Физика. Примеры решения задач, теория - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
действуют друг на друга, равны по величине и противоположны по
направлению; эти силы направлены вдоль одной прямой (F1-2 = -F2_1), т. е.
силы всегда возникают попарно: всякой силе, приложенной к какому-либо
телу, можно сопоставить равную ей по величине и противоположно
направленную силу, приложенную к другому телу. Эти силы не могут
уравновешивать друг друга, потому что приложены к разным телам.
п11.4 При упругой деформации растяжения (или сжатия) величина деформации
прямо пропорциональна модулю силы упругости. Это отражается законом Гука
или
П
п11.5 При движении одного тела по поверхности другого возникает
сопротивление движению, называемое трением. Силы трения действуют вдоль
поверхности тел при их непосредственном соприкосновении. Различают два
вида трения: сухое трение, возникающее между сухими поверхностями твердых
тел, и вязкое трение - трение
о жидкую и газообразную среду. При изучении сухого трения выделяют
две его разновидности: трение покоя и трение скольжения.
Трение, действующее между двумя неподвижными друг относительно друга
телами, называют трением покоя. Сила трения покоя зависит от приложенной
к телу силы и меняется от нуля до максимального значения Frptпах, т. е. 0
< F < fiN,
где }JL коэффициент трения, а N - сила нормального давления.
Сила трения покоя направлена в сторону, противоположную возможному
движению. При достижении силой трения покоя максимального своего значения
тело начинает скользить. В этом случае действует сила трения скольжения.
Она равна Fw ск = ;uN и не зависит от скорости движения.
п11.6 При движении тела в жидкой или газообразной среде возникает сила
вязкого трения. Сила вязкого трения появляется только при относительном
движении тела, т. е. сила трения покоя в жидкости или газе отсутствует.
Кроме того, сила вязкого трения зависит от скорости: при малых скоростях
движения эта зависимость меняется по закону
59
FTp в = -/гг3, где jjl - коэффициент вязкого трения.
Он зависит от среды, формы и размеров тела, температуры, давления.
п11.7 Вес тела - сила, с которой тело вследствие его притяжения Землей
действует на опору или растягивает подвес. Вес тела определяется
совокупностью действующих на тело сил и существенно зависит от ускорения,
с которым движется опора (или подвес).
Для успешного решения задач с использованием законов Ньютона предлагается
следующая последовательность действий, некий алгоритм.
1. Прежде всего необходимо внимательно прочитать условие задачи,
нарисовать рисунок - это позволит яснее представить задачу.
2. Поскольку движение тела определяется всеми действующими на тело
силами, то необходимо на рисунке к задаче стрелочками указать все силы,
действующие на тело.
Очень полезно отчетливо представить, со стороны каких тел действуют
рассматриваемые силы. Это поможет сделать третий закон Ньютона.
3. Далее второй закон Ньютона небходимо записать в векторной форме
П
К = ^ + F2+...+Fn = та .
i=i
4. Затем нужно выбрать направление осей ОХ и 0Y (обычно эти
направления диктуются условиями задачи) и перейти к записи второго закона
Ньютона для проекций на оси координат.
60
5. Если в задаче кроме сил и ускорений требуется определить
координаты, расстояния или скорости, то кроме законов Ньютона нужно
использовать еще и кинематические уравнения.
6. Записав систему уравнений для данной задачи, необходимо проследить
за тем, чтобы общее число уравнений равнялось числу неизвестных. Решение
задачи нужно получить в общем виде. Это позволит провести анализ решения,
т. е. увидеть, как меняются найденные величины от условий задачи.
7. После этого в полученные формулы нужно подставить цифровые данные.
Примеры решения задач
Задача II.1 В движущемся /// у
лифте на динамометре висит груз массой т = 1 кг. При этом показания
динамометра F=15H.
Определить ускорение лифта и направление его движения.
Чему равен вес груза Р?
Решение. На груз действуют
две силы: сила тяжести mg и
сила натяжения пружины F (показание динамометра). При установившемся
движении груз имеет то же ускорение, что и лифт (рис. II.1). Второй закон
Ньютона для груза имеет вид (П.2)
61
P = -F
mg + F = та ¦
Ось OX направим вверх. Запишем закон Ньютона в проекции на эту ось F - mg
= та. Отсюда
а =
F-mg _ 15Я - 9,8Я
= 5,2 м/с2.
т
1 кг
Ускорение имеет положительный знак, значит, оно направлено вверх.
Определить направление движения груза при заданном условии задачи мы не
можем! О направлении движения тела можно судить только по направлению
скорости, которая определяется формулой •B(t) = v0 + at.
Поэтому лифт может в условии нашей задачи двигаться вверх ускоренно (если
его начальная
скорость v0 направлена вверх) либо вниз замедленно (если его начальная
скорость v0 направлена вниз). И только в том случае, когда начальная
скорость тела равна нулю, направление движения совпадает с направлением
ускорения а.
Теперь определим вес груза Р.
Весом тела называют силу, с которой тело действует на горизонтальную
