Фізика. Повторне видання. 7 клас. Засєкіна
§ 10. Дізнаємося про силу
• Чим фізичне поняття «сила» відрізняється від звичного значення?
ДОСЛІДЖУЙ
1. Знайди в цитатах із художніх творів слово сила, якщо йдеться про фізичну величину. Поясни відмінність між силою — фізичною величиною й силою — художнім образом.
• Раптом побачив перед собою маленькі зелені вогники й вирішив, що то його манить нечиста сила (В. Королів-Старий).
• Море лютувало, але сила хвиль ще відставала від сили вітру (М. Трублаїні).
• Я єсть народ, якого Правди сила ніким звойована ще не була (П. Тичина).
• Як видно, реактивна сила в умовах невагомості — це не жарти (М. Носов).
• Двадцятилітній парубійко в селянському вбранні на ймення Іван Сила не квапився (О. Гаврош).
• Вона може, подолавши силу земного тяжіння, піднятися на повітряній кулі (Г. Веллс).
2. Розглянь зображення (мал. 10.1, а-д) і опиши, як взаємодіють тіла.
Укажи малюнки, де зображено:
- випадки механічної взаємодії тіл, які контактують між собою;
- випадки безконтактної взаємодії тіл.
Мал. 10.1
Мал. 10.1 (продовження)
У яких випадках, на твою думку, стрілочкою позначено:
- дію земного тяжіння;
- дію тертя кочення;
- пружну взаємодію тіл?
Доведи, що дія завжди є взаємодією, тобто якщо одне тіло діє на друге, то й друге тіло діє на перше.
ДІЗНАВАЙСЯ
Чи можна виміряти взаємодію? Ми з’ясували, якщо на тіло не діють інші тіла, то воно зберігає свою швидкість постійною. Відповідно, щоб тіло змінило свою швидкість, має бути вплив іншого тіла. До того ж практичний досвід підтверджує, що вплив одного тіла на інше не може бути одностороннім — обидва тіла діють одне на одне, як кажуть, взаємодіють. Усі тіла так чи інакше пов’язані між собою і взаємодіють одне з одним або безпосередньо (під час контакту одне з одним), або через різні поля.
Безконтактна взаємодія
Так, на малюнку 10.1, г взаємодіють через електромагнітне поле магніт і металеві скріпки, а на малюнку 10.1, ґ — гребінець і дрібні клаптики паперу. Унаслідок дії гравітаційного поля Землі падає м’яч (мал. 10.1, д).
Контактна взаємодія
У разі безпосереднього контакту дія тіл також має свої прояви — тіло змінює стан руху (набуває швидкості, сповільнюється, повертає), або змінює свої розміри (деформується), або одночасно зазнає цих змін.
У фізиці часто не зазначають, яке тіло і як діє на інше тіло, а кажуть, що на тіло діє сила або до тіла прикладено силу.
Уперше поняття сили у фізиці використав Ісаак Ньютон. Описуючи механічний рух, він розрізняв випадки руху за інерцією, коли на тіло не діють сторонні сили (або дія сил скомпенсована), і випадки, коли тіло змінювало свою швидкість унаслідок дії сили.
Сила (force) — фізична величина, яка кількісно характеризує взаємодію.
Мал. 10.2
Що більша сила та що довше вона діє на тіло, то помітніше змінюється швидкість руху тіла або більше деформується тіло. Як ти вважаєш, чи однакова сила діє на футбольний і тенісний м’ячі?
Футбольний м’яч масою 0,5 кг за 1 с змінює свою швидкість на 1 м/с, якщо на нього діє сила 0,5 Н. Щоб тенісний м’яч масою 50 г за 1 с змінив свою швидкість на 1 м/с, досить прикласти силу 0,05 Н. Щоб тіла різної маси за однаковий час змінювали швидкості своїх рухів однаково, на них мають діяти різні сили.
Як графічно зобразити силу? У кожен момент часу сила, що діє на тіло, характеризується модулем і напрямком у просторі.
На відміну від відомих тобі векторних величин (переміщення, швидкість), сила, окрім значення й напрямку, характеризується точкою прикладання. Що це означає? Розглянемо приклад.
Якщо рухати книжку по столу (мал. 10.3), то результат цієї дії залежить від того, до якого місця книжки ми прикладемо силу. Незважаючи на те, що значення й напрямок сили однакові, результат різний: у першому випадку книжка рухається поступально, у другому — обертається.
