Что происходит с телом под действием силы кратко

Обновлено: 04.07.2024

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.

Жизнь — постоянное движение. Движение — это изменение скорости. Скорость движения тела меняется только при воздействии на тело сил.

Толкая тележку руками в супермаркете, мы приводим её в движение (рис. 1 ). При этом скорость тележки меняется в зависимости от нашего воздействия.

Взаимодействие — действие тел или частиц тела друг на друга, которое приводит к изменению скорости их движения.

Действие для изменения скорости тела принято описывать словесными конструкциями: к телу приложена сила тяжести, на тело действует сила упругости (рис. 2 ).

Сила — векторная физическая величина $\vec$, которая является мерой взаимодействия тел и приводит к изменению скорости движения тел или их частей.

В честь английского физика Исаака Ньютона, проделавшего огромные исследования в природе существования и использования различных видов силы, за единицу измерения силы в физике принят $1$ ньютон — ($1$ Н).

Сила в $1~ньютон$ будет приложена к телу, если тело массой $1~килограмм$ под воздействием этой силы меняет свою скорость на $1~метр~в~секунду$ за $1~секунду$:
$[F]=1~Н=\frac$.

Для приведения в движение грузовой машины необходима большая сила, чем для приведения в движение легковой автомашины: числовое значение силы может быть различным.

Также важно указать, к какой точке тела приложена сила (рис. 3 ).
Начало отрезка — точка $A$ — есть точка приложения силы F 2 → , в конце отрезка — стрелка.

Сила упругости — сила, действующая со стороны деформированного тела для компенсации силы, вызвавшей деформацию.

Первый закон Ньютона определяет, что происходит с предметом, если действующие на него силы уравновешены, поясняет, что всякое изменение количества движения зависит от величины приложенной силы и от времени ее действия. Такой предмет либо движется прямолинейно, либо остается в покое.

Совершенно естественно, что после этого Ньютон задал себе вопрос:

Ответ был сформулирован, как второй закон Ньютона.

Движение под действием силы

Повседневная практика подсказывет: если тело покоилось, то оно придет в движение под действием силы, а если двигалось, то изменится его скорость — движение замедлится или, наоборот, ускорится. При этом может измениться и направление движения. Все зависит от того, куда будет направлена действующая сила: если по направлению движения, то оно ускорится, если против — замедлится.

А если сила действует беспорядочно, то и движение будет изменяться самым причудливым образом. Так бывает, например, когда осенний ветер гонит опавшую листву. Он то даст листьям полежать спокойно, то подхватывает, несет и кружит, вздымает ввысь и снова бросает наземь.

И Ньютон установил свой второй закон движения — один из основных законов механики:

Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит в направлении той прямой, по которой эта сила действует.

Говорят иногда и так:

Ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально массе этого тела.

Этот закон уничтожил остатки учения Аристотеля о движении. Аристотель и все его многочисленные последователи утверждали, что применение силы сообщает всем предметам определенную скорость. Ньютон вслед за Галилеем доказал иное: применение силы придает телам не скорость, а ускорение, то есть сила обязательно изменяет скорость, увеличивая ее или уменьшая.

Сила изменяет скорость

Сила изменяет скорость; сила создает ускорение, а ускорение — это и есть всякое изменение скорости: увеличение или уменьшение ее. Конечно, под действием силы скорость может возрастать и быстро и медленно. Чем больше сила, действующая на данное тело, тем быстрее возрастает скорость — тем больше ускорение. Ускорение появляется под действием силы.

Ньютон, а вслед за ним и остальные физики стали называть силой все, что изменяет скорость или направление движения. Сила тяжести также вызывает ускорение, и падение предметов является ускоренным движением.

Равнодействующая сила

Если на тело действует несколько сил, их можно суммировать и заменить одной — равнодействующей силой.

На практике почти всегда приходится видеть, что на тело действует сразу несколько сил. А тело двигается так, как будто имеется только одна сила — их равнодействующая.

Когда Галилей изучал ускоренное движение, скатывая шарики с наклонной плоскости, он ведь тоже имел дело с двумя силами: шарик катился под действием составляющей силы тяжести, а сила трения препятствовала движению, (подробнее: Сила тяжести. Ускорение свободного падения). Так что Галилей изучал действие на шарики равнодействующей этих сил — их разности.

Второй закон Ньютона был открыт, благодаря исследованиям великих мыслителей.

Мы уже говорили об основах классической механики. Настала пора поговорить о них подробнее и затронуть в обсуждении чуть больше, чем просто основу. В этой статье мы подробно разберем основные законы классической механики. Как вы уже догадались, речь пойдет о законах Ньютона.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Был долго этот мир глубокой тьмой окутан
Да будет свет, и тут явился Ньютон.

Но сатана недолго ждал реванша -
Пришел Эйнштейн, и стало все как раньше.

(Эпиграмма 20-го века)

Что стало, когда пришел Эйнштейн, читайте в отдельном материале про релятивистскую динамику. А мы пока приведем формулировки и примеры решения задач на каждый закон Ньютона.

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона гласит:

Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют никакие силы или действие других сил скомпенсировано.

Проще говоря, суть первого закона Ньютона можно сформулировать так: если мы на абсолютно ровной дороге толкнем тележку и представим, что можно пренебречь силами трения колес и сопротивления воздуха, то она будет катиться с одинаковой скоростью бесконечно долго.

Инерция – это способность тела сохранять скорость как по направлению, так и по величине, при отсутствии воздействий на тело. Первый закон Ньютона еще называют законом инерции.

Понятно, что таких систем, где тележку толкнули, а она покатилась без действия внешних сил, на самом деле не бывает. На тела всегда действуют силы, причем скомпенсировать действие этих сил полностью практически невозможно.

