженими тілами, то результуюча сила, що діє на тіло, дорівнює векторній сумі сил, що діють на це тіло з боку інших заряджених тіл.

Рис.14

Сила Ампера.

На провідник зі струмом у магнітному полі діє сила Ампера.

F А = IBlsin

Де: I – сила струму у провіднику; В – магнітна індукція; l – довжина провідника; – кут між напрямком провідника та напрямком вектора магнітної індукції.

Напрямок цієї сили можна визначити за правилом лівої руки.

Якщо ліву руку слід розташувати таким чином, щоб лінії магнітної індукції входили в долоню, витягнуті чотири пальці спрямовані вздовж дії струму, то відігнутий великий палець вказує напрямок сили Ампера.

Рис. 15

Сила Лоренця.

Сила, з якою електромагнітне поле діє будь-яке, що у ньому заряджене тіло, називається силою Лоренца.

F = qvBsin

Рис. 16

Де: q – величина заряду; v – швидкість руху зарядженої частки; В – магнітна індукція; – кут між векторами швидкості та магнітної індукції.

Напрямок сили Лоренца можна визначити за правилом лівої руки.

На закінчення уроку надається можливість учням заповнити таблицю.

Перегляд фрагмента (інтерактивні моделі з фізики)

II. Вирішення завдань ЄДІ

1. Дві планети з однаковими масами звертаються за круговими орбітами навколо зірки. Для першої їх сила тяжіння до зірки вчетверо більше, ніж другий. Яке відношення радіусів орбіт першої та другої планет?

1)
2)
3)
4)

Рішення.
За законом Всесвітнього тяжіння сила тяжіння планети до зірки обернено пропорційна квадрату радіуса орбіти. Таким чином, в силу рівності мас планет () відношення сил тяжіння до зірки першої та другої планет обернено пропорційно відношенню квадратів радіусів орбіт:

За умовою, сила тяжіння для першої планети до зірки в 4 рази більша, ніж для другої: отже,

2. Під час виступу гімнастка відштовхується від трампліну (етап 1), робить сальто повітря (етап 2) і приземляється на ноги (етап 3). На якому етапі руху гімнастка може відчувати стан, близький до невагомості?

1) лише на 2 етапі
2) тільки на 1 та 2 етапах
3) на 1, 2 та 3 етапах
4) на жодному з перерахованих етапів

Рішення.
Вага - це сила, з якою тіло тисне на опору чи розтягує підвіс. Стан невагомості у тому, що з тіла відсутня вага, у своїй сила тяжкості нікуди не пропадає. Коли гімнастка відштовхується від трампліну, вона давить на нього. Коли гімнастка приземляється на ноги, вона тисне на землю. Трамплін і земля грають роль опори, тому на етапах 1 і 3 вона не перебуває в стані, близькому до невагомості. Навпаки, під час польоту (етап 2) у гімнастки просто відсутня опора, якщо знехтувати опором повітря. Якщо немає опори, то немає і ваги, а значить, гімнастка справді відчуває стан, близький до невагомості.

3. Тіло підвішене на двох нитках і знаходиться у рівновазі. Кут між нитками дорівнює , а сили натягу ниток рівні 3 H і 4 H. Чому дорівнює сила тяжіння, що діє на тіло?

1) 1 H
2) 5 H
3) 7 H
4) 25 H

Рішення.
Усього на тіло діє три сили: сила тяжіння та сили натягу двох ниток. Оскільки тіло знаходиться в рівновазі, рівнодіюча всіх трьох сил повинна дорівнювати нулю, а значить, модуль сили тяжіння дорівнює

Правильна відповідь: 2.

4.На рисунку представлені три вектори сил, що лежать в одній площині та додаються до однієї точки.

1) 0 H
2) 5 H
3) 10 H
4) 12 H

Рішення.
З малюнка видно, що рівнодіюча сил і збігається з вектором сили Отже, модуль рівнодіючої всіх трьох сил дорівнює

Використовуючи масштаб малюнка, знаходимо остаточну відповідь

Правильна відповідь: 3.

5. Як рухається матеріальна точка при рівності нулю суми всіх сил, що діють на неї? Яке твердження вірне?

1) швидкість матеріальної точки обов'язково дорівнює нулю
2) швидкість матеріальної точки зменшується з часом
3) швидкість матеріальної точки постійна і обов'язково не дорівнює нулю
4) швидкість матеріальної точки може бути будь-якою, але обов'язково постійною у часі

Рішення.
Згідно з другим законом Ньютона, в інерційній системі відліку прискорення тіла пропорційно рівнодіє всіх сил. Оскільки, за умовою, сума сил, що діють на тіло, дорівнює нулю, прискорення тіла також дорівнює нулю, а значить, швидкість тіла може бути будь-якою, але обов'язково постійною в часі.
Правильна відповідь: 4.

6. На брусок масою 5 кг, що рухається горизонтальною поверхнею, діє сила тертя ковзання 20 Н. Чому дорівнюватиме сила тертя ковзання після зменшення маси тіла в 2 рази, якщо коефіцієнт тертя не зміниться?

1) 5 Н
2) 10 Н
3) 20 Н
4) 40 Н

Рішення.
Сила тертя ковзання пов'язана з коефіцієнтом тертя та силою реакції опори співвідношенням. Для бруска, що рухається горизонтальною поверхнею, за другим законом Ньютона, .

Таким чином, сила тертя ковзання пропорційна добутку коефіцієнта тертя та маси бруска. Якщо коефіцієнт тертя не зміниться, то після зменшення маси тіла в 2 рази сила тертя ковзання також зменшиться в 2 рази і виявиться рівною

Правильна відповідь: 2.

III. Підбиття підсумку, оцінювання.

IV. Д/з:

На малюнку представлено три вектори сил, що лежать в одній площині та прикладені до однієї точки.

Масштаб малюнка такий, що сторона одного квадрата сітки відповідає модулю сили 1 H. Визначте модуль вектора рівнодіючої трьох векторів сил.

На графіку показано залежність сили тяжіння від маси тіла для певної планети.

Чому рівне прискорення вільного падіння на цій планеті?

Інтернет-ресурс: 1.

Література:

М.Ю.Демідова, І.І.Нурмінський "ЄДІ 2009"

В.А.Касьянов “Фізика. Профільний рівень”

У природі існує багато різних видів сил: тяжіння, тяжкості, Лоренца, Ампера, взаємодії нерухомих зарядів і т.д., але вони в кінцевому рахунку зводяться до невеликого числа фундаментальних (основних) взаємодій. Сучасна фізика вважає, що існує в природі лише чотири види сил або чотири види взаємодій:

1) гравітаційна взаємодія (здійснюється через гравітаційні поля);

2) електромагнітна взаємодія (здійснюється через електромагнітні поля);

3) ядерне (або сильне) (забезпечує зв'язок частинок в ядрі);

4) слабке (відповідає процеси розпаду елементарних частинок).

В рамках класичної механіки мають справу з гравітаційними та електромагнітними силами, а також з пружними силами та силами тертя.

Гравітаційні сили(сили тяжіння) – це сили тяжіння, які підпорядковуються закону всесвітнього тяжіння. Будь-які два тіла притягуються один до одного з силою, модуль якої прямо пропорційний добутку їх мас і обернено пропорційний квадрату відстані між ними:

де = 6,67 × 10 -11 Н × м 2 / кг 2 - гравітаційна постійна.

Сила тяжіння- Сила, з якою тіло притягується Землею. Під дією сили тяжіння до Землі всі тіла падають з однаковим щодо Землі прискоренням , званим прискоренням вільного падіння. За другим законом Ньютона, на всяке тіло діє сила , що називається силою тяжіння. Вона додана до центру тяжкості.

Вага–змула, з якої тіло, притягуючись до Землі, діє на підвіс чи опору . На відміну від сили тяжіння, що є гравітаційною силою, що додається до тіла, вага – це пружна сила, що додається до опори або підвісу. Сила тяжкості дорівнює вазі лише у тому випадку, коли опора чи підвіс нерухомі щодо Землі. По модулю вага може бути як більшою, так і меншою за силу тяжкості . У разі прискореного руху опори (наприклад, ліфта, що везе вантаж) рівняння руху (з урахуванням того, що сила реакції опори дорівнює за величиною вагою, але має протилежний знак ): Þ . Якщо рух відбувається вгору , вниз: .

При вільному падінні тіла його вага дорівнює нулю, тобто. воно перебуває в стані невагомості.

