02. Силы в механике

Силы в механике (инерциальные системы отсчета)

1. Сила притяжения тела к Земле –. Направлена вертикально вниз, приложена к центру масс (см. рис. 1).

2. Сила нормальной реакции опоры –. Направлена перпендикулярно плоскости опоры или тела в точке контакта – в точке пересеченияс поверхностью опоры (см. рис. 1).

Проводить на чертеже эту силу из центра масс (т. C) допустимо только в том случае, если в условии задачи сказано, что тело можно принять за материальную точку.

3. Сила трения –. Пропорциональна силе реакции опоры и перпендикулярна ей (см. рис. 1).

,

где– коэффициент трения.

Сила трения направлена по касательной к поверхности против движения.

4. Обобщенная сила реакции опоры –.

На чертеже необходимо проследить за тем, чтобы при векторном сложенииирезультирующая () проходила через центр масс (т. C) (см. рис. 1).

5. Сила упругости –

– сила упругости в проекции на ось X направлена противоположно растяжению (x) и прямо пропорциональна ему.– коэффициент упругости (коэффициент жесткости, или жесткость пружины).

6. Сила сопротивления –. Направлена противоположно скорости.

,

где– коэффициент сопротивления.

Сила сопротивления зависит от величины скорости и приложена к центру масс тела.

Например, парашютист выполняет затяжной прыжок (см. рис. 2). Выпрыгивая из самолета, он некоторое время летит с ускорением. То есть сначала скорость увеличивается, а затем принимает постоянное значение. Это объясняется тем, что сила сопротивления растет с увеличением скорости и в какой-то момент приобретает значение, равное силе тяжести. И сила тяжести больше не может вызвать ускорение.

Силы в механике (неинерциальные системы отсчета)

7. Сила инерции –

,

где– ускорение системы отсчета.

Например, если автобус движется вперед с ускорением относительно Земли, то в системе отсчета, связанной с автобусом, на человека будет действовать сила инерции (см. рис. 3), которая отталкивает его назад. Эта сила направлена противоположно ускорению.

8. Сила тяжести –

9. Вес тела –

Вес тела – это сила, из-за которой под действием силы тяжести () тело давит на опору или растягивает подвес. Вес приложен к опоре или к нити (к подвесу). Численно вес тела равен силе тяжести, рассмотренной в пункте 8.

Задача 1

Автомобиль трогается с места и движется с ускорением. Чему равен вес водителя, если его масса –?

Дано:;

Найти: P

Решение

К центру масс водителя приложена сила тяжести (), которая образована двумя силами: силой гравитационного притяжения () и силой инерции (). Сила тяжести вызывает действие на сиденье силы– это вес тела. Вес тела, согласно третьему закону Ньютона, вызывает силу реакции опоры () (см. рис. 4).

В формуле присутствует разность векторов, направленных перпендикулярно друг другу. Модуль результирующего вектора найдем по теореме Пифагора:

Задача 2

Автомобиль массой 1,2 т движется равномерно по горизонтальной дороге при коэффициенте сопротивления 0,05. Найти силу тяги двигателя. Варианты ответа: 1. 600 Н; 2. 1200 Н; 3. 3 кН; 4. 12 кН

Дано:;

Найти:(см. рис. 5)

Решение

При равномерном движении силы должны быть уравновешены, следовательно:

Ответ: 1.

Задача 3

Под действием груза массой 1 кг пружина растягивается на 2 см. Найти коэффициент упругости пружины. Варианты ответа: 1.; 2.; 3.; 4..

Дано:;

Найти:

Решение

Сила притяжения к Земле растягивает пружину вниз, а сила упругости направлена вверх (см. рис. 6).

Сила упругости равна по величине силе притяжения к Земле:

Ответ: 4. 

Список литературы

1. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский. Физика 10. – М.: Просвещение, 2008.

2. А. П. Рымкевич. Физика. Задачник 10–11. – М.: Дрофа, 2006.

3. О. Я. Савченко. Задачи по физике. – М.: Наука, 1988.

4. А. В. Перышкин, В. В. Крауклис. Курс физики. Т. 1. – М.: Гос. уч.-пед. изд. мин. просвещения РСФСР, 1957.

5. Орлов В. А., Демидова М. Ю., Никифоров Г. Г., Ханнанов Н. К. Оптимальный банк заданий для подготовки к ЕГЭ. Единый государственный экзамен 2015. Физика. Учебное пособие. – М.: Интеллект-Центр, 2015.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «files.school-collection.edu.ru» (Источник)

2. Интернет-портал «eduspb.com» (Источник)

3. Интернет-портал «irmest.narod.ru» (Источник)

4. Интернет-портал «afportal.ru» (Источник)

Домашнее задание

1. Упражнение 7 (2, 3) (стр. 57) – Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский. Физика 10 (см. список рекомендованной литературы).

2. Тело массой m покоится на наклонной плоскости, составляющей с горизонтом угол α. Чему равна сила трения, действующая на тело?

3. Тело массой, движущееся на восток, тормозится постоянной силой, направленной на запад. Чему равно и куда направлено ускорение тела?