Site Loader

Содержание

как обозначается сила сопротивления воздуха

Кут між падаючим променем і площею дзерказа втричі менший від кута між падаючим і відбитим променями. Визначити кут падіння.

паралельно в одному напрямку їдуть потяг зі швидкістю 20 м/с та автомобіль зі швидкістю 80 км/год. з якою швидкістю пасажир потягу їде відносно авто … мобілю? помогите пожалуйста!!!!

Помогите пожалуйста ОЧЕНЬ СРОЧНО !!!​ Даю 25 баллов !!!

!!!НУЖНО ФИЗИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ, С ДАНО И РЕШЕНИЕМ!!! Першу годину автомобіліст їхав зі швидкістю 50 км/год і розрахував, що коли він і далі буде їхати з … такою швидкістю, то запізниться в місто на півгодини. Він збільшив швидкість на 20% і приїхав своєчасно. Який шлях проїхав автомобіліст? Скільки часу він знаходився у дорозі? Якою є середня швидкість руху автомобіліста?

вопрос номер 4, подробное решение.​

Рассчитай, какое количество энергии нужно для обращения в пар ртути массой 130 г, взятого(-ой) при температуре 19 °С. (Удельная теплоёмкость ртути с=1 … 20 Дж/кг·°С, температура кипения ртути равна 357 ° С, удельная теплота парообразования ртути L=285000 Дж/кг).

По графику определи, в каком агрегатном состоянии находится алюминий при температуре 662 °С. Asset 24fiz.svg В твёрдом агрегатном состоянии. В жидком … агрегатном состоянии.

помогите пожалуйста Сколько энергии рассеялось при превращении 90 г свинца в жидкое агрегатное состояние, если было израсходовано 13 г бензина, а нач … альная температура свинца равна 21 °С. Удельная теплоёмкость свинца — 130 Джкг⋅°С, температура плавления свинца равна 327 °С, а удельная теплота плавления свинца — 0,25⋅105 Дж/кг, удельная теплота сгорания бензина — 47⋅106 Дж/кг. Ответ (округли до десятых)

Определи, какое количество теплоты выделится при кристаллизации 2,2 л жидкого спирта. Удельная теплота кристаллизации жидкого спирта равна 1,1⋅105 Дж/ … кг, плотность жидкого спирта — 800 кгм3. Ответ (округли до десятых)

помогите срочнооо <3 Рассчитай, какое количество энергии нужно для обращения в пар ртути массой 130 г, взятого(-ой) при температуре 19 °С. (Удельна … я теплоёмкость ртути с=120 Дж/кг·°С, температура кипения ртути равна 357 ° С, удельная теплота парообразования ртути L=285000 Дж/кг). Ответ (округли до целого числа)

что это такое в физике, как найти трение в механике и динамике

Что такое сила сопротивления в физике

Сила сопротивления — сила, которая возникает во время движения тела в жидкой или газообразной среде и препятствует этому движению.

Важно уметь отличать силу сопротивления от силы трения. Во втором случае рассматривается характер взаимодействия твердых тел друг с другом. Таким образом, трение можно наблюдать, когда какой-либо предмет перемещается по поверхности другого. Вектор этой силы будет направлен в противоположную сторону направления движения.

Для того чтобы рассчитать силу сопротивления необходимо умножить коэффициент сопротивления материала на силу, провоцирующую перемещение этого предмета.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Примечание

В качестве примера силы сопротивления можно рассмотреть движение поезда. Воздух, окружающий состав, замедляет скорость его перемещения, то есть возникает сила сопротивления.

От чего зависит в механике и динамике

Сила сопротивления зависит от нескольких факторов. На ее величину оказывают влияния следующие характеристики:

  1. Особенности среды и показатели ее плотности, к примеру, жидкость обладает большей плотностью, чем газообразное вещество.
  2. Форма тела, так как предметы, обладающие обтекаемыми вытянутыми вдоль направления движения формами подвержены меньшему сопротивлению, чем тела с множеством плоскостей, расположенных перпендикулярно движению.
  3. Скорость перемещения тела.

Силу сопротивления можно наблюдать опытным путем. К примеру, если предмет переместился на величину пути l , когда на него воздействует сила сопротивления, обозначение которой представлено, как \($$F_{r}$$\), затрачивается работа, которую можно рассчитать по формуле:

\($$A=F_{r}\times l$$\)

В случае, когда площадь поперечного сечения движущегося предмета равна S, он будет сталкиваться с частицами, объем которых составляет Sl.{2}}{2}$$\)

Разновидности сил сопротивления

Существует несколько типов силы сопротивления, отличающихся по характеру воздействия на движущиеся предметы.

Сила сопротивления качению

Сила сопротивления качению обозначается, как Pf. В данном случае сила определяется несколькими факторами:

  • разновидность и состояние опоры, по которой перемещается объект;
  • скорость движения тела;
  • давление воздуха и другие параметры окружающей среды.

Состояние и тип опорной поверхности определяет величину коэффициента сопротивления качению, который обозначается f. Если в среде повышается температура, и возрастает давление, то данный показатель будет уменьшаться.

Сила сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха или величина лобового столкновения Pв образуется в результате различных показателей давления. Данная характеристика напрямую зависит от интенсивности вихреобразования спереди и сзади движущегося предмета. Указанные параметры определяются формой перемещающегося тела.

Примечание

Большее влияние на силу сопротивления будет оказывать вихреобразование в передней части объекта. Если плоскостенную фигуру закруглить спереди и сзади, то получится снизить сопротивление до 72%.

Рассчитать силу лобового сопротивления можно по формуле:

\($$P=cx\times p\times F_{b}$$\)

сх — обтекаемость или коэффициент лобового сопротивления; p — плотность воздуха; Fв — площадь лобового сопротивления (миделевого сечения).

Во время поступательного движения масса объекта встречает сопротивление разгону, то есть ускорению. Найти данную силу можно с помощью второго закона Ньютона.

\($$Pj=m\times dVdt$$\)

где m выражает массу движущегося объекта, а \(dVdt\) обозначает ускорение центра масс.

Как найти трение

Определить силу сопротивления можно, если применить третий закон Ньютона. Для того чтобы предмет равномерно перемещался по опоре в горизонтальном направлении, к нему необходимо приложить силу, соизмеримой с силой сопротивления. Корректно рассчитать данные величины можно с помощью динамометра. Сила сопротивления будет прямо пропорциональна массе объекта. Более точные расчеты производятся с учетом u коэффициента, который зависит от следующих факторов:

  • материал, из которого изготовлено опорное основание;
  • материал, из которого состоит перемещаемое тело.

Рассчитывая силу сопротивления, используют постоянную величину g, равную 9,8 метров на сантиметр в квадрате. При этом если движение тела происходит на определенной высоте, на него оказывает воздействие сила трения воздуха. Данная величина зависит от скорости, с которой движется предмет. Искомая величина определяется с помощью следующей формулы только при условии, что предмет перемещается на небольшой скорости:

\($$F=V\times a$$\)

где V является скоростью перемещения тела, a — коэффициентом сопротивления среды.

Силы сопротивления при больших скоростях

Сила сопротивления, оказывающая воздействие на движущиеся предметы с малой скоростью, зависит от нескольких внешних факторов. К таким условиям относятся:

  • вязкость жидкости;
  • скорость перемещения тела;
  • линейные размеры движущегося предмета.

В условиях больших скоростей характер действия силы сопротивления несколько изменяется. Законы вязкого трения в этом случае не применяются для воздуха и воды. Если скорость предмета составляет 1 сантиметр в секунду, то данные факторы учитываются лишь тогда, когда тела обладают крошечными размерами, измеряемыми в миллиметрах.

Примечание

Если пловец ныряет в воду, то на него будет действовать сила сопротивления. Однако в данном случае закон вязкого трения не будет действовать.

Объект, двигаясь с малой скоростью в водной среде, плавно обтекается жидкостью. Сила сопротивления в данном случае будет рассчитываться, как сила вязкого трения. Если скорость большая, то с задней части перемещающегося тела наблюдается более сложное движение жидкости с образованием необычных по форме фигур, вихрей, колец.{2}$$\)

где V обозначает показатели скорости движения, L — соответствует линейным размерам тела, p — равна плотности среды.

Коэффициент сопротивления, формула и примеры

Коэффициент сопротивления дает возможность учитывать потери энергии при движении тела. Чаще всего рассматривают два типа движения: движение по поверхности и движение в веществе (жидкости или газе). Если рассматривают движение по опоре, то обычно говорят о коэффициенте трения. В том случае, если рассматривают движение тела в жидкости или газе, то имеют в виду коэффициент сопротивления формы.

Определение коэффициента сопротивления (трения) скольжения

Речь идет о коэффициенте трения скольжения, который зависит от совокупных свойств трущихся поверхностей и является безразмерной величиной. Коэффициент трения зависит от: качества обработки поверхностей, трущихся тел, присутствия на них грязи, скорости движения тел друг относительно друга и т.д. Коэффициент трения определяют эмпирически (опытным путем).

Определение коэффициент сопротивления (трения) качения

Данный коэффициент, имеет размерность длины. Основной его единицей в системе СИ будет метр.

Определение коэффициента сопротивления формы

Иногда, если рассматривают движение вытянутого тела, то считают:

   

где V — объем тела.

Рассматриваемый коэффициент сопротивления является безразмерной величиной. Он не учитывает эффектов на поверхности тел, поэтому формула (3) может стать не пригодна, если рассматривается вещество, которое имеет большую вязкость. Коэффициент сопротивления (C) является постоянной величиной пока число Рейнольдса (Re) является неизменным. В общем случае .

Если тело имеет острые ребра, то эмпирически получено, что для таких тел коэффициент сопротивления остается постоянным в широкой области чисел Рейнольдса. Так опытным путем получено, что для круглых пластинок поставленных поперек воздушного потока, при значения коэффициента сопротивления находятся в пределах от 1,1 до 1,12. При уменьшении числа Рейнольдса () закон сопротивления переходит в закон Стокса, который для круглых пластинок имеет вид:

   

Сопротивление шаров было исследовано для широкой области чисел Рейнольдса до Для получили:

   

При , .

В справочниках представлены коэффициенты сопротивления для круглых цилиндров, шаров и круглых пластинок в зависимости от числа Рейнольдса.

В авиационной технике задача о нахождении формы тела с минимальным сопротивлением имеет особое значение.

Примеры решения задач

Сила тяжести, трения, реакции опоры, упругости, Архимеда, сопротивления, вес. Направление, точка приложения, природа возникновения

Тестирование онлайн

Что надо знать о силе

Сила — векторная величина. Необходимо знать точку приложения и направление каждой силы. Важно уметь определить какие именно силы действуют на тело и в каком направлении. Сила обозначается как , измеряется в Ньютонах. Для того, чтобы различать силы, их обозначают следующим образом

Ниже представлены основные силы, действующие в природе. Придумывать не существующие силы при решении задач нельзя!

Сил в природе много. Здесь рассмотрены силы, которые рассматриваются в школьном курсе физики при изучении динамики. А также упомянуты другие силы, которые будут рассмотрены в других разделах.

Сила тяжести

На каждое тело, находящееся на планете, действует гравитация Земли. Сила, с которой Земля притягивает каждое тело, определяется по формуле

Точка приложения находится в центре тяжести тела. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз.

