Реферат силы в природе упругость трение сила тяжести
Обновлено: 05.07.2024
1.В окружающем нас мире бесчисленное количество тел, которые взаимодействуют друг с другом. Но, несмотря на многообразие сил, принято выделять несколько их видов.
Силой упругости называют силу, которая возникает в теле при изменении его формы или размеров. Это происходит, если тело сжимают, растягивают, изгибают или скручивают. Например, сила упругости, возникшая в пружине, действует на кирпич. Она возникла в результате сжатия пружины.
Сила упругостивсегда направлена противоположно той силе, которая вызвала изменение формы или размеров тела. В нашем примере упавший кирпич сжал пружину, то есть подействовал на нее с силой, направленной вниз. В результате в пружине возникла сила упругости, направленная в противоположную сторону, то есть вверх.
Силой тяготения называют силу, с которой все тела в мире притягиваются друг к другу. Разновидностью силы тяготения является сила тяжести – сила, с которой тело, находящееся вблизи какой-либо планеты, притягивается к ней. Например, ракета, стоящая на Марсе, притягивается к нему – на ракету действует сила тяжести.
Сила тяжести всегда направлена к центру планеты. Например, Земля притягивает мальчика и мяч с силами, направленными вниз, то есть к центру планеты.
Сила трения всегда направлена противоположно направлению проскальзывания рассматриваемого тела по поверхности другого. Например, при торможении автомобиля его колеса проскальзывают вперед, значит, действующая на них сила трения о дорогу направлена в противоположную сторону, то есть назад.
Выталкивающей силой (или силой Архимеда)называют силу, с которой жидкость или газ действуют на погруженное в них тело. Вода в пруду действует на пузырьки воздуха – выталкивает их на поверхность. Вода также действует на рыбу и камни – подталкивает их вверх, уменьшая их вес (силу, с которой камни давят на дно пруда). Архимедова сила обычно направлена вверх, противоположно силе тяжести.
2.Ньютоновский закон всемирного тяготения для силы, действующей между двумя телами с массами m1 и m2 , записывается следующим образом:
F=G ,
Где r – расстояние между телами, G= 6,67 • Н • - гравитационная постоянная (1 Н = 1 ньютон – это величина силы, с которой Земля притягивает тело массой 0,1 кг, находящееся на её поверхности).
Сила гравитационного притяжения между телами, размеры которых значительно меньше расстояния между ними, прямо пропорционально их массам, обратно пропорционально квадрату расстояния между ними и направлено вдоль соединяющей их прямой.
Гравитационная постоянная является мировой константой, её определение возможно при проведении прямых лабораторных опытов по измерению силы гравитационного притяжения двух известных масс. Впервые опыт по определению G был поставлен Г. Кавендишем в 1797 г. зная величину G, можно определить массу Земли, массы других планет Солнечной системы, массу Солнца. Для определения массы Солнца необходимо знать расстояние от Земли до Солнца и время, за которое Земля совершает один оборот вокруг Солнца.
Закон всемирного тяготения позволил Ньютону дать количественное объяснение движению планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, понять природу морских приливов.
Еще до того как Ньютон постулировал закон всемирного тяготения, И. Кеплер, анализируя движения планет Солнечной системы, предложил три простых закона, очень точно описывающих эти движения не только для всех планет, но и для их спутников.
Тема: 1.1.3. Импульс. Закон сохранения импульса и
Реактивное движение
План:
1. Общее понятие. Импульс тела;
2. Закон сохранения импульса;
3. Реактивное движение.
1. Определение: импульсом ( количеством движением) тела р называется произведение массы на его скорость.
Мы знаем, что причиной изменения скорости тела является действия других тел. Выясним, какая сила требуется для того, чтобы за время t увеличить скорость тела от 0 до некоторого значения υ. По второму закону Ньютона F=ma , и согласно формуле a=υ/t
F = mv/t
В правую часть полученного выражения входит произведение массы тела на его скорость. Обозначим это произведение p:
p = mυ
Физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость, называется импульсом тела:
р — импульс тела.
Если тело покоится, то его импульс равен нулю. При увеличении скорости импульс возрастает.
Единицей импульса в СИ является килограмм-метр в секунду ( 1 кг• м/с)
Понятие импульса была ведено введено в физику Рене Декартом (1596-1650). Сам Декарт назвал эту величину не импульсом, а количеством движения.
В наиболее простом случае закон сохранения импульсаможет быть сформулирован следующим образом:
Сила, с которой тело притягиваются к Земле, называется силой тяжести.
Fт – сила тяжести. Она направлена вертикально вниз если не учитывать. Точка приложения силы тяжести находится в центре тела.
g = 9,8 Н/кг – коэффициент пропорциональности, показывающий, что на тело массой 1 кг действует сила тяжести равная 9,8 Н
FТ = mg – модуль силы тяжести, где m – масса тела.
Отсюда видим, что сила тяжести прямо пропорциональна массе тела.
Сила тяжести, действующая на данное тело зависит:
1. От высоты тела над поверхностью Земли. Если тело поднять на некоторую высоту, то сила тяжести уменьшится.
2. От местоположения на Земле. Вследствие вращения Земли она сплюснута у полюсов. Тело находится ближе к центру Земли и g больше, поэтому на полюсах сила тяжести больше чем на экваторе.
Сила тяжести равна сила всемирного тяготения, действующая на тело со стороны Земли, (если не учитывать суточное вращение Земли).
Сила упругости – это сила, возникающая при деформации тела и препятствующая ей.
Fупр – сила упругости. Она направлена всегда против деформации тела.
Точка приложения силы упругости находится на опоре, или на подвесе
Английский ученый Роберт Гук установил: сила упругости, возникающая при упругой деформации растяжения и сжатия, прямо пропорциональна абсолютному удлинению тела и направлена против деформации. L0- начальная длина тела. L – конечная длина тела. ∆L = L – L0 –удлинение тела, показывает на сколько изменяется длина тела Fвнеш. – внешняя сила, вызывающая деформацию тела. ∆L>0 , при деформации растяжения. ∆L 2 .
Билет №24
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Скорость тела относительно Земли и ее изменение под действием других тел. Понятие силы тяжести и тяготения. Деформация – это изменение формы или размеров тела. Реакции опоры. Закон Гука и его применение. Формула веса тела в физике. Особенности сил трения.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.04.2016 |
| Размер файла | 352,3 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
"Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Направление подготовки: Мехатроника и робототехника
Кафедра: Интегрированных компьютерных систем управления
на тему: "Силы в природе"
Выполнил: Сергеев А.С.
Принял: доцент каф. ЭФ Кравченко Н.С.
Введение
Современные достижения физики высоких энергий все больше укрепляют представление, что многообразие свойств Природы обусловлено взаимодействующими элементарными частицами. Дать неформальное определение элементарной частицы, по-видимому, невозможно, поскольку речь идет о самых первичных элементах материи. На качественном уровне можно говорить, что истинно элементарными частицами называются физические объекты, которые не имеют составных частей.
Очевидно, что вопрос об элементарности физических объектов - это в первую очередь вопрос экспериментальный. Например, экспериментально установлено, что молекулы, атомы, атомные ядра имеют внутреннюю структуру, указывающую на наличие составных частей. Поэтому их нельзя считать элементарными частицами. Сравнительно недавно открыто, что такие частицы, как мезоны и барионы, также обладают внутренней структурой и, следовательно, не являются элементарными. В то же время у электрона внутренняя структура никогда не наблюдалась, и, значит, его можно отнести к элементарным частицам. Другим примером элементарной частицы является квант света - фотон.
Современные экспериментальные данные свидетельствуют, что существует только четыре качественно различных вида взаимодействий, в которых участвуют элементарные частицы. Эти взаимодействия называются фундаментальными, то есть самыми основными, исходными, первичными. Если принять во внимание все многообразие свойств окружающего нас Мира, то кажется совершенно удивительным, что в Природе есть только четыре фундаментальных взаимодействия, ответственных за все явления Природы.
Помимо качественных различий, фундаментальные взаимодействия отличаются в количественном отношении по силе воздействия, которая характеризуется термином интенсивность. По мере увеличения интенсивности фундаментальные взаимодействия располагаются в следующем порядке: гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное. Каждое из этих взаимодействий характеризуется соответствующим параметром, называемым константой связи, численное значение которого определяет интенсивность взаимодействия.
Каким образом физические объекты осуществляют фундаментальные взаимодействия между собой? На качественном уровне ответ на этот вопрос выглядит следующим образом. Фундаментальные взаимодействия переносятся квантами.
При этом в квантовой области фундаментальным взаимодействиям отвечают соответствующие элементарные частицы, называемые элементарными частицами - переносчиками взаимодействий. В процессе взаимодействия физический объект испускает частицы - переносчики взаимодействия, которые поглощаются другим физическим объектом. Это ведет к тому, что объекты как бы чувствуют друг друга, их энергия, характер движения, состояние изменяются, то есть они испытывают взаимное влияние.
В современной физике высоких энергий все большее значение приобретает идея объединения фундаментальных взаимодействий. Согласно идеям объединения, в Природе существует только одно единое фундаментальное взаимодействие, проявляющее себя в конкретных ситуациях как гравитационное, или как слабое, или как электромагнитное, или как сильное, или как их некоторая комбинация. Успешной реализацией идей объединения послужило создание ставшей уже стандартной объединенной теории электромагнитных и слабых взаимодействий. Идет работа по развитию единой теории электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий, получившей название теории великого объединения. Предпринимаются попытки найти принцип объединения всех четырех фундаментальных взаимодействий.
Cила
Скорость тела относительно Земли изменяется, когда на него действуют другие тела. К примеру:
Человек, когда толкает вагонетку, приводит её в движение. В этом случае скорость вагонетки будет изменяться под действием силы руки человека.
