Графическое изображение силы. Сложение сил

Сложение сил. Графическое изображение сил.

«Если вы в этом разберетесь, как следует,

вы лучше сможете следить  за ходом моей

мысли при изложении дальнейшего»

Майкл Фарадей

Смысл этой фразы в том, что нельзя оставлять за спиной какие-то неясности в пройденном материале, иначе потом будет ещё сложнее.

В данной теме будет идти речь о сложении сил. В предыдущих темах было показано, что существуют разные силы, которые могут действовать на тело одновременно. Сила тяжести – это сила, с которой Земля притягивает все находящиеся на ней тела. Вследствие этой силы возникает ещё одна сила, которая называется весом тела. Вес тела действует на опору или подвес. В теле, которое деформируют (или пытаются деформировать) возникает сила упругости, стремящаяся вернуть тело в исходное положение.

Когда тело покоится на той или иной опоре, то силу тяжести уравновешивает сила упругости, и поэтому тело не изменяет свою скорость.

Что значит, уравновешивает? Это значит, что силы тяжести и упругости имеют одинаковый модуль, но направлены в противоположные стороны. В итоге, так называемая равнодействующая сила (или результирующая сила) равна нулю. Итак, равнодействующая сила – это сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил.

Сила упругости и сила тяжести действуют на тело одновременно и уравновешивают друг друга, то есть, в конечном итоге, не производят никакого действия. Именно поэтому, равнодействующая сила равна нулю.

Если две абсолютно одинаковых машины связать тросом и заставить их ехать в разные стороны, то ни одна из них не сдвинется с места.

Причина та же самая – равнодействующая сила равна нулю, поскольку силы, с которыми машины действуют на трос, равны по модулю и противоположны по направлению

. Если заменить одну из машин, на более мощную, то она сможет сдвинуться с места.

В этом случае, равнодействующая сила уже не будет равна нулю. Она будет равна разности между большей и меньшей силой. Направление равнодействующей силы будет в сторону, в которую направлена большая сила. Что будет происходить, если силы направлены в одну и ту же сторону? Равнодействующая сила будет равна сумме модулей этих сил. Например, если в телегу запрячь не одну, а две лошади, то они будут тянуть телегу сильнее. Равнодействующая сила будет равна сумме сил обеих лошадей.

Рассмотрим, как графически изображать силы. В одной из прошлых тем упоминалось, что на рисунках и чертежах, стрелочки, которыми обозначают силы, рисуют пропорционально модулям этих сил. Вернёмся к примеру с машинами, и изобразим силу каждой из них графически. Итак, пусть зеленая машина развивает тягу, равную F₁ = 15 кН, а красная машина – силу тяги, равную F₂

 = 12 кН. Прежде чем изображать силы графически, необходимо выбрать удобный единичный отрезок: в приведенном случае удобно выбрать 3 кН. Тогда, длина стрелочки, изображающей силу тяги зеленого автомобиля должна быть равна 5 единичным отрезкам. Аналогично, длина стрелочки, изображающей силу тяги красного автомобиля должна быть равна 4 единичным отрезкам.

Равнодействующая сила будет равна 3 кН. Таким образом, на рисунке равнодействующая сила показана стрелочкой длиной в 1 единичный отрезок. Равнодействующая сила будет направлена в ту же сторону, что и сила

F₁, поскольку модуль силы F₁ больше модуля силы F₂.

Рассмотрим теперь другой пример: ежик массой 800 г держит на спине яблоко 300 г. Известно, что сила тяжести вычисляется по формуле

F_тяж = mg

И на ёжика, и на яблоко будет действовать сила тяжести. Сила тяжести, действующая на тело массой 100 г, равна 0,98 Н. Это значение можно взять за единичный отрезок.

Поскольку масса яблока втрое больше, чем 100 г, силу тяжести, действующую на яблоко, изображаем стрелочкой с длиной в 3 единичных отрезка. Тогда длина стрелочки, изображающая силу тяжести, действующую на ёжика должна быть равна 8 единичным отрезкам, поскольку масса ёжика в 8 раз больше 100 г.

Известно что, сила тяжести всегда направлена вертикально вниз. Тогда, равнодействующая сила, действующая на поверхность земли под ёжиком, будет равна сумме сил тяжестей, действующих на ёжика и на яблоко. Длина стрелочки, обозначающей равнодействующую силу должна быть равна 11 единичным отрезкам. Таким образом, модуль равнодействующей силы равен

R = 10,78 Н

Упражнения:

Задача 1. Пользуясь рисунком, найдите массу животных.

Решение

Задача 2. В тот момент, когда человек отталкивался от земли, чтобы прыгнуть, на него действовала результирующая сила, равная 40 Н и направленная вертикально вверх. Найдите модуль и направление силы, с которой человек оттолкнулся от земли в момент прыжка, если его масса равна 60 кг.

Задача 3. Один магнит закреплен под крышкой стола. Когда на стол положили второй магнит, он начал действовать на стол с силой, равной 3 Н, а когда его перевернули, он начал действовать на стол с силой 2,8 Н. Учитывая то, что магниты притягивались и отталкивались с одинаковой по модулю силой, найдите модуль этой силы.

Основные выводы:

– Результирующая (или равнодействующая) сила – это сила, которая оказывает на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил.

– Результирующая сил, направленных по одной прямой в одну сторону, направлена в ту же сторону, а её модуль равен сумме модулей составляющих сил.

– Результирующая сил, направленных по одной прямой в противоположные стороны, направлена в сторону большей по модулю силы, а её модуль равен разности модулей составляющих сил. Если к телу приложены две силы равные по модулю и противоположные по направлению, то равнодействующая сила равна нулю.

Сила трения. Трение покоя

Сила трения. Трение покоя

«Сила трения — знакомая, но таинственная»

А.А. Первозванский

В данной теме речь будет идти о силе, несколько отличающейся от тех, которые изучались до этого – о силе трения.

Рассмотрим несколько простых примеров. После того, как человек скатывается с горки на санках, санки продолжают ехать по горизонтальной поверхности, но постепенно останавливаются. То же самое происходит и с лыжником: как только он выезжает на горизонтальную поверхность и перестает отталкиваться, его скорость постепенно убывает. Автомобиль, двигатель которого заглушили, может проехать некоторое расстояние, но после этого остановится. Также, если велосипедист прекратит крутить педали, находясь на ровной поверхности, он тоже остановится.

Таких примеров можно привести много. Во всех этих примерах наблюдается изменение скорости. Следовательно, на рассмотренные тела действует какая-то сила. Эта сила называется силой трения. Дело в том, что между соприкасающимися поверхностями возникает взаимодействие, которое препятствует относительному движению этих тел

. Такое взаимодействие называют трением. Конечно, как дорожное покрытие, так и само колесо не являются идеально гладкими, а значит, между ними возникает трение. Во всех примерах наблюдалось не просто изменение скорости, а её уменьшение. Кроме того, трение препятствует движению, поэтому, сила трения всегда направлена в сторону, противоположную движению.

Основной причиной возникновения трения являются шероховатости, присутствующие на различных поверхностях. Даже те тела, которые кажутся нам достаточно гладкими на вид, имеют некоторые неровности и царапины на поверхности. Таким образом, когда тело скользит или катится по поверхности другого тела, эти неровности цепляются друг за друга, препятствуя движению. Это приводит к потерям энергии, и, как следствие наблюдается уменьшение скорости движения тел. Если же поверхности тел очень хорошо отполировать, то причиной трения станет взаимное притяжение между молекулами, находящимися на поверхностях разных тел. Если поверхности тел очень гладкие, то расстояние между их молекулами становится сравнимым с размерами самих молекул, и взаимное притяжение между молекулами становится существенным.

Известно, что силу трения можно во много раз уменьшить с помощью смазки. Например, в дождливую погоду во много раз сложнее остановить автомобиль, чем в сухую из-за того, что сцепление шин с дорожным покрытием значительно слабее. На мокром полу поскользнуться гораздо проще, чем на сухом.

Также смазкой объясняется очень малая сила трения между коньками и льдом. Дело в том, что между коньками и льдом образуется тонкий слой воды, который и уменьшает и без того небольшую силу трения (ведь лед является достаточно гладкой поверхностью).

Трение бывает нескольких видов: трение скольжения, трение качения и трение покоя.

Примером трения скольжения может послужить движение лыж по снегу. Если тело не скользит, а катится по поверхности другого тела, то между ними возникает трение качения (например, движение автомобиля по дороге). Трением покоя можно объяснить, например, почему доска, опирающаяся на стену, не сползает на пол.

Например, автомобиль припаркован на холмике. На этот автомобиль действует сила тяжести. Он не катится вниз, потому что его удерживает сила трения покоя. Неровности на шинах автомобиля и на дорожном покрытии сцепляются и препятствуют движению. Если водитель решит поехать, то это уже будет трением качения. Наконец, если водитель по какой-то причине решит так резко затормозить, что колеса автомобиля заблокируются, мы будем наблюдать трение скольжения. Известно, что при экстренном торможении скорость уменьшается значительно быстрее, поэтому, можно предположить, что сила трения скольжения больше, чем сила трения качения при прочих одинаковых условиях.

Рассмотрим другой пример: известно, что тянуть или толкать тележку без колес будет в разы сложнее, чем, если приделать к ней колёсики и катить её. Тем не менее, чем больше нагрузить тележку, тем сложнее будет её тянуть или толкать. Следовательно, чем больше сила, прижимающая тело к поверхности, тем больше возникающая при этом сила трения. В этом можно убедиться на опыте. Рассмотрим, как брусок тянут, прицепив его к динамометру. Показания динамометра увеличиваются по мере того, как брусок нагружают гирьками. А теперь, обратим внимание на важную деталь: для того, чтобы сдвинуть брусок с места, необходимо преодолеть силу трения покоя. Как только это произошло, продолжаем тянуть брусок, но динамометр уже показывает меньшую силу. Поэтому, сила трения покоя больше, чем сила трения скольжения при той же нагрузке. Если перевернуть брусок, так, что площадь соприкосновения со столом уменьшится, и повторить опыт, то показания динамометра будут такими же, как и в предыдущий раз. Это говорит о том, что сила трения не зависит от площади соприкосновения с поверхностью.

Необходимо отметить, что существует ещё один вид трения, который называется вязким трением. Так называется сопротивление в жидкостях и газах. Известно, насколько тяжело двигаться в воде. Это объясняется тем, что сила сопротивления воды многократно превышает силу сопротивления воздуха. Однако и у воздуха есть собственное сопротивление. Если бы его не было, то, например, люди никогда бы не придумали парашют.

Основное отличие вязкого трения от сухого – это то, что не существует вязкого трения покоя. В этом легко убедится на простом опыте. Наполните какую-нибудь чашку или тарелку водой. На воду опустите щепку, травинку или пёрышко и слегка подуйте. Даже самое слабое дуновение заставит пёрышко хоть немного сдвинуться с места. Значит, никакое трение покоя его не удерживает.

Наиболее наглядным примером вязкого трения является сгорание метеоритов в атмосфере Земли.

Ежедневно сотни метеоритов летят в нашу планету, но не достигают её поверхности из-за вязкого трения в атмосфере. В результате того, что метеориты двигаются с большой скоростью, между ними и слоями атмосферы возникает настолько сильное трение, что небольшие метеориты просто сгорают, и лишь крупнейшие из них могут действительно упасть на Землю.

Надо сказать, что силы трения играют довольно большую роль в жизни людей. Если бы не было трения, люди даже не смогли бы ходить, поскольку, когда человек делает шаг, он отталкивается от поверхности земли. То же самое можно сказать и об автомобиле: он бы не смог тронуться с места – колеса просто прокручивались бы на месте. Даже в нашей одежде все нитки держаться вместе только благодаря силе трения покоя. Но, конечно, есть и вредное действие сил трения – например, это износ механических деталей.

Поэтому, когда трение вредно, его стараются уменьшить, а когда оно полезно – наоборот, увеличить. Примером уменьшения силы трения может послужить смазка различных деталей специальным маслом. Но иногда силу трения просто необходимо увеличить: например, когда на улицах гололед, тротуары, да и дороги, посыпают песком, чтобы было менее скользко, то есть, чтобы увеличить силу трения.

Упражнения:

Задача 1. Велосипедист развивает тягу, равную 200 Н. Результирующая сила, действующая на велосипед, направлена в сторону движения велосипеда, а её модуль составляет 150 Н. Найдите силу трения.

Задача 2*. Мячик массой 500 г бросают в вертикальную трубу. Из-за соприкосновения со стенками трубы, на мяч действует сила трения, модуль которой равен 3,9 Н. Какую скорость наберёт мяч через 5 с после начала движения?

Основные выводы:

– Различают три вида трения: трение скольжения, трение качения и трения покоя.

– Существует понятие вязкого трения – это сопротивление жидкостей и газов.

– Сила трения – это сила, возникающая между двумя соприкасающимися телами.

– Сила трения всегда препятствует движению и направлена в сторону, противоположную направлению движения.

– Основной причиной трения являются шероховатости и неровности на поверхностях тел, но иногда причиной трения может быть взаимное притяжение молекул.

– Силы трения можно существенно уменьшить с помощью смазки – это часто используется в технике.

 

Силы трения — Класс!ная физика

Силы трения

«Физика — 10 класс»

Вспомните, что такое трение.
Какими факторами оно обусловлено?
Почему изменяется скорость движения по столу бруска после толчка?

Ещё один вид сил, с которыми имеют дело в механике, — это силы трения. Эти силы действуют вдоль поверхностей тел при их непосредственном соприкосновении.

Силы трения во всех случаях препятствуют относительному движению соприкасающихся тел. При некоторых условиях силы трения делают это движение невозможным. Однако они не только тормозят движение тел. В ряде практически важных случаев движение тела не могло бы возникнуть без действия сил трения.

Трение, возникающее при относительном перемещении соприкасающихся поверхностей твёрдых тел, называется сухим трением.

Различают три вида сухого трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.

Трение покоя.

Попробуйте сдвинуть пальцем лежащую на столе толстую книгу. Вы приложили к ней некоторую силу, направленную вдоль поверхности стола, а книга остаётся в покое. Следовательно, между книгой и поверхностью стола возникает сила, направленная против той силы, с которой вы действуете на книгу, и в точности равная ей по модулю. Это сила трения _тp. Вы с большей силой толкаете книгу, но она по-прежнему остаётся на месте. Значит, и сила трения _тp настолько же возрастает.

Силу трения, действующую между двумя телами, неподвижными относительно друг друга, называют силой трения покоя.

Если на тело действует сила , параллельная поверхности, на которой оно находится, и тело при этом остаётся неподвижным, то это означает, что на него действует сила трения покоя _тp, равная по модулю и направленная в противоположную сторону силе (рис. 3.22). Следовательно, сила трения покоя определяется действующей на него силой:

_тp = -.

Если действующая на покоящееся тело сила хотя бы немного превысит максимальную силу трения покоя, то тело начнёт скользить.

Наибольшее значение силы трения, при котором скольжение ещё не наступает, называется максимальной силой трения покоя.

Для определения максимальной силы трения покоя существует весьма простой, но не очень точный количественный закон. Пусть на столе находится брусок с прикреплённым к нему динамометром. Проведём первый опыт. Потянем за кольцо динамометра и определим максимальную силу трения покоя. На брусок действуют сила тяжести m, сила нормальной реакции опоры ₁, сила натяжения ₁, пружины динамометра и максимальная сила трения покоя _тр1 (рис. 3.23).

Положим на брусок ещё один такой же брусок. Сила давления брусков на стол увеличится в 2 раза. Согласно третьему закону Ньютона сила нормальной реакции опоры ₂ также увеличится в 2 раза. Если мы снова измерим максимальную силу трения покоя, то увидим, что она увеличилась во столько раз, во сколько раз увеличилась сила ₂, т. е. в 2 раза.

Продолжая увеличивать число брусков и измеряя каждый раз максимальную силу трения покоя, мы убедимся в том, что

>максимальное значение модуля силы трения покоя пропорционально модулю силы нормальной реакции опоры.

Если обозначить модуль максимальной силы трения покоя через F_{тр. mах}, то можно записать:

F_{тр. mах} = μN         (3.11)

где μ — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения. Коэффициент трения характеризует обе трущиеся поверхности и зависит не только от материала этих поверхностей, но и от качества их обработки. Коэффициент трения определяется экспериментально.

Эту зависимость впервые установил французский физик Ш. Кулон.

Если положить брусок на меньшую грань, то F_{тр. mах} не изменится.

Максимальная сила трения покоя не зависит от площади соприкосновения тел.

Сила трения покоя изменяется в пределах от нуля до максимального значения, равного μN. За счёт чего может происходить изменение силы трения?

Дело здесь вот в чём. При действии на тело некоторой силы оно слегка (незаметно для глаза) смещается, и это смещение продолжается до тех пор, пока микроскопические шероховатости поверхностей не расположатся относительно друг друга так, что, зацепляясь одна за другую, они приведут к появлению силы, уравновешивающей силу . При увеличении силы тело опять чуть-чуть сдвинется так, что мельчайшие неровности поверхностей по-иному будут цепляться друг за друга, и сила трения возрастёт.

И лишь при > F_{тр. mах} ни при каком взаимном расположении шероховатостей поверхности сила трения не в состоянии уравновесить силу , и начнётся скольжение.

Зависимость модуля силы трения скольжения от модуля действующей силы показана на рисунке 3.24.

При ходьбе и беге на подошвы ног действует сила трения покоя, если только ноги не скользят. Такая же сила действует на ведущие колёса автомобиля. На ведомые колёса также действует сила трения покоя, но уже тормозящая движение, причём эта сила значительно меньше силы, действующей на ведущие колёса (иначе автомобиль не смог бы тронуться с места).

В давнее время сомневались, что паровоз сможет ехать по гладким рельсам. Думали, что трение, тормозящее ведомые колёса, будет равно силе трения, действующей на ведущие колёса. Предлагали даже делать ведущие колёса зубчатыми и прокладывать для них специальные зубчатые рельсы.

Трение скольжения.

При скольжении сила трения зависит не только от состояния трущихся поверхностей, но и от относительной скорости движения тел, причём эта зависимость от скорости является довольно сложной. Опыт показывает, что часто (хотя и не всегда) в самом начале скольжения, когда относительная скорость ещё мала, сила трения становится несколько меньше максимальной силы трения покоя. Лишь затем, по мере увеличения скорости, она растёт и начинает превосходить F_{тр. mах}.

Вы, вероятно, замечали, что тяжёлый предмет, например ящик, трудно сдвинуть с места, а потом двигать его становится легче. Это как раз и объясняется уменьшением силы трения при появлении скольжения с малой скоростью (см. рис. 3.24).

При не слишком больших относительных скоростях движения сила трения скольжения мало отличается от максимальной силы трения покоя. Поэтому приближённо можно считать её постоянной и равной максимальной силе трения покоя:

F_тр ≈ F_{тр. mах} = μN.

Силу трения скольжения можно уменьшить во много раз с помощью смазки — чаще всего тонкого слоя жидкости (обычно того или иного сорта минерального масла) — между трущимися поверхностями.

Ни одна современная машина, например двигатель автомобиля или трактора, не может работать без смазки. Специальная система смазки предусматривается при конструировании всех машин.

Трение между слоями жидкости, прилегающими к твёрдым поверхностям, значительно меньше, чем между сухими поверхностями.

Трение качения.

Сила трения качения существенно меньше силы трения скольжения, поэтому гораздо легче перекатывать тяжёлый предмет, чем двигать его.

Сила трения зависит от относительной скорости движения тел. В этом её главное отличие от сил тяготения и упругости, зависящих только от расстояний.

Силы сопротивления при движении твёрдых тел в жидкостях и газах.

При движении твёрдого тела в жидкости или газе на него действует сила сопротивления среды. Эта сила направлена против скорости тела относительно среды и тормозит движение.

Главная особенность силы сопротивления состоит в том, что она появляется только при наличии относительного движения тела и окружающей среды.
Сила трения покоя в жидкостях и газах полностью отсутствует.

Это приводит к тому, что усилием рук можно сдвинуть тяжёлое тело, например плавающую лодку, в то время как сдвинуть с места, скажем, поезд усилием рук просто невозможно.

Модуль силы сопротивления F_c зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств среды (жидкости или газа), в которой тело движется, и, наконец, от относительной скорости движения тела и среды.

Примерный характер зависимости модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела показан на рисунке 3.25. При относительной скорости, равной нулю, сила сопротивления не действует на тело (F_c = 0). С увеличением относительной скорости сила сопротивления сначала растёт медленно, а затем всё быстрее и быстрее. При малых скоростях движения силу сопротивления можно считать прямо пропорциональной скорости движения тела относительно среды:

F_c = k₁ υ,         (3.12)

где k₁ — коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров, состояния поверхности тела и свойств среды — её вязкости. Вычислить коэффициент k₁ теоретически для тел сколько-нибудь сложной формы не представляется возможным, его определяют опытным путём.

При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости:

F_c = k₂υ², υ,         (3.13)

где k₂ — коэффициент сопротивления, отличный от k₁.

Какую из формул — (3.12) или (3.13) — можно использовать в конкретном случае, определяется опытным путём. Например, для легкового автомобиля первую формулу желательно применять приблизительно при 60—80 км/ч, при больших скоростях следует использовать вторую формулу.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Динамика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Основное утверждение механики — Сила — Инертность тела. Масса. Единица массы — Первый закон Ньютона — Второй закон Ньютона — Принцип суперпозиции сил — Примеры решения задач по теме «Второй закон Ньютона» — Третий закон Ньютона — Геоцентрическая система отсчёта — Принцип относительности Галилея. Инвариантные и относительные величины — Силы в природе — Сила тяжести и сила всемирного тяготения — Сила тяжести на других планетах — Примеры решения задач по теме «Закон всемирного тяготения» — Первая космическая скорость — Примеры решения задач по теме «Первая космическая скорость» — Вес. Невесомость — Деформация и силы упругости. Закон Гука — Примеры решения задач по теме «Силы упругости. Закон Гука» — Силы трения — Примеры решения задач по теме «Силы трения» — Примеры решения задач по теме «Силы трения» (продолжение) —

«Графическое изображение силы. Сложение сил»

Технологическая карта урока физики Учитель : Глобинец Ольга Владимировна МАОУ СОШ №1 пгт Серышево имени Сергея Бондарева
Тема	Графическое изображение силы. Сложение сил.
Цель урока	достичь образовательных результатов: Личностный результат – осознавать практическую и личностную значимость учебного материала Метапредметный результат – уметь анализировать текстовую, графическую и аудиовизуальную информацию, самостоятельно формулировать и решать познавательные задачи на основе анализа информации, устанавливать логические связи. Предметный результат – знать понятие о сложении сил, направленных по одной прямой
Задачи урока	1) Ввести понятие равнодействующей силы как векторной всех сил, действующей на тело. 2) Продолжить работу по обучению учащихся работе с текстом и рисунками учебника как с источниками новых знаний; 3) Сформировать опыт самостоятельного преодоления познавательных затруднений на основе рефлексивного метода; 4) Отрабатывать умения анализировать, сравнивать и рассуждать, умения оценивать свою деятельность, коммуникативные умения слушать друг друга, высказывать свою точку зрения и аргументировать ее, работать в группе.
Планируемые результаты:	Предметные Знать как графически изображать равнодействующую сил Уметь рассчитывать равнодействующую двух сил Применять полученные знания при решении физической задачи.	УУД Личностные: Изображают силы в выбранном масштабе. Познавательные: Выделяют и формулируют познавательную цель. Выделяют количественные характеристики объектов, заданные словами. Регулятивные: Составляют план и последовательность действий. Анализируют и строго следуют ему. Коммуникативные: Умеют слышать, слушать и понимать партнера, планировать и согласованно выполнять совместную деятельность.
Тип урока	Урок открытия нового знания
Формы работы	Индивидуальная, групповая
Основные понятия	Равнодействующая сила, сложение сил
Источники информации	1. Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика. 7 класс. – М.: Дрофа, 2011 2. Громцева О.И. Контрольные и самостоятельные работы по физике 7 класс: к учебнику А.В. Перышкина. Физика. 7класс. –М.: Издательство «Экзамен» 2013
Ресурсы	Рабочий лист, презентация
Организационный этап
Включить обучающихся в учебную деятельность	Добрый день! Я очень рада вас видеть в нашем постоянном «научном центре» — физической лаборатории, где мы совершаем много новых для себя открытий. Поприветствуем друг друга улыбкой! Вот и замечательно!
Актуализация знаний и фиксация затруднений в индивидуальной деятельности
Актуализировать учебное содержание, необходимое и достаточное для восприятия нового материала	Проверка знаний учащихся проводится в виде фронтальной самостоятельной работы по вариантам (учащимся раздаются листы с заданием и номером варианта, которые собираются учителем по истечении времени, отведённого на проверку знаний; результаты данной работы объявляются в начале следующего урока). Вариант № 1 СИ Решение , . Ответ: 25 Н. 10 Н Определите силу тяжести, действующую на тело массой 2,5 кг. Сделайте чертёж и, выбрав масштаб, покажите на нём эту силу. Напишите формулу для определения веса, назовите величины, входящие в эту формулу, и их единицы измерения. , где − вес тела; − постоянная величина, показывающая, какая сила тяжести действует на тело массой 1 кг; − масса тела. Сформулируйте определение силы тяжести. Сила, с которой Земля притягивает к себе тело, называется силой тяжести. . Вариант № 2 Определите вес тела массой 4,5 кг. Сделайте чертёж и, выбрав масштаб, покажите на нём эту силу. СИ Решение , . Ответ: 45 Н. 10 Н Напишите формулу для определения силы тяжести, назовите величины, входящие в эту формулу, и их единицы измерения. , где − сила тяжести; − постоянная величина, показывающая, какая сила тяжести действует на тело массой 1 кг; − масса тела. Сформулируйте определение веса тела. Вес тела – это сила, с которой тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес. .
Подготовка обучающихся к работе на основном этапе
Организовать коммуникативное взаимодействие , в ходе которого сформулировать тему урока, цель урока и план урока, а так же подвести обучающихся к проблемном у вопросу	ДЕМОНСТРАЦИЯ ОПЫТА Спиральная пружина оснащена стрелкой-указателем. Параллельно пружине установлена линейка-экран. Начальное положение пружины отмечено на линейке-экране. На пружину действует сила 1Н. Результат действия силы отмечается на линейке. На пружину действует сила 4Н. Результат силы отмечается на линейке. На пружину одновременно действуют две силы: 1Н и 4Н. Результат действия двух сил отмечается на линейке. Действие двух сил можно заменить действием одной силы. Силу, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называют равнодействующей этих сил. СЛАЙД 1 О чем сегодня будет идти речь на уроке? Итак, тема нашего сегодняшнего урока: Равнодействующая сила. Какую цель мы поставим? (узнать, что такое равнодействующая сила).СЛАЙД 2 Для реализации нашей цели нужно наметить план работы. Какие вопросы мы будем изучать? План (СЛАЙД 3) Что такое равнодействующая сила Как определить равнодействующую силу, направленную по одной прямой.
Этап усвоения новых знаний и способов действий
Обеспечить восприятие, осмысление и первичное закрепление обучающимися изучаемого материала	Так что же такое равнодействующая сила? найдите определение в учебнике и запишите в рабочий лист. (сила, которая производит на тело такое же действие, как и несколько действующих сил, называется равнодействующей сил). СЛАЙД 4 Приглашается к доске один ученик. Его задача сдвинуть с места тяжелый предмет. Не получается? Тогда приглашаются помощники. Получилось? Какой вывод можно сделать? (если на тело действует несколько сил, направленных по одной прямой в одну сторону, то их равнодействующая сила направлена в ту же сторону, а ее модуль равен сумме составляющих сил. F = F1+F2) Рассмотрим опыт, подтверждающий сказанное. Подвесим к пружине два груза и отметим, на сколько растянулась пружина. На пружину действует сила, равная сумме сил тяжести, действующих на каждый из грузов. Теперь к той же пружине подвесим груз, масса которого равна сумме масс грузов, используемых ранее. При этом пружина растягивается также , как и в предыдущем опыте. Приглашаются к доске два ученика, желательно, чтобы они были разные по силе (например, мальчик и девочка). И предлагается перетянуть канат. Что вы видите? (Если на тело действует две силы, направленных по одной прямой в разные стороны, то их равнодействующая направлена в сторону большей по модулю силы, а ее модуль равен разности модулей составляющих сил. F = F1—F2 ) Приглашаются к доске два ученика с примерно одинаковой силой и предлагается перетянуть канат. Что вы видите? (Если на тело действуют две равные по модулю и противоположные по направлению силы, то их равнодействующая равна нулю. R = 0)
Этап первичной проверки понимания изученного
1.Установить правильность и осознанность изученного материала. 2. Выявить пробелы первичного осмысления изученного материала, неверные представления учащихся	Дед, взявшись за репку, развивает силу тяги до 600 Н, бабка до 100 Н, внучка до 50 Н, жучка до 30 Н, кошка до 10 Н и мышка до 2 Н. Чему равна равнодействующая всех этих сил, направленных по одной прямой в одну и ту же сторону? Справилась бы с репкой эта компания без мышки, если силы, удерживающие репку в земле, равны 791 н? СЛАЙД 11 – 12
Этап информации о домашнем задании
Обеспечить понимание обучающихся цели, содержания и способов выполнения домашнего задания	Параграф 31, упражнение 12.
Этап подведения итогов
Дать качественную оценку работы класса и отдельных обучающихся	Давайте подведем итог урока и оценим нашу работу. Кого можно выделить сегодня на уроке? Используя «Лист самооценки», оцените свою работу на уроке
Этап рефлексии
Обеспечить усвоения обучающимися принципов саморегуляции и сотрудничества	Выбери того гномика, который показывает как ты вел себя на уроке и как понял тему.

Сила трения — FizikatTYT

Сила трения (Fтр.) — это сила, возникающая при контакте поверхностей двух тел и препятствующая их относительному перемещению. Она появляется за счёт электромагнитных сил, возникающих атомами и молекулами в месте контакта этих двух объектов.

Чтобы остановить движущийся объект, сила должна действовать в противоположную по отношению к направлению движения сторону. Например, если толкнуть книгу через стол, то она начнёт движение. Сила, с которой вы воздействовали на книгу, будет перемещать её. Книга скользит, затем замедляется и останавливается из-за влияния силы трения.

Особенности сил трения

Трение, о котором говорилось выше, проявляющееся при движении объектов называют внешним или сухим. Но оно может существовать и между частями или слоями одного объекта (жидкого или газообразного), такой вид называют внутренним.
Главной особенностью назовём зависимость трения от скорости относительного движения тел.
Существуют и другие характерные особенности:

• возникновение при контакте двух движущихся тел поверхностями;
• её действие параллельно области соприкосновения;
• направлена противоположно вектору скорости тела;
• зависит от качества поверхностей (гладкие или шероховатые), взаимодействующих объектов;
• форма или размер объекта, движущегося в газе или жидкости, влияют на величину силы трения.

Виды трения

Выделяют несколько видов. Рассмотрим их различия. На книгу, скользящую по столу, действует трение скольжения.

Сила трения скольжения

, где N — сила реакции опоры.

Обратите внимание на некоторые ситуации:

1. Результирующая внешних сил, действующая на тело направлена параллельно поверхности земли, то .
2. Если результирующая внешних сил направлена под углом α к поверхности, то 
3. Тело затаскивают по наклонной плоскости, расположенной под углом α к горизонту, тогда  .

Если человек едет на велосипеде, то трение, возникающее во время контакта колеса с дорогой — трение качения. Такой вид силы значительно меньше по величине силы трения скольжения.

Сила трения качения

Существенно меньшие значения величины такого вида силы используют люди, используя колесо, ролики и шариковые подшипники в различных движущихся частях устройств.

Шарль Огюстен Кулон в своей работе по теории трения предложил вычислять силу трения качения следующим образом:

где λ — коэффициент трения качения, R — радиус ролика или колеса, P — вес тела.
Представьте себе ситуацию, в которой человек пытается передвинуть с места на место диван. Человек воздействует на диван некоторой силой, но не может его сдвинуть. Это происходит потому, что диван не ускоряется. То есть, результат действия на диван внешних сил равен нулю. Следовательно силу человека компенсирует сила, равная по величине, но направленная в противоположную сторону. Это сила трения покоя.

Сила трения покоя

F тр. п. действует в ответ на силы, стремящиеся вызвать движение стационарного объекта. Если на неподвижный объект нет внешнего воздействия, то величина этой силы равна нулю. Если внешнее воздействие появляется (F), то сила трения покоя возрастает до максимума, а затем тело начинает движение. Величина силы трения скольжения практически совпадает с максимумом силы трения покоя.

,
μ — коэффициент трения.
Смазка, чаще всего в виде тонкого слоя жидкости, уменьшает трение.
Жидкости или газы — это особые среды, в которых тоже проявляется данный вид сил. В этих средах трение проявляется только во время перемещения объекта. Нельзя говорить о силе трения покоя в данных средах.

Сила трения в жидкостях и газах

Такой вид силы называют силой сопротивления среды. Она замедляет движение объекта. Более обтекаемая форма объекта влияет на величину силы сопротивления — она значительно уменьшается. Поэтому в судостроении используются обтекаемые формы корпусов кораблей или подводных лодок.
Сила сопротивления среды зависит от:

• геометрических размеров и формы объекта;
• вязкости жидкой или газообразной среды;
• состояния поверхности объекта;
• скорости объекта относительно той среды, в которой он находится.

Сила трения в природе и технике

Рассмотрим роль силы трения в природе и технике. Человек сталкивается с ней постоянно, даже не задумываясь о том, насколько важна данная сила.

Примеры силы трения в природе и технике встречаются повсеместно. К примеру, достаточно проблематично и опасно передвигаться в гололед и пешеходам, и транспортным средствам. Для того чтобы снизить степень скольжения, должна быть увеличена сила трения. В природе и в технике она имеет огромное значение.

Плюсы и минусы

В том случае, когда трение необходимо для человека, его стараются увеличивать. Где проявляется сила трения в природе и в технике? Она позволяет человеку ездить и ходить. Вещи, благодаря данной силе, не выскальзывают из рук, стулья и столы остаются на прежнем месте. Силы трения в быту, природе и технике есть даже между волокнами ткани, из которых создана наша одежда.

Среди ее негативных проявлений можно отметить изнашиваемость и нагревание разнообразных механизмов.

Способы снижения

Как может быть изменена сила трения в природе и в технике? Есть несколько способов ее уменьшения. Введение смазки между двумя трущимися поверхностями приводит к появлению трения между слоями жидкости. Оно будет намного меньше, чем при сухом трении.

Типичные примеры

Что представляет собой сила трения? В природе и в технике можно упомянуть множество примеров, когда человеку приходится с ней сталкиваться:

• за счет трения на бумаге остаются следы от карандаша и шариковой ручки;
• эта сила удерживает на плечиках одежду;
• можно водить по коврику компьютерной мышкой, наблюдая за перемещением на экране курсора

Именно трение мешает передвигать по полу тяжелую мебель. Постелив ковровое покрытие, можно изменить силу трения, упростив перемещение по комнате.

Значимость в технике

Рассмотрим применение силы трения в природе и технике. В частности, на ее основе создаются роликовые и шариковые подшипники. Внутреннее кольцо его одевают на вал механизма, наружное фиксируют в корпусе станка либо транспортного средства. После того как вал начнет вращаться, он не будет скользить, а станет катиться на роликах либо шариках между кольцами самого подшипника. Такое инженерное решение понижает изнашиваемость деталей, увеличивает их эксплуатационный срок службы.

Чтобы уменьшить трение, площадь поверхности соприкасающихся тел уменьшают, используют шлифовку (делают ее гладкой).

Фигуристы, затачивая коньки, уменьшают площадь соприкосновения со льдом, что позволяет им с легкостью выполнять сложные элементы во время произвольной или обязательной программы.

Для повышения гладкости льда, на него выезжает специальная машина (каток), после завершения ее работы покрытие становится безупречным.

Уменьшение трения необходимо и в быту. В частности, снижают силу трения для выполнения различных операций, натачивая бытовые режущие (колющие) предметы: иглы, ножницы, ножи.

Трение скольжения в технике не допускает износа механизмов, позволяет колесам и шарикам проскальзывать без перегревания.

Среди примеров положительного влияния большой силы трения в технике можно отметить:

• передвижение на снегоходах по льду и снегу;
• торможение колес передвигающегося транспорта;
• использование гусениц для увеличения площади сцепления;
• большие протекторы автомобильных шин.

Сложно представить себе существование живых существ в экосистеме без силы трения. Например, лапки насекомых имеют шероховатую поверхность, чтобы ползти по поверхностям разных типов. С помощью волосатых усиков ползучие растения передвигаются, а гладкая чешуя позволяет рыбам снижать трение о воду. Слон на протяжении всего периода своего существования, растения и животные научились использовать трение для своей пользы.

Это интересно

Если бы не существовало силы трения, в таком случае у человека бы из рук падали предметы, он не смог бы нормально передвигаться по поверхности. Именно благодаря этой силе образуются кометы и планеты, со склонов гор стекает вода, удерживаются на вершинах снежные шапки.

Цепкие хвосты приматов позволяют им с легкостью передвигаться по деревьям, спасаться при помощи хвоста от хищников. Без силы трения ни одно транспортное средство не начало бы своего движения. Колеса бы проскальзывали при вращении, машина буксовала, уехать на ней было бы невозможно. Интерес представляют подшипники различного вида, которые позволяют уменьшать трение, не выводя из нормальной эксплуатации сам механизм. Благодаря трению картины и фотографии можно красиво разместить на стенах, они не будут падать. Трение между волокнами в структуре ткани позволяет создавать на ткацких фабриках материю, из которой затем шьют одежду. К сожалению, часто трение играет и отрицательную роль в жизни человека. Именно поэтому так важно уменьшать эту силу. Проанализируем основные варианты ее снижения, применяемые в настоящее время в быту и в технике.

В частности, можно вводить между трущимися поверхностями смазку. Она не позволяет деталям нагреваться, следовательно, существенно увеличивает срок службы деталей, растет и продолжительность эксплуатации самого механизма. Смазка не полностью устраняет трение, а лишь делает его значительно меньше. Среди тех примеров трения, которые встречаются нам в повседневной жизни, можно упомянуть возможность рисовать, писать на бумаге.

Именно эта сила не позволяет предметам «улетать» со стола при малейшем дуновении ветра либо в случае сквозняка. Чтобы петли дверей не издавали неприятных звуков во время открывания (закрывания), их обязательно смазывают машинным маслом. Если на кухне на пол разлить растительное масло, входящий человек может упасть, получив серьезную травму.

Подведем итоги

Для уменьшения трения между льдом и коньками, их точат, а поверхность льда шлифуют. Несмотря на то, что трение может иметь негативное влияние, именно благодаря этой силе тормозит транспорт, люди могут передвигаться на лыжах или санках, ездить на коньках, велосипеде. В гололед резина с шипами спасает водителю и пассажирам жизнь, а шарикоподшипники со смазкой не дают деталям автомобиля разогреваться. При правильном использовании можно сделать трение надежным союзником.

Конспект на тему : «Графическое зображение силы»

Графическое изображение силы. Сложение сил

Цели:

1. Систематизировать знания по теме “Виды сил”.

2. Ввести понятие сложение сил, действующих по одной прямой.

3. Закрепить умения решать задачи на нахождение силы тяжести и веса тела.

4. Продолжать работу по закреплению графического изображения сил.

5. Развивать у учащихся логическое мышление, умение самостоятельно делать выводы по данному материалу.

6. Показать учащимся использование сил в быту, природе и технике.

Оборудование: мультимедийная установка, динамометр, набор грузов, коробка из-под конфет, карточки для награждения.

Ход урока

Мы сегодня собрались, что бы понять, что же такое сила? В результате чего она возникает? Что это за физическая величина, чем она особенна?

Итак, приступим: на экране перед вами будут представлены картинки с видами сил.

Один из учеников рассказывает о данной силе по плану:

За правильный ответ вручается карточка. Ученик, набравший большее количество карточек попадает в разряд “Умников”. Ученики, получившие 3 и более карточек, зарабатывают оценку.

— рис 1– сила тяжести.

— рис 2 – сила всемирного тяготения.

— рис3 – обобщенный рисунок силы тяжести и тяготения.

— рис 4 – сила упругости.

— рис 5 – вес тела.

— рис 6 – сила трения.

Работа с классом по вопросам.

1. С самолета на парашюте сброшен груз массой 16 кг, который прикреплен к стропам через динамометр. (Демонстрирую рисунок.) Парашют с грузом достигает скорости установившегося движения и далее опускается равномерно. Как менялись показания динамометра при падении груза? Рис 7 (Ответ. В незатяжном прыжке с парашютом можно выделить три этапа.

Первый этап – падение груза с нераскрытым парашютом. При таком движении (с ускорением свободного падения) показание динамометра равно нулю.

Второй этап – во время раскрытия парашюта резко возрастает сила сопротивления воздуха, которая больше силы тяжести. Груз теперь падает замедленно. Ускорение, направленное вверх, постепенно убывает до нуля; скорость при этом также уменьшается до некоторого значения, соответствующего равномерному движению груза. Динамометр показывает разность между силой сопротивления воздуха и силой тяжести.

Третий этап – при дальнейшем равномерном опускании груза сила тяжести равна силе сопротивления воздуха. Динамометр покажет силу = 160 Н).

2. Почему человек может бежать по тонкому льду и не может стоять на нем не проваливаясь? (Ответ. Результат действия силы на тело зависит не только от ее величины, но и от времени действия. Когда человек бежит по тонкому льду, время действия силы тяжести очень мало – за это малое время лед не успевает проломиться.)

3. Можно ли поставить на край стола плоскую коробку от конфет так, чтобы ее большая часть свешивалась над полм? Осуществить свое предложение можно, используя предметы, выставленные на демонстрационном столе, но чтобы они не были видны зрителям. (Ответ. Внутри коробки необходимо создать область большей плотности. Для этого надо поместить в коробку плоский тяжелый предмет и ту часть коробки, где находится этот предмет, поставить на стол.)

4. В невесомости, при свободном полете космического корабля, т.е. в полете с выключенными двигателями: пишет ли перьевая ручка? (Ответ. Перьевой ручкой писать можно. Это объясняется тем, что в жидкостях существуют силы поверхностного натяжения. Без них автоматическая чернильная ручка поставила бы большую кляксу, выпустив сразу весь запас чернил. Не образовывалась бы пена, помогающая смыть грязь. Действие перьевой ручки основано на явлении капиллярности, которое сохраняется в условиях невесомости.)

5. Плавает ли пробка на поверхности воды в условиях невесомости.? (Ответ. Пробка не сможет плавать на поверхности воды. Она будет плавать вместе с другими предметами по кабине корабля, если они не закреплены.)

6. Вытекает ли вода из носика чайника, если его наклонить в условиях невесомости? (Ответ. Не вытекает, так как в обычных условиях причиной вытекания жидкости из наклоненного чайника является разность давлений на разных уровнях. В невесомости исчезает вес и поэтому давление в жидкости на всех уровнях одинаково. В невесомости жидкость не вытекает – ее надо из сосуда выталкивать или выдавливать. В связи с этим у космонавтов пища в особых упаковках.

Итак, подводим итоги и делаем вывод о силе по обобщенному рисунку, который появляется на экране….

Переход к объяснению нового материала.

На экране появляется сказка “Репка”. Рис 12-18 (Приложение)

Посадил дед репку. Выросла репка большая-пребольшая, тяжелая-претяжелая, разрослась она во все стороны, грунт потеснила. Пошел дед репку рвать. Тянет потянет – вытянуть не может. Силы ему не хватает: упирается репка, неровностями и выступами за землю цепляется, своему движению противится. Позвал дед бабку. Бабка за дедку, дедка за репку, тянут потянут – вытянуть не могут: крепко корень в грунте держится. Нет и вдвоем им не справиться.

Позвала бабка внучку. Внучка за бабку, бабка за дедку, дедка за репку, тянут потянут – вытянуть не могут: все еще их общая сила тяги меньше той предельной силы, которая по поверхности соприкосновения репы с землей возникает. Силой трения покоя она называется.

Позвала внучка Жучку. Тянут потянут – вытянуть не могут. Не хватает их общей силы справиться с силами тяжести репки и трением почвы.

Позвала Жучка кошку. Кошка за Жучку, Жучка за внучку, внучка за бабку, бабка за дедку, тянут потянут – вытянуть не могут: на самую малость, но все же меньше внешняя сила оказалась, чем сила тяжести репки и сила трения между почвой и репкой.

Позвала кошка мышку. Стали все вместе тянуть и вытащили репку.

Только не подумайте, что маленькая мышка сильнее всех оказалась! Ее маленькая сила к общей силе тяги добавилась, и теперь результирующая сила даже превысила силу тяжести репки и силу трения.

Итак, мы видим, что над векторами можно производить действия: сложение и вычитание. На экране появляется плакат о сложении сил. Рис 19С учениками в тетрадях оформляем правила сложения и вычитания сил, нахождение равнодействующей силы. На развороте доски записаны задачи на закрепление темы “Сложение сил”, которые решают учащиеся на доске и в тетрадях:

Задача 1.Один мальчик толкает сани сзади с силой 40 Н., а второй тянет их за веревку с силой 15Н. Изобразите эти силы графически, считая, что они направлены, горизонтально, и найдите их равнодействующую.

Дано:

F1=40 H

F2=15 H

R = ?

Решение:

Сила F1 > F2 (по модулю), поэтому длина стрелки этой силы на чертеже больше. Так как силы приложенные мальчиками, действуют в одном направлении, то равнодействующую силу находим по формуле:

R = F1+F2

R = 40 H + 15 H = 55 H

На чертеже эту силу изображаем направленным отрезком, длина которого равна сумме длин отрезков сил F1 и F2.

Ответ: R = 55 H

Задача 2. Чему равна равнодействующая двух сил, приложенных к мячу, и куда она направлена?

Дано:

(влево) F1 = 2 H

(вправо) F2 = 6 H

R = ?

Решение:

R = F2 – F1

R = 6 H – 2 H = 4 H

Ответ: R = 4 H, направлена вправо.

Задача 3. На движущийся автомобиль в горизонтальном направлении действует сила тяги двигателя 1,25 кН, сила трения о дорогу 600 Н и сила сопротивления воздуха 450 Н. Чему равна равнодействующая этих сил?

Дано:

(вправо) F1 = 1,25 к Н =1250 Н

(влево) F2 = 600 H

(влево) F3 = 350 H

R = ?

Решение:

R = F1 – (F2 +F3)

R = F1 – F2 – F3

R = 1250 H – 600 H – 350 H = 300 H

Ответ: R = 300 H, равнодействующая сила направлена вправо.

В заключении на экране появляется рисунок из басни И.А.Крылова “Лебедь, щука и рак”.

рис 11

Когда в товарищах согласья нет,
На лад их дело не пойдет,
И выйдет из него не дело, только мука.
Однажды Лебедь, Рак да Щука
Везти с поклажей воз взялись
И вместе трое все в него впряглись;
Из кожи лезут вон, а возу все нет ходу!
Поклажа бы для них казалась и легка:
Да Лебедь рвется в облака,
Рак пятится назад, а Щука тянет в воду.
Кто виноват из них, кто прав – судить не нам;
Да только воз и ныне там.

— Что можно сказать о равнодействующей этих сил? – Она равна нулю.

Вывод, еще раз на экране обобщенный рисунок силы, обобщаются характеристики силы – векторной величины:

рис 12

• числовое значение;

• направление;

• точка приложения;

• геометрический способ сложения.

рис 13

Задание на дом: п.29, упр.11.