Мал. 10.3
Мал. 10.4
Я вже можу підсумувати: щоб показати на малюнку силу, потрібно з точки прикладання спрямувати стрілочку, що вказує напрямок дії сили (мал. 10.5, а).
А щоб показати, яка із сил більша чи менша, довжину стрілки можна креслити в певному масштабі (мал. 10.5, б).
Мал. 10.5
Молодці! А чи зможете визначити, як рухатиметься тіло, якщо на нього діє кілька сил?
Як визначити рівнодійну сил? Здебільшого на тіло діє не одна, а одразу кілька сил. У кожному такому випадку можна замінити кілька сил, справді прикладених до тіла, однією силою, яка за своєю дією рівнозначна цим силам.
Рівнодійна двох сил, напрямлених по одній прямій в один бік, напрямлена в той самий бік, а її модуль дорівнює сумі модулів прикладених сил: F = F1 + F2 (мал. 10.6, а, с. 104).
Рівнодійною (net force) називають силу, яка чинить на тіло таку саму дію, як і кілька сил, що діють одночасно.
Рівнодійна двох сил, напрямлених по одній прямій у протилежні боки, напрямлена в бік більшої за модулем сили, а її модуль дорівнює різниці модулів прикладених сил: F = F1 - F2, якщо F1 > F2 (мал. 10.6, б, с. 104). Якщо до тіла прикладено дві однакові й напрямлені в протилежні боки сили, то рівнодійна цих сил дорівнюватиме нулю й тіло перебуватиме в стані спокою або рухатиметься рівномірно і прямолінійно.
Мал. 10.6
Якщо напрямок руху тіла збігається з напрямком рівнодійної сил, то швидкість руху тіла збільшується. Інакше, коли напрямок руху тіла протилежний напрямку рівнодійної сили, то тіло зменшує швидкість.
Сили можуть врівноважувати одна одну не лише тоді, коли вони діють уздовж однієї прямої, а й у складніших випадках. Випадок, коли на тіло діють кілька сил, які врівноважують одна одну, показано на малюнку 10.7. Зазначимо, що тіло перебуває у стані рівноваги.
Мал. 10.7
ДУМАЙ
1. Наведи приклади взаємодії тіл (контактних і безконтактних).
2. Що відбувається з тілом, коли дії на нього інших тіл не скомпенсовані?
3. Як графічно зображають силу на малюнках?
4. Чому сила характеризується не тільки значенням, а й напрямком?
5. За якої умови тіло перебуватиме в стані спокою або рухатиметься рівномірно і прямолінійно?
6. Опиши сили, що зараз діють на тебе. Який результат дії цих сил? Які сили створюєш у цей момент ти?
7. Розглянь малюнок 10.8, а, б. Чи однакові сили діють на велосипедиста в кожному випадку? Як графічно це показати?
Мал. 10.8
8. Установи відповідність між співвідношенням напрямку дії сили й напрямку руху тіла (1-4) та відповідним наслідком (А-Д).
- А Значення швидкості руху тіла зменшується
- Б Змінюються значення й напрямок швидкості руху
- В Змінюється лише напрямок швидкості руху тіла
- Г Значення швидкості руху тіла збільшується
- Д Значення швидкості руху не змінюється, тіло рухається за інерцією
ДІЙ
РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ
1. Обери довільне тіло і схематично зобрази сили 5 Н і 8 Н, що діють на нього. Порівняй свій малюнок із малюнками однокласників й однокласниць. Як потрібно змінити умову задачі, щоб ваші малюнки були однаковими?
2. До однієї точки тіла прикладені сили 10 Н і 15 Н, напрямлені вздовж однієї прямої. Укажи значення, якому може дорівнювати їх рівнодійна.
3. На тіло вздовж однієї прямої діють сили 3 Н; 4 Н; 5 Н. Чи може рівнодійна цих сил становити 1 Н; 2 Н; 3 Н; 4 Н; 6 Н; 10 Н; 12 Н; 15 Н?
4. До тіла вздовж однієї прямої прикладено три сили, що дорівнюють відповідно 20 Н, 30 Н і 50 Н. Чому може дорівнювати рівнодійна цих сил? Спробуй знайти всі можливі варіанти. Відповідь проілюструй.
5. На малюнку 10.9, а, б зображено сили, що діють на тіло. Визнач у кожному випадку: модулі сил; величину й напрямок рівнодійної сил. Схарактеризуй рух тіла для обох випадків.
Мал. 10.9