Рассмотрим другой пример:
Когда взаимодействует рука с шаром мы наблюдаем, что витки пружины начинают двигаться, и пружина сжимается. Отпустив ее, мы увидим, как пружина, распрямляясь, приводит в движение шар. Сначала действующим телом здесь была рука человека. Затем стала пружина.
Во всех вышеприведенных примерах причиной изменения скорости тела было действие, оказываемое на него другими телами. Мерой этого действия является векторная физическая величина, называемая силой.
Сила векторная величина, как и другие векторные величины. Сила характеризуется не только числовым значением, но и своим направлением.
Силу обычно обозначают буквой F.
Если сила к телу не приложена (F = 0), то это означает, что никакого действия на него не оказывается, и потому скорость такого тела относительно Земли не изменяется. Если же, наоборот, сила F ? 0, то тело испытывает некоторое воздействие, и его скорость изменяется. При этом, чем больше сила F, тем значительнее изменяется скорость тела относительно Земли.
Единицей силы в СИ является ньютон. H - это сила, которая за 1 секунду изменяет скорость тела массой 1 килограмм на 1 м/с. Эта единица названа в честь великого ученого И. Hьютона.
Рассмотрим наиболее известные силы.
Равнодействующая сила
Обычно на любое движущееся тело действует не одно, а сразу несколько окружающих его тел.
Например: Когда тело падает, на него действует не только Земля, но и воздух.
Когда на материальную точку действует несколько тел, их общее действие характеризуется равнодействующей силой.
Для нахождения равнодействующей силы есть несколько правил.
1) Если к телу приложены две силы F(1) и F(2), направленные по одной прямой в одну сторону, то их равнодействующая F находится по формуле
При этом направление равнодействующей силы совпадает с направлением приложенных сил
2) Если к телу приложены две силы F(1) и F(2), направленные по одной прямой в противоположные стороны, то при F
F(1) > F(2) их равнодействующая F находится по формуле
Направление равнодействующей силы в этом случае совпадает с направлением большей из приложенных сил. Если при этом F(1) = F(2), то их равнодействующая F окажется равной нулю. В этом случае покоящееся тело так и будет покоиться, а движущееся тело будет совершать равномерное и прямолинейное движение с той скоростью, которая у него была.
Про две силы, равные по величине и направленные вдоль одной прямой в противоположные стороны, говорят, что они уравновешивают или компенсируют друг друга. Равнодействующая F таких сил всегда равна нулю и потому изменить скорость тела не может.
Для изменения скорости тела относительно Земли необходимо, чтобы равнодействующая всех приложенных к телу сил была отлична от нуля. В том случае, когда тело движется в направлении равнодействующей силы, его скорость возрастает; при движении в противоположном направлении скорость тела убывает.
Сила тяжести
Почему тело, брошенное в горизонтальном направлении, через несколько секунд оказывается на земле?
Почему тело, выпущенное из рук, падает вниз?
У этих явлений одна причина - притяжение Земли.
Сила притяжения к Земле называется силой тяжести. Сила тяжести направлена вертикально вниз. Когда тело под действием притяжения к Земле падает вниз, на него действует не только Земля, но и другие воздействия. В тех случаях, когда сила сопротивления воздуха пренебрежимо мала по сравнению с силой тяжести, падение тела называют свободным.
Чтобы определить силу тяжести, надо массу этого тела умножить на ускорение свободного падения:
Из этой формулы следует, что g = F(T)/m. Но F(T) измеряется в ньютонах, a m - в килограммах. Поэтому величину g можно измерять в ньютонах на килограмм:
g = 9,8 Н/кг ?10 Н/кг.
С увеличением высоты над Землей ускорение свободного падения постепенно уменьшается. Уменьшение ускорения свободного падения означает, что и сила тяжести по мере увеличения высоты над Землей также уменьшается. Чем дальше тело находится от Земли, тем слабее она его притягивает.
Сила упругости
На все тела, находящиеся вблизи Земли, действует ее притяжение. Под действием силы тяжести падают на Землю капли дождя, снежинки.
Но когда капли лежат на крыше, его притягивает Земля, однако он не проходит и не проваливается сквозь крышу, а остается в покое. Что препятствует его падению? Крыша. Она действует на капли с силой, равной силе тяжести, но направленной в противоположную сторону.
Рассмотрим один пример. Изображена доска, лежащая на двух подставках. Если на ее середину поместить тело, то под действием силы тяжести тело начнет продавливать доску, но через несколько минут, остановится. При этом сила тяжести станет уравновешенной силой, действующей на тело со стороны изогнутой доски и направленной вертикально вверх. Эта сила называется силой упругости.
Сила упругости возникает при деформации. Деформация - это изменение формы или размеров тела. Одним из видов деформации является изгиб. Чем больше прогибается опора, тем больше сила упругости, действующая со стороны этой опоры на тело. Перед тем как тело (гирю) положили на доску, эта сила отсутствовала. По мере движения гири, которая все сильнее и сильнее прогибала свою опору, возрастала и сила упругости. В момент остановки гири сила упругости достигла силы тяжести, и их равнодействующая стала равной нулю.
Если на опору поместить достаточно легкий предмет, то ее деформация может оказаться столь незначительной, что никакого изменения формы опоры мы не заметим. Но деформация все равно будет! А вместе с ней будет действовать и сила упругости, препятствующая падению тела, находящегося на данной опоре. В подобных случаях (когда деформация тела незаметна и изменением размеров опоры можно пренебречь) силу упругости называют силой реакции опоры.
Если вместо опоры использовать какой-либо подвес (нить, веревку, проволоку, стержень и т. д.), то прикрепленный к нему предмет также может удерживаться в покое. Сила тяжести и здесь будет уравновешена противоположно направленной силой упругости. Сила упругости при этом возникает из-за того, что подвес под действием прикрепленного к нему груза растягивается. Растяжение еще один вид деформации.
Большой вклад внес в изучение силы упругости ученый Р. Гук. Закон Гука гласит:
Сила упругости, возникающая при растяжении или сжатии тела, пропорциональна его удлинению.
Если удлинение тела, т.е. изменение его длины, обозначить через х, а силу упругости - через F(упр), то по закону Гука можно придать следующую математическую форму:
где k - коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью тела. У каждого тела своя жесткость. Чем больше жесткость тела (пружины, проволоки, стержня и т. д.), тем меньше оно изменяет свою длину под действием данной силы.
Единицей жесткости в СИ является ньютон на метр (1 Н/м).
Вес тела
Постоянно мы говорим: "весит 50 килограмм" и т.д. Но мы не знаем, что допускаем ошибку. Масса это мера инертности тела, каким образом тело реагирует на приложенное к нему воздействие, либо же само воздействует на другие тела. А вес тела это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или вертикальный подвес под влиянием притяжения Земли.
Масса измеряется в килограммах, а вес тела, как и любая другая сила в ньютонах. Вес тела имеет направление, как и любая сила, и является величиной векторной. А масса не имеет никакого направления и является величиной скалярной.
Вес тела как и сила тяжести направлена вниз.
Вес тела обычно обозначают буквой P.
Формула веса тела в физике записывается следующим образом:
где m - масса тела
Но, несмотря на совпадение с формулой и направлением силы тяжести, есть серьезное различие между силой тяжести и весом тела. Сила тяжести приложена к телу, то есть, грубо говоря, это она давит на тело, а вес тела приложен к опоре или подвесу, то есть, здесь уже тело давит на подвес или опору.
Но природа существования силы тяжести и веса тела одинакова притяжение Земли. Собственно говоря, вес тела является следствием приложенной к телу силы тяжести. И, так же как и сила тяжести, вес тела уменьшается с увеличением высоты.
Сила трения
Если вы попытаетесь сдвинуть с места шкаф, то сразу убедитесь, что это не так-то просто сделать. Его движению будет мешать взаимодействие ножек с полом, на котором он стоит.
Взаимодействие, возникающее в месте соприкосновения тел и препятствующее их относительному движению, называют трением, а характеризующую это взаимодействие силу - силой трения.
Различают три вида трения: трение покоя, трение скольжения и трение качения.
1) Трение покоя. Положим тело на наклонную плоскость. При небольшом угле наклона плоскости тело может остаться на месте. Что будет удерживать его от соскальзывания вниз? Трение покоя. Сила трения покоя может быть любой.
Она изменяется вместе с силой, стремящейся сдвинуть тело с места. Но для любых двух взаимодействующих тел она имеет некоторое максимальное значение, больше которого быть не может.
Приложив к телу силу, превышающую максимальную силу трения покоя, мы сдвинем его с места, и тело начнет двигаться. Трение покоя при этом сменится трением скольжения. трение сила тяготение
2) Трение скольжения. Из-за чего постепенно останавливаются санки? Из-за трения скольжения. Сила трения скольжения направлена всегда в сторону, противоположную направлению движения тела.
3) Трение качения. Если тело не скользит по поверхности другого тела, а как колесо или цилиндр, катится, то возникающее в месте их контакта трение называют трением качения.
Катящееся колесо несколько вдавливается в полотно дороги, и потому перед ним все время оказывается небольшой бугорок, который необходимо преодолевать. Именно тем, что катящемуся колесу постоянно приходится взбираться на появляющийся впереди бугорок, и обусловлено трение качения. При этом, чем дорога тверже, тем трение качения меньше.
Заключение
Итак, мы сделали обзор наиболее известных сил. Кратко описали каждую из сил, рассмотрели примеры из жизни.
1. Сила – термин, являющийся: а) кратким обозначением действия одного тела на другое; б) названием физической величины, характеризующей действие тел друг на друга (взаимодействие тел).
2. Признаки действия силы: меняется скорость и/или направление движения тела, меняются размеры и/или форма тела.
3. Динамометр – прибор для измерения сил. Единица силы в СИ – 1 Н (один ньютон).
4. На чертежах силу изображают в виде прямой стрелки, называемой вектором силы. Длина вектора символизирует числовое значение силы, а направление вектора указывает направление силы.
5. Если две силы: а) приложены к одному и тому же телу, б) направлены противоположно по одной прямой и в) имеют одинаковую величину, их называют уравновешенными силами.
6. Если на тело действуют только уравновешенные силы, то оно либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно. И наоборот.
7. Силой упругости называют силу, которая возникает при изменении формы и/или размеров тела. Вектор силы упругости всегда противонаправлен вектору той силы, которая вызвала деформацию. Сила упругости обусловлена взаимодействием частиц, из которых состоит тело.
- Силу, действующую на тело со стороны опоры, называютсилой нормальной реакции.
- Закон Гука для силы упругости: Fупр = kx, где Fупр — модуль силы упругости, х — удлинение пружины.
- Прибор для измерения силы называют динамометром.
- Равнодействующей двух или нескольких сил называют силу, которая производит на тело такое же действие, как одновременное действие этих сил.
8. Силой трения называют силу, которая возникает при движении (или попытке вызвать движение) одного тела по поверхности другого. Она всегда направлена противоположно направлению скольжения (или направлению возможного скольжения) рассматриваемого тела.
- Основная причина возникновения сил трения скольжения и покоя — зацепление неровностей на поверхностях соприкасающихся тел.
- Модуль силы трения скольжения Fтр= μN, где N — модуль силы нормальной реакции,μ — коэффициент трения.
- Сила трения покоя возникает, когда пытаются сдвинуть одно из соприкасающихся тел относительно другого. Эта сила препятствует движению тел друг относительно друга.
- Сила трения покоя не превышает некоторой предельной величины, которую называют максимальной силой трения покоя. Обычно принимается, что максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения.
- Сила трения качения обычно намного меньше силы трения скольжения — на этом основано использование колеса.
9. Силой тяжести называют силу, с которой тело притягивается к планете. Сила тяжести всегда направлена к центру масс этой планеты. Модуль силы тяжести Fт = gm, где m — масса тела, g = 9,8 Н/кг. Точку приложения силы тяжести называют центром тяжести тела.
10. Весом тела называют силу, с которой это тело действует на свою опору или подвес. Условие равенства веса силе тяжести: тело и его опора (или подвес) должны покоиться или двигаться вместе прямолинейно и равномерно, при этом не должна действовать архимедова сила.
- Вес тела приложен к опоре или подвесу, а сила тяжести — к самому телу.
- Состояние, при котором вес тела равен нулю, называют состоянием невесомости. В состоянии невесомости находятся тела, на которые действует только сила тяжести.
11. Механизмы – устройства для преобразования движения и сил. Простые механизмы – наклонная плоскость (и ее разновидности: клин и винт) и рычаг (и его разновидности: ворот и блоки).
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
МОБУ СОШ с. Покрово-Березовка
Исследовательский проект по физике
Автор работы:
Руководитель проекта:
Зоткина Вера Николаевна
МОБУ СОШ с. Покрово-Березовка
Пензенского района Пензенской области
Подробнее о работе:
В рамках индивидуального проекта по физике изучены теоретические сведения и практические опыты по силе трения, силе тяжести и силе Архимеда, дано их понятие и определено значение физических сил в жизни человека, рассмотрены факторы, влияющие на величину силы тяжести, силы трения, силы Архимеда.
Введение
1.Теоретическое обоснование физических сил в природе.
1.1. История открытия и понятие силы тяжести.
1.2.История открытия и понятие силы трения.
1.3.История открытия и понятие силы Архимеда.
1.4.Значение сил в жизни человека.
2. Эксперименты с силами
2.1. Опыты и результаты исследования
Заключение
Список литературы
Приложение
Силы в природе имеют огромное значение в жизни человека. Необходимо знать силы природы, чтобы совершать какие-либо открытия или создавать новые механизмы. Мы постоянно сталкиваемся с силами в природе и чаще всего не обращаем на это внимание. Для людей они выглядят привычными и понятными.
Поэтому поводу возникает проблема : от чего зависят силы в природе?
Цель: исследовать факторы в природе, влияющие на значение силы тяжести, силы трения, сила Архимеда.
Объект: сила тяжести, сила трения, сила Архимеда.
Предмет: факторы, влияющие на величину силы тяжести, силы трения, силы Архимеда.
Гипотеза: опытным путем доказать или опровергнуть то, что сила тяжести зависит от массы тела, сила трения зависит от силы нормального давления ирода соприкасающихся поверхностей, а сила Архимеда от плотности жидкости и объема тела.
Подбор литературы по проблеме
Изучение, анализ, обобщение литературы по проблеме
Изучение влияния факторов в природе на значение силы тяжести, силы трения, сила Архимеда
Анализ полученных результатов
Создание проектного продукта - презентации
В процессе работы применялись методы исследования:
Теоретические (изучение, анализ, обобщение литературы)
Эмпирические (наблюдения, беседы, измерения)
Интерпретационные (количественная и качественная обработка результатов)
Описание проекта: исследовательская работа по физике .
Новизной работы является постановка простейших опытов, позволяющих изучить факторы, влияющие на значение силы тяжести, силы трения, сила Архимеда.
Практическая значимость работы состоит в том, что результаты проделанных опытов, дают возможность более наглядно раскрыть значение величины силы тяжести, силы трения, силы Архимеда и определить важность данных сил в жизни человека.
Структура работы: работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы,4 рисунка, приложения.
История открытия и понятие силы тяжести
С давних времен явления и закономерности в природе вызывали интерес у талантливых людей, занимающихся изучением наук естествознания . Исследование причин возникновения сил и их взаимодействия рассматривали и изучали многие ученые : Аристотель, Леонардо да Винчи, Галилео Галилей, Исаак Ньютон, Шарль Кулон, Джеймс Джоуль и другие .[1]
Исаак Ньютон, британский физик, проявлял большой интерес к взаимодействию тел, он является одним из основных создателей классической физики. Исследования ученого помогли объяснить ряд явлений, причину возникновения которых никто ранее не мог раскрыть. Ньютон упорядочил все познания о движении и силе. Результатом его работы является открытие известных законов механики и закона всемирного тяготения.
По легенде, наблюдая за падающим с дерева яблоком, ученый пришел к мысли об открытии закона тяготения. Его всегда интересовало явление падения яблока именно вниз, а не в другое направление. Решение данной задачи пришло намного позже. Исаак установил, что все предметы при движении подчиняются общему закону всемирного тяготения, который действует между всеми телами. Им была выведена формула, позволяющая рассчитать силу гравитации между двумя телами.
Ученым было установлено, что сила притяжения между телами зависит от массы этих тел и расстояния между ними: чем большей массой обладают тела, тем больше сила притяжения. Если увеличивается расстояние между телами, то сила притяжения уменьшается.
Сила тяжести возникает при взаимодействии всех тел с Землей, она их притягивает к себе.
Сила тяжести имеет точку приложения - центр тела и ее вектор направлен вниз.
Формула имеет вид: Fтяж = m*g, где m – масса тела, g – ускорение свободного падения, равно 9,8 Н/кг. Существует вид движения, который называется свободным падением, происходящий в связи с притяжением Земли.
Сила имеет направление и ее можно измерить по величине вектора. Она представляет собой меру взаимодействия тел.Движение всех тел происходит путем воздействия на них сил. По причине взаимодействия между телами могут возникать деформации тел.
При воздействии силы на тело, необходимо учитывать: значении, точку приложения и направление действия.
Существует Международная система единиц (СИ), в которой под единицей силы принимают величину в 1 Ньютон. 1Н =1кг* 1 м/с2,это когда телу массой один килограмм придают данное ускорение, при этом тело движется в сторону приложенной силы.
Прибор для измерения силы – динамометр (от греч. динамис -сила, метрио-измеряю). Существует разновидности динамометров: медицинские , ручные , тяговые и т.д.
История открытия и понятие силы трения
Великого Леонардо да Винчи в свое давнее время очень интересовала сила трения: от чего же она зависит и что собой представляет?
Ему приходилось ставить необычные эксперименты, которые удивляли его учеников, они недоумевали от поведения их учителя, наблюдая, как гениальный ученый волочет по земле веревку, то вытянутую по всей длине, то крутосмотанную. В 1519 году, проводя ряд подобных экспериментов ,позже, Леонардо все же смог определить конечный результат и понять, что интересующая его сила, возникающая между двумя контактными поверхностями, зависит напрямую от нагрузки (силе прижатия), никак не зависит от площади взаимодействующих поверхностей и направлена против основного движения.
Спустя много лет, талантливые ученые , Шарль Кулон и Гильом Амонтон, в своих трудах сумели дать окончательную формулировку действиям своего предшественника. Степень важности работ двух этих ученых состояла в том, что они утвердили физическую постоянную величину, как коэффициент трения, вывели формулу, с помощью которой можно рассчитать , чему равна сила трения для определенной пары взаимодействующих материалов. [6]
Сила трения , возникает продвижением тел по поверхности относительно друг друга в направлении от основного движения.[3]
Выделяют следующие виды трения: покоя; скольжения ; качения.
Трение покоя проявляется посредством взаимодействия неподвижных твёрдых тел, когда одно из них стремятся переместить относительно другого . Причиной возникновения данного вида трения является сцепление неровных поверхностей.
Трение скольжения проявляется при взаимодействии двух твердых тел по поверхностям при скольжении.
Формула для расчета:
Fтр. скольж = μ* N= μ*m*g, где N=m*g – сила нормального давления, μскольж– коэффициент трения скольжения.
Величина коэффициента зависит от свойства соединяющихся поверхностей - вещества и качества их обработки. [5]
Можно уменьшить значение μскольж путем шлифовки поверхностей.
Трение качения проявляется при условии взаимодействия двух твердых тел по поверхностям, одно из которых должно быть обязательно круглым. [4]
Основными условиями появления силы трения становятся: неровности поверхностей взаимодействующих тел и межмолекулярное притяжение между ними.
С помощью определенных приемов и способов можно либо уменьшить , либо увеличить силу трения.
История открытия и понятие силы Архимеда
Великий ученый, геометр, выдающийся инженер Архимед занимался исследованием действия жидкости на погруженное в нее тело.
Архимед занялся взвешиванием короны, но решение было не убедительным, необходимо было еще вычислить объем данного тела, для расчета плотности металла, и тогда только можно было бы определить - чистое ли это золото.
Далее, по легенде, Архимед, озадаченный думами по определению объема представленного ему предмета , принимая водные процедуры в ванной , заметил подъем воды до крайнего уровня. И тут его озарило–по вытесненному объему воды, он понял ,что объем его тела равен столько же, значит, и корона, при погружении в заполненную до самого верха емкость, вытеснит, равный ее объему воду. Ответ был получен! [4]
Воздействие, которому подвергается тело, опущенное в жидкости, называется выталкивающей силой, т.к. направлена вверх. Основные характеристики, от которых зависит эта сила были определены великим ученым Архимедом. Действие силы распространяется не только на любую жидкость, но и на газы. В последствии , для всего человечества открытие данного закона имело огромное значение.
Формула имеет вид: Fарх = pж*g* Vт , и когда производят расчет силы , учитывают только утонувшую часть тела.
Условия плавания тел: (сравниваем силы и плотности)
Fарх>Fтяж ; pж >pтела- всплывает
Fарх= Fтяж ; pж = pтела - плавает внутри жидкости
Значение сил в жизни человека
Осваивая законы природы и используя их в своей жизнедеятельности, человек способен ускорять научно-технический прогресс.
В силу того, что существует сила притяжения к Земле можно объяснить и подтвердить рядя явлений: все тела падают вниз; человек подпрыгнув опускается на землю; движется вода в реках. Благодаря изучению законов гравитации появилась возможность исследовать космическое пространство.
Зная причины возникновения силы трения ,у человека появилась возможность использовать ее как в природе, так и в технике. Иногда трение может быть полезным , для этого его стараются увеличить (посыпают песком ледяные дорожки) , в другом моменте трение может быть вредным, и тогда его стремятся уменьшить ( в технике , можно ввести смазку между соприкасающимися поверхностями, а для вращающихся валов машин и станков их опирают на подшипники). [3]
Держать предметы в руках, удерживаться на поверхности земли людям и животным невозможно было бы без силы трения.
Знания законов физики и факторов, отвечающих за действие силы Архимеда позволили людям подниматься в воздух и опускаться на дно океанов и морей, конструировать мощные корабли для тяжелых грузоперевозок на большие расстояния; с помощью подводных лодок и батискафов погружаться в водяные пучины; подниматься в небо на самолетах, дирижаблях, воздушных шарах; созданы новые устройства, такие как управляемые с земли аэростаты и квадракопторы для изучения воздушных течений ,для географических и медико-биологических исследований в нижних слоях атмосферы.
Все силы природы, которые человек открыл и покорил, должны быть направлены только во благо, надо помнить, что человек есть часть природы.
Эксперименты по силам в природе
Опыты и результаты исследования по силам в природе
Для данного исследования проведены три опыта:
Пластмассовый шар подвешен на нити и укреплен на штативе. При перерезании нити шар падает вниз, что подтверждает закон всемирного тяготения.
Опыт 2. (прямое измерение)
На штативе закреплены динамометры, к динамометрам подвешаны грузы разной массы (m1= 0,1 кг , m2= 0,3 кг ), сила тяжести на первом = 1Н , на втором =3Н , это подтверждает то , что сила тяжести прямо пропорциональна массе: чем больше масса, тем больше сила тяжести.
Опыт 3.(косвенное измерение)
В медицинском кабинете школы, на электронных весах, определили массу двух тел : m1=38 кг, m2 =77 кг.
При расчете силы тяжести, действующей на тела разной массы выяснили:
F1 =m1*g= 38кг* 9,8н/кг = 372,4 Н
F2 = m2*g = 77кг * 9,8н/кг = 754,6 Н
Сила тяжести напрямую зависит от массы тела.
Масса первого тела примерно в два раза меньше массы второго тела, тогда и сила тяжести действующая на первое тело соответственно меньше примерно в два раза. Поэтому можно сказать : первое тело легче чем второе, а второе – тяжелее , чем первое.
На снежной горке, определив точку отсчета, спустился на санках вниз(m1=38 кг(мальчик) ; m2=3,5 кг(санки) ; m=m1+m2=38+3,5=41,5 кг).
Используя измерительный прибор рулетку определили длину пройденного пути (S), Путь S = 29 м.Из справочника взяли данные коэффициента трения(μ) железо - лед равен 0,02 ; рассчитали силу трения скольжения по формуле Fтр. скольж = μ* N= μ*m*g, где N=m*g – сила нормального давления.
Fтр. скольж =0,02*41,5*9,8=8,1 Н
Затем увеличили нагрузку на санки( сели вдвоем,m3=35 кг) m+m3=41,5+ 35=76,5 кг .Провели измерения : S= 23,5м
Fтр. скольж =0,02*76,5*9,8=14,9 Н
Сравнивая два опыта, пришли к выводу, что с увеличением нагрузки сила трения скольжения увеличивается, путь уменьшается.
Для проведения этого опыта на горку насыпали песок, для увеличения силы трения скольжения, и спустились на санках по горке от данной точки отсчета. И опять измерили пройденный путь S= 25м.Длина пути уменьшились по сравнению с результатом (опыт 1) с 29 м до 25 м.
В данном эксперименте необходимо было установить, как зависит сила трения скольжения от двух взаимодействующих сторон. Т.к. коэффициент трения у соприкасающихся поверхностей в двух случаях различный, то соответственно и сама сила трения имеет разное значение.
По табличным данным коэффициент трения (μ) железо -лед равен 0,02.
Коэффициент трения (μ) железо - песок рассчитал самостоятельно, проведя лабораторный опыт: использовал лед, насыпал песка негусто, два скрепленных бруска прикрепил к динамометру и определил силу трения, она равна 0,3 Н. Сила тяжести равна 0,9 Н ,так же с помощью динамометра. Из формулы трения рассчитал коэффициент трения - он равен 0,3 Н.
m1=38 кг(мальчик);m2=3,5 кг(санки) ; m=m1+m2=38+3,5=41,5 кг
Fтр= 0,02*41,5*9,8 = 8,1 Н ( в первом случае)
Fтр= 0,3* 41,5*9,8 = 122 Н (во втором случае)
Соответственно сила трения во втором случае будет намного больше, т.к коэффициент трения имеет большее значение, при изменении соприкасающихся поверхностей , что подтверждается экспериментом.
Эксперимент 3.
Для данного исследования проведены два опыта:
В стакан с обычной водой опустили вареное яйцо – оно утонуло, т.к Fтяж >Fарх.
Сила тяжести: Fтяж=m*g , сила Архимеда Fарх = pж*g*Vт
В другой стакан налили насыщенный раствор соли и поместили вареное яйцо- оно всплыло ,т.к. Fтяж
Плотность соленой воды p = 1030кг/м3,
Плотность чистой воды p = 1000кг/м3, соответственно выталкивающая сила в соленой воде будет больше. Если жидкость плотнее, то больше выталкивающая сила.
Из пластилина вылепил шарик и погрузил в емкость с водой, предварительно отметив начальный уровень воды маркером ( отметка 1).
После погружения уровень воды в стакане поднялся (отметка 2 ).
Вынув пластилин из стаканчика, слепил из него лодочку и погрузили в воду. Погруженная часть лодочки вытеснила воды больше, чем при погружении шарика из этого же куска пластилина (отметка 3)
Оказывается,что лодочка имеет больший объем за счет воздуха наполняющего ее, соответственно часть тела, находящаяся в воде – больше, и тогда выталкивающая сила тоже становится больше, поэтому лодочка не тонет.
Сила Архимеда Fарх = pж*g*Vт имеет прямую зависимость от плотности жидкости и объема тела, но при расчете учитывается только погруженная в жидкость часть тела. Независящими факторами при вычислении являются : форма тела, его плотности и глубина погружения.
Анализируя полученные результаты экспериментальных данных по определению факторов, влияющих на исследуемые силы можно сделать вывод, что:
сила тяжести напрямую зависит от массы тела. Точкой приложения является центр тела, направление вектора - вниз. Надо отметить, что силы притяжения тела с Землей и наоборот, взаимны.
сила трения возникает при неподвижном взаимодействии твердых тел или при движении одного тела по поверхности другого , вектор всегда направлен против движения. Выделяют несколько видов сухого трения. Экспериментально был рассмотрен один из видов - трение скольжение, определены факторы, влияющие на ее изменение: увеличение силы давления на скользящее тело (санки); разновидность трущихся поверхностей. Сила становится значительно больше, если увеличивается нагрузка и неровность хотя бы одной из двух поверхностей, при этом в большую сторону изменяется и коэффициент трения скольжения.
сила Архимеда исследуемая в данной работе действует на тело помещенное в воду ,вектор силы направлен вверх, величина выталкивающей силы напрямую зависит от плотности жидкости и от объема тела, или той части, которая полностью погружена в жидкость.
В природе, в жизни человека, в технике знание законов и взаимодействия тел и сил имеет огромное значение. Использование этих знаний приведет к новым открытиям в различных областях науки.
Я думаю, что я решил проблему своего проекта (от чего зависят силы в природе), так как в ходе исследований моя гипотеза полностью подтвердилась.
Балашов М. М. О природе [Текст]: Кн. для учащихся 7 кл. – М.: Просвещение, 1991. - 64 с.
Колтун М.М. Мир физики [Текст]: Научно-художественная лит-ра. - М.: Дет. лит.,1984.-271 с.
Пёрышкин А. В. Физика. 7кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2013. – 192 с.
Читайте также: