Восьмой класс → Сила и законы движения Ньютона ↓
Уравновешенные и неуравновешенные силы - их роль в движении
В физике понимание концепций силы и импульса помогает понять, как движутся объекты. Одним из основных инструментов для этого являются законы движения Ньютона. В этом объяснении мы рассмотрим, как уравновешенные и неуравновешенные силы играют ключевую роль в определении движения объекта.
Определение силы
Сила — это толчок или тяга, действующая на объект в результате его взаимодействия с другим объектом. Это векторная величина, что означает, что у нее есть как величина, так и направление. Силы могут заставить объект двигаться, останавливаться, менять направление, ускоряться или замедляться.
Сила измеряется в ньютонах (Н), где 1 ньютон — это количество силы, необходимое для ускорения массы в 1 килограмм на скорость 1 метр в секунду за секунду.
Что такое уравновешенные силы?
Уравновешенные силы — это силы, равные по величине, но противоположные по направлению. Когда силы, действующие на объект, уравновешены, они компенсируют друг друга, и движения объекта не происходит. Проще говоря, уравновешенные силы не будут ускорять неподвижный объект или изменять скорость или направление движущегося объекта.
Визуальный пример уравновешенных сил
В приведенном выше примере на объект действуют две силы в противоположных направлениях с величинами, равными 50 Н. Поскольку они равны и противоположны, они уравновешивают друг друга, в результате чего нет силы. Поэтому объект останется в своем текущем состоянии — либо в покое, либо движется с постоянной скоростью.
Примеры уравновешенных сил
Пример 1: Книга на столе
Представьте себе книгу, лежащую на столе. Гравитация тянет книгу вниз, а стол оказывает равную и противоположную силу вверх. Эти силы уравновешены, поэтому книга остается в покое.
Пример 2: Перетягивание каната
Представьте себе две команды, участвующие в перетягивании каната. Если обе команды тянут с равной силой, веревка не будет двигаться ни в одну из сторон, демонстрируя уравновешенную силу.
Что такое неуравновешенные силы?
Неуравновешенные силы возникают, когда две силы, действующие на объект, не равны по величине. Когда силы неуравновешены, они вызывают движение объекта, изменение направления, изменение скорости или изменение формы.
Визуальный пример неуравновешенных сил
Здесь силы, действующие на объект, не равны. F 1 больше, чем F 2. Это приводит к возникновению силы, которая ускоряет объект в направлении F 1.
Примеры неуравновешенных сил
Пример 1: Качание стула
Когда вы толкаете неподвижный стул, вы применяете силу, превышающую любую сопротивляющуюся силу (например, трение). В результате стул движется в направлении приложенной силы.
Пример 2: Удар по футбольному мячу
Удар по неподвижному футбольному мячу оказывает силу, которая преодолевает трение и воздушное сопротивление, отправляя мяч через поле. Направление и скорость зависят от приложенной силы.
Первый закон Ньютона
Первый закон Ньютона, также называемый законом инерции, гласит:
Объект в покое остаётся в покое, а объект в движении остается в движении, если на него не воздействует неуравновешенная сила.Это закон означает, что если на объект не действует сила (если все силы уравновешены), тогда объект будет сохранять свое текущее состояние, оставаясь в покое или двигаясь с постоянной скоростью.
Пример первого закона Ньютона
Если вы скользите хоккейной шайбой по льду, она продолжит скользить по прямой линии с постоянной скоростью, если трение или другая сила не остановят ее.
Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона может быть выражен следующим образом:
F = m * aГде:
F— сила, действующая на объект (в ньютонах),m— масса объекта (в килограммах), иa— ускорение объекта (в метрах в секунду за секунду).
Этот закон описывает, как скорость объекта меняется, когда на него действует внешняя сила. Он подразумевает, что ускорение объекта зависит прямо от приложенной на объект силы и обратно от его массы.
Пример второго закона Ньютона
Рассмотрим толкание двух тележек, одна из которых пустая, а другая нагружена кирпичами, с приложением одинаковой силы. Пустая тележка (с меньшей массой) будет двигаться быстрее, чем тележка с кирпичами, благодаря своей меньшей массе.
Третий закон Ньютона
Третий закон Ньютона гласит:
Для каждого действия существует равное и противоположное противодействие.Это означает, что силы всегда существуют парами. Когда один объект оказывает силу на другой объект, второй объект оказывает равную и противоположную силу на первый объект. Именно поэтому, когда вы выпрыгиваете из небольшой лодки, она скользит назад, пока вы движетесь вперед.
Пример третьего закона Ньютона
Когда вы садитесь на стул, ваше тело оказывает на него силу вниз, а стул оказывает на ваше тело равную силу вверх.
Роль воздушного сопротивления и трения
В реальной жизни воздушное сопротивление и трение — это силы, которые обычно действуют на движущиеся объекты и часто уравновешивают или компенсируют другие силы.
Трение: Действует противоположно направлению движения, часто замедляя движение объектов. Оно может существовать в разных формах, таких как скольжение, качение или статическое трение.
Воздушное сопротивление: Тип силы трения, действующей против объекта, движущегося в воздухе. Его эффект заметнее на более высоких скоростях, например, у велосипедистов или самолетов.
Заключение
Понимание уравновешенных и неуравновешенных сил обеспечивает фундаментальное понимание повседневных явлений и прокладывает путь для более глубокого изучения физики движения. Применяя законы движения Ньютона, мы можем предсказать и количественно оценить поведение объектов при различных условиях воздействия сил.
Комментарии