Урок № 11 Механічна взаємодія тіл. Сила. Види сил у механіці.

                                       

                                         Урок № 11

Тема. Механічна взаємодія тіл. Сила. Види сил у механіці.

Словник:
Сила

Гравітаційна сила

сила пружності

сила тертя

1. Взаємодія тіл.

    Спостереження свідчать, що тіла взаємодіють між собою. У чому виявляється ця взаємодія і чи завжди вона помітна?

   Штовхніть м’яч, який лежить на траві, - він зрушить з місця. Отже, у результаті дії на тіло його швидкість може змінюватися.

Штовхаючи м’яч, ви, напевно, відчули, що й м’яч теж «штовхнув» вашу ногу? Це – загальна закономірність: тіла завжди діють одне на одне, тобто взаємодіють.

    Спортсмен розтягує тятиву спортивного лука. У цьому випадку взаємодія руки й тятиви призводить до зміни форми тятиви, тобто її розмірів. Вантаж, підвішений до пружини, розтягує її, тобто тут також взаємодія тіл  викликає деформацію.

    При контакті взаємодіючих тіл починають рухатися окремі частини тіла, внаслідок чого обидва тіла деформуються.

    Деформація — це зміна форми або розмірів тіла.

    Отже, наші досліди та спостереження свідчать, що внаслідок взаємодії тіл може змінюватися їхня швидкість, а також тіла можуть деформуватися.

 Звідси випливає, що зміна швидкості тіла або його деформація можуть бути мірою дії на це тіло інших тіл.

2. Закон інерції.

   Тривалий час вважали, що якщо на тіло не діють інші тіла, воно може перебувати тільки в спокої.

    Давньогрецький учений Арістотель стверджував: щоб тіло рухалося, його необхідно увесь час «рухати».

    Італійський вчений Галілей помітив: коли куля котиться по похилій площині вниз, її швидкість збільшується. А коли куля котиться нагору, її швидкість зменшується. Галілей припустив: якщо куля котитиметься по горизонтальній площині, її швидкість повинна залишатися постійною. Поставивши нові досліди, учений виявив, що під час руху по горизонтальній площині куля все таки зупиняється.

    Галілей зрозумів, що причина сповільнення руху – тертя між кулею і площиною. Він зробив висновок: якби площина була ідеально рівною й строго горизонтальною, куля котилася б як завгодно довго. Це означало, що здатність до «збереження руху» властива самому тілу, а вплив інших тіл проявляється в тому, що швидкість даного тіла змінюється.

    Так Галілей відкрив перший закон механіки, який називають законом інерції: якщо на тіло не діють інші тіла, воно рухається зі сталою за модулем і напрямом швидкістю або зберігає стан спокою.                   

    Здатність тіла зберігати свою швидкість незмінною, якщо на нього не діють інші тіла, називають явищем інерції.

    3. Маса.

    За тієї самої дії швидкості різних тіл змінюються по-різному. Наприклад, той самий поштовх надає порожньому візку, що стоїть на столі, більшу швидкість, ніж навантаженому візку.

    Властивість тіла, що визначає, яку силу треба прикласти до тіла, щоб змінити його швидкість на певну величину за певний час, називають інертністю.

    Про тіло, яке при взаємодії менше змінює свою швидкість, говорять, що воно більш інертне, ніж друге із двох взаємодіючих тіл. Менш інертне те тіло, яке за час взаємодії більше змінює свою швидкість.

    Мірою інертності тіла є маса тіла.

Масу позначають звичайно буквою m.

Одиницею маси в СІ є кілограм (кг).

Використовують і похідні одиниці маси: 1 грам (г), що дорівнює 0,001 кг, а також 1 тонну (т), що дорівнює 1000 кг.

    Маси двох тіл можна порівняти, якщо виміряти, як змінюються їхні швидкості при взаємодії.

    Візьмемо два візки масами m₁ й m₂ .

На одному із них закріпимо пружину, зігнемо й зафіксуємо ниткою. Якщо нитку перепалити, то під дією пружини візки набувають швидкостей v₁ й v₂. За відношенням швидкостей візків можна порівняти відношення їхніх мас:

m₁/m₂ =v₂/v₁

    Таким чином, відношення мас тіл обернено пропорційно відношенню їхніх швидкостей.

    4. Сили.

    Взаємодію тіл описують за допомогою сил, що діють на тіло. Наприклад, коли м’яч лежить на долоні, з боку м’яча на долоню діє сила, напрямлена вниз, а на м’яч з боку долоні – сила, напрямлена вгору.

Сила :     F     [H]
характеризується
- числовим значенням;
- напрямом;
- точкою прикладання.

Сила – векторна фізична величина, яка є мірою взаємодії тіл.

У механіці вивчають взаємодії, зумовлені силами пружності, тяжіння і тертя.

На рисунках сили, так само як і інші векторні величини позначають стрілками. Початок стрілки збігається з точкою прикладання сили, напрям стрілки вказує напрям сили, а довжина пропорційна модулю сили.

Прилад для вимірювання сили називають динамометром.

5. Приклади дії сил.

Розглянемо тіло, що лежить на столі. На нього діють дві сили: з боку Землі – сила тяжіння , напрямлена вниз, і з боку стола – сила пружності, напрямлена вгору. Тіло перебуває в спокої тому, що ці сили врівноважують одна одну. Сила пружності напрямлена перпендикулярно до поверхні стола. Тому її називають силою нормальної реакції, бо перпендикуляр називають також нормаллю.

Якщо тіло лежить на похилій площині, на тіло діють три сили: сила тяжіння, сила нормальної реакції та сила тертя, напрямлена уздовж площини вгору. Оскільки тіло перебуває в спокої, ці три сили зрівноважують одна одну.

6. Додавання сил.

В тих випадках, коли розмірами тіла можна знехтувати, дію на тіло декількох сил можна замінити дією однієї сили, яку називають рівнодійною цих сил.

    Знаходження рівнодійної декількох сил називають складанням цих сил. Оскільки сили є векторними величинами, їх складають за правилом складання векторів. Розглянемо спочатку складання двох сил, що діють уздовж однієї прямої.

Якщо дві сили напрямлені однаково, їх рівнодійна спрямована так само, а модуль рівнодійної дорівнює сумі модулів сил-доданків.

Якщо дві не рівні за модулем сили спрямовані протилежно, їх рівнодійна спрямована як більша із цих сил, а модуль рівнодійної дорівнює різниці модулів  сил-доданків.

Якщо рівнодійна всіх сил, що діють на тіло, дорівнює нулю, говорять, що ці сили врівноважують (компенсують) одна одну.

 Урівноважувати одна одну можуть також сили, що діють на тіло, яке рухається. У такому випадку швидкість цього тіла залишається незмінною (за модулем і за напрямком).

1.Виберіть правильне твердження. Явище збереження швидкості тіла за відсутності дії на нього інших тіл називають…

А… механічним рухом;

Б … інерцією;

В …вільним падінням.

2.На тіло в горизонтальному напрямку діють дві сили – 10 Н і 20 Н. Зобразіть ці сили. Скільки варіантів ви можете зробити? Чому дорівнює рівнодійна цих сил?

3.Двоє хлопчиків везуть сани. Один штовхає сани позаду із силою 20 Н, а другий тягне їх за мотузку із силою 30 Н. Зобразіть діючі сили графічно, уважаючи, що вони спрямовані горизонтально.