Фізика. 9 клас. Головко

§ 43. Рух тіла під дією кількох сил

• Як розв’язувати задачі динаміки

• Прямолінійний рух тіла під дією кількох сил у горизонтальному і вертикальному напрямі

ЯК РОЗВ’ЯЗУВАТИ ЗАДАЧІ ДИНАМІКИ. Головний зміст розв’язування задач з динаміки полягає в тому, щоб за заданими характеристиками визначити взаємозв’язки між ними та записати закон руху.

Основними динамічними величинами є інтервал часу t, маса тіла або системи тіл m, сила взаємодії між тілами F та прискорення а, а також їх проекції на відповідні координатні осі.

Динамічне рівняння прямолінійного рівнозмінного руху записують так:

Задачі з динаміки доцільно розв’язувати, використовуючи алгоритм, що передбачає такі основні кроки.

Крок 1. Записати скорочено умову задачі, де всі величини подати згідно з вимогами СІ.

Крок 2. Обрати інерціальну систему відліку, в якій розглядатиметься рух тіл, встановити початкові значення координат і пов’язати їх з обраним тілом відліку.

Крок 3. Зробити малюнок взаємодії тіл, описаної в задачі, пов’язати рух тіл з обраною системою координат; показати напрями прискорень.

Крок 4. Проаналізувати особливості взаємодії тіл, встановити сили, що діють на дане тіло та зобразити їх на малюнку.

Крок 5. Розглядаючи взаємодію тіл, покладають, що точкою прикладання сил є центр тяжіння тіла.

Крок 6. Записати динамічне рівняння руху тіла у векторній формі.

Крок 7. Зробити проекції на координатні осі векторів прискорень та сили і записати рівняння (закон) руху у загальному вигляді. Якщо кількість невідомих більша за кількість записаних рівнянь, скласти додаткові рівняння, що пов’язують динамічні величини. При цьому врахувати, що проекції векторів є додатними у випадку, коли вони збігаються за напрямом з координатною віссю, або від’ємними у випадку, коли вони протилежні за напрямом.

Крок 8. Якщо у взаємодії (рухові) беруть участь декілька тіл, то потрібно провести аналіз задачі для кожного з тіл.

Крок 9. Розв’язати складені рівняння. Обчислити значення шуканих величин, оцінити їх вірогідність.

Крок 10. Проаналізувати отриману відповідь: вона повинна відповідати фізичному змісту задачі.

Крок 11. Продумати інші можливі шляхи розв’язування цієї задачі. Спробувати розв’язати задачу кількома способами та порівняти результати. Оцінити, який з варіантів розв’язання найраціональніший.

ПРЯМОЛІНІЙНИЙ РУХ ТІЛА ПІД ДІЄЮ КІЛЬКОХ СИЛ У ГОРИЗОНТАЛЬНОМУ І ВЕРТИКАЛЬНОМУ НАПРЯМІ.

Задача 1. Автомобіль масою 1 т рушає з місця і досягає швидкості 30 м/с за 20 с. Визначити силу тяги, якщо коефіцієнт тертя 0,05.

Рис. 43.1. До задачі 1

Задача 2. Тіло масою 3 кг падає в повітрі з прискоренням 8 м/с². Визначити силу опору повітря.

Рис. 43.2. До задачі 2.

Задача 3. По похилій площині з кутом нахилу 30° ковзає дерев’яний брусок масою 300 г. Визначити прискорення бруска, якщо коефіцієнт тертя ковзання 0,33.

Рис. 43.3. До задачі 3

Вправа до § 43

• 1 (д). З яким прискоренням рухатиметься тіло масою 1 кг, якщо сила тяги дорівнює 2 Н, а сила тертя — 0,1 Н?
• 2 (д). Планер масою 200 кг рухається на південь і гальмується силою зустрічного вітру 1 кН. Чому дорівнює і який напрям має прискорення планера?
• 3 (д). Літак рухається з прискоренням 3 м/с² під дією трьох сил: сили тяги 11,5 кН, сили попутного вітру 1 кНта сили опору повітря 0,5 кН. Визначте масу літака.
• 4 (в). На похилій площині завдовжки 13 м і заввишки 5 м лежить вантаж, маса якого 26 кг. Коефіцієнт тертя дорівнює 0,5. Яку силу треба прикласти до вантажу вздовж площини, щоб витягнути вантаж? Щоб стягнути вантаж? Рух вважати рівномірним.
• 5 (в). З яким прискоренням рухається брусок по похилій площині з кутом нахилу 30°, якщо коефіцієнт тертя 0,2?