Например, все на Земле находится в постоянном поле силы тяжести. Когда мы передвигаемся (не важно, ходим пешком, ездим на машине или велосипеде), нам нужно преодолевать множество сил: силу трения качения и силу трения скольжения, силу тяжести, силу Кориолиса.

Второй закон Ньютона

Помните пример про тележку? В этот момент мы приложили к ней силу! Интуитивно понятно, что тележка покатится и вскоре остановится. Это значит, ее скорость изменится.

В реальном мире скорость тела чаще всего изменяется, а не остается постоянной. Другими словами, тело движется с ускорением. Если скорость нарастает или убывает равномерно, то говорят, что движение равноускоренное.

Если рояль падает с крыши дома вниз, то он движется равноускоренно под действием постоянного ускорения свободного падения g. Причем любой дугой предмет, выброшенный из окна на нашей планете, будет двигаться с тем же ускорением свободного падения.

Второй закон Ньютона устанавливает связь между массой, ускорением и силой, действующей на тело. Приведем формулировку второго закона Ньютона:

Ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе.

Если на тело действует сразу несколько сил, то в данную формулу подставляется равнодействующая всех сил, то есть их векторная сумма.

В такой формулировке второй закон Ньютона применим только для движения со скоростью, много меньшей, чем скорость света .

Существует более универсальная формулировка данного закона, так называемый дифференциальный вид.

В любой бесконечно малый промежуток времени dt сила, действующая на тело, равна производной импульса тела по времени.

Третий закон Ньютона

В чем состоит третий закон Ньютона? Этот закон описывает взаимодействие тел.

3 закон Ньютона говорит нам о том, что на любое действие найдется противодействие. Причем, в прямом смысле:

Два тела воздействуют друг на друга с силами, противоположными по направлению, но равными по модулю.

Формула, выражающая третий закон Ньютона:

Другими словами, третий закон Ньютона - это закон действия и противодействия.

Пример задачи на законы Ньютона

Вот типичная задачка на применение законов Ньютона. В ее решении используются первый и второй законы Ньютона.

Десантник раскрыл парашют и опускается вниз с постоянной скоростью. Какова сила сопротивления воздуха? Масса десантника – 100 килограмм.

Решение:

Движение парашютиста – равномерное и прямолинейное, поэтому, по первому закону Ньютона, действие сил на него скомпенсировано.

На десантника действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Силы направлены в противоположные стороны.

По второму закону Ньютона, сила тяжести равна ускорению свободного падения, умноженному на массу десантника.

Ответ: Сила сопротивления воздуха равна силе тяжести по модулю и противоположна направлена.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

А вот еще одна физическая задачка на понимание действия третьего закона Ньютона.

Комар ударяется о лобовое стекло автомобиля. Сравните силы, действующие на автомобиль и комара.

Решение:

По третьему закону Ньютона, силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению. Сила, с которой комар действует на автомобиль, равна силе, с которой автомобиль действует на комара.

Другое дело, что действие этих сил на тела сильно отличаются вследствие различия масс и ускорений.

Исаак Ньютон: мифы и факты из жизни

На момент публикации своего основного труда Ньютону было 45 лет. За свою долгую жизнь ученый внес огромный вклад в науку, заложив фундамент современной физики и определив ее развитие на годы вперед.

Он занимался не только механикой, но и оптикой, химией и другими науками, неплохо рисовал и писал стихи. Неудивительно, что личность Ньютона окружена множеством легенд.

Ниже приведены некоторые факты и мифы из жизни И. Ньютона. Сразу уточним, что миф – это не достоверная информация. Однако мы допускаем, что мифы и легенды не появляются сами по себе и что-то из перечисленного вполне может оказаться правдой.

Факт. Исаак Ньютон был очень скромным и застенчивым человеком. Он увековечил себя благодаря своим открытиям, однако сам никогда не стремился к славе и даже пытался ее избежать.
Миф. Существует легенда, согласно которой Ньютона осенило, когда на наго в саду упало яблоко. Это было время чумной эпидемии (1665-1667), и ученый был вынужден покинуть Кембридж, где постоянно трудился. Точно неизвестно, действительно ли падение яблока было таким роковым для науки событием, так как первые упоминания об этом появляются только в биографиях ученого уже после его смерти, а данные разных биографов расходятся.
Факт. Ньютон учился, а потом много работал в Кембридже. По долгу службы ему нужно было несколько часов в неделю вести занятия у студентов. Несмотря на признанные заслуги ученого, занятия Ньютона посещались плохо. Бывало, что на его лекции вообще никто не приходил. Скорее всего, это связано с тем, что ученый был полностью поглощен своими собственными исследованиями.
Миф. В 1689 году Ньютон был избран членом Кембриджского парламента. Согласно легенде, более чем за год заседания в парламенте вечно поглощенный своими мыслями ученый взял слово для выступления всего один раз. Он попросил закрыть окно, так как был сквозняк.
Факт. Неизвестно, как бы сложилась судьба ученого и всей современной науки, если бы он послушался матери и начал заниматься хозяйством на семейной ферме. Только благодаря уговорам учителей и своего дяди юный Исаак отправился учиться дальше вместо того, чтобы сажать свеклу, разбрасывать по полям навоз и по вечерам выпивать в местных пабах.

Дорогие друзья, помните - любую задачу можно решить! Если у вас возникли проблемы с решением задачи по физике, посмотрите на основные физические формулы. Возможно, ответ перед глазами, и его нужно просто рассмотреть. Ну а если времени на самостоятельные занятия совершенно нет, специализированный студенческий сервис всегда к вашим услугам!

В самом конце предлагаем посмотреть видеоурок на тему "Законы Ньютона".

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Читайте также: