Цифровая библиотека

Интернет-библиотека по школьным предметам от «Онлайн-школы». Библиотека поможет решить домашнее задание, подготовиться к контрольной и вспомнить прошлые темы.

Например: формулы сокращенного умножения

Выбери класс

Выбери все классы

Все предметы
10 класс
Физика
Динамика. Закон инерции. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона. Сила. Измерение сил

Физика 10 класс Физика 10 класс

Конспект урока: Динамика. Закон инерции. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона. Сила. Измерение сил

Динамика

10.12.2024

3077

Сила. Измерение сил

План урока

Понятие силы и суммы сил. Измерение силы

Цели урока

знать понятие «сила»; методы измерения силы
уметь находить сумму сил, действующих на тело; находить проекции силы на координатные оси

Разминка

Сформулируйте первый закон Ньютона.
Как охарактеризовать действие одного тела на другое?
Как измерить силу?

Понятие силы и суммы сил. Измерение силы

Судить о наличии механического действия на рассматриваемую материальную точку со стороны других тел можно по изменению её скорости. Таким образом, изменение скорости материальной точки в инерциальной системе отсчёта является признаком механического действия со стороны других тел.

Для количественной оценки механического действия введена физическая величина под названием сила.

Сила — это векторная физическая величина, которая количественно характеризует действие одного тела на другое. Результатом действия силы в инерциальной системе отсчёта является изменение скорости тела — появление ускорения.

Рис. 1. Направление силы тяжести и ускорения тела

Если на материальную точку действует только одна сила, то вектор ускорения тела сонаправлен с вектором силы. Например, на падающее на Землю тело действует только сила тяжести, направленная строго вниз. Тело в этом случае падает с ускорением свободного падения g = 10 м/с², направленным, как известно, тоже вниз (рис. 1).

Если на материальную точку действуют несколько сил, то направление вектора ускорения тела совпадает с вектором, равным сумме всех сил, действующих на тело, — данный вектор называется равнодействующей этих сил.

Равнодействующая сила — это сила, равная сумме всех сил, действующих на материальную точку.

Силы, действующие на тело, складываются по правилу сложения векторов. Если сила $\vec{F}$ является равнодействующей сил ${\vec{F}}_{1}$ и ${\vec{F}}_{2}$ , то есть $\vec{F} = {\vec{F}}_{1} + {\vec{F}}_{2}$ (рис. 2, а), то проекции равнодействующей силы $\vec{F}$ равны суммам соответствующих проекций сил ${\vec{F}}_{1}$ и ${\vec{F}}_{2}$ : $F_{x} = F_{1 x} + F_{2 x}$ и $F_{y} = F_{1 y} + F_{2 y}$ (рис. 2, б).

Рис. 2. Равнодействующая сила

Равнодействующая сила оказывает на тело такое же действие, какое оказывают на тело все действующие на него силы.

Рис. 3. Действие равных по модулю и противоположных по направлению сил

Если в результате действия двух противоположно направленных сил ускорение тела равно нулю, значит, векторная сумма этих сил равна нулю $\vec{F} = {\vec{F}}_{1} + {\vec{F}}_{2} = 0$ , следовательно, ${\vec{F}}_{1} = - {\vec{F}}_{2}$ или $|{\vec{F}}_{1}| = |{\vec{F}}_{2}|$ (рис. 3).

Можно сделать вывод: если в результате одновременного действия двух сил скорость тела в ИСО не изменяется, данные силы равны по модулю.

Для измерения силы, прежде всего, необходимо выбрать эталон силы. Например, если пружина, растянутая на фиксированную величину $∆ l$ , действует на тело с некоторой известной силой F, эту силу можно принять за эталон силы. Если действие других пружин компенсирует действие эталона силы, можно утверждать, что модули действующих на тело сил равны: $|\vec{F}| = |{\vec{F}}_{1}| + |{\vec{F}}_{2}|$ .

Рис. 4. Измерение силы

На рисунке 4 изображены эталонная сила $\vec{F}$ и две силы ${\vec{F}}_{1}$ и ${\vec{F}}_{2}$ , действие которых компенсирует действие эталона силы. Каждая из сил ${\vec{F}}_{1}$ и ${\vec{F}}_{2}$ по модулю будет равна половине эталона силы.

Таким образом можно создать набор эталонных пружин, которые действуют с силами, пропорциональными эталонной силе с разными коэффициентами. С помощью эталонных пружин измеряются модули неизвестных сил.

Напомним, что единица измерения силы в СИ — Ньютон (Н).

Рис. 5. Вектор силы изображается с учётом выбранного единичного отрезка

При изображении вектора силы $\vec{F}$ следует учитывать значение модуля F данной силы: чем больше модуль силы, тем больше длина направленного отрезка. Для графического изображения известных сил выбирается единичный отрезок, соответствующий одной клетке. Например, на рисунке 5 изображены две силы ${\vec{F}}_{1}$ и ${\vec{F}}_{2}$ , пусть модули данных сил равны F₁ = 3 Н и F₂ = 5 Н. В этом случае удобно принять, что 1 клетка соответствует единичному отрезку F_ед = 1 Н.

Если известны проекции силы $\vec{F}$ на координатные оси F_x и F_y, то модуль силы F можно найти через тригонометрические функции или через теорему Пифагора (рис. 6).

Рис. 6. Проекции силы на координатные оси

$F = \frac{F_{x}}{\cos (α)}$ ; $F = \frac{F_{y}}{\sin (α)}$ .

$F = \sqrt[2]{F_{x}^{2} + F_{y}^{2}}$ .

Направление силы $\vec{F}$ следует искать по правилу сложения векторов:

$\vec{F} = {\vec{F}}_{x} + {\vec{F}}_{y}$ .

В примере приведённой на рисунке 6 проекции силы $\vec{F}$ на координатные оси равны соответственно F_x = 4 Н и F_y = 8 Н. Тогда модуль силы F равен:

$F = \sqrt[2]{F_{x}^{2} + F_{y}^{2}} = \sqrt[2]{4^{2} + 8^{2}} \approx 9 Н$ .

Итоги

Сила — это векторная физическая величина, которая количественно характеризует действие одного тела на другое. Результатом действия силы в инерциальной системе отсчёта является изменение скорости тела — появление ускорения.
Равнодействующая сила — это сила, равная сумме всех сил, действующих на материальную точку. Ускорение тела направлено в ту же сторону, что и равнодействующая.
Если в результате одновременного действия двух сил скорость тела в ИСО не изменяется, данные силы равны по модулю.

Контрольные вопросы

1. Как направлено ускорение тела?
2. Как найти силу, если известны её проекции на координатные оси?
3. Как измерить модуль неизвестной силы?

Предыдущий урок

Решение задач о движении тела под действием нескольких сил

Динамика

Следующий урок

Закон всемирного тяготения. Движение планет и искусственных спутников

Динамика

Урок подготовил(а)

Андрей Михайлович

Учитель физики

Опыт работы: 12 лет

Работа сил электростатического поля. Потенциал и разность потенциалов

Физика
Углеводы

Химия
Adjectives with prepositions. Прилагательные с предлогами

Английский язык

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:

Пока никто не оставил отзыв об этом уроке