Взаимодействие тел сила кратко

Обновлено: 03.07.2024

В окружающем нас мире физические тела постоянно взаимодействуют друг с другом. В результате взаимодействия тел, изменяются их скорости. Скорость тела после взаимодействия может увеличиваться, уменьшаться, менять свое направление.

Вы уже знаете, что изменение скорости тела обратно пропорционально его массе. Чем меньше масса тела, тем сильнее меняется его скорость после взаимодействия.

Но часто не указывают, какое тело, и как именно оно подействовало на другое. Просто говорят, что на тело действует сила или к нему приложена сила. В данном уроке мы разберем это новое для нас определение.

Различные взаимодействия тел

Рассмотрим примеры взаимодействия тел, и посмотрим, что изменяется в конкретных случаях.

1. Толкая, например, коляску, мы приводим её в движение.

2. Если мы положим на стол металлические предметы и на некотором расстоянии от них магнит, то гвозди придут в движение. Под действием магнита они изменят свою скорость. В итоге, все они будут собраны около магнита.

3. Ударяя ракеткой по мячу, мы изменим направление его движения.

4. Если мы надавим на пружину с шариком рукой, то мы сожмем ее (рисунок 4). Движение переходит в конец пружины и передается остальным ее частям. При сжатии действующим телом будет рука (рисунок 4, а). Когда пружина начинает распрямляться (рисунок 4, б), она сама является действующим телом — приводит в движение шарик.

Рисунок 4. Сжатие и распрямление пружины.

Все эти примеры напоминают нам тот факт, что скорость тела меняется при его взаимодействии с другими телами.

Но взаимодействие может приводить и к другим изменениям:

Если мы надавим на резиновую игрушку (рисунок 5), она сожмется, изменит свою форму — деформируется.

Деформация — это любое изменение формы и размера тела

Другой пример деформации:

Если человек сядет на доску, которая держится на опорах, она прогнется (рисунок 6). В середине доска сдвинется на большее расстояние вниз, чем по краям.

Рисунок 6. Деформация доски на опорах.

Определение силы

Все эти изменения говорят нам о том, что на тело действует некая сила:

изменяется скорость;
изменяется направление движения;
изменяется форма тела;
изменяются размеры тела.

В прошлых примерах скорость движения тел изменялась по разному, но она же может стать и одинаковой после воздействия силы? Да, но тогда и силы,приложенные к этим телам должны быть различны.

Так, чтобы спортсмену поднять маленькую гантелю, достаточно мЕньшей силы, чем, если бы он решил поднять большую гантелю. Значит, сила может иметь различные значения.

Сила — это физическая векторная величина, являющаяся мерой взаимодействия тел и приводящая к изменению скорости движения тел или изменению их частей.

числовое значение, ее модуль обозначается буквой $F$ без стрелочки;
направление, обозначается буквой $\vec$ со стрелочкой.

Изображение силы

Взгляните на рисунок 7.

Рисунок 7. Изображение силы.

Сила всегда приложена к какой-то определенной точке тела — это важно указывать. В нашем случае сила приложена к точке А. Далее от этой точки изображают отрезок со стрелкой на конце. Длина отрезка условно обозначает в определенном масштабе модуль силы.

Так мы можем сказать, что

Результат действия силы на тело зависит от ее модуля, направления и точки приложения.

Все знают, что это невозможно. Но вот приходит невежда, которому это неизвестно — он-то и делает открытие.

Альберт Эйнштейн

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Учу детей тому, как надо учиться

Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.

Вопрос 5

Взаимодействие тел. Понятие силы. Принцип суперпозиции. Сила упругости, силы трения.

Краткий ответ

Жизненный опыт показывает, что скорость тела меняется только в результате действия на него другого тела.

Действие тел друг на друга называют взаимодействием.

Если человек, сидящий в лодке, отталкивает от себя другую лодку, то происходит взаимодействие. Обе лодки приходят в движение.

Величину, характеризующую взаимодействие тел, называют сила.

Сила — физическая величина, которая определяет меру воздействия одного тела на другое.

F - обозначение силы

Сила – векторная величина; она характеризуется:

модулем (абсолютной величиной);
направлением;
точкой приложения.

Единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ) - Ньютон, обозначение [Н].

Если на тело одновременно действуют несколько сил (например,F1,F2 и F3) то под силой, действующей на тело, нужно понимать равнодействующую всех сил: F=F1+F2+F3

Принцип суперпозиции сил: если тело взаимодействует одновременно с несколькими телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других тел.

Для заряженных тел:

Основные виды сил: сила тяжести, сила трения, сила упругости .

При соприкосновении двух движущихся тел возникает сила, направленная против движения и препятствующая движению - сила трения.

Сила трения - это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, приложенная к движущемуся телу и направлена против движения.

Сила трения - это сила электромагнитной природы.

Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:

1) Шероховатостью поверхностей
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.

Силы трения всегда направлены по касательной к соприкасающимся поверхностям и подразделяются на силы трения покоя, силы трения скольжения, силы трения качения.

Fтр = м*N, где м – коэффициент трения , N – сила реакции опоры.

Сила упругости – сила, которая возникает при любом виде деформации тел и стремится вернуть тело в первоначальное состояние.

Fупр_x = - k*x, где k – жесткость тела [Н/м], х - абсолютное удлинение тела.

Сила упругости перпендикулярна поверхности взаимодействующих тел и направлена всегда против деформации.

Развернутый ответ

Изменение скорости тела происходит под действием другого тела. Покажем это.
Опыт с тележками. К тележке прикрепим упругую пластинку. Затем изогнем ее и свяжем нитью. Тележка относительно стола находится в покое.

Станет ли двигаться тележка, если упругая пластинка выпрямится? Для этого перережем нить. Пластинка выпрямится. Тележка же останется на прежнем месте.

Затем вплотную к согнутой пластинке поставим еще одну такую же тележку.

Вновь пережжем нить. После этого обе тележки приходят в движение относительно стола. Они разъезжаются в разные стороны.

Чтобы изменить скорость тележки, понадобилось второе тело. Опыт показал, что скорость тела меняется только в результате действия на него другого тела (второй тележки). В нашем опыте мы наблюдали, что в движение пришла и вторая тележка. Обе стали двигаться относительно стола.

Тележки действуют друг на друга , т.е они взаимодействуют. Значит, действие одного тела на другое не может быть односторонним, оба тела действуют друг на друга, т. е. взаимодействуют.

Действие тел друг на друга называют взаимодействием.

Пуля также находится в покое относительно ружья перед выстрелом. При взаимодействии (во время выстрела) пуля и ружье движутся в разные стороны. Получается явление - отдачи.

Если человек прыгает с лодки на берег, то лодка отходит в сторону, противоположную прыжку. Человек подействовал на лодку. В свою очередь, и лодка действует на человека. Он приобретает скорость, которая направлена к берегу.

Итак, в результате взаимодействия оба тела могут изменить свою скорость.

Рассмотрим более подробно некоторые виды взаимодействий.

Типы фундаментальных взаимодействий.

Попытки классификации взаимодействий привели к идее выделения минимального набора фундаментальных взаимодействий, при помощи которых можно объяснить все наблюдаемые явления. По мере развития естествознания этот набор менялся. В настоящее время принят набор из четырех типов фундаментальных взаимодействий: гравитационные, электромагнитные, сильное и слабые ядерные. Все остальные, известные на сегодняшний день, могут быть сведены к суперпозиции перечисленных.
Гравитационные взаимодействия обусловлены наличием у тел массы и являются самыми слабыми из фундаментального набора. Они доминируют на расстояниях космических масштабов (в мега-мире).
Электромагнитные взаимодействия обусловлены специфическим свойством ряда элементарных частиц, называемым электрическим зарядом. Играют доминирующую роль в макро мире и микромире вплоть на расстояниях, превосходящих характерные размеры атомных ядер.
Ядерные взаимодействия играют доминирующую роль в ядерных процессах и проявляются лишь на расстояниях, сравнимых с размером ядра, где классическое описание заведомо неприменимо.

Эти примеры подтверждают вывод ученых о том, что в природе мы всегда имеем дело с взаимодействием, а не с односторонним действием.

Величину, характеризующую взаимодействие тел, называют сила.

Сила — физическая величина, которая определяет меру воздействия одного тела на другое.

- обозначение силы

Сила – векторная величина; она характеризуется:

модулем (абсолютной величиной);
направлением;
точкой приложения.

Единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ) - Ньютон, обозначение [Н].

В этом выражается принцип суперпозиции сил: если тело взаимодействует одновременно с несколькими телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других тел.

Для заряженных тел:

В басне Крылова "Лебедь, рак и щука" они не могли сдвинуть телегу, т.к. равнодействующая сил, приложенных к телеге была равна нулю.

В природе существуют различные силы.

Гравитационные силы действуют между всеми телами – все тела притягиваются друг к другу. Но это притяжение существенно лишь тогда, когда хотя бы одно из взаимодействующих сил так же велико, как Земля или луна.

Электромагнитные силы действуют между заряженными частицами. В атомах, молекулах, живых организмах именно они являются главными.

Область ядерных сил очень ограничена. Они заметны только внутри атомных ядер (т.е. на расстоянии 10 -12 см.)

Слабые взаимодействия проявляются на ещё меньших расстояниях. Они вызывают превращение элементарных частиц друг в друга.

Основные виды сил: сила тяжести, сила трения, сила упругости.

Сила трения - это сила электромагнитной природы.

Возникновение силы трения объясняется двумя причинами:

1) Шероховатостью поверхностей
2) Проявлением сил молекулярного взаимодействия.

Fтр = м*N, где м – коэффициент трения , N – сила реакции опоры.

Fупр_x = - k*x, где k – жесткость тела [Н/м], х - абсолютное удлинение тела.

Сила упругости перпендикулярна поверхности взаимодействующих тел и направлена всегда против деформации.

Все в этом мире взаимодействует. Автор этой статьи взаимодействует с ноутбуком ударами по клавишам, а читатель — со стулом, на котором сидит. Каким образом это происходит — та еще загадка, но мы попробуем разобраться.

О чем эта статья:

Масса, объем и плотность

Масса

Как ни странно, начнем мы с самого сложного — с массы. Казалось бы, это понятие мы слышим с самого детства, примерно знаем, сколько в нас килограмм, и ничего сложного здесь быть не может. На самом деле, все сложнее.

До недавнего времени в Международном бюро мер и весов в Париже хранился цилиндр массой один килограмм. Цилиндр был изготовлен из сплава иридия и платины и служил для всего мира эталоном килограмма. Правда, со временем его масса изменилась, и пришлось придумать новый эталон — электромагнитные весы.

Высота этого цилиндра была приблизительно равна 4 см, но чтобы его поднять, нужно было приложить немалую силу. Необходимость эту силу прикладывать обуславливается инерцией тел и математически записывается через второй закон Ньютона.

Второй закон Ньютона

F — сила, действующая на тело (равнодействующая) [Н]

a — ускорение [м/с 2 ]

В этом законе массу можно считать неким коэффициентом, который связывает ускорение и силу. Также масса важна при расчете силы тяготения. Она является мерой гравитации: именно благодаря ей тела притягиваются друг к другу.

Закон всемирного тяготения

F — сила тяготения [Н]

M — масса первого тела (часто планеты) [кг]

m — масса второго тела [кг]

R — расстояние между телами [м]

G — гравитационная постоянная

G = 6,67 · 10 −11 м 3 · кг −1 · с −2

Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз. Когда думаешь об этом, хочется взвешиваться исключительно на Луне.

Курсы подготовки к ОГЭ по физике помогут снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.

Откуда берется масса

Мужчину на этой фотографии зовут Питер Хиггс. Ему мы обязаны за предположение, экспериментально доказанное в 2012 году, что массу всех частиц создает некий бозон.

Источник: Википедия

Бозон Хиггса невозможно представить — это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.

Объем тела

Масса зависит от двух величин: плотности и объема. Начнем с известной нам из математики величины — с объема.

Объем — это физическая величина, которая показывает, сколько пространства занимает тело. Уметь соотносить объемы — важный навык. Например, чтобы посчитать, сколько пластиковых шариков помещается в гигантский бассейн.

А если вернуться к задачкам, то чтобы рассчитать объем прямоугольного параллелепипеда, нам нужно перемножить три его параметра.

Вычисляем объем по формуле:

Формула объема параллелепипеда

V = abc

А для цилиндра будет справедлива такая формула:

Формула объема цилиндра

V = Sh

S — площадь основания [м 2 ]

Плотность вещества

Плотность — скалярная физическая величина. Определяется как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.

Формула плотности вещества

— плотность вещества [кг/м 3 ]

m — масса вещества [кг]

V — объем вещества [м 3 ]

Плотность зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее — следовательно, плотность больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества — плотность понижается.

Маленькое исключение

С водой такая история не работает: плотность воды меньше плотности льда.

Объяснение кроется в молекулярной структуре льда. Когда вода переходит из жидкого состояния в твердое, она изменяет молекулярную структуру так, что расстояние между молекулами увеличивается. Соответственно, плотность льда меньше плотности воды.

Ниже представлены значения плотностей для разных веществ — это поможет при решении задач по физике:

Твердое вещество

кг/м 3

г/см 3

Жидкость

кг/м 3

г/см 3

Газ

кг/м 3

Где самая большая плотность?

Самая большая плотность во Вселенной — в черной дыре. Плотность черной дыры составляет около 1014 кг/м 3 .

Средняя плотность

В школьном курсе чаще всего говорят о средней плотности тела. Дело в том, что если мы рассмотрим какое-нибудь неоднородное тело, то в одной его части будет, например, большая плотность, а в другой — меньшая.

Если вы когда-то делали ремонт, то знакомы с такой вещью, как цемент. Он состоит из двух веществ: клинкера и гипса. Чтобы найти плотность цемента, нужно его массу разделить на объем.

Формула плотности тела

— плотность тела [кг/м 3 ]

m — масса тела [кг]

V — объем тела [м 3 ]

Инертность

Масса придает телу такое свойство, как инертность. Но не напрямую — у этого есть некая последовательность. Если посмотреть, как строитель толкает тачку или родитель везет ребенка на санках — можно заметить, что и тачка, и санки, изменяют свою скорость только при наличии нескомпенсированного действия — силы, которую прикладывают и строитель, и родитель.

Так как быстрота изменения скорости характеризуется ускорением тела, можем заключить, что причиной ускорения является некомпенсированное действие одного тела на другое. Но одно тело не может действовать на другое, не испытывая его действия на себе. Следовательно, ускорение появляется при взаимодействии тел. Ускорение приобретают оба взаимодействующие тела.

Давайте вернемся к нашим строителям и родителям. Если строитель приложит к тачке ту же силу, что и родитель, то ускорение не обязательно будет одинаковым.

Чем меньше ускорение приобретает тело при взаимодействии, тем инертнее это тело.

Инертность — это свойство тела сохранять свою скорость постоянной. Проявляет себя в том, что для изменения скорости тела требуется некоторое время. Процесс изменения скорости не может быть мгновенным.

Например, движущийся по дороге автомобиль не может мгновенно остановиться — для уменьшения скорости требуется некоторое время.

Чем инертнее тело, тем больше его масса. Чем больше инертность, тем меньше ускорение. Следовательно, чем больше масса тела, тем меньше его ускорение. Эту закономерность описывает второй закон Ньютона.

Второй закон Ньютона

Мы уже упоминали его в начале статьи, давайте разберемся подробнее.

Второй закон Ньютона

F — сила, действующая на тело (равнодействующая) [Н]

a — ускорение [м/с 2 ]

В этом законе есть такое понятие, как равнодействующая сила — векторная сумма всех сил, приложенных к телу. Обозначается она так: .

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причина тому — сила.

Сила — это физическая векторная величина, с которой тело воздействует на другое тело.

Она измеряется в Ньютонах — это единица измерения названа в честь Исаака Ньютона.

Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.

А в чем разница между инертностью и инерцией?

Инертность — это свойство тело, инерция — явление сохранения скорости тела.

Первый закон Ньютона

Галилео Галилей

Исаак Ньютон

Формулировка закона инерции

Когда тело движется по горизонтальной поверхности, не встречая никакого сопротивления движению, то его движение — равномерно, и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца.

Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенными силами изменить это состояние.

Инерция — это физическое явление, при котором тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на него не действуют другие тела.

Инерция – это физическое явление сохранения скорости тела постоянной, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Варианты формулировки не противоречат друг другу и говорят, по сути, об одном и том же, просто разными словами — выбирайте ту, что вам нравится больше.

Ньютоновская формулировка закона инерции по-другому называется первым законом Ньютона:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело сохраняет свою скорость постоянной, в том числе равной нулю, если действие на него других сил отсутствует или скомпенсировано.

Первый закон Ньютона

, если v=const

R — результирующая сила, сумма всех сил, действующих на тело [Н]

const — постоянная величина

А вы небось уже подумали, что мы про первый закон Ньютона забыли и сразу перескочили ко второму. Все в порядке — первый тоже на месте.

Системы отсчета: инерциальные и неинерциальные

Чтобы описать движение, нам нужны три штуки:

тело отсчета, относительно которого определяем местоположение других тел;
система координат: в школьном курсе мы используем прямоугольную декартову систему координат;
часы, чтобы измерять время.

В совокупности эти три опции образуют систему отсчета:

Инерциальная система отсчета — система отсчёта, в которой все тела движутся прямолинейно и равномерно, либо покоятся.
Неинерциальная система отсчета — система отсчёта, движущаяся с ускорением.

Рассмотрим разницу между этими системами отсчета на примере задачи.

Аэростат — летательный аппарат на картиночке ниже — движется равномерно и прямолинейно параллельно горизонтальной дороге, по которой равноускоренно движется автомобиль.

Выберите правильное утверждение:

Система отсчёта, связанная с аэростатом, является инерциальной, а система отсчёта, связанная с автомобилем, инерциальной не является.

Система отсчёта, связанная с автомобилем, является инерциальной, а система отсчёта, связанная с аэростатом, инерциальной не является.

Система отсчёта, связанная с любым из этих тел, является инерциальной.

Система отсчёта, связанная с любым из этих тел, не является инерциальной.

Решение:

Система отсчёта, связанная с землёй, инерциальна. Да, планета движется и вращается, но для всех процессов вблизи планеты этим можно пренебречь. Во всех задачах систему отсчета, связанную с землей можно считать инерциальной.

Поскольку система отсчёта, связанная с землёй инерциальна, любая другая система, которая движется относительно земли равномерно и прямолинейно или покоится — по первому закону Ньютона тоже инерциальна.

Движение аэростата удовлетворяет этому условию, так как оно равномерное и прямолинейное, а равноускоренное движение автомобиля — нет. Аэростат — инерциальная система отсчёта, а автомобиль — неинерциальная.

Ответ: 1.

Третий закон Ньютона

Он честно-пречестно последний.

Третий закон Ньютона обобщает огромное количество опытных фактов, которые показывают, что силы — результат взаимодействия тел.

Он формулируется так: тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

Если попроще: сила действия равна силе противодействия.

Если вам вдруг придется объяснять физику во дворе — можно сказать и так: на каждую силу найдется другая сила 🙈

Третий закон Ньютона

F₁ — сила, с которой первое тело действует на второе [Н]

F₂ — сила, с которой второе тело действует на первое [Н]

В первом и втором законах Ньютона мы имеем дело с одним телом, а в третьем — с двумя. Это важно учитывать при решении задач.

в) действия тел друг на друга всегда носят характер взаимодействия.

Взаимодействия отличаются друг от друга и количественно, и качественно. Например, ясно, что чем больше деформируется пружина, тем больше взаимодействие ее витков. Или чем ближе два одноименных заряда, тем сильнее они будут притягиваться. В простейших случаях взаимодействия количественной характеристикой является сила.

Сила — причина ускорения тел (в инерциальной системе отсчета).

Сила — это векторная физическая величина, являющаяся мерой ускорения, приобретаемого телами при взаимодействии.

Сила характеризуется:

б) точкой приложения;

Единица силы — ньютон: .

Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него на него других тел называется инерцией. На основании опытных данных были сформулированы законы Ньютона .

Первый закон Ньютона (закон инерции):Существуют системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых свободные тела движутся равномерно и прямолинейно.

Если равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю, то тело совершает равномерное прямолинейное движение или находится в состоянии покоя. Равнодействующей нескольких сил называют силу, действие которой эквивалентно действию тех сил, которые она заменяет. Равнодействующая является векторной суммой всех сил, приложенных к телу.

.
Пример: лежащий на земле камень находится в состоянии покоя. Парашют с раскрытым куполом спускается на землю с постоянной скоростью.

Сложение сил производится по правилу сложения векторов.

Второй закон Ньютона: произведение массы на ускорение равно сумме действующих на тело сил: . Т.е. ускорение, с которым движется тело, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, обратно пропорционально его массе и направлено так же, как и равнодействующая сила: .

Пример: чем сильнее ударить по мячу, лежащему на земле, тем большее ускорение он приобретёт этот мяч. Применение в технике: разгон самолёта при взлёте и его торможение при посадке.

Третий закон Ньютона: Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулям и направлены по одной прямой в противоположные стороны: .

Пример: при забивании гвоздя молотком не только молоток действует на гвоздь, но и гвоздь действует на молоток, останавливая его. Когда вы, находясь в одной лодке, начнете за веревку подтягивать другую лодку, то и ваша лодка обязательно будет двигаться вперед.

Простые наблюдения и опыты, например с тележками (рис.), приводят к следующим качественным заключениям:

а) тело, на которое другие тела не действуют, сохраняет свою скорость неизменной;

б) ускорение тела возникает под действием других тел, но зависит и от самого тела;

в) действия тел друг на друга всегда носят характер взаимодействия.

Сила — причина ускорения тел (в инерциальной системе отсчета).

Сила характеризуется:

б) точкой приложения;

Единица силы — ньютон: .

Сложение сил производится по правилу сложения векторов.

Читайте также: