Физика

Урок 7: Силы в природе. Часть 3

Силы в природе. Часть 3

Бывая в магазине, часто можно услышать фразу: «Вес вашей покупки 2 кг». Но ведь в килограммах измеряется масса. Что же такое вес? И не странно ли услышать в магазине: «Я хочу купить у вас конфеты массой 300 г»? В данном уроке мы разберём что такое вес, невесомость, сила трения, и сколько всего сил в природе.
slide6

                 Именная карта банка для детей 
                 с крутым дизайном, +200 бонусов

Перейти

Закажи свою собственную карту банка и получи бонусы

Перейти slide8

План урока:

Вес

Невесомость

Сила трения

Сколько сил в природе

 

Вес

Трудно найти человека, не пытавшегося повисеть на перекладине. Первое чувство, возникающее при этом – тело будто вытянулось вниз, стало чуть длиннее.

1
 

Если подвесить к штативу пружинку, даже без груза она слегка вытянется. Размеры пружинки станут больше первоначальных, когда она лежала на столе. Так действует на пружинку сила тяжести и пытается ее деформировать. Деформированное тело стремится сжаться и тянет подвес. В случае с перекладиной человек тянет ее на себя, иногда перекладина прогибается. Вот эту силу, со стороны тела действующая на подвес, и называют весом тела.

Тело, лежащее на подставке, также силой тяжести деформируется, но уже не растягивается, а сжимается. Сжатие тела, как вид деформации, вызывает стремление тела распрямиться. Распрямляясь, тело давит на подставку, которая является для тела опорой. Сила, с которой тело давит на опору – это вес тела. 

2Источник

Деформируются тела силой тяжести. Чем масса тела больше, тем сильнее оно деформируется. Стремясь вернуться в исходное положение, тело сильнее тянет подвес или давит на опору, а значит, у тела больше вес. Поэтому численно вес равен силе тяжести, при условии, что тело движется равномерно вдоль прямой или покоится. Обозначается вес символом P, вычисляется по знакомой формуле

P = g ∙ m

Нахождение веса и силы тяжести выполняется по схожим формулам, но силы это разные, и надо обязательно усвоить их отличия. Сила тяжести действует со стороны Земли на тело, а вес действует со стороны самого тела на подвес или опору. Отличны и точки приложения обеих сил. У силы тяжести – центр масс рассматриваемого тела, у веса – точка контакта тела и опоры или подвеса. 

3
Источник

Остается ли вес тела одинаковым всегда? Ответ в простом примере с лифтом. В начале (самый первый момент) движения вниз (когда лифт ускоряется) тело по ощущениям становится легче и меньше давит на пол лифта. А в начале подъема вверх тело прижимается к полу, тело становится тяжелее. Лифт начинает двигаться равномерно, эти ощущения исчезают.

lift

Итак, при движении вверх, когда скорость резко увеличивается (именно в момент, когда лифт набирает скорость)вес тел становится больше. Число, показывающее во сколько раз увеличивается вес, называется перегрузкой.

Большие перегрузки на себе испытывают космонавты. При запуске космических кораблей вес космонавтов увеличивается почти в 8 раз. Еще значительнее перегрузки у летчиков во время катапультирования[1]. Вес возрастает почти в 13 раз, перегрузка длится недолго, всего 0,1 с, но не каждый человек выдерживает, ведь очень сильно сжимается человеческое тело. Для умения переносить перегрузки нужно много тренироваться, что и делают летчики в Центре подготовки космонавтов им. Ю.А.Гагарина.

gagarin v kosmose

Кратковременно, но очень заметно влияют перегрузки на летчиков при выполнении фигур высшего (сложнейшего) пилотажа. Если выполняется «мертвая петля» (иначе ее называют «петлей Нестерова» по имени русского авиатора П.И. Нестерова, впервые исполнившего этот трюк в 1913 году) в нижней части траектории в начале подъема перегрузки возрастают в 1,6 - 3,5 раза. 

6                                                                  

При движении вниз, когда скорость увеличивается, вес тела уменьшается, тело меньше деформируется. Это заметно не только в лифте, но и при быстром спуске с дугообразного моста.

7

Теперь вполне возможно объяснить ощущения, возникающие при катании на «Американских горках» или при быстрой езде на автомобиле по крутым дорогам. Конечно, скорости здесь не сравнимы со скоростями самолетов и ракет. Перегрузки и уменьшение веса водителей и пассажиров не требуют особых тренировок.

8 

 

Невесомость

А может ли веса не быть вообще? Сила тяжести присутствует всегда, а вес? Проделав простой опыт, можно и на этот вопрос найти правильный ответ.

Если к динамометру[2] подвесить груз, он растянет его пружину. Теперь не прикреплять динамометр к штативу, а уронить его. Динамометр довольно быстро упадет, но заметить, что в падении пружина не растянута, можно легко. Значит, груз в это время не оказывает действия на подвес, и вес отсутствует.

9

Падающее вниз тело не давит на подставку, не растягивает подвес. Вес будто превращается в нуль, тело не весит. Такое состояние называют невесомостью. Состояние невесомости чаще других ощущают космонавты. Многие космонавты больше года находятся в невесомости. Для привыкания к необычному состоянию нужны специальные многолетние тренировки.

nevesomost v kosmose

Может ли человек в домашних условиях быть в невесомости. Чаще ответом на вопрос можно слышать: «Нет». Это неверно. Такой ответ ассоциируется с безвоздушным пространством, что только в вакууме нет веса. А все очень просто. Стоит встать на скамейку и прыгнуть с нее.

Во время полета нет опоры, нет подвеса, значит, веса тоже нет. 

11
 

 

Сила трения

Человек поскользнулся на банановой корке, упал назад. Почему произошло событие, вызвавшее движение по инерции назад?

Если сани толкать небольшой силой, они останутся на прежнем месте. Значит, силе, приложенной к санкам, противостоит еще одна сила, направленная в обратную сторону. Так как сани находятся без движения, значит сумма этих сил, т.е равнодействующая сила, равна нулю.

Под ногу попала корка банана, в которой есть соки. Под давлением ноги она легко сжимается, заполняя неровности на дороге, отчего дорога под ногой становится гладкой и скользкой. Человек скользит по месту соприкосновения обуви и дороги и падает.

12 

Если внимательно посмотреть на поверхности движения, то на них заметны неровности, впадины, выпуклости. На гладких и достаточно ровных поверхностях увидеть шероховатости можно через увеличительное стекло или микроскоп.

Когда поверхности тел контактируют, то неровности с двух сторон цепляются друг за друга, препятствуя движению. Поверхностные слои обеих поверхностей нарушаются: стираются подошвы обуви и протектор на колесе автомобиля, вытаптываются тропинки на земле, образуются колеи на асфальтовом покрытии, даже бетонные ступеньки на лестницах стираются.

А если убрать все неровности, то мешать движению начнет притяжение сблизившихся молекул.

13
Источник
                                                        Источник 

Взаимодействие молекул и неровности на поверхностях контактирующих тел являются причинами противодействия движению. Силу, характеризующую такие процессы, называют силой трения.      

14Источник

Чем сильнее тело давит весом на другое тело, тем сильнее сцепляются тела, и тем сложнее задать им движение. Значит, сила трения, пропорциональна весу тела:

Fтр = μ ∙ P

μ – коэффициент данной пропорциональности, называемый коэффициентом трения. Он характеризует свойства обеих одновременно трущихся поверхностей. Например, коэффициент трения:

  • дерева по дереву от 0,3 до 0,5;
  • дерева по льду 0,035;
  • дерева по металлу от 0,2 до 0,5;
  • дерева по камню 0,46.

Для коэффициентов составлены специальные таблицы, используемые в расчетных задачах.

Если тело стоит, то между ним и поверхностью существует сила трения покоя. Именно трение покоя мешает развязываться узлам, удерживает соединительные гвозди в доске, не дает двигаться санкам на некрутой горке, т.е. препятствует возникновению движения. Чтобы определить величину силы трения, нужно воспользоваться пружинным динамометром. Сила упругости пружинки динамометра (брусок тянуть нужно равномерно) равна измеряемой силе трения. Трение покоя измеряется в очень маленький момент времени отрыва бруска. Измерение с первого раза обычно не получается. Нужно потренироваться, сделав несколько попыток.

15

Интересен факт, что если тело уже сдвинуто с места, то сила, противодействующая дальнейшему передвижению, станет меньше. Это сила трения скольжения. При движении по песку, например, о скольжении трудно говорить, но все-таки здесь трение скольжения.

Другой вид трения – трение качения. Колесо – величайшее изобретение человечества. На колесах передвигать предметы значительно легче, но тоже в определенных условиях.

16Источник

Трение качения появляется потому, что колесо, вдавливаясь в поверхность, образует перед собой бугорок, который колесу надо преодолевать. Меньше бугорок – меньше трение. Когда бугорок превращается в бугор в песке, в грязи, в снегу, то механизм на колесах застревает.

17
  

В описанных случаях движение задерживается трением. Его приходится преодолевать. Но сила трения покоя как раз способствует движению человека. А сила ног человека действует на Землю. Человек как бы толкает Землю ногами. Оказывается, сила трения помогает движению людей, животных, транспорта, а не только мешает.

Получается, трение вредит, изнашивая детали и механизмы, мешает движению, но оно же и помогает двигаться, а не скользить на месте. Где трение важно, его надо усилить, увеличивая неровности, сцепление поверхностей. Там, где его надо уменьшить, прибегают к различным методам:

  • уменьшение неровностей (зачистка льда перед матчем, шлифовка соединительных деталей);
  • замена скольжения качением (колеса летней коляски заменяют полозья зимних санок, подшипники облегчают вращение деталей механизмов):
  • смазка (смазка техническими маслами контактирующих деталей машин, использование лыжной мази спортсменами).

18 

Теперь становится ясным, почему человек падает на банановой корке. Сок банана, являясь смазкой, заполняет неровности асфальта. Трение покоя сильно уменьшается, перейдя в трение скольжения, и в итоге – падение.

 

Сколько сил в природе

Поначалу кажется, что в мире сил большое множество. Одна из основных сил – сила всемирного тяготения. Все тела в любой ситуации притягиваются. Сила тяжести - один из примеров проявления на Земле (и на других больших космических объектах) всемирного тяготения. Эта сила определяется массой тел, значит, масса обладает, наряду с инертностью, еще и гравитационными свойствами, т.е. притягивать другие массы.

19

Сила упругости, сила трения, вес – разные, будто бы непохожие, силы, но у них есть одно общее: они появляются вследствие взаимодействия молекул, т.е. эти силы «родственники».

Молекулы состоят из атомов, атомы имеют тоже сложное строение: внутри атома есть ядро, составляющее его основную массу, вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца, движутся электроны. Ядро состоит из частиц – протонов и нейтронов. Эти и большое количество других частиц называют элементарными. У протонов и электронов есть свойство, присущее именно им: они обладают электрическим зарядом. Электроны отрицательно, а протоны положительно заряжены. Свойство это отделить от данных частиц нельзя.

20Источник

Обладая зарядом, частицы способны вступать в особый род взаимодействий: частицы (и тела), одинаково заряженные, отталкиваются, имеющие противоположные заряды, притягиваются.

zakon prityazheniya

Наблюдаются примеры взаимодействия с магнитами, они тоже притягиваются или отталкиваются. Все это звенья одной цепи.

Электрические и магнитные явления теснейшим образом связаны. Называют их электромагнитными. Электромагнитными называют и силы, сопровождающие эти явления. Значит, силы притяжения и отталкивания, действующие среди молекул, силы упругости, вес тела и силы трения, проявляющиеся вследствие этих взаимодействий, - все это проявление еще одной фундаментальной природной силы – электромагнитной (подробнее изучается в старших классах). Эта сила значительно превосходит гравитационную по величине.

Силы, удерживающие частицы в составе атомного ядра, называются ядерными. Это самые сильные взаимодействия природы. А силы, действующие между другими независимыми элементарными частицами, называются слабыми взаимодействиями.

22Источник

Сильные взаимодействия в сто раз превышают электромагнитные силы. Слабые – значительно меньше электромагнитных, но намного превышают гравитационные.

T1

Эта блок-схема помогает разобраться в силах, которые изучены, а которые будут изучаться в дальнейшем. Значит, главных или основных сил в природе четыре. Которая из них главней, выяснять не нужно, каждая важна. Силы второго уровня помогают разобраться в происходящем, особенно в механических явлениях. Проявлений действия сил очень много, но за каждым из них стоит одна из главных (фундаментальных) сил природы.

 

Словарь

1. Катапультирование – в аварийной обстановке покидание пилотом летательного аппарата на принудительной основе.

2. Пружинный динамометр – устройство, для измерения численной величины силы, в конструкции которого используется пружина из упругого металла.

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Какова сила, с которой действует гимнаст на кольца, если его масса равна 75 кг?
175 Н
275 кг
3750 Н
Ответить
3
Вопрос: 2
Под коньками фигуриста возникает узкая полоска расплавившегося льда. Возрастает ли пи этом трение или уменьшается?
1Остается неизменным
2Возрастает, потому что на воде коньки будут двигаться медленнее
3Уменьшается, так как вода здесь играет роль смазки
Ответить
3
Вопрос: 3
Какую силу надо приложить к санкам массой 5 кг, чтобы везти на них ребёнка, вес которого 250 н? Коэффициент трения санок по снегу 0.03
19 Н
2300 Н
31.5 Н
47.5 Н
Ответить
1
Вопрос: 4
Какую силу нужно учитывать и использовать прежде всего в соревнованиях по стрельбе из лука?
1Силу тяжести лука
2Силу упругости тетивы
3Силу мышц спортсмена
4Все силы важны, но прежде всего силу упругости тетивы
Ответить
4
Вопрос: 5
Одиссей и его спутники вытащили корабль на сушу, подкладывая под него бревна. Для чего они это делали?
1Для уменьшения площади опоры корабля
2Для уменьшения трения: трение качения меньше трения скольжения
3Для того, чтобы просохло днище корабля
Ответить
2
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Какова сила, с которой действует гимнаст на кольца, если его масса равна 75 кг?
1) 75 Н 2) 75 кг 3) 750 Н
2 вопрос:

Под коньками фигуриста возникает узкая полоска расплавившегося льда. Возрастает ли пи этом трение или уменьшается?
1) Остается неизменным 2) Возрастает, потому что на воде коньки будут двигаться медленнее 3) Уменьшается, так как вода здесь играет роль смазки
3 вопрос:

Какую силу надо приложить к санкам массой 5 кг, чтобы везти на них ребёнка, вес которого 250 н? Коэффициент трения санок по снегу 0.03
1) 9 Н 2) 300 Н 3) 1.5 Н 4) 7.5 Н
4 вопрос:

Какую силу нужно учитывать и использовать прежде всего в соревнованиях по стрельбе из лука?
1) Силу тяжести лука 2) Силу упругости тетивы 3) Силу мышц спортсмена 4) Все силы важны, но прежде всего силу упругости тетивы
5 вопрос:

Одиссей и его спутники вытащили корабль на сушу, подкладывая под него бревна. Для чего они это делали?
1) Для уменьшения площади опоры корабля 2) Для уменьшения трения: трение качения меньше трения скольжения 3) Для того, чтобы просохло днище корабля
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: 750 Н
2 вопрос: Уменьшается, так как вода здесь играет роль смазки
3 вопрос: 9 Н
4 вопрос: Все силы важны, но прежде всего силу упругости тетивы
5 вопрос: Для уменьшения трения: трение качения меньше трения скольжения
slide9

По нашей ссылке лучшие условия от Тинькофф Банка

Перейти

Получи кэшбэк до 30% и процент на остаток 5%

Перейти slide8