Девятый класс

Девятый классМеханика


Законы силы и движения


В изучении физики важно понимать концепцию силы и законы движения. Эти принципы были важны для понимания поведения объектов в окружающем нас мире. Это исследование познакомит вас с основами и приведет к более сложным идеям о движении и силах, которые на него влияют.

Что такое сила?

Сила — это, по сути, толчок или тяга, действующая на объект. Она может заставить объект начать двигаться, прекратить движение, изменить направление или изменить его форму. В повседневной жизни мы сталкиваемся с силой в различных формах, например, с силой трения, которая предотвращает скольжение при ходьбе, с силой гравитации, которая удерживает нас на земле, или силой натяжения, которая позволяет нам тянуть веревку.

Измерение силы

Стандартной единицей силы в Международной системе единиц (СИ) является ньютон, обозначаемый символом "N." Один ньютон — это количество силы, необходимое для ускорения массы в один килограмм на один метр в квадратную секунду. Математически это можно представить в следующем виде:

1 N = 1 кг·м/с²

Типы сил

На объекты действуют различные силы. Некоторые распространенные типы сил следующие:

  • Сила гравитации: Притягательная сила, которая тянет объекты друг к другу. Гравитация Земли тянет все к ее центру.
  • Нормальная сила: Поддерживающая сила, прикладываемая к объекту, когда он контактирует с другим неподвижным объектом. Например, на книгу, лежащую на столе, воздействует нормальная сила, прикладываемая столом вверх.
  • Сила трения: Сила, оказываемая объектом на поверхность, когда он движется по ней или пытается по ней двигаться. Сила трения действует в противоположном направлении от движущегося объекта.
  • Сила натяжения: Сила, прикладываемая к проволоке, канату или кабелю, когда она тянется силами, действующими с противоположных концов.
  • Сила сопротивления воздуха: Вид силы трения, которая действует против объектов, движущихся в воздухе.
  • Приложенная сила: Сила, которая прикладывается кем-то или другим объектом.

Иллюстрация сил с примерами

Чтобы увидеть силы в действии, рассмотрим человека, который толкает ящик. Это действие включает силу, приложенную человеком, который толкает. Если ящик движется по полу, трение между ящиком и полом противодействует приложенной силе.

Законы движения Ньютона

Сэр Исаак Ньютон сформулировал три закона движения, описывающие поведение объектов под воздействием сил. Эти законы заложили основу классической механики.

Первый закон движения Ньютона (закон инерции)

Этот закон гласит: "Объект, находящийся в состоянии покоя, будет оставаться в состоянии покоя, а объект в движении будет продолжать двигаться с постоянной скоростью, если на него не будет воздействовать внешняя сила." Его часто называют законом инерции.

Пример: Представьте книгу, лежащую на столе. Книга останется в состоянии покоя, если кто-то не приложит внешнюю силу, чтобы сдвинуть ее. Точно так же катящийся мяч будет продолжать катиться по прямой, если сопротивление трения или другая внешняя сила не замедлит его.

Второй закон движения Ньютона

Этот закон описывает, как скорость объекта изменяется при приложении к нему внешней силы. Он кратко выражается следующей формулой:

F = m·a

Где F — приложенная сила, m — масса объекта, а a — произведенное ускорение.

Пример: Если вы бьете по футбольному мячу, он ускоряется из-за силы, которую вы прикладываете ногой. Более тяжелые объекты требуют больше силы для достижения такого же ускорения, как показано в формуле. Например, чтобы достичь такой же скорости, как у футбольного мяча, требуется намного больше силы, если ударить по боулинговому шару.

Третий закон движения Ньютона

Этот закон часто резюмируют следующим образом: "На каждое действие есть равное и противоположное противодействие." Это означает, что силы всегда появляются в парах. Когда один объект оказывает силу на другой объект, второй объект оказывает равную силу в противоположном направлении на первый объект.

Пример: Когда вы прыгаете из лодки, вы отталкиваете лодку назад (действие), а лодка отталкивает вас вперед (реакция). Точно так же, когда птицы летают, их крылья толкают воздух вниз, и воздух толкает их вверх.

Примеры применения законов Ньютона

Рассмотрим несколько повседневных примеров применения законов Ньютона:

Пример #1: Велосипедист

Когда велосипедист крутит педали велосипеда, колеса вращаются и толкают землю. Согласно третьему закону Ньютона, земля возвращает на колеса равную силу. Эта реакция движет велосипед вперед. Кроме того, когда велосипедист перестает крутить педали, сила трения действует в противоположном направлении, замедляя велосипед, что вытекает из первого закона инерции.

Пример #2: Автомобильная авария

В случае автомобильной аварии сила удара почти мгновенно останавливает транспортное средство. Однако пассажиры внутри продолжают двигаться вперед из-за инерции (первый закон Ньютона), поэтому ремни безопасности важны — они прикладывают внешнюю силу, чтобы удержать пассажиров на месте.

Уравновешенные и неуравновешенные силы

Понимание уравновешенных и неуравновешенных сил важно для анализа движения:

Уравновешенные силы

Когда силы уравновешены, они уравновешивают друг друга, и движение не меняется. Если объект находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью, действующие на него силы уравновешены.

Неуравновешенные силы

Когда силы неуравновешены, они не полностью нейтрализуются, и движение объекта меняется. Это изменение может включать ускорение, замедление или изменение направления. Второй закон Ньютона описывает эту ситуацию, поскольку неуравновешенные силы приводят к ускорению.

Диаграмма свободного тела

Диаграммы свободных тел используются в физике для показа сил, действующих на объект. Они помогают визуализировать мощность и направление сил. Вот простой пример ящика, скользящего по поверхности без трения:

трениетянутьвесобщий

На этой диаграмме силы, действующие на ящик, включают трение, действующее в противоположном направлении от приложенного толчка, вес ящика, действующий вниз, и нормальную силу, действующую вверх, равную и противоположную весу уравновешенных сил.

Заключение

Изучение силы и движения дает нам более глубокое понимание физической вселенной. От простых действий, таких как ходьба, до передовых технологий, таких как пуски ракет, законы Ньютона предоставляют основополагающие знания для понимания этих явлений. С этим пониманием мы можем анализировать и предсказывать движение объектов, приближая физический мир к нашему пониманию.


Девятый класс → 1.2


U
username
0%
завершено в Девятый класс


Комментарии