Сили пружностівиникають у результаті взаємодії тіл, що супроводжується їхньою деформацією. Пружна (квазіпружна) сила пропорційна зсуву частки з положення рівноваги і спрямована до положення рівноваги:

Сили тертявиникають завдяки існуванню сил взаємодії між молекулами і атомами тіл, що стикаються. Сили терню: а) виникають при зіткненні двох тіл, що рухаються; б) діють паралельно дотику поверхні; г) спрямовані проти руху тіла.

Тертя між поверхнями твердих тіл за відсутності будь-якого прошарку або мастила називається сухим. Тертя між твердим тілом і рідким або газоподібним середовищем, а також між шарами такого середовища називається в'язкимабо рідким.Розрізняють три види сухого тертя: тертя спокою, тертя ковзання та тертя кочення.

Сила тертя спокою– це сила, що діє між дотичними тілами, які перебувають у стані спокою. Вона дорівнює за величиною і протилежно спрямована силі, що спонукає тіло до руху: ; , де m - Коефіцієнт тертя.

Сила тертя ковзання виникає при ковзанні одного тіла поверхнею іншого: і спрямована по дотичній до поверхонь, що труться, у бік, протилежну руху даного тіла щодо іншого. Коефіцієнт тертя ковзання залежить від матеріалу тіл, стану поверхонь та від відносної швидкості руху тіл.

При коченні тіла по поверхні іншого виникає сила тертя коченняяка перешкоджає коченню тіла. Сила тертя кочення при тих же матеріалах дотичних тіл завжди менше сили тертя ковзання. Цим користуються практично, замінюючи підшипники ковзання кульковими чи роликовими підшипниками.

Пружні сили та сили тертя визначаються характером взаємодії між молекулами речовини, що має електромагнітне походження, отже вони за своєю природою мають електромагнітні походження. Гравітаційні та електромагнітні сили є фундаментальними – їх не можна звести до інших, простіших сил. Пружні сили та сили тертя не є фундаментальними. Фундаментальні взаємодії відрізняються простотою та точністю законів.

Розділи: Фізика

Метоюуроку є розширення програмного матеріалу на тему: “Сили у природі ” і вдосконалення практичних навичок і умінь у вирішенні завдань.

Завдання уроку:

закріпити вивчений матеріал,
сформувати в учнів уявлення про сили взагалі і про кожну силу окремо,
грамотно застосовувати формули і правильно будувати креслення під час вирішення завдань.

Урок супроводжується мультимедіа презентацією.

Силоюназивається векторна величина, яка є причиною будь-якого руху як наслідок взаємодій тіл. Взаємодії бувають контактні, що викликають деформації, та безконтактні. Деформація - це зміна форми тіла або окремих його частин у результаті взаємодії.

У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиниця сили називається Ньютон (Н). 1 Н дорівнює силі, що надає еталонному тілу масою 1 кг, прискорення 1 м/с 2 у напрямку дії сили. Прилад вимірювання сили – динамометр.

Дія сили на тіло залежить від:

Величини сили, що додається;
Точки застосування сили;
Напрямки дії сили.

За своєю сили бувають гравітаційні, електромагнітні, слабкі та сильні взаємодії на польовому рівні. До гравітаційних сил відносяться сила тяжіння, вага тіла, сила тяжіння. До електромагнітних сил відносяться сила пружності та сила тертя. До взаємодій на польовому рівні можна віднести такі сили, як: сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца.

Розглянемо пропоновані сили.

Сила тяжіння.

G = 6,67. 10 -11 - гравітаційна стала, визначена Кавендішем.

Одним із проявів сили всесвітнього тяжіння є сила тяжіння, причому прискорення вільного падіння можна визначити за формулою:

Де: М – маса Землі, R з – радіус Землі.

Завдання: Визначте силу, з якою притягуються один до одного два кораблі масою по 10 7 кг кожен, що знаходяться на відстані 500 м один від одного.

Від чого залежить сила тяжіння?
Як запишеться формула сили тяжіння, що діє на висоті від поверхні Землі?
Як було виміряно гравітаційну постійну?

Сила тяжіння.

Де: m – маса тіла; g – прискорення вільного падіння (g=9,8м/с2).

Завдання: сила тяжкості лежить на поверхні Землі становить 10Н. Чому вона дорівнюватиме на висоті, що дорівнює радіусу Землі (6 . 10 6 м)?

У яких одиницях вимірюється коефіцієнт g?
Відомо, що земля не куля. Вона плеската біля полюсів. Чи однакова буде сила тяжкості одного і того ж тіла на полюсі та екваторі?
Як визначити центр тяжкості тіла правильної та неправильної геометричної форми?

Вага тіла.

Якщо тіло спочиває, то можна стверджувати, що вага дорівнює силі тяжкості та визначається за формулою Р = mg.

Вага тіла приблизно вдвічі перевищує за модулем силу тяжіння (дворазове навантаження).

Завдання: ліфт масою 80 кг.

Поступово;

піднімається із прискоренням 4,9 м/с 2 вгору;
спускається вниз з таким самим прискоренням.
визначити вагу ліфта у всіх трьох випадках.

Чим вага відрізняється від сили тяжіння?
Як знайти точку застосування ваги?
Що таке навантаження та невагомість?

Сила тертя.

Точка докладання сили тертя під центром тяжіння, у бік протилежну руху вздовж дотичних поверхонь. Сила тертя ділиться на силу тертя спокою, силу тертя кочення, силу тертя ковзання. Сила тертя спокою це сила, що перешкоджає виникненню руху одного тіла поверхнею іншого. Під час ходьби сила тертя спокою, що діє на підошву, повідомляє людині прискорення. При ковзанні зв'язку між атомами спочатку нерухомих тіл розриваються, тертя зменшується. Сила тертя ковзання залежить від відносної швидкості руху тіл, що стикаються. Тертя кочення набагато менше тертя ковзання.

Сила тертя визначається за такою формулою:

Де: µ - коефіцієнт тертя безрозмірна величина, залежить від характеру обробки поверхні та від поєднання матеріалів дотичних тіл (сили тяжіння окремих атомів різних речовин істотно залежать від їх електричних властивостей);

N – сила реакції опори - це сила пружності, що у поверхні під впливом ваги тіла.

Для горизонтальної поверхні: F тр = µmg

При русі твердого тіла рідини чи газі виникає сила в'язкого тертя. Сила в'язкого тертя значно менша за силу сухого тертя. Вона також спрямована у бік, протилежний відносній швидкості тіла. При в'язкому терті немає тертя спокою. Сила в'язкого тертя залежить від швидкості тіла.

Задача: Собача упряжка починає тягнути сани, що стоять на снігу, масою 100кг з постійною силою 149Н. За який проміжок часу сани проїдуть перші 200м шляху, якщо коефіцієнт тертя ковзання полозів сніг 0,05?

За якої умови виникає тертя?
Від чого залежить сила тертя ковзання?
Коли тертя буває "корисним", а коли "шкідливим"?

Сила пружності.

Найпростішим видом деформації є деформація розтягування чи стиснення.

У фізиці закон Гука для деформації розтягування або стиснення прийнято записувати в іншій формі:

При деформації вигину F упр = - mg та F упр = - Kx.

Отже, можна знайти коефіцієнт жорсткості:

Завдання: Пружину дитячого пістолета стиснули на 3 см. Визначте силу пружності, що виникла в ній, якщо жорсткість пружини дорівнює 700 Н/м.

Від чого залежить жорсткість тіл?
Чи пояснити причину виникнення сили пружності?
Від чого залежить величина сили пружності?

4. Рівночинна сила.

Завдання: похила площина, що утворює кут 30, має довжину 25м. тіло, рухаючись рівноприскорено, сковзнуло з цієї площини за 2с. Визначити коефіцієнт тертя.

Сила Архімеда.

Сила Архімеда - це сила, що виштовхує, що виникає в рідині або газі і діє протилежно силі тяжкості.

Де: - Щільність рідини або газу; V – об'єм зануреної частини тіла; g – прискорення вільного падіння.

Завдання: Чавунний шар об'ємом 1дм 3 опустили в рідину. Його вага зменшилася на 8,9Н. В якій рідині знаходиться куля?

Які умови плавання тіл?
Чи залежить сила Архімеда від густини тіла, зануреного в рідину?
Як спрямована сила Архімеда?

Центробіжна сила.