• admin
  • Комментариев: 0
  • Просмотров: 4 116
  • 6-09-2015, 20:38

Нам вже відомо, що для опису взаємодії тіл використовується фізична величина, звана силою. На цьому уроці ми детальніше познайомимося з властивостями цієї величини, одиницями сили та приладом, який використовується для її вимірювання – з динамометром.


Тема: Взаємодія тіл

Урок: Одиниці сили. Динамометр

1. Сила та одиниці її виміру

Насамперед, згадаємо, що таке сила. Коли на тіло діє інше тіло, фізики кажуть, що з боку іншого тіла на дане тіло діє сила.

Сила – це фізична величина, що характеризує дію одного тіла на інше.

Сила позначається латинською буквою F, а одиниця сили в честь англійського фізика Ісаака Ньютона називається ньютоном (пишемо з маленької літери!) і позначається Н (пишемо заголовну букву, так як одиниця названа на честь вченого). Отже,

Нарівні з ньютоном, використовуються кратні і долішні одиниці сили:

кілоньютон 1 кН = 1000 М;

меганьютон 1 МН = 1000000 Н;

миллиньютон 1 мН = 0,001 М;

микроньютон 1 мкН = 0,000001 Н і т. д.

Під дією сили швидкість тіла змінюється. Іншими словами, тіло починає рухатися не рівномірно, а прискорено. Точніше, равноускоренно: за рівні проміжки часу швидкість тіла змінюється однаково. Саме зміна швидкості тіла під дією сили фізики використовують для визначення одиниці сили 1 Н.

Одиниці виміру нових фізичних величин виражають через так звані основні одиниці – одиниці маси, довжини, часу. В системі СІ – це кілограм, метр і секунда.

Нехай під дією деякої сили швидкість тіла масою 1 кг змінює свою швидкість на 1 м/с за кожну секунду. Саме така сила і приймається за 1 ньютон.

Один ньютон (1 Н) – це сила, під дією якої тіло масою 1 кг змінює свою швидкість на 1 м/с кожну секунду.

2.Сила тяжіння і маса тіла

Експериментально встановлено, що сила тяжіння, що діє поблизу поверхні Землі на тіло масою 102 г, рівна 1 Н. Маса 102 г становить приблизно 1/10 кг, або, якщо бути більш точним,

Але це означає, що на тіло масою 1 кг, тобто на тіло в 9,8 разів більшої маси, у поверхні Землі буде діяти сила тяжіння 9,8 Н. Таким чином, щоб знайти силу тяжіння, що діє на тіло будь-якої маси, потрібно значення маси (кг) помножити на коефіцієнт, який прийнято позначати літерою g:

Ми бачимо, що цей коефіцієнт чисельно дорівнює силі тяжіння, яка діє на тіло масою 1 кг Він носить назву прискорення вільного падіння. Походження назви тісно пов'язане з визначенням сили в 1 ньютон. Адже якщо на тіло масою 1 кг діє сила не 1 М, а 9,8 Н, то під дією цієї сили тіло буде змінювати свою швидкість (прискорюватися) не на 1 м/с, а на 9,8 м/с кожну секунду. У старшій школі це питання буде розглянуто більш докладно.

Тепер можна записати формулу, що дозволяє розрахувати силу тяжіння, що діє на тіло довільної маси m(Рис. 1).

Рис. 1. Формула для розрахунку сили тяжіння

Слід знати, що прискорення вільного падіння дорівнює 9,8 Н/кг тільки у поверхні Землі і з висотою зменшується. Наприклад, на висоті 6400 км над Землею воно менше в 4 рази. Однак при вирішенні завдань цією залежністю ми будемо нехтувати. Крім того, на Місяці та інших небесних тілах також діє сила тяжіння, і на кожному небесному тілі прискорення вільного падіння має своє значення.

3. Вимірювання сили. Динамометр

На практиці часто доводиться вимірювати силу. Для цього використовується пристрій, який називається динамометр. Основою динамометра є пружина, до якої прикладають вимірювану силу. Кожен динамометр, крім пружини, має шкалу, на яку нанесені значення сили. Один з кінців пружини забезпечений стрілкою, яка вказує на шкалі, яка сила прикладена до динамометра (Рис. 2).

Рис. 2. Пристрій динамометра

В залежності від пружних властивостей пружини, використаної в динамометре (від її жорсткості), під дією однієї і тієї ж сили пружина може подовжуватися більше або менше. Це дозволяє виготовляти динамометри з різними межами вимірювання (Рис. 3).

Рис. 3. Динамометри з межами виміру 2 Н 1 Н

Існують динамометри з межею вимірювання в кілька кілоньютонів і більше. У них використовується пружина з дуже великою жорсткістю (Рис. 4).

Рис. 4. Динамометр з межею вимірювання 2 кН

Якщо підвісити до динамометра вантаж, то за показниками динамометра можна визначити масу вантажу. Наприклад, якщо динамометр з підвішеним до неї вантажем показує силу 1 Н, значить, маса вантажу дорівнює 102 р.

4. Сила – векторна величина

Звернемо увагу на те, що сила має не тільки чисельне значення, але і напрям. Такі величини називають векторними. Наприклад, швидкість – це векторна величина. Сила – також векторна величина (говорять ще, що сила – вектор).

Розглянемо наступний приклад:

Тіло масою 2 кг підвішене на пружині. Необхідно зобразити силу тяжіння, з якою Земля притягує це тіло, і вагу тіла.

Згадаймо, що сила тяжіння діє на тіло, а вага – це сила, з якою тіло діє на підвіс. Якщо підвіс нерухомий, то чисельне значення і напрям ваги такі ж, як у сили тяжіння. Вага, як і сила тяжіння, розраховуються за формулою, зображеної на рис. 1. Масу 2 кг необхідно помножити на прискорення вільного падіння 9,8 Н/кг При не дуже точних розрахунках часто прискорення вільного падіння приймають рівним 10 М/кг. Тоді сила тяжіння і вага приблизно будуть рівні 20 Н.

Для зображення векторів сили тяжіння і ваги на малюнку необхідно вибрати і показати на малюнку масштаб у вигляді відрізка, відповідного значенню сили (наприклад, 10 М).

Тіло на малюнку зобразимо у вигляді кулі. Точка прикладання сили тяжіння – центр цієї кулі. Силу зобразимо у вигляді стрілки, початок якої знаходиться в точці прикладання сили. Стрілку направимо вертикально вниз, так як сила тяжіння спрямована до центру Землі. Довжина стрілки, у відповідності з обраним масштабом, дорівнює двом відрізкам. Поруч зі стрілкою зображуємо букву , якою позначається сила тяжіння. Так як на кресленні ми вказали напрям сили, то над буквою ставиться маленька стрілка, щоб підкреслити, що ми зображуємо векторну величину.

Оскільки вага тіла прикладена до підвісу, початок стрілки, що зображає вага, поміщаємо в нижній частині підвісу. При зображенні також дотримуємося масштаб. Поруч поміщаємо букву , що позначає вагу, не забуваючи над буквою помістити невелику стрілку.

Повне рішення задачі буде виглядати так (Рис. 5).

Рис. 5. Оформлене рішення задачі

5. Три характеристики сили

Ще раз зверніть увагу на те, що в розглянутої вище задачі числові значення і напрямку сили тяжіння і ваги виявилися однаковими, а точки програми – різними.

При розрахунку і зображенні будь сили необхідно враховувати три фактори:

· числове значення (модуль) сили;

· напрям сили;

· точку прикладання сили.

6. Короткі підсумки

Сила – фізична величина, що описує дію одного тіла на інше. Зазвичай вона позначається буквою F. Одиниця вимірювання сили – ньютон. Для того щоб розрахувати значення сили тяжіння, необхідно знати прискорення вільного падіння, яке у поверхні Землі становить 9,8 Н/кг З такою силою Земля притягує до себе тіло масою 1 кг При зображенні сили необхідно враховувати її числове значення, напрямок і точку прикладання.

Список літератури

Перышкин А. В. Фізика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М: Дрофа, 2010.
Перышкин А. В. Збірник задач з фізики 7-9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Видавництво «Іспит», 2010.
Лукашик В. І., Іванова О. В. Збірник задач з фізики для 7-9 класів загальноосвітніх установ. – 17-е изд. – М: Просвітництво, 2004.