Силы в механике

Силы в механике (инерциальные системы отсчета)

Рис. 1. Силы, действующие на тело

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 пересечения  с 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 сложении  результирующая () 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.

Рис. 2. Силы, действующие на парашютиста

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.

Рис. 3. Сила инерции, действующая на человека в автобусе

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).

Рис. 4. Иллюстрация к задаче

 

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

Рис. 5. Иллюстрация к задаче

При равномерном движении силы должны быть уравновешены, следовательно:

 

 

Ответ: 1. 600 Н.

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: k

Решение

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

Рис. 6. Иллюстрация к задаче

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

 

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?

 

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).