§ 10. Поняття сили. Сила тертя і рух тіл

1. Що таке сила?

Скоріше за все, ви неодноразово брали участь у змаганнях, де треба було перетягувати канат. Ви помічали, що обидві команди докладають чимало зусиль, але канат не рухається (мал. 10.1).

ПОМІРКУЙТЕ

Коли почнеться рух?
У який бік діти почнуть рухатися?
Що буде, якщо одна з команд відпустить канат?

Мал. 10.1. Перетягування канату

Під час перетягування канату взаємодіють дві команди з канатом. Як тільки одна команда потягне сильніше, канат почне рухатися в її бік. Говорять, що одна з команд приклала більшу силу. Мірою впливу одного тіла на інше є фізична величина, яку називають сила. Силу позначають буквою F, вимірюють у ньютонах (скорочене позначення — Н). Одиниця вимірювання сили — 1 ньютон — походить від прізвища англійського фізика Ісаака Ньютона. Щоб визначити силу дії одного тіла на інше, використовують спеціальний вимірювальний прилад — динамометр (мал. 10.2). Ручний динамометр, наприклад, допомагає визначити силу, з якою рука стискає вимірювальний механізм (мал. 10.3).

Мал. 10.2. Динамометр лабораторний

Мал. 10.3. Ручний динамометр «силомір»

Якщо одна команда відпустить канат, інша команда впаде на землю, тому що Земля притягує до себе всі тіла. Сила, з якою Земля притягує до себе тіла, називається силою тяжіння. У природі будь-яка дія є взаємною. Усі тіла також притягують до себе Землю. Наприклад, притягання Місяця спричиняє на Землі припливи та відливи. Завдяки притяганню Сонце втримує планети на їхніх орбітах.

2. Що таке сила тертя, коли вона виникає?

Пограємо в більярд? Ви б’єте по кулі, змушуючи її котитися по столу. Спочатку вона рухається доволі швидко, потім сповільнюється і врешті-решт зупиняється. Чому так сталося?

У процесі руху одного тіла по поверхні іншого виникає тертя (мал. 10.4). А силу, яка виникає під час руху і перешкоджає йому, називають силою тертя.

Мал. 10.4. Приклади тертя

Вона завжди спрямована проти руху тіла. Якби не було сили тертя, рух тіл тривав би безкінечно.

Уявіть, що ви везете когось на санчатах у лісі чи парку і на вашому шляху трапляється ділянка, на якій із землі стирчить коріння дерев.

ПОМІРКУЙТЕ

Як зміниться швидкість руху?

Швидкість руху зменшиться. Причиною цього буде те, що сила тертя зросте внаслідок нерівності поверхні. Отже, сила тертя тим більша, чим більше нерівностей у вигляді заглибин і виступів є на поверхні тіл, що взаємодіють. Наприклад, щоб зменшити сковзання спортивного взуття, бутси футболістів (мал. 10.5) та бігунів мають шиновану підошву. Зимові шини машин також шиповані, мають об’ємний малюнок — протектор (мал. 10.6).

Мал. 10.5. Футбольна бутса

Мал. 10.6. Шипована шина автомобіля

Якщо ж необхідно зменшити силу тертя, використовують мастила, або поверхні тіл ретельно шліфують і полірують. Наприклад, змащують лижі, щоб краще ковзали по снігу. Для кращої взаємодії змащують і запчастини деталей машин. Це дозволяє запобігти пошкодженню, зношуванню цих деталей під дією сили тертя.

Залежно від моменту появи між двома дотичними тілами сили тертя, розрізняють силу тертя ковзання. Вона виникає під час руху тіл. Якщо спробувати зрушити одне тіло відносно іншого, виникає сила тертя спокою.

ПРАКТИЧНЕ ЗАВДАННЯ «Способи зменшення та збільшення тертя» виконайте за посиланням https://bit.ly/3uSlgOv10 або QR-кодом.

3. Тертя в природі, техніці та повсякденному житті

Завдяки силі тертя ми можемо утримуватися на своїх місцях, переміщатися по землі, рухатися транспортом або рухати предмети. Наприклад, широко використовуються транспортери з гумовою стрічкою, яка весь час рухається (мал. 10.7). Якщо на транспортер покласти вантаж або речі, то внаслідок сили тертя їх можна перемістити на деяку відстань чи підняти на певну висоту. Щоб утримати річ на транспортері, треба збільшити силу тертя. Для цього поверхню транспортерів роблять шорсткою або виробляють зі спеціальних матеріалів.

Водночас у багатьох випадках тертя треба суттєво зменшити (наведіть самостійно приклади).

Мал. 10.7. Використання тертя в техніці

У житті багатьох рослин тертя відіграє позитивну роль. Наприклад, ліани, хміль, горох, боби й інші виткі рослини завдяки тертю можуть чіплятися за опори, що знаходяться поблизу, утримуються на них і тягнуться до світла (мал. 10.8). Між опорою і стеблом виникає досить велике тертя, тому що стебла багаторазово обвивають опори і дуже щільно прилягають до них.

Мал. 10.8. Сила тертя у природі

Насіння череди для переміщення на великі відстані також використовує силу тертя (мал. 10.9). Плоди цієї рослини мають щетинки, якими чіпляються до одягу людей та хутра тварин.