Сила. Законы Ньютона. Взаимодействие тел

Механическим движением тела называется изменение положения тела в пространстве.
Важными характеристиками движения тела траектория и путь.
Траекторией движения тела называется линия в пространстве, вдоль которой движется тело.
Путь s - это расстояние, пройденное телом вдоль траектории за время t . (Время t можно рассматривать как сумму нескольких произвольных промежутков времени:, а путь s - как сумму отрезков пути, пройденных за эти промежутки времени: .)
Простейшие движения - прямолинейные равномерные.
Движение называется прямолинейным , если траекторией движения тела является прямая линия.
Движение называется равномерным , если за любые одинаковые промежутки времени тело проходит одинаковые отрезки пути.
Различные тела (например, пешеход, велосипедист, мотоциклист), двигаясь с разной бистротою, преодолевают один и тот же путь за разное время.
Для сравнения разных движений за их темпом (при их бистротою) пользуются физической величиной, которая называется скоростью (от англ. velocity ).
Скорость численно равна отношению пути, пройденного телом, ко времени движения: . (То есть скорость - это путь, пройденный телом за единицу времени.)
В интернациональной системе единиц измерения физических величин (СИ) время измеряется в секундах, а путь - в метрах. Следовательно, скорость измеряется в метрах за секунду,.
Очевидно, что в случае равномерного движения . (Эти отношения одинаковы, скорость стала.)
Таким образом, можно привести еще одно определение равномерного движения тела как движения с постоянной скоростью. Механическое движение - это изменение положения тела в пространстве с течением времени относительно других тел.
Задача механики - вскрыть закономерности, общие для всех движений, будь то движение звезд, галактик, живых организмов (рыб, птиц, животных, людей), рукотворных машин, пылинок, потоков воды и ветра и т.д.
Простейшую классификацию движений можно провести по форме траектории.
Траектория - это линия, вдоль которой движется тело.
В соответствии с делением линий на прямые и кривые и движение делят на прямолинейное и криволинейное.
Если же измерить длину траектории, то получим путь. Т.е. путь - это длина траектории по которой двигалось тело.
Движение протекает в пространстве и во времени. Следовательно, для получения сведений о движении необходимо измерить путь, пройденный телом, и время, за которое этот путь пройден.
Тело может двигаться равномерно и неравномерно. В чем же отличие равномерного и неравномерного движения? И какое чаще наблюдается?
Чаще всего встречается неравномерное движение. Так двигаются почти все тела. Это когда тело сначала двигается быстро, потом медленно, потом может вообще остановиться.Т.е. неравномерное движение - это движение при котором за любые равные промежутки времени тело проходит разные пути. Если же за равные промежутки времени тело проходит одинаковые пути, то такое движение называют равномерным. Согласитесь, что такое движение встречается реже. Попробуйте привести пример. Задумались!?
Понятие скорость у всех "на виду, на слуху". И кажется все понятно. Но так ли все ясно?
Пусть вам сообщили: скорость автомобиля 60 км/ч. Что, собственно, означает это число? Что автомобиль каждый час проезжал ровно по 60 км? Вряд ли. Били участки, когда за час автомобиль проходил больший или меньший путь. В среднем по 60 км? Но автомобиль мог вообще ехать меньше часа и пройти путь меньше 60 км.
Как видите, не так-то просто это простое, даже обыденное понятие.
Чтобы решить возникающие проблемы, нужно дать строгое определение скорости, что мы и сделаем.
Величину, равную отношению всего пути ко времени движения тела называют средней скоростью движения (v ср =s/t )
Именно этим понятием пользуются чаще всего, но опускают слово "средняя" и напрасно, так как эти слова накладывают существенные ограничения на использование понятия.
Если движение равномерное, то говорят просто о скорости. И формула получается почти такая же: v=s/t . Скорость тела при равномерном движении - это величина, равная отношению пути ко времени, за которое этот путь пройден.
Не лишним будет упоминание о том, что скорость - это векторная физическая величина.
Векторная величина - это величина, которая кроме значения имеет еще и направление. Обозначаются такие величины буквой со стрелкой вверху.
А величины, имеющие только числовое значение, называют скалярными.

Если вы прочитали про явление инерции, то должны были понять, что скорость тела меняется только, если на него действует другое тело. Но при этом меняется скорость и второго тела. Попробуйте оттолкнуться на льду от товарища, стоящего рядом. Вы заметите, что ваш товарищь тоже начнет двигаться. Тела взаимодействуют. Одностороннего действия не бывает.

Физика 7. Взаимодействие тел.

§13. Механическое движение.

    Механическое движение - изменение взаимного расположения тел в пространстве с течением времени.

Механическое движение относительно: тело может двигаться относительно одних тел и покоиться относительно других.

    Траектория движения тела - линия, описываемая телом при движении.

    Путь , пройденный телом за некоторый промежуток времени - длина участка траектории, который пройден телом за этот промежуток времени.

Путь - физическая величина, единица измерения 1 метр (1м).

Обозначение: S

§14. Равномерное и неравномерное движение.

Движение тела называется равномерным , если за любые равные промежутки времени оно проходит одинаковые пути.

Если это условие не выполняется, движение называется неравномерным.

Движение называется прямолинейным , если траекторией тела является прямая линия.

§ 15. Скорость. Единицы измерения скорости.

Скорость - мера быстроты изменения положения тела относительно других тел.

Скорость определяется не только величиной, но и направлением.

А. Равномерное движение.

При равномерном движении скорость тела есть физическая величина, равная отношению пути ко времени, за которое этот путь пройден.

Единица измерения скорости - скорость такого равномерного движения, при котором движущееся тело проходит 1метр пути за 1секунду. (1)

1м/с =0,001км/с = 3,6км/час = 3600м/час

Б. Неравномерное движение.

Средняя скорость при неравномерном движении - физическая величина, равная отношению пройденного пути ко времени движения.

§16. Расчет пути и времени движения.

§17. Инерция.

Наблюдения: Скорость тел может изменяться под действием других тел. Как движется тело, когда других тел нет? 

Гипотеза Галилея-Декарта (1600год):

Если на тело не действуют другие тела, то оно либо остается в покое, либо движется прямолинейно и равномерно.

Ин é рция - явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел.

Ин é ртность - свойство тел сохранять свою скорость при отсутствии действия на них других тел.

§18. Взаимодействие.

Взаимодействие - способность тел взаимно изменять скорости друг друга.

Для взаимодействия нужны минимум два тела.

§19. Масса тела. Единица измерения массы.

Соотношение скоростей после взаимодействия бывает различным. Почему?

Потому, что тела в разной степени обладают свойством сохранять свою скорость, то есть одни тела более инертны, другие менее инертны.

Масса (физическая величина) - мера инертности тела.

Обозначение: m

Единица измерения массы - 1 килограмм (1 кг) ( масса одного литра воды)

Способ измерения: При разъезде тележек из состояния покоя скорости их обратно пропорциональны массам.

§20. Измерение массы тела на весах.

При помощи метода §19 выделим две тележки с одинаковыми массами (скорость разъезда одинакова).

Поместим их на чашки равноплечных рычажных весов  равновесие.

Все тела притягиваются к Земле с силой, пропорциональной их массам.

Взвешивание - удобный способ измерения массы тела.

§21, 22. Плотность вещества.

Опыт: Массы одинаковых объемов разных веществ различны.

Плотность - мера инертности вещества.

Плотность - физическая величина, равная отношению массы тела к его объему.

Сила - мера взаимодействия тел.

Действие силы определяется не только величиной, но и направлением.

Векторными называются такие физические величины, которые характеризуются не только численным значением, но и направлением .

Сила - векторная величина.

Обозначаются: сила:

численное значение силы (модуль): или F

Действие силы на тело зависит от ее

    численного значения (модуля),

    направления

    точки приложения.

Векторные величины на чертеже обозначаются стрелкой.

§24. Явление тяготения. Сила тяжести.

Явление тяготения : взаимное притяжение всех тел во Вселенной.

Сила тяжести : сила, с которой земля притягивает к себе тело. Все тела притягиваются к Земле с силой, пропорциональной их массам (смотри §20.)

§25, 26. Сила упругости. Вес тела.

Сила упругости : сила, противодействующая изменению формы или объема тела.

Закон Гука : Модуль силы упругости при растяжении (или сжатии) тела прямо пропорционален изменению длины тела.

где - удлинение тела, k – коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью .

Вес тела : сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес из-за притяжения Земли.

§27. Единицы измерения силы. Связь между массой тела и силой тяжести.

Диница измерения силы: такая сила, которая за 1 с изменяет скорость тела массой 1 кг на 1м/с

Эта единица называется 1 Ньютон (1Н)

Опыт: Сила в 1Н приблизительно равна силе тяжести, которая действует на тело массой 0,102кг на поверхности Земли. 

Расчет силы тяжести, которая действует на данное тело на поверхности Земли по массе этого тела:

1Н - 0,102кг 

F [H] - m [кг] g = 9,8 H/кг - коэффициент пропорциональности.

§28. Динамó метр.

Динамометр : прибор для измерения силы.

§29. Сложение двух сил, направленных по одной прямой.

Равнодействующая сила.

Сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующей этих сил. Обозначается

Опыт: Равнодействующая двух сил, действующих вдоль одной прямой:

в одну сторону равна в разные стороны равна

Тело под действием двух равных и противоположно направленных сил будет находиться в покое или двигаться прямолинейно и равномерно.

§30, 31 Сила трения.

При соприкосновении движущихся друг относительно друга тел возникают силы, направленные в сторону, противоположную движению. (Тела могут быть твердыми, жидкими, газообразными). Такие силы называются силами трения .

Сила трения, возникающая между соприкасающимися, но не движущимися друг относительно друга телами, называется силой трения покоя . Сила трения покоя всегда равна по величине и противоположна по направлению той внешней силе, которая должна была вызвать движение.

Причины возникновения сил трения:

    шероховатость поверхностей соприкасающихся тел

    взаимное притяжение молекул соприкасающихся тел

Способ уменьшения трения - смазка.

§ 32. Трение в природе и технике.

Основа всех способов передвижения, кроме реактивного.

Прекращает движение по инерции

Взаимодействие - это действие, которое взаимно. Все тела способны между собой взаимодействовать при помощи инерции, силы, плотности вещества и, собственно, взаимодействия тел. В физике действие двух тел или системы тел друг на друга называется взаимодействием. Известно, что при сближении тел меняется характер их поведения. Эти изменения носят взаимный характер. При разведении тел на значительные расстояния взаимодействия исчезают.

При взаимодействии тел его результат всегда ощущают на себе все тела (ведь при воздействии на что-то всегда следует отдача). Так, например, в бильярде при ударе кием по шару последний отлетает намного сильнее, чем кий, что объясняется инертностью тел. Виды и мера взаимодействия тел определяются именно этой характеристикой. Одни тела менее инертны, другие более. Чем больше масса тела, тем больше его инертность. Тело, при взаимодействии изменяющее свою скорость медленнее, имеет большую массу и более инертно. Тело, быстрее изменяющее свою скорость, имеет меньшую массу и является менее инертным.

Сила - это мера, измеряющая взаимодействие тел. Физика выделяет четыре вида взаимодействий, не сводящихся друг к другу: электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое. Чаще всего взаимодействие тел совершается при их соприкосновении, которое ведет к изменению скоростей данных тел в что измеряется действующей между ними силой. Так, чтобы привести в движение заглохший автомобиль, подталкиваемый руками, необходимо приложить силу. Если его необходимо толкать в гору, то делать это гораздо тяжелее, поскольку для этого понадобится большая сила. Лучшим вариантом при этом будет прикладывание силы, направленной вдоль дороги. В данном случае указываются величина и направление силы (отметим, сила является векторной величиной).

Взаимодействие тел происходит также под действием механической силы, следствием которой является механическое перемещение тел или их частей. Сила не является предметом созерцания, она причина движения. Всякое действие одного тела по отношению к другому проявляет себя в движении. Примером действия механической силы, порождающей движение, служит так называемый эффект "домино". Искусно расставленные костяшки домино падают одна за другой, передавая движение дальше по ряду, если толкнуть первую костяшку. Происходит передача движения от одной инертной фигурки к другой.

Взаимодействие тел при соприкосновении может приводить не только к замедлению или ускорению их скоростей, но и к их деформации - изменению объема или формы. Ярким примером может служить лист бумаги, сжатый в руке. Действуя на него силой, мы приводим к ускоренному движению частей данного листа и его деформации.

Любое тело сопротивляется деформации, когда его пытаются растянуть, сжать, согнуть. Со стороны тела начинают действовать силы, препятствующие этому (упругость). Сила упругости проявляется со стороны пружины в момент ее растяжения или сжимания. Груз, который тянут по земле за веревку, ускоряется, потому что действует сила упругости растянутого шнура.

Взаимодействие тел во время скольжения вдоль разделяющей их поверхности не вызывает их деформации. В случае, например, скольжения карандаша по гладкой поверхности стола, лыж или санок по утрамбованному снегу, действует сила, препятствующая скольжению. Это сила трения, зависящая от свойств поверхностей взаимодействующих тел и от прижимающей их друг к другу силы.

Взаимодействие тел может происходить и на расстоянии. Действие называемых также гравитационными, происходит между всеми телами вокруг, что может быть заметно лишь тогда, когда тела имеют размеры звезд или планет. формируется из гравитационного притяжения любого астрономического тела и которые вызваны их вращением. Так, Земля притягивает к себе Луну, Солнце притягивает Землю, поэтому Луна совершает обороты вокруг Земли, а Земля, в свою очередь, вращается вокруг Солнца.

На расстоянии действуют также электромагнитные силы. Несмотря на отсутствие касания какого-либо тела, стрелка компаса всегда будет поворачиваться вдоль линии магнитного поля. Примером действия электромагнитных сил является и нередко возникающее на волосах при расчесывании. Разделение зарядов на них происходит из-за силы трения. Волосы, заряжаясь положительно, начинают отталкиваться друг от друга. Подобная статика часто возникает при надевании свитера, ношении головных уборов.

Теперь вы знаете о том, что такое взаимодействие тел (определение оказалось довольно развернутым!).

Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел.

Например, автомобиль движется по дороге. В автомобиле находятся люди. Люди движутся вместе с автомобилем по дороге. То есть люди перемещаются в пространстве относительно дороги. Но относительно самого автомобиля люди не движутся. В этом проявляется . Далее кратко рассмотрим основные виды механического движения .

Поступательное движение – это движение тела, при котором все его точки движутся одинаково.

Например, всё тот же автомобиль совершает по дороге поступательное движение. Точнее, поступательное движение совершает только кузов автомобиля, в то время как его колёса совершают вращательное движение.

Вращательное движение – это движение тела вокруг некоторой оси. При таком движении все точки тела совершают движение по окружностям, центром которых является эта ось.

Упоминавшиеся нами колёса совершают вращательное движение вокруг своих осей, и в то же время колёса совершают поступательное движение вместе с кузовом автомобиля. То есть относительно оси колесо совершает вращательное движение, а относительно дороги – поступательное.

Колебательное движение – это периодическое движение, которое совершается поочерёдно в двух противоположных направлениях.

Например, колебательное движение совершает маятник в часах.

Поступательное и вращательное движения – самые простые виды механического движения.

Относительность механического движения

Все тела во Вселенной движутся, поэтому не существует тел, которые находятся в абсолютном покое. По той же причине определить движется тело или нет, можно только относительно какого-либо другого тела.

Например, автомобиль движется по дороге. Дорога находится на планете Земля. Дорога неподвижна. Поэтому можно измерить скорость автомобиля относительно неподвижной дороги. Но дорога неподвижна относительно Земли. Однако сама Земля вращается вокруг Солнца. Следовательно, дорога вместе с автомобилем также вращается вокруг Солнца. Следовательно, автомобиль совершает не только поступательное движение, но и вращательное (относительно Солнца). А вот относительно Земли автомобиль совершает только поступательное движение. В этом проявляется относительность механического движения .

Относительность механического движения – это зависимость траектории движения тела, пройденного пути, перемещения и скорости от выбора системы отсчёта .

Материальная точка

Во многих случаях размером тела можно пренебречь, так как размеры этого тела малы по сравнению с расстоянием, которое походит это тело, или по сравнению с расстоянием между этим телом и другими телами. Такое тело для упрощения расчетов условно можно считать материальной точкой, имеющей массу этого тела.

Материальная точка – это тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь.

Многократно упоминавшийся нами автомобиль можно принять за материальную точку относительно Земли. Но если человек перемещается внутри этого автомобиля, то пренебрегать размерами автомобиля уже нельзя.

Как правило, решая задачи по физике, рассматривают движение тела как движение материальной точки , и оперируют такими понятиями, как скорость материальной точки, ускорение материальной точки, импульс материальной точки, инерция материальной точки и т.п.

Система отсчёта

Материальная точка движется относительно других тел. Тело, по отношению к которому рассматривается данное механическое движение, называется телом отсчёта. Тело отсчёта выбирают произвольно в зависимости от решаемых задач.

С телом отсчёта связывается система координат , которая представляет из себя точку отсчёта (начало координат). Система координат имеет 1, 2 или 3 оси в зависимости от условий движения. Положение точки на линии (1 ось), плоскости (2 оси) или в пространстве (3 оси) определяют соответственно одной, двумя или тремя координатами. Для определения положения тела в пространстве в любой момент времени также необходимо задать начало отсчёта времени.

Система отсчёта – это система координат, тело отсчета, с которым связана система координат, и прибор для измерения времени. Относительно системы отсчёта и рассматривается движение тела. У одного и того же тела относительно разных тел отсчёта в разных системах координат могут быть совершенно различные координаты.

Траектория движения также зависит от выбора системы отсчёта.

Виды систем отсчёта могут быть различными, например, неподвижная система отсчёта, подвижная система отсчёта, инерциальная система отсчёта, неинерциальная система отсчёта.