Сила трения

Познакомимся с силой трения. Эта сила возникает при движении тел и соприкосновении двух поверхностей. Возникает сила в результате того, что поверхности, если рассмотреть под микроскопом, не являются гладкими, как кажутся. Определяется сила трения по формуле:

Сила приложена в точке соприкосновения двух поверхностей. Направлена в сторону противоположную движению.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила реакции опоры

Представим очень тяжелый предмет, лежащий на столе. Стол прогибается под тяжестью предмета. Но согласно третьему закону Ньютона стол воздействует на предмет с точно такой же силой, что и предмет на стол. Сила направлена противоположно силе, с которой предмет давит на стол. То есть вверх. Эта сила называется реакцией опоры. Название силы «говорит» реагирует опора. Эта сила возникает всегда, когда есть воздействие на опору. Природа ее возникновения на молекулярном уровне. Предмет как бы деформировал привычное положение и связи молекул (внутри стола), они, в свою очередь, стремятся вернуться в свое первоначальное состояние, «сопротивляются».

Абсолютно любое тело, даже очень легкое (например,карандаш, лежащий на столе), на микроуровне деформирует опору. Поэтому возникает реакция опоры.

Специальной формулы для нахождения этой силы нет. Обозначают ее буквой , но эта сила просто отдельный вид силы упругости, поэтому она может быть обозначена и как

Сила приложена в точке соприкосновения предмета с опорой. Направлена перпендикулярно опоре.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

Сила упругости

Это сила возникает в результате деформации (изменения первоначального состояния вещества). Например, когда растягиваем пружину, мы увеличиваем расстояние между молекулами материала пружины. Когда сжимаем пружину — уменьшаем. Когда перекручиваем или сдвигаем. Во всех этих примерах возникает сила, которая препятствует деформации — сила упругости.

Закон Гука

Сила упругости направлена противоположно деформации.

Так как тело представляем в виде материальной точки, силу можно изображать с центра

При последовательном соединении, например, пружин жесткость рассчитывается по формуле

При параллельном соединении жесткость

Жесткость образца. Модуль Юнга.

Модуль Юнга характеризует упругие свойства вещества. Это постоянная величина, зависящая только от материала, его физического состояния. Характеризует способность материала сопротивляться деформации растяжения или сжатия. Значение модуля Юнга табличное.

Подробнее о свойствах твердых тел здесь.

Вес тела

Вес тела — это сила, с которой предмет воздействует на опору. Вы скажете, так это же сила тяжести! Путаница происходит в следующем: действительно часто вес тела равен силе тяжести, но это силы совершенно разные. Сила тяжести — сила, которая возникает в результате взаимодействия с Землей. Вес — результат взаимодействия с опорой. Сила тяжести приложена в центре тяжести предмета, вес же — сила, которая приложена на опору (не на предмет)!

Формулы определения веса нет. Обозначается эта силы буквой .

Сила реакции опоры или сила упругости возникает в ответ на воздействие предмета на подвес или опору, поэтому вес тела всегда численно одинаков силе упругости, но имеет противоположное направление.


Сила реакции опоры и вес — силы одной природы, согласно 3 закону Ньютона они равны и противоположно направлены. Вес — это сила, которая действует на опору, а не на тело. Сила тяжести действует на тело.

Вес тела может быть не равен силе тяжести. Может быть как больше, так и меньше, а может быть и такое, что вес равен нулю. Это состояние называется невесомостью. Невесомость — состояние, когда предмет не взаимодействует с опорой, например, состояние полета: сила тяжести есть, а вес равен нулю!


Определить направление ускорения возможно, если определить, куда направлена равнодействующая сила

Обратите внимание, вес — сила, измеряется в Ньютонах. Как верно ответить на вопрос: «Сколько ты весишь»? Мы отвечаем 50 кг, называя не вес, а свою массу! В этом примере, наш вес равен силе тяжести, то есть примерно 500Н!

Перегрузка — отношение веса к силе тяжести

Сила Архимеда

Сила возникает в результате взаимодействия тела с жидкость (газом), при его погружении в жидкость (или газ). Эта сила выталкивает тело из воды (газа). Поэтому направлена вертикально вверх (выталкивает). Определяется по формуле:

В воздухе силой Архимеда пренебрегаем.

Если сила Архимеда равна силе тяжести, тело плавает. Если сила Архимеда больше, то оно поднимается на поверхность жидкости, если меньше — тонет.


Электрические силы

Существуют силы электрического происхождения. Возникают при наличии электрического заряда. Эти силы, такие как сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца, подробно рассмотрены в разделе Электричество.

Схематичное обозначение действующих на тело сил

Часто тело моделируют материальной точкой. Поэтому на схемах различные точки приложения переносят в одну точку — в центр, а тело изображают схематично кругом или прямоугольником.

Для того, чтобы верно обозначить силы, необходимо перечислить все тела, с которыми исследуемое тело взаимодействует. Определить, что происходит в результате взаимодействия с каждым: трение, деформация, притяжение или может быть отталкивание. Определить вид силы, верно обозначить направление. Внимание! Количество сил будет совпадать с числом тел, с которыми происходит взаимодействие.

Главное запомнить

1) Силы и их природа;
2) Направление сил;
3) Уметь обозначить действующие силы

Рассмотрим взаимное притяжение предмета и Земли. Между ними, согласно закону гравитации возникает сила

А сейчас сравним закон гравитации и силу тяжести

Величина ускорения свободного падения зависит от массы Земли и ее радиуса! Таким образом, можно высчитать, с каким ускорением будут падать предметы на Луне или на любой другой планете, используя массу и радиус той планеты.

Расстояние от центра Земли до полюсов меньше, чем до экватора. Поэтому и ускорение свободного падения на экваторе немного меньше, чем на полюсах. Вместе с тем, следует отметить, что основной причиной зависимости ускорения свободного падения от широты местности, является факт вращения Земли вокруг своей оси.

При удалении от поверхности Земли сила земного тяготения и ускорения свободного падения изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния до центра Земли.

Формула силы трения в физике

Содержание:

Определение и формула силы трения

Определение

Силой трения называют силу, которая возникает при относительном перемещении (или попытке перемещения) тел и является результатом сопротивления движению окружающей среды или других тел.

Силы трения возникают тогда, когда соприкасающиеся тела (или их части) перемещаются относительно друг друга. При этом трение, которое появляется при относительном перемещении соприкасающихся тел, называют внешним. Трение, возникающее между частями одного сплошного тела (газ, жидкость) названо внутренним.

Сила трения – это вектор, который имеет направление вдоль касательной к трущимся поверхностям (слоям). При этом эта сила направлена в сторону противодействия относительному смещению этих поверхностей (слоев). Так, если два слоя жидкости перемещаются друг по другу, при этом движутся с различными скоростями, то сила, которая приложена к слою, перемещающемуся с большей скоростью, имеет направление в сторону, которая противоположна движению. Сила же, которая воздействует на слой, который движется с меньшей скоростью, направлена по движению.

Виды трения

Трение, которое возникает между поверхностями твердых тел, называют сухим. Оно возникает не только при скольжении поверхностей, но и при попытке вызвать перемещение поверхностей. При этом возникает сила трения покоя. Внешнее трение, которое появляется между движущимися телами, называют кинематическим.

Законы сухого трения говорят о том, что максимальная сила трения покоя и сила трения скольжения не зависят от площади поверхностей соприкосновения соприкасающихся тел, подверженных трению. Эти силы пропорциональны модулю силы нормального давления (N), которая прижимает трущиеся поверхности:

$$F_{t r}=\mu N$$

где $\mu$ – безразмерный коэффициент трения (покоя или скольжения). Данный коэффициент зависит от природы и состояния поверхностей трущихся тел, например от наличия шероховатостей. Если трение возникает как результат скольжения, то коэффициент трения является функцией скорости. Довольно часто вместо коэффициента трения применяют угол трения, который равен:

$$\operatorname{tg}\varphi=\mu ( 2 )$$

Угол $\varphi_{0}=\operatorname{arctg} \mu_{0}$ равен минимальному углу наклона плоскости к горизонту, при котором тело, лежащее на этой плоскости, начинает скользить, под воздействие силы тяжести.

Более точным считают закон трения, который принимает во внимание силы притяжения между молекулами тел, которые подвергаются трению:

$$F_{t r}=\mu_{0}\left(N+S p_{0}\right)(3)$$

где S – общая площадь контакта тел, p0 – добавочное давление, которое вызывается силами молекулярного притяжения, $\mu_0$ – истинный коэффициент трения.

Трение между твердым телом и жидкостью (или газом) называют вязким (жидким). Сила вязкого трения становится равной нулю, если скорость относительного движения тел обращается в нуль.

При движении тела в жидкости или газе появляются силы сопротивления среды, которые могут стать существенно больше, чем силы трения.{\prime \prime}$ существенно зависимы от формы, размеров, состояния поверхностей тел, вязкости среды.

Помимо этого выделяют трение качения.В первом приближении трение качения рассчитывают, применяя формулу:

$$F_{t r}=k \frac{N}{r}(6)$$

где k – коэффициент трения качения, который имеет размерность длины и зависит от материала тел, подверженных контакту и качеств поверхностей и т.д. N – сила нормального давления , r – радиус катящегося тела.

Единицы измерения силы трения

Основной единицей измерения силы трения (как и любой другой силы) в системе СИ является: [P]=H

В СГС: [P]=дин.

Примеры решения задач

Пример

Задание. На горизонтальном диске лежит маленькое тело. Диск вращается вокруг оси, которая проходит через его центр, перпендикулярно плоскости с угловой скоростью $\omega$. На каком расстоянии от центра диска может находиться в состоянии равновесия тело, если коэффициент трения между диском и телом равен $\mu$?

Решение.{2}}$

Слишком сложно?

Формула силы трения не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. По наклонной поверхности равномерно движется тело. Угол наклона плоскости равен $\alpha$. Коков коэффициент трения между телом и наклонной плоскостью?

Решение. Сделаем рисунок.

В соответствии со вторым законом Ньютона, учитывая, что движение равномерное, имеем:

$$m \bar{g}+\bar{F}_{t r}+\bar{N}=0(1.1)$$

В проекции на ось Y (данная ось параллельна силе реакции опоры) из уравнения (1.1) получим:

$$-m g \cdot \cos (\alpha)+N=0 \rightarrow N=m g \cdot \cos (\alpha)(1.2)$$

В проекции на ось X имеем:

$$F_{t r}=m g \cdot \sin (\alpha)(1.3)$$

Так как можно принять, что:

$$F_{t r}=\mu N$$

то получаем:

$$m g \cdot \sin (\alpha)=\mu m g \cdot \cos (a) \rightarrow \mu=\operatorname{tg}(\alpha)$$

Ответ. $\mu=\operatorname{tg}(\alpha)$

Читать дальше: Формула силы тяжести.

Электрическое сопротивление | Физика

На рисунке 33 изображена электрическая цепь, в которую включена панель с разными проводниками. Эти проводники отличаются друг от друга материалом, а также длиной и площадью поперечного сечения. Подключая по очереди эти проводники и наблюдая за показаниями амперметра, можно заметить, что при одном и том же источнике тока сила тока в разных случаях оказывается различной. С увеличением длины проводника и уменьшением его сечения сила тока в нем становится меньше. Уменьшается она и при замене никелиновой проволоки проволокой такой же длины и сечения, но изготовленной из нихрома. Это означает, что разные проводники оказывают различное противодействие току. Противодействие это возникает из-за столкновений носителей тока со встречными частицами вещества.

Физическая величина, характеризующая противодействие, оказываемое проводником электрическому току, обозначается буквой R и называется электрическим сопротивлением (или просто сопротивлением) проводника:

R — сопротивление.

Единица сопротивления называется омом (Ом) в честь немецкого ученого Г. Ома, который впервые ввел это понятие в физику. 1 Ом — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В сила тока равна 1 А. При сопротивлении 2 Ом сила тока при том же напряжении будет в 2 раза меньше, при сопротивлении 3 Ом — в 3 раза меньше и т. д.

На практике встречаются и другие единицы сопротивления, например килоом (кОм) и мегаом (МОм):

1 кОм= 1000 Ом, 1 МОм= 1 000 ООО Ом.

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материала проводника, его длины l и площади поперечного сечения S и может быть найдено по формуле

R = ρl/S      (12.1)

где ρ — удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник.

Удельное сопротивление вещества — это физическая величина, показывающая, каким сопротивлением обладает сделанный из этого вещества проводник единичной длины и единичной площади поперечного сечения.

Из формулы (12.1) следует, что

ρ = RS/l

Так как в СИ единицей сопротивления является 1 Ом, единицей площади 1 м2, а единицей длины 1 м, то единицей удельного сопротивления в СИ будет

1 Ом · м2/м, или 1 Ом · м.

На практике площадь сечения тонких проводов часто выражают в квадратных миллиметрах (мм2). В этом случае более удобной единицей удельного сопротивления является Ом·мм2/м. Так как 1 мм2 = 0,000001 м2, то

1 Ом · мм2/м = 0,000001 Ом · м.

У разных веществ удельные сопротивления различны. Некоторые из них приведены в таблице 3.

Приведенные в этой таблице значения соответствуют температуре 20 °С. (С изменением температуры сопротивление вещества изменяется.) Например, удельное сопротивление железа равно 0,1 Ом · мм2/м. Это означает, что если изготовить из железа провод с площадью сечения 1 мм2 и длиной 1 м, то при температуре 20 °С он будет обладать сопротивлением 0,1 Ом.

Из таблицы 3 видно, что наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро и медь. Значит, именно эти металлы являются наилучшими проводниками электричества.

Из той же таблицы видно, что, наоборот, такие вещества, как фарфор и эбонит, обладают очень большим удельным сопротивлением. Это и позволяет использовать их в качестве изоляторов.

??? 1. Что характеризует и как обозначается электрическое сопротивление? 2. По какой формуле находится сопротивление проводника? 3. Как называется единица сопротивления? 4. Что показывает удельное сопротивление? Какой буквой оно обозначается? 5. В каких единицах измеряют удельное сопротивление? 6. Имеются два проводника. У какого из них больше сопротивление, если они: а) имеют одинаковую длину и площадь сечения, но один из них сделан из константана, а другой — из фехраля; б) сделаны из одного и того же вещества, имеют одинаковую толщину, но один из них в 2 раза длиннее другого; в) сделаны из одного и того же вещества, имеют одинаковую длину, но один из них в 2 раза тоньше другого? 7. Проводники, рассматриваемые в предыдущем вопросе, поочередно подключают к одному и тому же источнику тока. В каком случае сила тока будет больше, в каком меньше? Проведите сравнение для каждой пары рассматриваемых проводников.

Урок»Сила трения. Виды трения.» — физика, уроки

Тема урока. Сила трения.

Тип урока: урок формирования новых знаний. 

Цели   урока:    сформировать представление учащихся о силе трения покоя, качения и скольжения; экспериментально установить причины  возникновения силы трения; выяснить положительную и отрицательную роль  силы трения в жизни человека,  быту и технике; 

развивать  умение  наблюдать, анализировать, обобщать, делать выводы,   формировать представление о процессе научного познания,  умение экспериментировать, пользоваться приборами; 

создать условия для положительной мотивации при изучении физики, используя разнообразные приемы деятельности, сообщая интересные сведения; формировать умение работать в группах, формировать навыки сотрудничества.

Задачи урока:

 

Образовательные:

  1. Формирование умения планировать и проводить физические опыты, объяснять физические явления.
  2. Формирование у учащихся умений и навыков, способствующих самостоятельному открытию новых знаний, использованию новых способов поиска информации, развитию проблемного мышления.
  3. Формирование умения систематизировать изученное, раскрывать взаимосвязь между изученным теоретическим материалом и явлением в жизни, формировать умение взаимодействовать при групповой форме работы.

Развивающие:

  1.   Развитие логического мышления.
  2. Развитие коммуникативных умений и навыков при работе в классе
  3.   Развитие интереса к решению задач.
  4.   Повышение интереса к физике.

Воспитательные:

          1.Воспитание интереса к предмету

          2.Воспитание добросовестного отношения к труду,  уважительного отношение друг к другу, толерантности.

 

Оборудование урока: динамометры,  листы бумаги, листы стекла, пипетка с водой , два куска наждачной бумаги, круглые карандаши, брусок, цилиндр, сигнальные карточки, листы  для   самооценивания, компьютер, презентация.  

 Методы и приёмы: метод «мозгового штурма», частично поисковый, наглядный, объяснительно – иллюстративный,  имитационная  игра .                                  

 

                                                            (Эпиграф на доске)

                                                   Один опыт я ставлю выше, чем тысячи

                                                   мнений, рожденных только воображением

                                                                                                 М.В.Ломоносов.

 

   I. Организационный  часть.

   II. Мотивация  урока.

   III. Актуализация опорных знаний.   

    IV.Постановка цели урока.                       

    V. Изучение нового материала.

1. Явление трения и сила трения.

2. Наблюдения силы трения .

3. Сила трения.

4. Причины возникновения силы трения.

 5. Направление  силы  трения.

 6. Виды сил трения. 

 7.Релаксация (просмотр видеофрагмента)

 8.Измерение силы трения, формула для вычисления.

 9.Положительная и отрицательная роль силы трения.

      VI.  Закрепление изученного материала.

                1.Решение качественных задач.

                2.Выполнение  тестовых  заданий

                3. Решение расчётной задачи.

      VII. Подведение итогов  урока.

      VIII.  Рефлексия.

       IX. Домашнее задание.

ХОД УРОКА.

 

        I. Организационная часть.

 Здравствуйте,  ребята! Сегодня урок я хочу начать с поэтических строк.

                        В одном  мгновенье видеть вечность,

                        Огромный мир — в зерне песка,

                        В единой горсти — бесконечность,

                        И небо — в чашечке цветка.

                                                                           ( СЛАЙД 1)

Учитель. Как точно в этом стихотворении выражена задача естествоиспытателя. Только  мыслящий человек способен такое представить и увидеть в одном мгновенье-вечность. Мы с вами тоже попробуем  сегодня развить своё воображение.

II.Мотивация урока.

Сегодня у нас особенный урок. Каждый урок мы открываем для себя что-то новое, изучая науку о неживой природе, физику. Какое поле деятельности  для пытливого ума, умелых рук и любознательной натуры! А сколько ещё  неопознанного  вокруг. Сегодня на уроке мы познакомимся с таинственной силой — силой трения. Мы должны выяснить: трение союзник или враг человека. Нам предстоит открыть ещё одну тайну природы. Но вначале необходимо повторить полученные знания.

III.Актуализация опорных знаний.

Учитель.  Для этого  вам  надо  ответить  на  вопросы:

(СЛАЙД 2)

1.Что такое сила?

2.От чего зависит результат действия силы?

3.По какой формуле можно вычислить силу тяжести?

5.По какой формуле вычисляется сила упругости?

4.Напишите формулу для вычисления веса тела.

6.Чему равна равнодействующая сила?

7.Как вычислить равнодействующую двух сил направленных вдоль одной прямой в одну и ту же сторону?

8. Как вычислить равнодействующую двух сил направленных вдоль одной прямой в противоположные стороны?

9.Как  называется прибор для измерения силы ?

Решение задач. Работа в парах (взаимоконтроль)

(СЛАЙД 3)

 

 IV. Постановка цели урока.                         

 

Учитель.  Тема нашего урока: «Сила трения. Виды сил трения. Трение в природе и технике».                                     (СЛАЙД 4)

 Запишите в тетрадях число и тему урока. Теперь нам необходимо изучить, на мой взгляд, одну из самых важных сил — силу трения, которая сильнее бурь, ветров и непогоды. И я думаю, вы со мной в конце урока с этим согласитесь. Поэтому целью нашего   урока является следующее: знакомство с силой трения, выяснить действительно ли сила трения сильнее бурь, ветров и непогоды, экспериментально установить причины возникновения силы трения, какие существуют виды силы трения, записать формулу для расчета силы трения, выяснить положительную и отрицательную роль силы трения в природе и технике.

V. Изучение нового материала

Учитель. С явлением трения и силой трения мы знакомы с детства. Первые исследования силы трения были проведены великим итальянским ученым Леонардо да Винчи более 400 лет назад, но эти работы не были опубликованы. Законы сухого трения были описаны французскими учеными Гийомомом   Амонтоном  и Шарлем Кулоном.                                    (СЛАЙД 5)

Очень красочно о роли трения пишет французский физик
Гийом                                 (СЛАЙД6 )

«Всем нам случалось выходить в гололедицу: сколько усилий требовалось, чтобы удерживаться от падения, сколько смешных движений приходилось нам проделывать, чтобы устоять! Это заставляет нас признать, что земля, по которой мы ходим, обладает драгоценным свойством, благодаря которому мы сохраняем равновесие без особых усилий. Та же мысль возникает у нас, когда мы едем на велосипеде по скользкой мостовой или когда лошадь скользит по асфальту и падает. Изучая подобные явления, мы приходим к открытию тех следствий, к которым приводит трение. Инженеры стремятся устранить его в машинах — и хорошо делают. В прикладной механике о трении говорится, как о крайне нежелательном явлении, и это правильно, однако лишь в узкой специальной области. Во всех прочих случаях мы должны быть благодарны трению: оно дает нам возможность ходить, сидеть и работать без опасения, что книги и чернильница упадут на пол. Трение представляет настолько распространенное явление, что нам, за редким исключением, не приходится призывать его на помощь: оно является к нам само.

Учитель. Трение способствует устойчивости. Плотники выравнивают пол так, что столы и стулья остаются там, куда их поставили. Блюда, стаканы, поставленные на стол, остаются неподвижными без особых забот с нашей стороны, если только дело не происходит на пароходе во время качки.

Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь они величиной с каменную глыбу или малы, как песчинки, никогда не удержатся одно на другом. Не будь трения, Земля представляла бы шар без неровностей, подобно жидкой капли.

                                                                                      (СЛАЙД 7 )  

Учитель. Исходя   из   жизненного   опыта,   попробуйте   сформулировать определение этому явлению. Что такое трение?  (ответы  учеников)

  Учитель.   А теперь мы с вами побываем в роли естествоиспытателей.  

Опыт1.  Наблюдение явления трения.

На столе лежит деревянный брусок. Толкните его и наблюдайте за его движением. Прикрепите к нему динамометр и тяните равномерно. Замените брусок цилиндром и проделайте то же самое. Что вы можете сказать о скорости тела? Как она изменялась в опытах?

Какая сила возникает при  движении  тел? В результате чего она возникает?

Выводы:

Трение возникает при соприкосновении поверхностей взаимодействующих тел: при соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называют трением. А силу, характеризующую это взаимодействие, называют силой трения

                                                                                              ( СЛАЙД 8)

Учитель. Сила трения — это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого.  Она обозначается Fтp. Направлена сила трения всегда противоположно движению тела.

Учитель. Каковы причины возникновения силы трения? Какие виды сил трения существуют? Попробуем ответить и на эти вопросы, для этого проведём опыт.

Опыт 2. Возьмите 2 стеклянные пластины, прижмите их друг к

другу, а затем сдвиньте одну пластину относительно другой. Что

вы наблюдаете? Почему пластины трудно сдвинуть? Капните пипеткой на одну пластину 2-3 капельки воды и повторите опыт. Почему стало еще труднее сдвигать пластины?

Опыт 3. Возьмите 2 кусочка наждачной бумаги. Рассмотрите поверхность  этих тел.  Сложите  их  и  попробуйте  сдвинуть относительно друг друга.

Назовите причины возникновения трения.                         (СЛАЙД 9)

 Выводы: Причины возникновения силы трения: шероховатость поверхности соприкасающихся тел, молекулярное взаимодействие  (по  основным  законам MKT)

Учитель. При  контакте твёрдых тел можно выделить три вида сил трения:

                                                                                                 (СЛАЙД 10)

трения скольжения, трения качения, трения покоя.  Существует жидкое трение (сила сопротивления) при  движении тел в жидкости или газе

 Релаксация. ( просмотр видеофрагмента) 

                            (СЛАЙД  11)

 

 

7.Измерение  силы  трения.                                                         (СЛАЙД 12)

Учитель. А теперь внимательно посмотрите на известную картину Василия Григорьевича Перова «Тройка».                                                  (СЛАЙД 13)

Какой вид трения имеет здесь место? Как вы думаете, почему так тяжело везти детям сани? (ответы  учеников)

Учитель.   Значит, если бы груз не был таким тяжелым, то сила трения была бы меньше? Следовательно, сила трения зависит ещё и от груза. Как?

Учитель. Для вычисления силы трения запишем формулу      (СЛАЙД 14)

Учитель. Жизненный опыт подсказывает нам, что трение очень важно в нашей жизни и играет как положительную, так и отрицательную роль

                 (СЛАЙД 15)

Наше отношение к трению противоречиво: с одной стороны — ведется борьба: трущиеся поверхности машин шлифуются, простые подшипники скольжения заменяются шариковыми или роликовыми, применяется обильная смазка, создаются смазочные материалы. С другой стороны: лианы, хмель, вьюны и другие  растения благодаря трению цепляются за находящиеся поблизости опоры, удерживаются на них и тянутся к свету.                     (СЛАЙД 16)

Трение помогает при ходьбе, не могли бы тронуться без трения поезда, машины.                                                                                      (СЛАЙДЫ 17,18)

Не будь трения, предметы выскальзывали бы из рук.             (СЛАЙД  19, 20)                                                                                                  

Без трения не играла бы скрипка, так как при движении смычка по струнам не издавался бы звук                                                                        (СЛАЙД 21)

Учитель.  Нужно ли избавляться от трения?

При отсутствии трения гвозди, винты выскальзывали бы из стен, не могли бы удержать в руках ни одну вещь, вихрь никогда не прекратился, звуки не умолкали, дети не могли попасть в объятия любимых родителей, невозможно было дождаться автобуса, потому что тормоза не работали, машины ездили без остановки                                                                                (СЛАЙДЫ23 ,24)

Мудрость и жизненный опыт любой народ заключает в поговорки. Например:                                                                                        (СЛАЙД 25)                                                                                     

 

  • угря в руках не удержишь;
  •     что кругло — легко катится;
  •     лыжи скользят по погоде;
  •     из навощенной нити сеть не сплетешь;
  •     колодезная веревка сруб перетирает;
  •     ржавый плуг только на пахоте очищается;
  • ловкий человек и на дынной корке не поскользнется;

Интерактивное упражнение:  имитационная игра «Тяжёлая бутылка». Учитель.  Какую оценку можно дать роли трения в жизни? Учитывая отрицательную роль трения, необходимо его уменьшить. Для этого необходимо:

  • подбирать материалы с низким коэффициентом трения;
  • повысить качество обработки трущихся поверхностей;
  • заменить трение скольжения трением качения;
  • использовать смазку.

 VI. Закрепление изученного материала

1.Решение качественных задач.

1. Зачем зимой дорожки посыпают песком?

  1. Зачем зимой на задние колеса автомобилей надевают цепи?
  2. Зачем на обуви, шинах автомобилей наносят протектор?
  3. Зачем в двигатель автомобиля наливают масло?
  4. Зачем спортсмены-лыжники на лыжи наносят особую смазку?
  5. Зачем подшипники колес и педалей велосипедов смазывают солидолом?
  6. Как устроен вездеход на воздушной подушке? Что для него является смазкой?
  7. Зачем легкоатлеты надевают спортивную обувь с шипами?

2.Выполнение  тестовых  заданий.                               (СЛАЙД 26)

Учащиеся выполняют тестовое задание. Ответы показывают с помощью сигнальных карточек по команде учителя.

1. Какая сила не позволяет сдвинуть с места тяжелый шкаф?

A. Силы трения скольжения.
Б. Сила трения покоя.

B. Сила тяжести.

2. Парашютист, масса которого 70 кг, равномерно опускается. Чему
равна сила сопротивления воздуха?

А.700 Н. Б. ОН. В. 70 Н.

3. При смазке трущихся поверхностей сила трения …

A. не изменяется.
Б. увеличивается.

B. уменьшается.

4. Как направлена сила трения, когда брусок движется по столу
вправо?

A. Вправо.
Б. Влево.

B. Вертикально вниз.

5. В гололед тротуары посыпают песком. При этом трение подошв
обуви о лед …

A. не изменяется.
Б. уменьшается.

B. увеличивается.

Самопроверка выполнения  тестовых заданий                                 (СЛАЙД 27)

3. Решение расчётной задачи.                                                          (СЛАЙД 28)

VII.  Подведение итогов  урока.

Ребята мы с вами сегодня рассмотрели силу трения —  силу знакомую, но таинственную, которая сильнее бурь, ветров и  непогоды. Трение  союзник   или враг человека?

 Что такое трение?
Трение-явление.

 Враг оно нам или друг?

 Это знают все вокруг.

    Если б трение пропало

    Что со всеми нами стало?

    Мы ходить бы не смогли,

    Оттолкнувшись от Земли.

Если б взяли, что-то вдруг

Оно выпало б из рук.

Помогает трение

Начинать движение

   Всем машинам, тракторам,

   Мотоциклам, поездам.

   …Но при том приносит вред

   И не  мало разных бед.

 В станках, приборах трутся части,

 И это-главное несчастье.

 Ну и все автомашины

 Быстро снашивают шины!

    И поэтому вопрос

    Не настолько уж и прост:

    Тренье — друг наш или враг?

    Ответ двоякий: так и так   

 VIII.  Рефлексия.

Самой интересной информацией была …

Для меня было открытием …

Я, считаю, что прошедший урок был …

 

 IX . Домашнее  задание. Выучить§25,26 ; (задания для оценивания уч. дост.) стр.17 №30(р.з.), стр.15 №8,9 ( к.з.)                                            (СЛАЙД29)

Творческое задание на выбор:

Найти 3 поговорки или пословицы о трении и дать им объяснение. Нарисовать рисунок на тему: «Если бы не было силы трения» Написать сказку на тему: «Если бы не было силы трения»

Спасибо вам за хорошую работу.                                                 (СЛАЙД30 )

 

Список использованной литературы.

1.Буров и др. Фронтальные экспериментальные задания по физике, М., Просвещение, 1984г.

2. Л.А.Кирик, разноуровневые самостоятельные и контрольные работы по физике, М:Илекса 2006 г.

3. В.И.Лукашик, сборник задач по физике 7-9, М:Просвешение 2009г.;

4.Тарасов Л.В. Физика в природе, Москва: издательство «Просвещение», 1988г.

5. Перельман Я.И., Знаете ли вы физику? 1992г.

6. Физика. 7 класс. Задания для оценивания учебных достижений учащихся / сост. Охрименко Н.А., Литвиненко И.Н., Сачек В.Л. – 2-е издание, доработанное. ‒ ГОУ ДПО «Донецкий РИДПО». – Донецк: Истоки, 2018г.  

7. Физика : 7-9 кл. : программа основного общего образования для общеобразовательных  организаций Донецкой Народной Республики / сост. Охрименко  Н.А., Литвиненко И.Н., Лысенко М.М., Остапенко А.В., Поступаев А.А., Свичкарь Л.Л., Щебетун Л.В. – 2-е издание, доработанное. ‒ ГОУ ДПО «Донецкий РИДПО». – Донецк: Истоки, 2018г. 

8. Физика. 7 класс: учебник  для общеобразовательных  организаций / В.В. Белага, И.А. Ломаченков, Ю.А. Панебратцев. – 4-е изд. – М.: Просвещение,

 2016г.

9.http://iralebedeva.ru/physic11.html

10.http://class- fizika.narod.ru/7_tren.htmhttp ://class-fizika.narod.ru/7_tren.htm

11.class-fizika.narod.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сила и масса | Безграничная физика

Force

Сила — это любое влияние, которое заставляет объект изменяться относительно его движения, направления или геометрической конструкции.

Цели обучения

Разработайте взаимосвязь между массой и ускорением при определении силы

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Сила указывается как векторная величина, то есть она имеет элементы как величины, так и направления.Масса и ускорение соответственно.
  • С точки зрения непрофессионала, сила — это толчок или тяга, которые можно определить с помощью различных стандартов.
  • Динамика — это исследование силы, которая заставляет объекты и системы двигаться или деформироваться.
  • Внешние силы — это любые внешние силы, действующие на тело, а внутренние силы — это любые силы, действующие внутри тела.
Ключевые термины
  • сила : Сила — это любое влияние, которое заставляет объект претерпевать определенные изменения, касающиеся его движения, направления или геометрической конструкции.
  • скорость : векторная величина, которая обозначает скорость изменения положения относительно времени или скорость с направленным компонентом.
  • вектор : Направленная величина, имеющая как величину, так и направление; между двумя точками.

Обзор войск

В физике сила — это любое влияние, которое заставляет объект претерпевать определенные изменения, касающиеся его движения, направления или геометрической конструкции. Он измеряется в системе СИ — Ньютон.Сила — это сила, которая может заставить объект с массой изменять свою скорость, то есть ускоряться, или которая может вызвать деформацию гибкого объекта. Сила также может быть описана интуитивно понятными понятиями, такими как толчок или тяга. Сила имеет как величину, так и направление, что делает ее векторной величиной.

Что такое сила? : Описывает, что такое силы и что они делают.

Качества силы

Исходная форма второго закона Ньютона гласит, что результирующая сила, действующая на объект, равна скорости изменения его количества движения.Этот закон также означает, что ускорение объекта прямо пропорционально чистой силе, действующей на объект, происходит в направлении чистой силы и обратно пропорционально массе объекта.

Как мы уже упоминали, сила — это векторная величина. Вектор — это одномерный массив с элементами как величины, так и направления. В векторе силы масса [latex] \ text {m} [/ latex] — это составляющая величины, а ускорение [latex] \ text {a} [/ latex] — это составляющая направления.Уравнение для силы записано:

[латекс] \ text {F} = \ text {m} \ cdot \ text {a} [/ latex]

Понятия, связанные с силой, включают тягу, которая увеличивает скорость объекта; сопротивление, уменьшающее скорость объекта; и крутящий момент, который вызывает изменения скорости вращения объекта. Силы, которые не действуют равномерно на все части тела, также вызывают механические напряжения — технический термин, обозначающий воздействия, вызывающие деформацию материи. В то время как механическое напряжение может оставаться в твердом объекте, постепенно деформируя его, механическое напряжение в жидкости определяет изменения ее давления и объема.

Динамика

Динамика — это изучение сил, которые заставляют объекты и системы двигаться. Чтобы понять это, нам нужно рабочее определение силы. Наше интуитивное определение силы, то есть толчка или тяги, — хорошее место для начала. Мы знаем, что толчок или притяжение имеют как величину, так и направление (следовательно, это векторная величина) и могут значительно различаться в каждом отношении.

показывает несколько примеров «тяни-толкай» природы силы. Верхний левый пример — это система шкивов.Сила, которую кто-то должен был бы потянуть за кабель, должна была бы равняться и превышать силу, создаваемую массой объекта и действием силы тяжести на этот объект, чтобы система двигалась вверх. Правый верхний пример показывает, что любой объект, лежащий на поверхности, по-прежнему будет оказывать на эту поверхность силу. Нижний пример — это два магнита, притягивающиеся друг к другу под действием магнитной силы.

Примеры силы : Некоторые ситуации, в которых действуют силы.

Масса

Масса — это физическое свойство материи, которое зависит от размера и формы материи и выражается в килограммах в системе СИ.

Цели обучения

Обоснуйте значение понимания массы в физике

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Масса определяется как количественная мера сопротивления объекта ускорению.
  • Согласно второму закону движения Ньютона, если на тело фиксированной массы m действует единственная сила F, его ускорение a определяется как F / m.
  • Масса занимает центральное место во многих понятиях физики, включая вес, импульс, ускорение и кинетическую энергию.
  • Согласно второму закону движения Ньютона, если на тело фиксированной массы m действует единственная сила F, его ускорение a определяется как F / m.
Ключевые термины
  • масса : количество вещества, содержащегося в теле, независимо от его массы или объема. Это одно из четырех основных свойств материи. В системе СИ измеряется в килограммах.

Что такое масса?

Все элементы обладают физическими свойствами, значения которых могут помочь описать физическое состояние элемента. Изменения этих свойств могут описывать элементные преобразования. Физические свойства не меняют химическую природу вещества. Физическое свойство, которое мы покрываем в этом атоме, называется массой.

Масса определяется как количественная мера сопротивления объекта ускорению. Термины «масса» и «вес» часто меняют местами, но это неверно.Вес — это другое свойство материи, которое, хотя и связано с массой, является не массой, а, скорее, величиной гравитационной силы, действующей на данное тело материи. Масса — это внутреннее свойство, которое никогда не меняется.

Единицы массы

Чтобы что-то измерить, необходимо установить стандартное значение, используемое по отношению к объекту измерения. 2} \ vert [/ latex]

Нормальные, растягивающие и другие примеры сил

Пример 1.Вес на уклоне, двумерная задача

Рассмотрим лыжника на склоне, показанном на рисунке 2. Ее масса, включая снаряжение, составляет 60,0 кг. а) Каково ее ускорение, если трение незначительно? б) Каково ее ускорение, если известно, что трение составляет 45,0 Н?

Рис. 2. Поскольку движение и трение параллельны склону, наиболее удобно проецировать все силы в систему координат, где одна ось параллельна склону, а другая перпендикулярна (оси показаны слева от лыжника). N перпендикулярно склону, а f параллельно склону, но w имеет компоненты вдоль обеих осей, а именно w и [латекс] \ textbf {w} _ {\ parallel} [ /латекс]. N равно по величине w , так что нет движения перпендикулярно склону, но f меньше w∥, так что есть ускорение вниз по склону (вдоль параллельной оси).

Стратегия

Это двумерная задача, поскольку силы, действующие на лыжника (интересующая система), не параллельны.Подход, который мы использовали в двумерной кинематике, также здесь очень хорошо работает. Выберите удобную систему координат и спроецируйте векторы на ее оси, создав две связанных одной -мерной задачи, которую нужно решить. Самая удобная система координат для движения по наклонной поверхности — это та, в которой одна координата параллельна склону, а другая — перпендикулярна склону. (Помните, что движения по взаимно перпендикулярным осям независимы.) Мы используем символы ⊥ и ∥ для обозначения перпендикуляра и параллельности соответственно.Такой выбор осей упрощает этот тип проблемы, потому что нет движения, перпендикулярного уклону, и потому что трение всегда параллельно поверхности между двумя объектами. Единственными внешними силами, действующими на систему, являются вес лыжника, трение и поддержка склона, обозначенные соответственно w , f и N на рис. 2. N всегда перпендикулярно склону, а f параллельно ему. Но w не находится в направлении ни одной из осей, и поэтому первый шаг, который мы делаем, — проецируем его на компоненты вдоль выбранных осей, определяя w как компонент веса, параллельный наклону, и w составляющая веса, перпендикулярная уклону.{\ circ}) [/ латекс].

(a) Без учета трения. Поскольку ускорение параллельно наклону, нам нужно учитывать только силы, параллельные наклону. (Силы, перпендикулярные склону, добавляют к нулю, поскольку в этом направлении нет ускорения.) Силы, параллельные склону, представляют собой величину веса лыжника, параллельную склону w и трение f . Используя второй закон Ньютона, с индексами для обозначения величин, параллельных наклону,

[латекс] {a} _ {\ parallel} = \ frac {{F} _ {\ text {net} \ parallel}} {m} [/ latex]

, где [латекс] {F} _ {\ text {net} \ parallel} = {w} _ {\ parallel} = mg \ sin ({25 ^ {\ circ}}) [/ latex], при условии отсутствия трения для эта часть, так что

[латекс] a _ {\ parallel} = \ frac {{F} _ {\ text {net} \ parallel}} {m} = \ frac {{mg} \ sin ({25} ^ {\ circ})} {m} = g \ sin ({25} ^ {\ circ}) [/ латекс]

(9. {\ circ}) — f} {m} [/ latex].{2} [/ латекс]

, что соответствует ускорению, параллельному наклону, при противоположном трении 45,0 Н.

Обсуждение

Поскольку трение всегда противодействует движению между поверхностями, ускорение меньше при трении, чем при его отсутствии. Фактически, общий результат заключается в том, что если трение на уклоне незначительно, то ускорение вниз по уклону составляет a = g sin θ , независимо от массы .Это связано с ранее обсуждавшимся фактом, что все объекты падают с одинаковым ускорением при отсутствии сопротивления воздуха. Точно так же все объекты, независимо от массы, скользят по склону без трения с одинаковым ускорением (если угол одинаков).

Force | Encyclopedia.com

В самом общем смысле сила означает способность действовать или способность преодолевать сопротивление. В физических науках именно тот объект, который изменяет или стремится изменить состояние покоя или движения тела.Следовательно, его также можно определить как причину движения, или, точнее, — предполагая справедливость принципа инерции, согласно которому неускоренное движение и покой динамически и причинно эквивалентны и соответствуют просто различным вариантам систем отсчета — как причина ускорения.

Метрическая единица силы в науке — dyne , сила, необходимая для того, чтобы придать массе в один грамм ускорение (увеличение скорости) на один сантиметр в секунду за каждую секунду.Британская единица силы — фунтов , то есть сила, необходимая для того, чтобы дать массе в один фунт ускорение в один фут в секунду каждую секунду. Практическая единица — сила грамм , то есть сила, которую Земля оказывает на один грамм массы на уровне моря и 45 ° широты; это равно 980,616 дин. Другой распространенной единицей является ньютон , которая представляет собой силу, необходимую для того, чтобы придать массе в один килограмм ускорение в один метр в секунду каждую секунду, и поэтому эквивалентна 10 5 динам.

Помимо использования в переносном смысле, таком как «сила привычки», «полиция» или «экономические силы», слово означает силу , особенно в натурфилософии восемнадцатого и девятнадцатого веков и в ранние сочинения о принципе сохранения энергии (Р. Майер, Х. фон Гельмгольц) означали действие и энергию. В то время это омонимическое употребление вызвало значительную путаницу.

Первоначально принятая в качестве аналогии с силой воли человека, мышечным усилием и духовным влиянием, эта концепция рано стала проецироваться на неодушевленные предметы и сыграла важную роль в древней тауматургии, оккультизме и средневековом колдовстве.

Концепция силы в древней философии

Ранний греческий гилозоизм милетской школы (Фалес, Анаксимандр, Анаксимен) рассматривал природу как живое, одушевленное и самодвижущееся существо и, следовательно, не видел проблемы в происхождении движение. Концепция силы получила известность только с учением Гераклита о противодействии напряжениям, согласно которому сила является первичным компонентом физической реальности и регулирующим элементом во вселенной. В философии любви ( philia ) и борьбы ( neikos ) Эмпедокла силы, хотя и воспринимаемые по аналогии с человеческими привязанностями, стали действенными причинами изменений и движения.Несмотря на то, что натурфилософия Платона относит принцип движения, в конечном счете, к существованию мировой души и соответствует в этом отношении скорее раннему гилозоизму, чем динамистическим учениям Эмпедокла и Анаксагора, термин Dynamis , означающий не только переходная активность, но также и пассивная восприимчивость или восприимчивость, играет важную роль в его учении. Хотя Аристотель в своей концепции природы как «physis» по-прежнему признавал платоновское понятие силы как нечто присущее материи, в De Caelo он также подошел к формулировке более механической концепции силы как физической эманации одной субстанции. к другому: посредством толкания и тяги тела влияют друг на друга и вызывают движение посторонних объектов.Это аристотелевское представление об исходящих кинематических эффектах, хотя и ограничивается смежными способами действия, является первым примером современной динамической концепции силы. В своей книге Physics Аристотель подверг эту причину принудительного движения количественному исследованию: сила A , которая перемещает мобильное устройство B на расстояние D за время T может переместить половину мобильного (½ B). ) через удвоенное расстояние (2 D ) за то же время ( T ) или может переместить половину мобильного устройства (½ B ) на расстояние D за половину времени (½ T ) , и так далее.В современной терминологии динамический закон движения Аристотеля может быть сформулирован следующим образом: скорость движения мобильного устройства пропорциональна отношению движущей силы и сопротивления среды. Нигде Аристотель не использовал единицы измерения этих величин. Хотя довольно очевидно, что силы на практике измерялись в терминах веса (раннее использование весов является доказательством этого), концепция Аристотеля веса как проявления естественного движения, а не как причины принудительного движения, теоретически исключалась. основания, возможность использования единиц веса как единиц силы.Поскольку, согласно Аристотелю, примыкание двигателя к движению было непременным условием возникновения динамического действия, сила как действие на расстоянии не имела места в его концептуальной схеме. Следовательно, объяснение движения планет требовало допущения о внешнем действии или астральном разуме как о «двигателе», прикрепленном к звезде, если только не считалось, что звезда наделена собственной жизнью.

С исследованиями Посидония в Гадесе связи между приливами и движениями Солнца и Луны и его доктриной универсального напряжения концепция силы была обобщена как нечто, способное проникать во все пространство.Таким образом, стоическая философия отказалась от аристотелевского ограничения непосредственной связи между движущимся и движущимся и рассматривала силу как взаимное соответствие действий между объектами, даже когда объекты были разделены в пространстве. Фактически, стоики, вероятно, были первыми, кто сформулировал идею силового поля и рассматривал Вселенную как огромную систему, управляемую взаимодействием сил.

Средневековая философия

Арабская и христианская средневековая философия в целом придерживалась аристотелевской концепции силы.Исключения были в основном вдохновлены неоплатоническими идеями. Так, в трактате Абу-Юсуфа Якуба ибн Исхака аль-Кинди On the Tides ( Fi-l-madd wal-jazr ) его понятие силы полностью аристотелевское, за исключением того, что он считает, что сила может распространяться посредством оптические лучи, теория, способствующая астрологической эксплуатации. Концепция Роджера Бэкона сил как «видов» — изолированных сущностей, оторванных от своего субъекта и распространяющихся в пространстве в соответствии с определенными законами распространения — демонстрирует аналогичные особенности.

Аристотелевский закон движения, который уже подвергался критике Иоанном Филопоном в шестом веке нашей эры и Авемпасом в двенадцатом веке, был показан Томасом Брадвардином в середине четырнадцатого века как противоречащий опыту в случае равенства движущих сил и сопротивление, так что отношение равно единице, а скорость равна нулю. Брэдвардин впоследствии изменил закон, заявив, что скорость, говоря современным языком, зависит от логарифма отношения между движущей силой и сопротивлением.

В четырнадцатом веке стоическая концепция силового поля также была возрождена, вероятно, независимо от античной школы. В своих Quaestiones Super Libris Quattuor de Caelo et Mundo (Вопросы к четырем книгам неба и Земли) Джон Буридан постулирует небесную силу, которая пронизывает все пространство и оказывает влияние на физические тела, в отличие от перипатетического изречения: Causa agens est simul cum suo effectuximo et немедленное. Однако вращения небесных тел, согласно Буридану, не являются результатом постоянной деятельности особых разумных существ, а скорее первоначального импульса вращения, переданного этим телам Создателем в начале времен.

Kepler

Решающий этап в развитии концепции силы был достигнут в поисках Иоганном Кеплером количественного определения динамической активности. В своих ранних произведениях, таких как Mysterium Cosmographicum (1596), Кеплер все еще ссылается на силу как на душу, оживляющую небесные тела. Его переписка, однако, и особенно его письма, адресованные Давиду Фабрициусу, ясно показывают, что использование им термина anima («душа») в его трудах было просто метафорой, чтобы выразить нематериальность принципа, который управляет взаимными движениями людей. небесные тела.В 1605 году Кеплер уже был убежден, что сила притяжения может быть подвергнута математическому формализму. В третьей части своей книги Astronomia Nova (1609) Кеплер обсуждает причины движения планет и впервые настаивает на математическом определении силы, даже если это не толчок или притяжение. «Ибо мы видим, что эти движения происходят в пространстве и времени, и эта добродетель исходит и распространяется через пространство вселенной, и все это математические концепции.Из этого следует, что эта добродетель подчиняется и другим математическим требованиям «. Обнаружив, что планеты движутся по своим орбитам со скоростями, которые изменяются в зависимости от расстояния от Солнца, Кеплер исследовал физическую причину этого математического отношения и, таким образом, пришел к выводу. предположить существование регулирующей силы, величина которой уменьшается с расстоянием. Однако притяжение еще не рассматривалось как радиальная сила, а скорее как тангенциальное сопротивление, и Кеплер под влиянием книги Уильяма Гилберта De Magnete (1600) , предложил аналогию с магнетизмом.Но, несмотря на это, концепция Кеплера о гравитационной силе притяжения является типичным примером того факта, что существование сил должно и должно быть выведено из феноменологических аспектов закономерностей в вариациях движения. Это также иллюстрирует тот факт, что постулирование сил как причин движений и их кинематических вариаций является методологическим процессом, который находит свое философское оправдание в сведении многочисленных случаев функциональной зависимости к одному единственному действию.Таким образом, процедура Кеплера стала прототипом для введения сил в различные области физики: гравитационные, упругие, электромагнитные, ядерные силы и т. Д.

Newton

Представление Исаака Ньютона о силе можно отнести к двум изначально разрозненным классам механических или динамических явлений, которые, однако, в конце концов нашли свое логическое объединение в его Principia (1687), благодаря самим определениям силы и массы. Документальные свидетельства, кажется, показывают, что его самая ранняя концепция силы возникла в результате изучения явлений удара.Так, «Книга отходов 1664» Ньютона (г-жа Адд. 4004, Портсмутская коллекция, Университетская библиотека, Кембридж, Великобритания) начинается с определения количества движения тела как произведения его «количества» (массы) и его скорости. , и продолжает: «Отсюда видно, как и почему среди движущихся тел одни требуют более мощной или действенной причины, а другие — меньше, чтобы препятствовать или помогать их скорости. А сила этой причины обычно называется силой. И поскольку эта причина использует или применяет ее, его сила или сила препятствовать или изменять стойкость тел в их состоянии, говорят Indeavour, чтобы изменить их стойкость.«В другом документе (г-жа Адд. 3965, Портсмутская коллекция) сила неявно определяется утверждением:« Изменение движения всегда пропорционально силе тем, чем оно изменяется ». Учитывая точный текст второго закона Ньютона. движения в Принципах , «Изменение движения пропорционально приложенной движущей силе», можно прийти к выводу, что «сила» в этих утверждениях означает более или менее то, что мы сегодня подразумеваем под «импульсом» (что в фактически, равно изменению импульса).Исходная концепция силы Ньютона, следовательно, заключалась в толчке, ударе или толчке, как это проявляется в явлениях столкновения, которые в то время были предметом обширных исследований Галилео Галилея, Маркуса Марси, Джона Уоллиса и Кристиана Гюйгенса. С другой стороны, в своих поисках вывода феноменологических аспектов движения планет из гипотезы закона обратных квадратов, Ньютон нуждался в скорости изменения количества движения во времени в качестве примитивного понятия и, таким образом, отождествлял изменение количества движения с скорость его изменения для астрономических приложений.Поэтому более поздние комментаторы интерпретировали Ньютона как утверждение, что сила измеряется произведением массы и ускорения, произведением, которое для постоянной массы равно скорости изменения количества движения во времени. Таким образом, хотя определение силы Ньютоном не является строго безупречным, оно привело к единой трактовке земной и небесной механики, а понятие силы стало фундаментальным понятием физики. Принимая во внимание, что первый закон движения Ньютона или закон инерции, согласно которому каждое тело, на которое не действует сила, пребывает в состоянии покоя или равномерного движения, можно рассматривать как качественное определение силы (а именно, как изменение состояния движение), второй закон дал количественную оценку концепции и придал смысл понятию массы.Ньютоновская характеристика силы дополняется третьим законом, который, по сути, гласит, что каждая сила неизменно проявляет себя в двойственном аспекте: у нее есть зеркальный двойник. Ибо он утверждает, что если A действует на B , то B действует на A с равной величиной в противоположном направлении; или, другими словами, каждому действию всегда противопоставляется равное противодействие. Следовательно, силы возникают только в результате совместного взаимодействия как минимум двух сущностей.Во вселенной, состоящей только из одного тела, никакие силы невозможны.

Исследовав таким образом количественные аспекты силы и, в частности, силы гравитации, Ньютон не уточняет метафизическую природу силы; Что касается физической науки, сила — это в высшей степени несводимое понятие. Таким образом, вклад Ньютона можно рассматривать как кульминацию концептуального развития в поисках количественного определения неясного и неразличимого, но необходимого понятия — развития, философская необходимость которого уже подчеркивалась Бэконом, Томасом Гоббсом и даже Рене. Декарт.

Научная легитимность такой силы, как гравитация, которая могла действовать на расстоянии без посредничества промежуточной среды, была рано подвергнута сомнению. Сам Ньютон, в частности, в своем Opticks (1704), ссылался на определенные предположения, в первую очередь на понятие эфира, чтобы свести такие действия на расстоянии к смежным эффектам, совместимым с корпускулярно-кинетической теорией, преобладающей в этом и в более поздних версиях. раз. Тем не менее, несмотря на раннюю оппозицию (как это было высказано, в частности, Готфридом Вильгельмом Лейбницем, который отверг действие на расстоянии как схоластическое неясное качество), понятие силы, как задумано Ньютоном, стало основной концепцией классической теоретической механики.Пьер де Лаплас в своей книге Mécanique céleste (1799–1805) рассматривал сведение всех механических явлений к силам, действующим на расстоянии, как конечную цель физических наук, а работа Жозефа Луи Лагранжа Mécanique analytique (1788): изюминка классической механики, написана в том же духе. Механика действия на расстоянии получила дальнейшую поддержку благодаря успешному применению Лапласом, Симеоном Дени Пуассоном и Вильгельмом Вебером в классических теориях электричества и магнетизма.Даже капиллярные явления — преимущественно контактные явления — рассматривались Лапласом и Карлом Гауссом как подверженные воздействиям на расстоянии.

Критика действия на расстоянии

Большой математический успех этих теорий силы как действия на расстоянии не подавил сомнений в философской законности таких концепций и альтернативных механистических или кинетико-корпускулярных теорий, особенно для гравитации , были предложены в большом количестве. Одна из первых попыток в этом направлении, теория «сверхземных частиц» Джорджа Луи Лесажа (1747 г.), была типична для подобных гипотез, получивших большую популярность в XIX веке.Предполагалось, что частицы движутся во всех направлениях в пространстве и отскакивают от макроскопических тел; возникающие экранирующие эффекты должны были вызывать взаимное «притяжение» «гравитирующих» тел. Однако основная критика ньютоновской концепции силы с философской точки зрения была направлена ​​против гипостатизации силы как метафизической сущности автономного онтологического статуса. Джордж Беркли в своей работе De Motu (В движении; 1721) выступил против этого подхода и рассматривал понятие силы как удобную вспомогательную фикцию, с которой можно работать; поскольку это понятие имело тот же статус в науке, что и понятие эпицикла в астрономии.Он признал, что такие термины, как сила , сила тяжести и притяжение , , удобны для целей рассуждений или вычислений; для понимания природы самого движения, однако, Беркли считает их совершенно несущественными. Они не должны вести нас к заблуждению, что они могут пролить свет на действительные действенные причины движения, поскольку единственной целью физической науки является установление закономерностей и единообразия природных явлений; объяснять частные явления означает «сводить их к таким общим правилам и демонстрировать их соответствие этим общим правилам» ( Siris , 1744).Давид Юм, Пьер де Мопертюи и особенно ранние сторонники современного позитивизма (Густав Кирхгоф, Генрих Герц, Эрнст Мах) вслед за Беркли утверждали, что сила — это просто конструкция в концептуальной схеме физики и что ее не следует смешивать с метафизическими. причинность. Наиболее радикальным в этом отношении была антиметафизическая установка Маха, в соответствии с которой он пытался лишить механику всех представлений о причине и силе и принять чисто функциональную точку зрения.Следуя лекциям Кирхгофа по механике ( Vorlesungen über Meckanik , 1874–1876), Мах в своей книге Science of Mechanics ( Die Mechanik in ihrer Entwicklung, Historisch-kritisch dargestellt , 1883) отождествил силу с продуктом. массы и ускорения и, таким образом, свел его к чисто математическому выражению, связывающему определенные измерения пространства и времени.

Но даже после этого процесса очищения и исключения всех причинных или телеологических последствий концепция силы не была исключена из концептуальной схемы физики.Его методологическое обоснование заключается в том, что он позволяет нам обсуждать общие законы движения независимо от конкретной физической ситуации, с которой эти движения связаны. В современной физике это понятие играет примерно ту же роль, что и средний термин в традиционном силлогизме; это методологический промежуточный продукт, с помощью которого мы можем изучать кинематическое поведение физического тела независимо от конкретной конфигурации, в которой оно находится.

Психологические истоки концепции силы

Развитие критического отношения к концепции силы, инициированное Беркли и Юмом и достигшее высшей точки в логической и метафизической точке зрения Кирхгофа и Маха, привело к исследованию психологического происхождения понятия.Первым, кто подробно рассмотрел эту проблему, был Томас Рид, непосредственный преемник Юма и основатель шотландской школы. Он вывел понятие силы из нашего сознания операций нашего собственного разума, и особенно из сознания наших добровольных усилий по достижению результатов. Рейд пришел к выводу, что, если бы мы не осознавали такие усилия, мы не сформировали бы никакого представления о силе и, следовательно, не спроецировали бы это представление на природу и наблюдаемые в ней изменения.Младший современник Иммануила Канта, Мэн де Биран, чья персоналистическая философия имеет много общего с эмпирическим интуитивизмом Рейда, рассматривал нашу собственную волю как источник понятия силы; По его мнению, сопротивление мышечным усилиям, ощущаемое в случае произвольной деятельности, заставляет нас осознать, что определенные действия не являются непроизвольными действиями, а являются результатом нашего эго как источника силы. Из двоякой природы эго как индивидуального источника действия, неразрывно соединенного с сопротивляющимся организмом, мы получаем универсальное и необходимое понятие силы.Хотя критика Беркли-Юма привела почти к исключению концепции силы из науки и естественной философии, в то же время она предоставила более психологически и физиологически ориентированной философии важные аргументы против такого исключения. Утверждалось, что понятие силы находится в таком же отношении к ощущению мышечного усилия, как понятие движения — к зрительному восприятию, а наука без понятия движения немыслима. Более того, если один вид ощущений предпочтительнее других, то это, безусловно, должно быть мышечное ощущение, наиболее близкое к психологическому переживанию воли.Даже Уильям Джеймс, который в «Чувстве усилия» в Сборник эссе и обзоров (1920) отверг так называемое чувство иннервации и выступил против точки зрения, что сопротивление нашим мышечным усилиям — единственное чувство, которое приносит мы в тесном контакте с реальностью, утверждали, что реальность проявляется в форме силы, подобной силе усилия, которое мы прилагаем сами. Таким образом, концепция силы, согласно Джеймсу, остается «одной из тех универсальных идей, которые по необходимости принадлежат интеллектуальному оборудованию каждого человеческого разума.

См. Также аль-Кинди, Абу-Юсуф Якуб ибн Исхак; Анаксимандр; Анаксимен; Аристотель; Бэкон, Роджер; Беркли, Джордж; Брадвардин, Томас; Буридан, Джон; Декарт, Рене; Эмпед; Эмпед. Галилео Галилей; Гераклит Эфесский; Герц, Генрих Рудольф; Гоббс, Томас; Хьюм, Давид; Ибн Баджа; Джеймс, Уильям; Кант, Иммануил; Кеплер, Иоганн; Кирхгоф, Густав Роберт; Лаплас, Пьер Симон де; Лоуз, научный; Лейбниц, Готфрид Вильгельм; Мах, Эрнст; Мэн де Биран; Масса; Материя; Средневековая философия; Неоплатонизм; Ньютоновская механика и механическое объяснение; Ньютон, Исаак; Панпсихизм; Филопон, Джон; Платон; Власть; Рид, Томас; Стоицизм; Фалес. Милет.

Библиография

Эллис, Брайан Д. «Концепция движущей силы Ньютона». Журнал истории идей 23 (1962): 273–278.

Гессен, Мэри Б. Силы и поля. Лондон: Нельсон, 1961.

Джеймс, Уильям. «Чувство усилия». В сборнике сочинений и обзоров. Нью-Йорк: Лонгман, 1920.

Джаммер, Макс. Концепции силы (Исследование основ динамики). Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета, 1957; переиздано в мягкой обложке, Нью-Йорк, 1962.

Мах, Эрнст. Die Mechanik in Ihrer Entwicklung, Historisch-kritisch dargestellt. Лейпциг, 1883. Переведено Т. Дж. Маккормаком как Наука о механике. Ла Саль, Иллинойс: Открытый суд, 1960. Введение Карла Менгера.

Маргенау, Генри. Природа физической реальности. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1950. Ch. 12.

Рёр, Юлиус. Der Okkulte Kraftbegriff im Altertum. Leipzig, 1923.

Weyl, Hermann. Философия математики и естествознания. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1949. Стр. 148ff.

М. Джаммер (1967)

Энциклопедия философии Джаммер, М.

Формула сопротивления воздуху

Сопротивление воздуха — это сила, которая воздействует на объекты, движущиеся по воздуху. Часто задачи физики, используемые при обучении, игнорируют это, но это очень важно для понимания движения быстро движущихся объектов, таких как самолеты. Это зависит от плотности воздуха, площади объекта, скорости его движения и «коэффициента сопротивления», который учитывает другие свойства объекта, такие как шероховатость поверхности и турбулентность.Сопротивление воздуха также называют «сопротивлением», и единица измерения этой силы — ньютоны (Н).

F = сила, вызванная сопротивлением воздуха или сопротивлением (Н)

k = константа, которая учитывает влияние плотности, сопротивления и площади (кг / м)

v = скорость движущегося объекта (м / с)

ρ = плотность воздуха, в котором движется объект (кг / м 3 )

C D = коэффициент лобового сопротивления, включая трудноизмеримые эффекты (без единиц измерения)

A = площадь объекта, на который воздействует воздух (м 2 )

Формула сопротивления воздуха Вопросы:

1) Большой пассажирский самолет летит со скоростью 250.0 м / с . Площадь крыльев самолета по ветру составляет A = 500,0 м 2 . Коэффициент аэродинамического сопротивления составляет C D = 0,024. На высоте, на которой летит самолет, плотность воздуха ρ = 0,4500 кг / м 3 . Какая сила сопротивления воздуха действует на пассажирский самолет?

Ответ: Силу сопротивления воздуха можно найти по формуле:

F = 168750 N

Сила сопротивления воздуха, действующая на пассажирский самолет, составляет 168750 Н.

2) Женщина плывет к земле на парашюте. Она движется вниз с постоянной скоростью, потому что сила сопротивления воздуха, направленная вверх, уравновешивается направленной вниз силой тяжести. Сила тяжести, действующая на нее, составляет 500 Н. Плотность воздуха на ее текущей высоте составляет 1,20 кг / м 3 , площадь парашюта составляет 75,0 м 2 , а коэффициент лобового сопротивления составляет парашют C D = 1,75. Какая у нее скорость нисходящего движения?

Ответ: Скорость парашютиста можно найти, переставив формулу сопротивления воздуха:

Она имеет постоянную скорость, поэтому сила тяжести, действующая вниз, должна иметь то же значение, что и сила сопротивления воздуха, действующая вверх.Следовательно, сила F в формуле равна 500 Н. Ее нисходящая скорость равна:

.

v = 2,52 м / с

Скорость спуска парашютиста 2,52 м / с .

Основы СИ: базовые и производные единицы

Для простота понимания и удобство, даны 22 производные единицы СИ специальные имена и символы, как показано в таблице 3.

Таблица 3. Производные единицы СИ со специальными названиями и обозначениями

Производная единица СИ
Полученное количество Имя Символ Выражение
в терминах
других единиц СИ
Выражение
в терминах
базовых единиц СИ
плоский угол радиан (а) рад м · м -1 = 1 (б)
телесный угол стерадиан (а) ср (в) м 2 · м -2 = 1 (б)
частота герц Гц с -1
сила ньютон N м · кг · с -2
давление, напряжение паскаль Па Н / м 2 м -1 · кг · с -2
энергия, работа, количество тепла джоуль Дж Н · м м 2 · кг · с -2
мощность, лучистый поток ватт Вт Дж / с м 2 · кг · с -3
электрический заряд, количество электроэнергии кулон С с · A
разность электрических потенциалов,
электродвижущая сила
вольт В Вт / A м 2 · кг · с -3 · A -1
емкость фарад F C / V м -2 · кг -1 · с 4 · A 2
электрическое сопротивление Ом В / А м 2 · кг · с -3 · A -2
Электропроводность siemens S A / V м -2 · кг -1 · с 3 · A 2
магнитный поток Вебер Wb В · с м 2 · кг · с -2 · A -1
плотность магнитного потока тесла Т Вт / м 2 кг · с -2 · A -1
индуктивность генри H Вт / A м 2 · кг · с -2 · A -2
Температура Цельсия градусов Цельсия ° С К
световой поток люмен лм кд · sr (к) м 2 · м -2 · cd = cd
освещенность люкс лк лм / м 2 м 2 · м -4 · cd = m -2 · cd
активность (радионуклида) беккерель Бк с -1
Поглощенная доза, удельная энергия (переданная), керма серый Гр Дж / кг м 2 · с -2
эквивалент дозы (г) зиверт Sv Дж / кг м 2 · с -2
каталитическая активность катал кат с -1 · моль
(а) Радиан и стерадиан можно выгодно использовать в выражениях для производных единиц, чтобы различать количества различной природы, но того же размера; некоторые примеры приведены в таблице 4.
(b) На практике символы rad и sr используются там, где уместно, но производная единица «1» обычно опускается.
(c) В фотометрии название единицы стерадиан и единица измерения символ sr обычно сохраняется в выражениях для производных единиц.
(d) Прочие величины, выраженные в зивертах, относятся к окружающей среде. эквивалент дозы, эквивалент направленной дозы, эквивалент индивидуальной дозы, и органная эквивалентная доза.

    Примечание о градусах Цельсия. Производная единица в таблице 3 со специальным названием градус Цельсия и специальный символ ° C заслуживает комментария. Из-за температуры шкалы, которые раньше определялись, остается обычной практикой выражать термодинамические температура, условное обозначение T , по отличию от эталонной температура Т 0 = 273,15 К, ледяная точка. Эта температура разница называется температурой по Цельсию, символом t , и составляет определяется количественным уравнением

    т = т т 0 .

    Единицей измерения температуры по Цельсию является градус Цельсия, символ ° C. В числовое значение температуры Цельсия t , выраженное в градусах Цельсия —

    t / ° C = T / K — 273,15.

    Из определения t следует, что градус Цельсия равен по величине до кельвина, что, в свою очередь, означает, что числовой значение заданной разницы температур или температурного интервала, значение выражается в единицах градуса Цельсия (° C) равно числовое значение той же разницы или интервала, когда его значение выражается в единицах кельвина (К).Таким образом, перепады температур или температура интервалы могут быть выражены либо в градусах Цельсия, либо в кельвинах. используя то же числовое значение. Например, температура по Цельсию разница т и термодинамический перепад температур T между температурой плавления галлия и тройной точкой воды может можно записать как t = 29,7546 ° C = T = 29,7546 К.

Специальные наименования и символы 22 производных единиц СИ со специальными наименованиями и символами приведенные в таблице 3, сами могут быть включены в названия и символы другие производные единицы СИ, как показано в таблице 4.


Таблица 4. Примеры производных единиц СИ, названия и обозначения которых включать производные единицы СИ со специальными названиями и обозначениями

Производная единица СИ
Полученное количество Имя Символ
динамическая вязкость паскаль-секунда Па · с
момент силы Ньютон-метр Н · м
поверхностное натяжение ньютон на метр Н / м
угловая скорость радиан в секунду рад / с
угловое ускорение радиан на секунду в квадрате рад / с 2
плотность теплового потока, энергетическая освещенность ватт на квадратный метр Вт / м 2
теплоемкость, энтропия джоуль на кельвин Дж / К
удельная теплоемкость, удельная энтропия джоуль на килограмм кельвина Дж / (кг · К)
удельная энергия джоуль на килограмм Дж / кг
теплопроводность ватт на метр кельвин Вт / (м · К)
плотность энергии джоуль на кубический метр Дж / м 3
Напряженность электрического поля вольт на метр В / м
плотность электрического заряда кулонов на кубический метр С / м 3
Плотность электрического потока кулонов на квадратный метр С / м 2
диэлектрическая проницаемость фарад на метр Ф / м
проницаемость генри на метр Г / м
молярная энергия джоуль на моль Дж / моль
мольная энтропия, мольная теплоемкость джоуль на моль кельвина Дж / (моль · К)
экспозиция (x и лучи) кулонов на килограмм C / кг
Мощность поглощенной дозы серого в секунду Гр / с
интенсивность излучения Вт на стерадиан Вт / ср
сияние Вт на квадратный метр стерадиан Вт / (м 2 · ср)
каталитическая (активность) концентрация катал на кубический метр кат / м 3

Продолжить до префиксов SI

Конечная скорость

Предмет, падающий через атмосфера подвержена двум внешним силы.Одна сила — гравитационная сила, выраженная как масса объекта. Другая сила — это сопротивление воздуха или сопротивление объекта. Если масса объекта остается постоянной, движение объекта можно описать Второй закон движения Ньютона, сила F равна массе м раз ускорению a :

F = m * a

которое можно решить для ускорения объект с точки зрения чистой внешней силы и массы объект:

а = Ф / м

Масса и лобовое сопротивление силы которые векторные величины.Чистая внешняя сила F тогда равна разница веса W и лобового D

F = W — D

Тогда ускорение падающего объекта становится:

а = (W — D) / м

Величина сопротивления определяется уравнение сопротивления. Drag D зависит от коэффициент аэродинамического сопротивления Cd , атмосферный плотность r , кв. скорость воздуха V , и некоторая справочная область A объекта. 2 * A / 2 = W

Решая для вертикальной скорости V , получаем уравнение

V = sqrt ((2 * W) / (Cd * r * A)

где sqrt обозначает квадратный корень функция.Приведены типовые значения коэффициента лобового сопротивления. на отдельном слайде.

Вот калькулятор JavaScipt, который решит уравнения, представленные на этой странице:


Выберите планету и единицы

Введите значения веса, площади и коэффициента сопротивления

Введите значение высоты или плотности воздуха

Нажмите кнопку вычисления


Вычислить

На этой странице показан интерактивный калькулятор Java, который решает уравнения для конечной скорости падающего объекта.

Химический состав атмосферы и гравитационная постоянная планеты влияет на конечную скорость. Вы выбираете планету с помощью кнопки выбора вверху слева. Вы можете производить расчеты на английском (британские) или метрические единицы. Вы должны указать вес или массу вашего объекта. Ты можешь выберите ввод либо веса на Земле, либо местного веса на планете, или масса объекта. Затем необходимо указать площадь поперечного сечения и перетащить коэффициент.Наконец, вы должны указать плотность атмосферы. Мы включили модели изменения плотности атмосферы с высотой для Земля и Марс в калькуляторе. Когда у вас есть подходящие условия тестирования, нажмите красную кнопку «Вычислить», чтобы вычислить конечную скорость.

Вы можете загрузить свою собственную копию этого калькулятора для использования в автономном режиме. Программа предоставляется как TermVel.zip. Вы должны сохранить этот файл на жестком диске и «распаковать» необходимые файлы из TermVel.zip. Щелкните «Termvcalc.html» чтобы запустить браузер и загрузить программу.

Когда вы приобретете некоторый опыт работы с калькулятором конечной скорости и знакомы с переменными и операциями, вы можете запустить простая версия программы он-лайн. Простая версия содержит только калькулятор и нет инструкций, и он загружается быстрее, чем версия, указанная выше.

Уведомление В этом калькуляторе вы должны указать коэффициент сопротивления.Значение коэффициента лобового сопротивления зависит от форма. объекта и на эффекты сжимаемости в потоке. Для воздушного потока рядом и быстрее, чем скорость звука, есть большое увеличение коэффициента лобового сопротивления из-за формирование ударные волны на объекте. Поэтому будьте очень осторожны при интерпретации результатов с большими конечные скорости. Если ваш коэффициент сопротивления включает сжимаемость эффекты, то ваш ответ правильный.Если ваш коэффициент лобового сопротивления была определена на низких скоростях, а конечная скорость очень высока, вы получаете неправильный ответ, потому что ваш коэффициент сопротивления не включать эффекты сжимаемости.

Уравнение предельной скорости говорит нам, что объект с большая площадь поперечного сечения или падает высокий коэффициент лобового сопротивления медленнее, чем объект с небольшой площадью или низким коэффициентом сопротивления. А большая плоская тарелка падает медленнее, чем маленький шар с таким же масса.Если у нас есть два объекта с одинаковой площадью и перетащите коэффициент, как две сферы одинакового размера, более легкий объект падает медленнее. Это, кажется, противоречит выводам Галилея о том, что все свободно падающие предметы падают на одинаковая скорость при одинаковом сопротивлении воздуха. Но только принцип Галилея применяется в вакууме, где НЕТ сопротивления воздуха и сопротивления равно нулю.

Мы также разработали простую симуляцию падающего объекта, чтобы помочь вы изучаете эту интересную физическую задачу.Программа называется DropSim и доступен бесплатно по этому адресу интернет сайт.


Действия:

Экскурсии с гидом
  • падающих предметов:

Навигация ..


Руководство для начинающих Домашняя страница

Лекция 4: Что такое сила?

Лекция 4: Что такое сила?

Что такое сила?


Единственная постоянная в мире — это действие гравитации на каждый и каждое строение, которое возводится.Основная функция всех структурных дизайн состоит в том, чтобы сделать здание стоящим. Понимание архитектоники поможет дать возможность дизайнеру включить эти проблемы в язык дизайна, который создаст значительно более четкое архитектурное выражение. Первичный для Это исследование представляет собой концепцию силы . На самом деле сила очень абстрактна. Его можно определить, но он не может стать физически очевидным, пока не встретится сопротивление. Представьте себе глыбу льда высотой шесть футов, скользящую по не имеющей трения поверхность, проложенная внутри хоккейной площадки.Если человек упирается в стену и пытается остановить лед, она почувствует приложенную силу по глыбе льда. Она передает силу ледяной глыбы в сила, которая движется через ее тело в землю. Земля сопротивляется ей с силой разной величины, чтобы соответствовать ей, когда она прилагает все большие усилия. сила сопротивления, чтобы остановить глыбу льда. Если все эти силы будут переданы успешно, то слайд останавливается без силы и устойчивости отказ. Однако если хоть один из элементов этой хрупкой конструктивной системы неудача……

Первичным в изучении архитектоники является концепция сил. Если форма (ее форма) или движение (поступление / вращение) тела (структура, структурный элемент) была изменена, сила заставила менять. Форма доски меняется, когда на нее стоит человек. Парусник перемещается, если ветер дует на парус Изменения формы и положения связаны с Силы обычно возникают при взаимодействии двух или более тел. Эти тела может быть полностью физическим (планка и человек) или более абстрактным (парус и ветер).Силы могут быть представлены графически или математически в виде векторов. количества. Вектор Величины указывают величину и направление, как в отличие от скалярных величин, которые указывают только величину.


Элементы силы

Учитывая единственное усилие , интересно знать все следующий:

1. Пункт обращения

2. Величина

3. Направление действий

4.Смысл

Точка приложения
Точка приложения — это точное место приложения силы к телу. Эта точка обычно описывается набором координат и представлен графически кончиком стрелки. Пункт приложения уникальна для каждой силы. Точка и сила не могут двигаться. Если несколько силы равной величины присутствуют в данной ситуации, силы уникальная основанная на открытии точка приложения, линия действия и их смысл.Может случиться так, что силы равной величины разделяют одну и ту же точку. применения, в этом случае направление действия и смысл определяют их уникальность.

Величина
Величину силы принято выражать в фунтах (фунтах), кипы (килограммы; 1 кип = 1000 фунтов), ньютоны (Н) или килоньютоны (кН; 1 кН = 1000 Н)). Величину можно представить графически, нарисовав вектор для масштабирования. Точное определение величины этих векторов Суть метода Графическая статика .

Линия действия
Силу можно рассматривать как сегмент неограниченно длинной линии. Каждой силе связана с характеристической линией, которая упоминается как его линия действия. Справочная ось используется для описания ориентации этой строки. На рисунке показано, что линию действий можно описать в с точки зрения угла и наклона.Перевод происходит, когда сила пытается переместиться тело по его линии действия. (Бенджамин) Если линия действий сила не проходит через тело, тогда сила пытается вращаться тело.Это вводит понятие моментов, которые мы обсудим. скоро.

Чувство
Чувство силы определяет направление (положительное или отрицательное), в котором сила движется по линии действия. Графически смысл может быть представлен стрелкой, указывающей в активном направлении. Это важно чтобы всегда следить за чувством силы и за тем, что условность использовалась для прикрепления данного знака остается неизменным. Смысл и направление могут быть либо письменным словесным описанием (т.е. вниз и вправо, вверх и влево, немного вверх и вправо) или более удобно выразить с точки зрения 360 градусов (т.е. 112 градусов, 273 градусов, 87,5 градусов). В в последнем случае единица начинается с нуля и увеличивается по часовой стрелке с направлением стрелки, пока не будет достигнуто 360.

Направление всегда относится к линии действия вектора, и смысл — это то, как вектор будет двигаться вдоль этой линии. в Например, направление и ощущение силы в 100 фунтов будет «вниз» и влево «или» 240 градусов.»


Усилие 100 фунтов наносится на каменную колонну на схеме. Колонка испытает эта сила в каждой точке на линии действия силы. Как важность Фактически, сила также будет передана на землю, которая поддерживает колонка. Таким образом, земля под колонной по линии действия сила также будет испытывать нагрузку в 100 тысяч фунтов. Это иллюстрирует принцип . Проходимости . Точка приложения внешней силы, действующей на тело (конструкцию) может передаваться в любом месте по силовой линии действия без воздействия на другие внешние силы (реакции и нагрузки) действуя на это тело.Это означает, что НЕТ ЧИСТЫХ ИЗМЕНЕНИЙ в статике. воздействие на любое тело, если оно находится в равновесии. Это может быть дальше проиллюстрировано следующей диаграммой.

Типы сил (внешние, внутренние, реактивные)

Имея средства для описания сил, теперь мы можем взглянуть на типы сил, которые могут существовать в структурной системе. Силы или моменты, которые применяются непосредственно к конструкции, описываются как внешние . Реактивная Силы генерируются в местах, где два или более тела встречаются (соединения и опоры) и являются прямым результатом применения внешних силы.(3-й закон Ньютона: для каждого действия есть равное и противоположное реакция) Силы или моменты, которые развиваются в структуре в ответ к внешним силам описываются как внутренние .

Предположим, что балка поддерживается на концах. Нагрузка приложена к верхняя часть балки, направленная вниз. Этой нагрузкой может быть человек, стоящий на балке. Нагрузка вызывает реакции, которые отжимаются в двух точках служба поддержки. Линия действия груза (человека) на балку также проходит через крюк, прикрепленный к нижней стороне балки.Теперь, если человек, стоявший на перекладине, спускался вниз и держался за крюк ровно ниже точки, где они были ранее, так что линии действия были точно такими же, реакции на концах лучей не изменится. Это потому, что нагрузка человека все еще действует по той же линии действий. Пока нагрузка приложена в любой точке по линии действия внешние реакции не изменятся.

Ферма, представленная выше, нагружена силой, действующей в точке C.Этот нагрузка создает реакции на две опоры A и B. Нагрузка на ферму мог двигаться куда угодно по линии действия, а внешние реакции в A и B останутся прежними. Это означает, что если нагрузка была приложена в точках D, E, F или G реакции в точках A и B не изменятся. Обратите внимание, что Единственным предметом обсуждения в данный момент является тот факт, что внешние реакции не изменятся. Понятно, что внутренние силы будут меняться в значительной степени внутри фермы, поскольку сила перемещается по линии действия.Этот вопрос будет обсуждаться в следующей лекции.

Эта балка странной формы — еще один пример конструкции, которая нагружена в определенной точке, а именно E. Чтобы конструкция оставалась в покое должны быть какие-то реакции в точках A и B. B — реакция натяжения, так как это трос. Опять же, если нагрузка была приложена в точках C, D, E, F или G на этом твердом теле (конструкции) реакции в A и B останутся такими же.

ТОЛЬКО ВНЕШНИЕ силы (реакции) остаются неизменными.Некоторые из внутренних силы сопротивления в элементах конструкции изменяются по мере изменения нагрузки применяется в разных точках линии его действия. Это иллюстрирует одно важное различие между ВНУТРЕННИМИ и ВНЕШНИМИ силами.

Принцип трансмиссии применим к любому телу (капли, воздушные шары, простые балки, кривые балки, фермы, оболочки и т. д.). Это не зависит от размер или форма тела.

Вопросы для размышления

Что происходит с реакциями в точках A и B, если смысл применения нагрузка будет обратной на обеих предыдущих диаграммах?

Проблемы

Сводка изображений лекции

Дополнительное чтение

Schodek.стр. 30 — 35.


Авторские права © 1995,1996, Крис Х. Любкеман и Дональд Петинг
Авторские права © 1997, 1998 Крис Х. Любкеман .

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.